Как сделать шпонку своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

Шпонка представляет собой основную деталь, входящую в состав шпоночного соединения. У рассматриваемой стальной продукции имеется наличие вырезанных пазов, что является их отличительной особенностью. Вообще, они необходимы для соединения узлов. А их первостепенная функция — возможность передавать вращающий момент между узлами.

Прежде чем определять разновидности шпонок стоит отметить, что при изготовлении данного продукта используют следующие виды марок металла:

сталь 45
сталь 50
сталь 60

Итак, выделяют 5 разновидностей шпонок:

клиновая
призматическая
сегментная
цилиндрическая
тангенциальная

Далее, уже продолжим рассматривать конструкцию, назначение и применение вышеуказанных разновидностей стального материала.

Применение

Основным применением шпоночных соединений является монтаж на вал с помощью пазового соединения. В большинстве своем шпоночный паз напоминает клин. Такой тип соединения деталей позволяет валу и ступице не проворачиваться относительно оси друг друга. Фиксированное положение ступицы к валу со шпонкой позволяет добиться высокого КПД при передаче усилия.

Наиболее часто шпоночное соединение можно встретить в машиностроении, при строительстве станков. Часто она используется при производстве автомобилей и других механизмов, где требуется повышенная надежность фиксации деталей машин. Высокая надежность достигается благодаря функции предохранительного узла вала со шпоночным пазом.

Шпонка выступает предохранителем в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. В подобных случаях происходит срез шпонки, поглощая чрезмерную нагрузку она снимает ее из вала и ступицы.

Благодаря своим свойствам она стала широко распространенной в машиностроении, она отличается высокой эффективностью, простотой изготовления и монтажа, а также низкой стоимостью. Подобные характеристики особо важны в промышленном производстве, особенно в сельском хозяйстве. В разгар сезона часто возникают случаи поломок отдельных узлов, которые нужно заменить максимально быстро. Чаще всего можно встретить в узлах пресс-подборщиков.

Учитывая все вышесказанное, выделяются основные позиции, для чего нужна шпонка:

Обеспечение безопасность соединяемых узлов при повышенных нагрузках.
Достижение высокой степени фиксации отдельных элементов механического узла.
Выполняет функцию предупреждения проворачивания узла и ступицы.
Надежность подобного соединения превышает надежность аналогов при фиксации вала с деталями.

В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.

Шпоночные соединения

Шпонка представляет собой некую деталь, являющуюся промежуточным звеном для передачи вращательного момента вала ступице. Данный процесс осуществляется за счет образования напряжения смятия шпоночных пазов. Именно по этой причине шпоночные соединения относят к группе жесткого способа передачи вращения.

В большинстве случаев шпонками пользуются в низко нагруженных изделиях. Преимущественно для деталей мелкой серии. Происходит это из-за малой несущей нагрузки шпонок, причина которой кроется в наличии следующих недостатков:

Шпоночные пазы уменьшают поперечную площадь вала, что отрицательно влияет на его прочностные характеристики. Особенно это имеет сильный эффект на пустотелых валах с отношением внутреннего и наружного радиусов 0,6. Изготовление шпоночных пазов в таких условиях является неприемлемым.
Форма паза отличается резкими переходами, что служит причиной образования концентраторов напряжения. Все это заметно снижает устойчивость соединения к циклическим нагрузкам.
Достаточно низкая технологичность.

Несмотря на все вышеуказанные недочеты шпонки все равно активно применяются в отраслях машиностроения из-за упрощенной конструкции и низкой стоимости. Но на массовом и крупносерийном производстве высоко ответственных деталей шпонки уступили более совершенным во всех планах шлицевым соединениям.

Виды шпонок

Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:

Среди клиновых шпонок выделяют:

На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.

Исходя из типа посадки выделяются:

Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.

Допуски шпоночных соединений

Данное определение является немалозначимым. Для обеспечения качества работы назначают допуски шпоночных соединений

Это важно знать. Определяет шпоночные соединения ГОСТ 2.308–79 «Единая система конструкторской документации

Числовые параметры допусков расположения устанавливают с учетом следующих соотношений: Т (пар) = 0,6 Т (ш); Т (сим0) = 4,0 Т (ш).

Где указанные обозначения предусматривают:

— Т (ш) – допуск ширины паза шпоночного b.

— Т (пар) – указанный параметр параллельности.

— Т (сим) – значение допуска симметричности в диаметральном выражении.

Полученные расчетные параметры данных определений приближают к стандартным. Ориентируются для этого на ГОСТ 24643.

Обозначения на чертежах

На чертежах обозначение призматических шпонок происходит исходя из нормативного документа ГОСТ. Они делятся на шпоночные пазы: высокие, нормальной высоты и направляющие. Рабочими гранями у них являются боковые.

На сборочном чертеже обозначение выполняется с учетом диаметра вала, крутящего момента, сечения и длины.

Шпонка 3–20Х12Х120 ГОСТ 23360-78; Где 3 – исполнение, 20Х12 – сечение, 120 – длина.

Обозначение остальных типов шпонок на изображениях выполняется таким же образом, исходя из соответствующих ГОСТов, разработанных для каждой отдельной модели. Указанное обозначение должно четко характеризировать деталь, что очень важно для получения надежного соединение. Ведь даже малейший зазор может стать причиной быстрого износа рабочих узлов и потери эффективности во время работы.

Определение указанных соединений

Как уже было сказано выше, шпонки в основном изготавливаются из качественных и прочных сталей среднеуглеродистых (55, 50, 45). Для повышения прочности данной детали заготовки для них обычно подвергаются термической обработке, которая улучшает их качество.

Когда разрабатывают шпоночное соединение, чертеж которого предварительно составляют, то высоту и ширину данной детали используют по стандарту ГОСТ 2336–7, учитывая при этом диаметр используемого вала. В данном случае ничего нет сложного. Длину шпонки берут в зависимости от используемой ступицы. Сравнивают это с нормами соответствующего стандарта. Правильность выбора определенных параметров шпонки проверяют, применяя немаловажный расчет шпоночного соединения на прочность. В данном вычислении нет ничего сложного. Например, условием прочности в данном случае является следующая формула:

Здесь F1 – параметр окружной силы на шкиву (Н). Асм является площадью смятия (мм²). Определяется данное значение следующей формулой: (0,94h-t1)lp.

В данном случае lp=l-в является рабочей длиной шпонки с торцами скругленными. Измеряется данный параметр в миллиметрах. l – это полная шпоночная длина.

Значения в, h, t1 являются стандартными размерами по ГОСТ 23360 – 78.

– параметр допускаемого напряжения на смятие (Н/мм²). При использовании чугунной ступицы принимается в определенном пределе: 55…95 Н/мм².

Рабочую длину шпонки рассчитывают следующим образом:

Определение площади смятия:

Асм = (0,94·6 – 3,5)·26 = 55,64 мм².

Величину F1 принимаем по полученным измерениям. В данном случае F1=1200 H.

В результате этого вычисление расчетного напряжения будет выглядеть так:

σсм = 1200/55,64 = 21,56 Н/мм².

Это указывает на выполнение условия прочности:

σсм = 21,56
Тут все зависит от того, кто устанавливает шпонку в машине, насколько правильно и профессионально этого выполняется. Кроме того многое зависит и от качества самой шпонки. Нельзя ни в коем случае заменять шпонку другими кустарными запчастями и мудрить что-то свое и нестандартное.

Шпонка может быть заменена в машине исключительно такой же оригинальной деталью, которую рекомендует производитель данного автомобиля. Кроме того целостность шпонки должен регулярно проверять сам владелец машины. Это позволит своевременно выявить проблему и избежать многих еще более неприятных поломок в дальнейшем.

Материал шпонок

Для изготовления шпоночного соединения применяют калибровочный металлопрокат. Чаще всего используется сталь марки 45. Она относиться к углеродистым сталям обычного типа, которая часто применяется для производства деталей высокой прочности. Сталь используется в виде бруска длиной 1 м.

В некоторых случаях может применять углеродистая сталь марки 50. Она необходима, когда требуется повышенные прочностные свойства полученных шпонок. Реже применяются легированные стали, например, марки 40х, для которой характерен высокий показатель твердости, достигаемый путем термической обработки.

Стальные заготовки обрабатываются с помощью фрезы, сверлильных станков, станков для рубки, шлифовальных машин и других инструментов. Используемые станки имеют блок управление, который позволяет с помощью числовых программ изготовить деталь необходимых параметров.

Цена полученной шпонки довольно низка, поэтому приобрести необходимую деталь довольно легко. Но в некоторых случаях, когда есть необходимость срочного получения шпонки, изготовить ее можно самостоятельно. Чаще всего подобная необходимость возникает в сельском хозяйстве, где во время сезонных работ часто возникают поломки, которые нужно отстранить. При этом ближайшие точки продажи необходимых деталей находиться на расстоянии в несколько десятков километров.

Имея небольшое количеству инструмента под рукой и заготовку из соответствующего материала, можно быстро изготовить временную замену. При соблюдении технических характеристик, полученная деталь сможет полноценно заменить заводскую, но лучше всего при первой возможности приобрести шпонку нужной прочности и геометрических параметров. Это необходимо для избежание преждевременного износа механизмов.

Иногда для производства могут использовать другие материалы, например, пластик высокого качества. В качестве материала может использоваться дерево, чаще всего при изготовлении мебели.

В качестве материала лучше использовать разные породы дерева, для шпонки подойдет более мягкий материал чем основной. Это позволит обезопасить основную конструкцию от повреждений в случае повышенной нагрузки. Легче заменить шпонку чем большой конструкционный узел.

Для предотвращения проникания влаги в железобетонные конструкции используются специальные шпонки – ватерстоп. Изготавливают их из резины высокого качества и ПВХ. Это позволяет добиться необходимой степени водонепроницаемости и стойкости к растворам агрессивных химических веществ.

Государственные стандарты

При создании шпонок применяются определенные стандарты. В большинстве случаев производство проводится по ГОСТ 23360-78. Среди особенностей применяемых стандартов отметим следующее:

Применяемый материал шпонок стандартизирован. Это связано с тем, что неправильный сплав может стать причиной срыва промежуточного элемента. Примером можно назвать слишком высокую пластичность или сниженный показатель твердости поверхностного слоя. Использование шпоночной стали позволяет избежать достаточно большого количества проблем, а также существенно увеличить длительность эксплуатационного срока.
Как ранее было отмечено, размеры изделия также стандартизированы. Именно поэтому при производстве часто учитывается ГОСТ 8787-68.
Выделяют достаточно большое количество различных видов шпонок, все они характеризуются своими определенными эксплуатационными особенностями. Примером можно назвать сегментный или прямоугольный вариант исполнения изделия.

Для производства шпонок может применяться специальное оборудование. При создании ответственных механизмов проводится улучшение материала, для чего оказывается термическое воздействие или внесение специальных веществ в поверхностный слой.

Своими руками

Шпоночный паз устраивают в деталях для обеспечения их соединения с другими, передающими им усилия. Выполняют их, обычно, фрезерованием на фрезерных станках, используя специальные фрезы. Процедура изготовления шпоночного паза очень ответственная. От правильности и точности ее проведения зависит качество, надежность соединения деталей, долговечность узла.

Кроме точности предъявляются особые требования к шероховатости боковых стенок пазов, которая не может быть ниже 5-го класса. При этом грани пазов должны быть симметричными относительно плоскости, проходящей через вал.

Требуемую точность пазам можно обеспечить, только используя для их устройства соответствующие фрезы. Они бывают: затылочными (по ГОСТу 8543); дисковыми (573); с хвостовиком цилиндрического, конического типа; насадными (6648).

Специально для фрезерных станков разработаны шпоночные фрезы (ГОСТ 9140). У них два зуба, которые имеют режущие торцевые кромки, цилиндрический или конический хвостовик. Эти инструменты считаются идеальными для устройства пазов. Подача фрез при работе может быть в продольном и осевом направлениях.

Изготовить качественно шпоночный паз самостоятельно можно только имея специальное оборудование. Устраивают их на валах, которые крепят на специальном приспособлении (призме). Оно облегчает процесс обработки. Малый вал располагают на одной призме, длинный – на двух. Валы закрепляют специальными прихватами, которые не дают детали прогибаться. Чтобы поверхность вала не повредилась, под прихваты помещают пластинки из меди, латуни.

Для устройства закрытых шпоночных пазов используют горизонтально-фрезерные агрегаты. Валы при этом также закрепляются на призмах, можно применять самоцентрирующие тиски. Нарезают такие пазы двумя методами: фреза врезается на глубину паза и подается механически продольно (используется для фрез, имеющих сечение 12…14 мм); после врезания фрезу подают в одну, а после в обратную сторону.

Сквозные, открытые шпоночные пазы устраивают только после окончания всех работ, связанных с валом. Дисковые фрезы используют в случаях, когда ширина их зубьев совпадает с шириной паза.

Фрезы для нарезки шпоночных пазов используют только до тех пор, пока их ширина, после заточек, соответствует размеру углублений. Затем ими можно выполнять другие работы, не связанные с пазами.

После установки фрезы проверяют точность ее размещения. Пользуются при этом штангенциркулем, угольником.

Шпоночные пазы нарезают на фрезерных станках. Но если к ним предъявляются повышенные требования по точности, то на специальных шпоночных агрегатах – чаще автоматических. Они работают специальным шпоночным инструментом с двумя зубьями, подача которого на деталь проводится по маятниковой схеме.

Читайте также: