Шпонки. Их виды и материалы изготовления
Что такое шпонки?
Шпонка ― это металлический элемент заданной формы, используемый для фиксации валов и надеваемых на них ступиц, муфт, дисков. Закрепление осуществляется благодаря симметричным пазам внутри соединяемых деталей, в которые входит шпонка. Она предотвращает осевое смещение, содействуя 100% передаче крутящего момента. Рассмотрим, в чем преимущество использования шпонок, какие существуют виды, из чего изготавливают и как правильно собирать и разбирать подобные соединения.
Преимущества
Одно из главных преимуществ шпонки ― возможность создать надежное разборное соединение. Конструкция рассчитана на серьезные нагрузки, служит длительное время, но при необходимости ее можно всегда разобрать для облегчения доступа к другим узлам, ремонта, транспортировки агрегата по частям на другое место. Среди других преимуществ:
простота узла. Шпонка монтируется в паз на валу и ответной части. Для подготовки паза используют фрезер, но канавку можно сделать болгаркой, дрелью или выпилить вручную напильником. Сборка и разборка очень легкие, зачастую не требуется специального инструмента. Визуально можно оценить состояние, чтобы определить степень изношенности, надежность крепления.
предохранительная функция. Блокирующий проворачивание на оси элемент выполняется из сравнительного мягкого материала, уступающего по прочности основным узлам конструкции. При нормальной работе устройства, прочности шпонки достаточно для передачи крутящего момента и сохранения соосности деталей. Когда нагрузка превышает допустимую, соединительный элемент разрушается (обычно срезается, слизывается), что сохраняет более дорогие узлы от повреждения.
доступная цена. Для изготовления шпонок не требуется сложное оборудование. Простая форма без резьбы снижает себестоимость при производстве, поэтому купить шпонки дешевле, чем приобрести другие узлы для фиксации валов и ступиц между собой.
Используют шпонки в станках, автомобильной промышленности, бытовой технике. Нередко их можно встретить на валах электродвигателей или двигателей внутреннего сгорания, соединяющихся со шкивами, муфтами, блочками.
Виды шпонок
Важное требование при изготовлении шпонок ― точный размер, соответствующий прорези. Среди популярных вариантов по ширине паза: 3/5/8/10/16 мм. По сечению часто используют в узлах и агрегатах версии 4х4 мм, 8х7 мм, 6х6 мм. Способ посадки бывает свободный и плотный. В первом случае элемент просто вставляют в паз. Возможен небольшой люфт, что создает дополнительный шум при начале вращения механизма. Плотный способ посадки предусматривает прихватывание вставки сваркой с торцов, а также более плотную подгонку по размеру паза на ответной части.
Существует несколько разновидностей шпонок по конфигурации:
клиновые. Изготавливаются по DIN 6887 или ISO 774. Рассчитаны на фиксацию конусных элементов. Могут монтироваться без паза ― просто забиваются и расклинивают собой две детали, фиксируя их положение. Применяются в узлах с незначительной нагрузкой. Относятся к самым дешевым видам, поскольку изготавливаются из мягких материалов. Имеют упор на торце для обратного извлечения, когда соединение требуется разобрать.
призматические. Имеют несколько параллельных граней. Выполняются по DIN 6885/DIN 6880 и ISO 2591 длинной формы с закругленными или плоскими краями. Способны переносить повышенные нагрузки, поэтому применяются в ответственных механизмах, например, станках или автомобилях.
сегментные. Выпускаются по DIN 6888 и ISO 3912. Имеют сечение полусферы. Закругленная сторона вставляется в прорезь на валу, а ровная ― в муфту. За счет увеличенного размера углубления под полусферу такая деталь способна переносить увеличенные нагрузки. При этом само соединение довольно компактное, поэтому может использоваться в узких конструкциях.
цилиндрические. Штифт с круглым сечением. Подходит для торцевого крепления. Отверстия под бочонок создаются непосредственно при установке. Чаще всего такой тип применяется в ГБЦ автомобилей.
Из чего изготавливают шпонки
Шпонки бывают напряженные и ненапряженные, от чего зависят их прочностные характеристики и материалы изготовления:
нержавеющая сталь для деталей, контактирующих с техническими жидкостями;
малоуглеродистая сталь без покрытия для недорогих механизмов;
марка 45 ― конструкционная сталь с высоким содержанием углерода для фиксации средне ответственных деталей;
марка 50 ― углеродистая сталь для ответственных узлов, отличающаяся повышенной прочностью и устойчивостью к импульсному давлению.
Возможно изготовление шпонок из пластика в игрушках или примитивных механизмах бытовой техники, не подвергающихся нагрузкам. Разборка шпоночных соединений выполняется путем выпрессовывания или выбивания вала из посадочного места.
