Все, что вам нужно знать о шпонках и шпоночных пазах (шпоночных соединениях)

В области машиностроения шпоночные соединения состоят из шпонок и шпоночных пазов. Этим ключам можно придать различные формы в зависимости от требуемого типа шпоночного соединения. Шпоночные канавки представляют собой обработанные поверхности на валу по размеру шпонки. Они скреплены вместе, чтобы гарантировать отсутствие отрыва компонента и предотвратить относительное перемещение между валами.

Сегодня вы познакомитесь с определением, функциями, приложениями, компонентами, схемами, типами и работой ключей и канавок. Вы также узнаете о преимуществах и недостатках шпоночного соединения.

Определение ключа и паза

Шпонка — это элемент машины, который используется для соединения вращающегося элемента машины с валом. Чтобы шпонка функционировала, на валу должен быть шпоночный паз, а шпонка должна сидеть на вращающемся элементе машины. Затем ключ плотно вставляется между шпоночным пазом и шпоночным гнездом, поэтому механизм называется шпоночным соединением.

Основная функция шпонок и шпоночных пазов состоит в том, чтобы создавать шпоночные соединения для фиксации ступицы и вала, чтобы не происходило относительного перемещения между валом, передающим мощность, и прикрепленным компонентом. Шпоночное соединение часто допускает относительное осевое перемещение между компонентами. Этот ключ предотвращает относительное вращение между двумя частями и может обеспечить передачу крутящего момента.

Приложения

Шпоночное соединение используется как важная часть валов элементов механической передачи и муфт. Он обеспечивает эффективную передачу нагрузки, мощности и вращения с проскальзыванием. Хорошим примером применения шпонки и шпоночного паза являются зубчатые передачи, шкивы или звездочки, плотно соединенные шпонкой с валом, передающим мощность.

Шпоночные соединения, широко используемые в механике, представляют собой удобный метод создания надежного соединения между валами и звездочками. Хотя он используется в качестве альтернативы для других применений вала, где груз необходимо тянуть или толкать. Это часто встречается в сельскохозяйственных приложениях, станках, промышленном оборудовании и т. д.

Фрезерный, долбежный и формовочный станки являются обычными станками, используемыми для создания шпоночных пазов и пазов. Хотя для изготовления посадочных мест для ключей используется специальный станок.

Компоненты шпоночных соединений

Поскольку существуют различные типы шпоночных соединений, компоненты шпоночных и шпоночных пазов будут различаться в зависимости от типа и дополнительных функций. Однако основными компонентами шпоночных соединений являются шпонка, шпоночное гнездо и шпоночный паз.

• Ключ — ключ обычно изготавливается из стали, имеющей прямоугольную, квадратную или круглую форму. Он вставляется между валом и ступицей компонента в осевом направлении, чтобы предотвратить относительное перемещение.
• Шпоночное гнездо – это техническое название углубления в валу. Это часто выполняется на формовочном станке.
• Шпоночный паз — шпоночный паз также представляет собой углубление в ступице, в которое вставляется ключ и надежно запирается механизм. Ключевое гнездо и шпоночный паз делят половину ключа. Это будет объяснено далее в разделе, посвященном принципам работы.

Схема шпонки, шпоночного паза, шпоночного соединения (шпоночного соединения)

Типы ключей

Ниже приведены различные типы шпонок вала, используемых в шпоночном соединении:

Потайные ключи:

Утопленные шпонки - это типы шпонок, которые сконструированы так, что половина толщины стержня утоплена в вал, а оставшаяся половина будет для шпоночного гнезда. Для достижения этого шпоночного соединения очень важна точность. Например, если шпонка имеет размер 8 мм, шпоночный паз вала будет обработан на глубину 4,1 мм, как и шпоночное гнездо. Затонувшие ключи бывают разных типов, в том числе:

• Прямоугольные/квадратные клавиши

Клавиши такого типа иногда называют плоскими клавишами, поскольку они шире, чем их высота. Они часто используются на валах диаметром около 500 мм или 20 мм. Оставшаяся ширина шпонки позволяет увеличить крутящий момент без увеличения глубины. Увеличенная глубина означает более слабый вал из-за уменьшения эффективной площади поперечного сечения вала.

• Квадратные клавиши

Квадратный ключ имеет квадратное поперечное сечение и используется на валу диаметром около 25 мм или 1 дюйм. Они используются на больших валах, когда требуется более глубокая шпонка по сравнению с прямоугольными шпонками. Однако увеличение глубины означает более слабый вал из-за уменьшения эффективной площади поперечного сечения вала. Квадратный или прямоугольный ключ может иметь конусность 1 к 100 по длине ключа, как показано на рис. ниже.

• Параллельные встроенные ключи

Параллельные утопленные ключи имеют прямоугольное или квадратное сечение, но не имеют конусов. Ключи дешевы и легко доступны для использования. Это один из самых простых в установке, но его нужно прикрепить к ступице с помощью набора винтов. Это связано с тем, что вибрация или изменение направления вращения часто выталкивают ключ.

Шпонка обычно плотно прилегает к нижней части шпоночного паза вала и сторонам шпоночного соединения. Они оставляют зазор в верхней части шпоночного паза ступицы.

• Утопленный ключ в головке

Утопленный ключ с гибкой головкой имеет прямоугольную или квадратную форму с конусом на верхней поверхности для плотного прилегания. Он используется для того, чтобы его было легче удалить.

• Растушевка клавиш

перьевой ключ бывает трех типов; двуглавый, штифтовое перо и перьевой ключ. Они прикреплены либо к валу, либо к ступице, чтобы вызвать относительное осевое перемещение. Таким образом, он обеспечивает передачу мощности между валом и ступицей с параллельными противоположными сторонами. Следовательно, позволяя ему скользить.

• Ключи Вудраффа

Деревянная шпонка представляет собой полукруглый диск, вставленный в круглую выемку вала, которую можно обработать только с помощью фрезы для шпоночной канавки. Он в основном используется в станках и некоторых автомобильных валах диаметром от ¼ до 2½ дюймов (от 6 до 60 мм). Прочность деревянного ключа сильно отличается от прочности длинных параллельных ключей, это означает, что они не могут выдерживать такую ​​же нагрузку.

Седельные клавиши:

В отличие от утопленных шпонок, седельные шпонки утоплены не в валы, а только в ступицу. Они либо сидят на плоскости, либо по окружности вала, а передача мощности осуществляется за счет трения между валом и шпонкой. Седельные ключи делятся на две части; плоские седла и полые седельные ключи. Они используются только при небольших нагрузках, чтобы избежать скольжения по валу.

• Плоский седловидный ключ

Плоские седельные шпонки сужаются вверху и плоские внизу, поскольку они входят в конический шпоночный паз ступицы, нажимая на плоскую поверхность вала.

• Полый седельный ключ

Полый седельный ключ сужается кверху и изогнут к нижнему краю. Шпонка вставляется в конический шпоночный паз ступицы и прижимается к изогнутой периферийной поверхности вала.

Ключи касательной:

Эти типы ключей иногда называют тангенциальными ключами. Они устанавливаются парой под прямым углом, при этом каждая шпонка выдерживает кручение только в одном направлении. Они часто используются в больших тяжелых валах.

Круглые/круглые клавиши

Круглые шпонки имеют круглое сечение, вставляются в отверстия, частично просверленные в валу и ступице. Эти типы шпонок просты в изготовлении, поскольку шпоночные канавки можно просверлить или развернуть после сборки сопрягаемых частей. Круглые ключи подходят для маломощных приводов.

Принцип работы

Работа ключа и паза менее сложна и может быть легко понята. Поскольку существуют различные типы ключей и настроек шпоночных канавок, работа некоторых типов будет совершенно другой. Что ж, видео ниже научит вас, как работает механизм обычного шпоночного соединения.

Посмотрите видео ниже:

Преимущества и недостатки шпонок и шпоночных пазов (шпоночных соединений)

Преимущества:

Ниже приведены преимущества шпоночных соединений вала в различных областях их применения:

• Себестоимость их производства очень низкая.
• Обеспечивает передачу среднего и высокого крутящего момента.
• Легко монтировать и демонтировать.
• Можно повторно использовать или исправить в других компонентах того же типа.
• Это стандартный метод (ISO, BS, DIN и ANSI).

Недостатки:

Некоторые ограничения по-прежнему имеют место, несмотря на преимущества шпоночных соединений. Ниже приведены недостатки шпоночных соединений в различных областях их применения:

• Его нельзя использовать для чередующихся направленных нагрузок и ударов.
• Слишком много надежно закрепленных шпоночных соединений может быть трудно разобрать.
• Вызывает дисбаланс вала.
• Они создают точки напряжения из-за эффекта надреза и снижают прочность вала.
• Возможно осевое смещение ступицы, если она не заблокирована дополнительным компонентом, таким как стопорное кольцо или установочный винт.
• Трудно рассчитать и объединить анализ несущей способности и допусков.

Заключение

Шпоночные соединения являются одним из лучших механических способов передачи мощности. Они используются в основном на валу двигателя для достижения своей цели. В этой статье мы рассмотрели определение, функции, приложения, компоненты, типы и работу ключей и пазов, составляющих шпоночное соединение. Мы также видели их преимущества и недостатки в различных приложениях.

Надеюсь, вам понравилось чтение, если да, пожалуйста, прокомментируйте ваш любимый раздел этого поста. И, пожалуйста, не забудьте поделиться с другими студентами технических специальностей. Спасибо!