Сталь для шпонок характеристики

Обновлено: 17.05.2024

Шпоночный материал или же шпоночная сталь — это 2 идентичных названия, которыми обозначается изготовленная в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 8787-68 чистотянутая сталь для шпонок. Согласно этому документу, в качестве исходного сырья может быть выбран любой сплав стали, отвечающий всего лишь одному условию: показатели временной разрывной прочности на разрыв у сплава должны составлять не менее 60 кгс/мм 2 .

Смотрите наше видео

Вас может заинтересовать

От теории к практике:

Размеры плоских ремней

Виды стальных шпонок по ГОСТ и DIN

Не смогли найти нужный товар? Воспользуйтесь формой индивидуального заказа!

Шпоночная сталь

По большому счету, таким требованиям отвечают довольно многие стальные сплавы. Однако шпоночный материал в большинстве случаев изготавливают из конструкционных сталей, а именно конструкционной углеродистой и конструкционной легированной, так как эти сплавы имеют отличные характеристиками и высокую степень устойчивости к различным воздействиям.

Многие полагают, что ш поночная сталь представляет из себя специально созданный для изготовления шпонок стальной сплав, который состоит из смеси определенных элементов и отличается особым химическим составом и уникальными характеристиками. Но на самом же деле все обстоит намного проще. Шпоночная сталь стала нарицательным именем, которое зачастую используется для обозначения множества разных стальных марок, из которых в дальнейшем производят такой крепежный конструкционный элемент как стальная шпонка.

Само собой, шпоночный материал должен отличаться достаточно высокими техническими характеристиками. В частности, ему должна быть присуща отменная прочность и стойкость к очень большому спектру механических нагрузок и агрессивных воздействий. Именно по этой причине при вы боре исходного сырья, из которого будет изготовлена шпоночная сталь , все первоначально е внимание обращают как раз на полное соответствие характеристик у сплава этим свойствам. И только лишь потом уже будут учитываться все дополнительные условия.

Такими дополнительными условиями может быть повышенная устойчивость к воздействию коррозии, а также жаропрочность или высокая износостойкость. Собственно, под каждую из таких особенностей может быть подобран наиболее оптимальный сплав. По большей части шпоночная сталь производится из легированной конструкционной или же конструкционной углеродистой стали. Тем не менее, в некоторых случаях шпоночная сталь производится из других, более подходящие марок стали, например, жаропрочных либо же из нержавеющих.

Основные марки стали, из которых производится шпоночная сталь

Ст10, Ст15, Ст20, Ст25, Ст30, Ст35, Ст40, Ст45, Ст50

20 Х, 30Х, 40Х, 20ХН, 18ХГТ, 40ХН, 14ХГН, 35ХГСА

12Х13, 12Х17, 20Х13, 30Х13, 9Х17Н

07Х16Н6, 12Х18Н10Т, 20Х17Н2, 12Х13, 20Х13

Однако в большинстве случаев предпочтение получает шпоночная сталь ГОСТ 8787-68 из конструкционной углеродистой стали марки Ст45. Многие производственные предприятия в различных промышленных отраслях пользуются заготовкой именно из подобного сплава по причине его уникальных физико-химических характеристик. В частности, сталь 45 способна выдержать разные температурные диапазоны, а также воздействие множества механических нагрузок, в том числе, ударного и вибрационного типа и даже деформационного характера.

Сталь чистотянутая для шпонок ГОСТ 8787-68

В принципе, шпоночный материал, изготовленный из любой марки стали, должен обладать набором высоких технических характеристик, так как стальная шпонка функционирует при очень тяжелых условиях. Разумеется, итоговый выбор сплава для изготовления шпоночной стали будет зависеть от эксплуатационных условий в рабочей среде. Однако, вне зависимости от химического состава и процентного содержания в нем тех или иных элементов, абсолютно любой шпоночный материал ГОСТ 8787-68 должен будет обеспечить следующие качества:

Надежное соединение вала и деталей
Качественная фиксация соединения
Предотвращение взаимного проворачивания деталей
Защита элементов механизма от повреждений при срезе

Кстати говоря, по ГОСТ 8787-68 сталь чистотянутая для шпонок имеет строгий регламент изготовления. Разумеется, выбор основного сырья ограничен только соблюдением разрывной прочности, поэтому стальной сплав устанавливает либо сам производитель по его личному усмотрению, либо его выбирает клиент. Однако в соответствии с ГОСТ 8787-68 шпоночный материал имеет специальные требования к производству, которые нельзя нарушать. Одним из таких требований являются соблюдение всех допусков по ширине и по высоте заготовки.

Размеры сечений чистотянутой стали для шпонок ГОСТ 8787-68

Номинальные размеры сечений

Теоретический вес 1-го погонного м етр а прутка

Кстати говоря, особо востребованным считается шпоночный материал 8х8. Прутки данного типоразмера обладают квадратным сечением, поэтому зачастую их обозначают как квадрат калиброванный. Кроме того, очень популярным является еще шпоночный материал 10х8, а также шпоночный материал 21х14. Сечение этих изделий прямоугольное. По типоразмеру такая продукция подходит для изготовления шпонок, которые используются в очень большом количестве техники различного назначения: установки, машины, аппараты и механизмы.

Примечательно, что шпоночная сталь ГОСТ 8787-68 имеет почти идентичные требования к производству, что и шпоночный материал DIN 6880. Получается, отечественный стандарт и стандарт немецкого института по стандартизации — это два взаимозаменяемых документа, регламентирующих процесс производства данного сырья. И несмотря на то, что такое сырье может быть произведено из различных сплавов, все стальные заготовки, вне зависимости от материала изготовления, проходят процесс дополнительной обработки, то есть калибровку.

Благодаря проведению такого калибрования, чистотянутая сталь для шпонок ГОСТ 8787-68 обладает более точными размерами сторон, а также более лучшим качеством поверхности. Собственно, сама же калибровка может выполняться разными методами, каждый из которых будет оптимален для определенных типов стальных заготовок. В зависимости от того, какие будут технические характеристики шпоночной стали, производитель сам устанавливает конкретный способ для её калибрования. Всего же данных способов насчитывается 5 штук:

Холодн ая обработка (калибрование) шпоночной стали
Горяч ая обработка (калибрование) шпоночной стали
П лоскост ная обработка (калибрование) шпоночной стали
О бъём ная обработка (калибрование) шпоночной стали
Комбинированн ая обработка (калибрование) шпоночной стали

Холодный способ калибровки характерен для проката с небольшими габаритами, поскольку в этом случае получается обеспечить высокую точность допусков. При этом сам шпоночный материал в таком случае будет иметь поверхность нормальной степени качества обработки с небольшой шероховатостью. Само собой, чистотянутая сталь для шпонок не должна иметь шероховатость, превышающую установленные по ГОСТ 8787-68 значения. Горячий способ подходит для крупногабаритных изделий, однако его применение обеспечивает невысокую точность параметров, хотя дает высококачественную поверхность шпоночного материала.

Благодаря плоскостному калиброванию шпоночная сталь получает более лучшие размеры по вертикали, но обработка её поверхности получится посредственной. Объемная обработка, наоборот, обеспечит качественную поверхность, но в этом случае чистотянутая сталь для шпонок будет иметь менее точные размеры по вертикали. Кроме того, в некоторых случаях применяют другой метод калибровки — комбинированный. Такой процесс подразумевает поэтапное выполнение сразу нескольких из перечисленных выше способов калибрования шпоночной стали. Естественно, проводится он в строго определенной последовательности.

Так или иначе, эта обработка поверхности не только улучшает технические характеристики шпоночного материала, но еще и позволяет сократить расходы материала при производстве из него самих шпонок. Поскольку данная сталь уже имеет точные размеры и шлифованную гладкую поверхность, ее не потребуется повторно обрабатывать. Таким образом сокращается расход материала и временные затраты на производство, что позволяет сэкономить средства. Более того, цена шпоночной стали приемлема как для заводов, так и для частных клиентов.

За счет хорошего сочетания небольшой себестоимости и высокого качества, чистотянутая сталь для шпонок имеет очень высокую востребованность и часто используется в разных производственных отраслях. Н апример, ее задействуют в машиностроении, при производстве спецтехники, в том числе тракторов, комбайнов, подборщиков пресса. Т акже ее применяют в конструкциях разных станков. Поэтому потребность ку пить шпоночный материал часто есть у многи х инженер ов, механик ов , слесарей, которые работают в сельскохозяйственной отрасли, а также в производственных, перерабатывающих, либо же в добывающих отраслях .

Дело в том, что большинство используемой в этих сферах техники устроено таким образом, что в их конструкции имеется несколько шпоночных соединений . Само собой, со временем может произойти так, что шпонка срезается под воздействием чрезмерно высоких нагрузок. И в этом случае под рукой нужна либо сама стальная шпонка , либо шпоночный материал для ее оперативной замены. Но поскольку в каждом из механизмов стоят различные по типу исполнения и по размерам шпонки, запастись ими в должном количестве не всегда удается.

Поэтому лучше всего заблаговременно купить шпоночную сталь с подходящими размерами и держать ее на складе. Компания ООО «С-Агросервис» поставляет чистотянутую сталь для шпонок ГОСТ 8787-68 любых типоразмеров. У нас можно купить шпоночный материал из калиброванной стали марок Ст10, Ст20, Ст45, А12, 40Х. Помимо этого, при необходимости поставим продукцию из другого материала. В любой город России доставляем заказы через транспортные компании всего лишь за 2 — 14 дней. Кроме того, мы п орежем прутки при заказе от 1-го погонного метра абсолютно бесплатно на своем собственном оборудовании.

Для чего нужны шпонки

Среди большого количества разнообразных видов соединений очень часто встречается именно такой вид, как шпоночное соединение. Исходя из такого названия, можно понять, что выполняется оно, непосредственно, с помощью шпонок. Но для чего нужны шпонки в этом виде соединения? Насколько важную роль они играют в механизмах? Какие характеристики и свойства имеют шпонки, и что вообще это изделие представляет из себя?

Обычно под шпонкой подразумевается стальная продолговатая деталь в форме бруска. В более редких случаях упоминают деревянные шпонки, использующиеся при изготовлении разной мебели и фурнитуры. Мы же рассмотрим изделия, материалом изготовления которых служит сталь чистотянутая для шпонок из разных марок стали, например, Ст45, Ст50, Ст55. Это сырье так же называют шпоночный материал ГОСТ 8787-68.

Шпонка предназначена для установки в паз на валу и поверхности детали. При этом со стороны такое соединение может напоминать небольшой клин. Кстати говоря, с польского языка шпонка переводится именно как клин. Такое название она получила благодаря тому, что попросту не позволяет валу и ступице проворачиваться, надежно фиксируя вращающиеся по отношению друг к другу детали механизма, и передавая момент силы.

Сферой применения шпонок являются практически все отрасли машиностроения, а также станкостроения. Шпоночные соединения используют в разной технике, автомобилях, а также в механизмах, станках и различном оборудовании благодаря очень высокой степени надежности этих изделий. Одной из наиболее отличительных особенностей шпонок является возможность их функционирования как некого предохранителя узлов.

Заключается подобная возможность, в том, что если предел крутящего момента будет превышен, то шпонка под нагрузкой попросту срежется в месте разграничения вала и детали. Замена испорченной шпонки для опытного мастера не составит никакого труда, да и цена на новую деталь совсем не высока. При чем под большой нагрузкой срезается только шпонка, а вот другие дорогостоящие части конструкции остаются в целости.

Таким образом, шпонка является достаточно дешевым и эффективным изделием, что крайне важно для производств в промышленных масштабах и для частных владельцев разной техники, в том числе тракторов, комбайнов и подборщиков сена, так как заменить шпонку в разгар уборочного сезона можно в кратчайшие сроки. Подводя итоги, можно выделить пару-тройку важных пунктов, объясняющих для чего нужны шпонки:

Выполняют надежное соединение вала и деталей
Обеспечивают высокую степень фиксации
Позволяют избежать проворачивания деталей
Сохраняют детали в целости при больших нагрузках.

Какие есть шпонки

С тем, зачем нужна шпонка, мы уже разобрались, однако очень важно будет отметить тот факт, что существуют различные варианты исполнения шпонок, каждый из которых будет иметь свои стандарты изготовления, следовательно, уникальные параметры, характеристики и предназначение для применения. Именно по этой причине мы так же рассмотрим, какие есть шпонки и какие у них эксплуатационные свойства.

Обратите внимание, что шпонки одной и той же формы и конструкции могут обладать различными размерами. Основные параметры и допуски изготовления, само собой, написаны в соответствующих нормативах ГОСТ, но зачастую очень многие предприятия осуществляют изготовление шпонок на заказ по чертежам заказчика. А в некоторых случаях, заказчик может сделать шпонку из шпоночной стали самостоятельно.

Таким образом, у потенциального клиента всегда есть возможность купить шпонку в соответствии с представленным модельным рядом или же заказать индивидуальный образец. Как правило, при изготовлении шпонки проходят процесс термообработки, позволяющий им выдерживать прочность в 600МПа, после чего им придается определенная конструкционная форма, подразделяющая их по виду соединения на:

призматические
сегментные
цилиндрические
тангенциальные.
клиновые.

Призматические шпонки, в свою очередь, так же подразделяют на 3 дополнительных вида исходя из их принципа действия: на закладные, на направляющие и на скользящие. Так как установка данного типа шпонок достаточно проблематична в плане их индивидуального подгона в пазы, а при полном износе они могут опрокидываться, то в большом производстве этот вид продукции используется достаточно редко.

В отличии от предыдущего варианта конструкции, сегментные шпонки не требуют в момент установки никакой подгонки, и не имеют свойства опрокидываться, что сказывается на их достаточно частом использовании. Однако применение такого типа шпонок ограничено на деталях с большим сечением вала, поэтому сегментную разновидность невозможно будет встретить на участках со множеством изгибов вала.

Цилиндрические шпонки по принципу работы схожи с призматическими. Они тоже редкий гость в крупномасштабном производстве из-за того, что они требуют одинаковой степени плотности и твердости соединяемых изделий. Во многом именно эта особенность и мешает их частому применению. Собственно, основным местом установки цилиндрических шпонок являются именно концевые участки вала.

Тангенциальная шпонка представляет собой конструкцию из двух элементов, которые напоминают призматический клин с сечением прямоугольного поперечного типа. Такой вид шпонок монтируется попарно под наклоном от 120° до 180°. Одним из главных достоинств у такого типа изделия является то, что их материал осуществляет работу на сжатие. Основной их сферой применения является тяжелое машиностроение.

Наконец, разбирая то, какие есть шпонки, мы подошли к последней разновидности, а именно к клиновым шпонкам. Такой тип по праву считается наиболее эффективным и очень распространенным ввиду множества своих неоспоримых преимуществ. Например, изделия клинового вида могут выдерживать незначительную осевую нагрузку, и при этом отлично функционировать при нагрузках переменного типа.

Марка шпоночной стали

Термин «марка шпоночной стали» подразумевает под собой марку стали, из которой был изготовлен шпоночный материал. Эта классификация по маркам была введена с целью того, чтобы покупатели имели возможность узнать об износостойкости, прочности, а также о других свойствах данной заготовки перед ее непосредственным приобретением, исходя лишь из обозначенной марки применяемой стали.

Таким образом, шпоночной стали присущи все характеристики использованного для ее создания материала. Именно по этой причине для производства шпонок и заготовок применяют ту марку стали, свойства которой будут более лучше подходить условиям работы, для которой она непосредственно предназначается. То есть шпонка одних и тех же размеров может быть создана из разных марок стали.

Шпоночный материал ГОСТ 8787-68

Существует шпоночный материал ГОСТ 8787-68 и шпоночная сталь DIN 6880. В первом случае, отечественный стандарт так же часто называют как сталь чистотянутая для шпонок, так и полоса калиброванная. Исходя из данных нормативов, шпоночный материал обычно производят из конструкционной углеродистой стали Ст45, но так же он может быть создан из сталей Ст20, Ст35, Ст50, 40Х, А4.

Сам по себе шпоночный материал — это одна из разновидностей калиброванного металлопроката, то есть стали с наиболее точными размерами и улучшенным качеством поверхности. Добиться усовершенствованных параметров позволяет специальная обработка одним из перечисленных способов: холодным или горячим волочением и плоской, объемной или комбинированной калибровкой.

Шпоночная сталь предназначается для последующего изготовления различных видов шпонок. Собственно, сама по себе шпонка представляет собой деталь для соединения каких-либо механизмов. Ее задача заключается в передаче крутящего момента с ведущего вала на различные ведомые элементы, например, шкив, маховик, зубчатое колесо, препятствуя их непосредственному смещению в механизме.

Шпонки выполняются в виде стальных брусков с различной формой и размерами, и устанавливаются в специальные углубления, которые называются пазами. Конструкционное различие шпонок принято подразделять на несколько видов, каждый из которых имеет своё уникальное предназначение, и обладает особыми техническими характеристиками. Таким образом, различают следующие виды шпонок:

призматические шпонки;
клиновые шпонки;
сегментные шпонки;
цилиндрические шпонки;
тангенциальные шпонки;
шпонки ватерстоп

Размеры шпоночного материала

Размеры шпоночного материала определяются по параметрам его длины, ширины и высоты, при этом ширина и высота, в основном, изготавливаются заводами по стандартным показателям, а длина прутков, по умолчанию составляет 1000 миллиметров. Но исходя из пожеланий клиента, размеры шпоночного материала могут быть созданы под заказ. Кроме того, многие фирмы выполняют резку шпоночного материала.

Размеры шпоночного материала ГОСТ 8787-68
Размер сторон	Марка стали
4х4мм	Ст45
5х5мм	Ст45
6х6мм	Ст45
6х6мм	Ст20
7х7мм	Ст45
8х8мм	Ст45
	Ст10
	Ст20
8х7мм	Ст45
8х10мм
9х14мм
10x10мм	Ст20
10x10мм	Ст45
10х16мм	Ст45
11х18мм	Ст45
12х12мм	Ст20
12х12мм	Ст45
12х20мм	Ст45
14х14мм	Ст20
14х14мм	Ст45
14x22мм	Ст45
14х24мм
14х25мм
16х16мм	Ст20
16х16мм	Ст45
18х18мм	Ст20
18х18мм	Ст45
20х20мм	Ст45
20х36мм	Ст45
22х22мм	Ст20
25х25мм	Ст20
25х25мм	Ст45
30х30мм	Ст20
30х30мм	Ст45
32х18мм	Ст45
40х40мм	Ст20
40х40мм	Ст45

Если Вам нужно выгодно купить шпоночный материал, то обращайтесь в компанию ООО «С-Агросервис». Мы продаем высококачественную сталь для шпонок чистотянутую от ведущих сталелитейных заводов России. Кроме того, при покупке у нас стали шпоночной, мы бесплатно нарежем ее в собственном цеху по заданным размерам! Доставка выполняется по России транспортными компаниями.

Шпоночный материал

Довольно большое распространение получил метод шпоночного соединения. Это связано с его высокой надежностью, а также относительно низкой стоимостью. Для создания промежуточного элемента применяется шпоночный материал. Он характеризуется довольно большим количеством особенностей, так как при оказании механического воздействия может проходить срезание поверхностного слоя. Шпоночная сталь существенно снижает вероятность возникновения поверхностной деформации. Рассмотрим все особенности этого вопроса подробнее.

Характеристики шпоночной стали

Приведенная выше информация указывает на то, что сталь для шпонок должна обладать определенными эксплуатационными характеристиками. Из названия материала можно сразу определить область ее применения. Среди особенностей отметим следующее:

Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
Повысить основные характеристики можно за счет проведения различного рода термической обработки. Часто твердость повышается путем закалки или выполнения отпуска.

Используемая марка стали хорошо поддается холодному и горячему волочению. За счет этого проводится выпуск объемной или комбинированной калибровки.

Довольно большое распространение получил шпоночный материал 8×7. Применение стандартов на момент производства заготовок позволяет существенно упростить задачу по выпуску промежуточного элемента. При выборе материала уделяется внимание нижеприведенным моментам:

Твердость поверхностного слоя.
Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
Степень обрабатываемости.

Распространенные сплавы могут применяться для изготовления призматических и других вариантов исполнения промежуточных элементов, который устанавливается для передачи усилия. Стоит учитывать, что чаще всего шпоночная сталь применяется при создании прямоугольных брусков различных размеров, которые устанавливаются на валу.

Классический вариант представлен маркой Ст45. К ключевым особенностям отнесем:

Это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, стоимость которой относительно невысокая.
Традиционно используется при изготовлении ответственных деталей.
Не стоит обращать внимание на то, что подобная марка не подается сварке.

Кроме этого, может применяться марка Ст50, свойства которой не существенно отличаются от предыдущего варианта.

В случае, когда нужно существенно повысить прочность соединения следует уделить внимание возможности применения легированных сплавов. Внесение в состав определенных химических элементов позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики. Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:

Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
Внесение хрома позволяет несколько повысить степень защиты материала от воздействия повышенной влажности. Этот момент определяет то, что коррозия на поверхности не появляться в течение длительного периода применения изделия.
Концентрация углерода в районе 0,4% обеспечивает требуемую прочность и твердость изделия. При этом в состав могут включаться и другие вещества в небольшой концентрации, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики.

Также могут применяться и другие сплавы с особыми эксплуатационными характеристиками, к примеру, с хорошей устойчивостью к воздействию повышенной температуры. Выбор проводится в зависимости от эксплуатационных характеристик и многих других моментов.

При производстве проводится учет размеров шпоночного материала. В большинстве случаев на производственную площадку поставляется пруток. Длина его может составлять около 1000 миллиметров, в некоторых случаях выпуск проводится под заказ. Наиболее распространены следующие размеры шпонки:

Не стоит забывать о том, что от размера зависит и вес. Кроме этого, при производстве изделий определенных размеров применяются различные сплавы. Размер соединительного элемента выбирается в зависимости от того, какая будет оказываться нагрузка. Кроме этого, на размер оказывает влияние габариты соединяемых изделий.

Не допускается использование изделия с явными внешними дефектами. Даже незначительные поверхностные трещины становятся причиной существенного снижения надежности соединения.

На момент выпуска продукта проводится контроль качества при применении несколько различных методов, среди которых также визуальный осмотр.

От области применения рассматриваемого изделия во многом зависит и форма. Выделяют следующие виды:

Клиновые.
Призматические.
Сегментные.
Тангенциальные.
Цилиндрические.

Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.

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.

Шпонка и шпоночное соединение

Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.

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.

Виды шпонок

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

1. Клиновые. Особый тип, который отличаются углом наклона верхней грани. В общем разделение на виды происходит исходя из классификации шпоночных соединений. Устанавливается в паз с помощью физической силы, ударным методом. Применение такого типа соединения позволяет добиться необходимого напряжения. Нарезанный клин, находясь в пазе, распирает его изнутри. За счет силы прижатия, вал и ступица совместно вращаются.Используется довольно редко, так как ее использование предусматривает индивидуальный подгон. Это можно считать недостатком для массового производства механизмов. Основное назначение — применение в тихоходных передачах и узлах неподвижного соединения.Среди клиновых шпонок выделяют:
  - врезные;
  - на лыске;
  - фрикционные;
  - без головки и с головкой.
2. Сегментные. Производятся в виде сегментной пластины, загоняемой в паз. Производиться методом фрезерования. Широко применяются в производстве, так как просты в изготовлении, не требуют особой точности при нарезании и легко устанавливается. Отличается установкой в боле глубокий паз, в сравнении с аналогами. Глубокий паз не подходит для больших нагрузок, так как значительно снижает прочность вала, поэтому используется при небольших крутящих моментов.На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.
3. Призматические. Отличаются параллельными гранями, которые устанавливаются в паз и фиксируют ступицу. Рабочими гранями в таки случаях являются боковые. Относятся к ненапряженному типу шпоночных соединений, поэтому существует вероятность возникновения коррозии в месте соединения. Для исключения коррозии, муфта и вал соединяются с натягом. Концы производятся обычно со скругленными или плоскими концами. Для скругленного типа рабочей поверхностью считается длина прямых краев. Паз нарезается с помощью фрезы.Передача усилия происходит путем давления поверхности паза на шпонку, которая передает крутящий момент на паз ступицы. Данный тип соединения призматической шпонкой часто используется для подвижных соединений, поэтому используют дополнительное крепление с помощью винтов. Как и многие другие типы выполняет функцию предохранителя при смятии и срезе.
4. Цилиндрические. Штифты в таких шпонках изготавливаются в виде цилиндров. Работаю в натяжении с отверстием на торце вала, которое высверливается под соответствующие размеры шпонок. Используется в тех случаях, когда ступица устанавливается на конце вала. Требует особого подхода к монтажу шпоночных соединений.Позволяют работать на срез и смятие. Поэтому выбор шпонки производят исходя из прочности на смятие.
Исходя из типа посадки выделяются:
1. Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
2. Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.
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.

Достоинства и недостатки

Как и любой тип соединений, шпоночные имеют ряд достоинств и недостатков. К достоинствам шпоночных соединений можно отнести простоту большинства типов шпонки. При этом монтаж и замена такой детали выполняется легко и быстро. Благодаря чему они получили широкое применение в машиностроении. Также обеспечивает функцию предохранения.

К недостаткам относиться ослабление ступицы и вала. Оно возникает исходя из повышенного напряжения и уменьшения поперечного сечения. Также ослабление деталей вызвано из-за нарезанного паза, который снижает осевую прочность вала.

Чтобы минимизировать недостатки, нужно добиться отсутствия перекоса шпонки в пазе. Для этого нужно обеспечить отсутствие зазора, что делается путем индивидуального изготовления и подгона шпонки. Из-за этого в крупносерийном производстве редко применяют любые разновидности шпоночных соединений. Если добиться отсутствия перекоса не удалось, площадь рабочего контакта уменьшается, в следствие чего степень максимальной нагрузки уменьшается.

Также наличие зазора вызывает эффект биения, особенно на высоких скоростях. Это приведет к быстрому износу рабочих деталей. Из-за этого подобное соединение редко применяется для быстровращающихся валов. Для подбора подходящей шпонки лучше использовать таблицу шпоночных соединений.

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.

Заключение

Такой тип соединения отличается простотой и достаточно высокой надежностью, из-за чего получил высокую популярность в промышленности. Разнообразие видов позволяет подобрать оптимальный тип соединения, что позволит добиться высокой эффективности, надежности готовой конструкции и страховку узлов от повреждений при повышении допустимых нагрузок. Подобрав шпонку исходя из соответствующих ГОСТов, можно добиться высокой эффективности работы соединения.

На сегодняшний день можно легко подобрать необходимую деталь, что позволяет быстро сделать монтаж и замену в случае необходимости.

Читайте также: