Шпонка или шлицы что лучше
Шлиц, шпонка, штифт
Шпонка [вверх]
Шпонка – это деталь, которая устанавливается а пазах двух соединяемых деталей для передачи крутящего момента.
На половину высоты шпонка входит в паз вала и на половину – в паз ступицы колеса. Боковые грани шпонки передают вращение от вала к ступице и обратно.
По форме шпонки подразделяются на призматические и сегментные (не напряженные соединения), так же клиновые (напряженные соединения).
Шпоночное соединение [вверх]
— с помощью призматической шпонки
— с помощью сегментной шпонки – применяются на коротких ступицах и валах небольших диаметров
— с помощью клиновой шпонки – применяются в механизмах с высокой точностью, для предотвращения перекоса деталей
В шпоночном соединении между пазом ступицы и верхней гранью шпонки должен быть зазор. Размеры шпонок и глубина пазов на валу и в ступице определяются стандартом и зависят от диаметра вала. Длину шпонки l принимают Lст- (5…6) мм.
Шлицевое соединение [вверх]
Шлицевое соединение можно рассматривать как многошпоночное, в котором шпонки и пазы под них выполнены заодно с валом и ступицей и расположены параллельно их осям. Шлицевые соединения, как и шпоночные, используются для передачи крутящего момента. Шлицевые соединения широко применяются в автотракторной, авиационной, станкостроительной промышленности. Наличие большого числа шлицев (зубьев) позволяет передавать более значительные крутящие моменты и обеспечивает лучшую центровку ступицы и вала.
Изображение на чертеже вала и ступицы шпоночного соединения:
Шлицевые соединения могут быть с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем шлица.
Штифтовое соединение [вверх]
Штифт – это гладкий стержень цилиндрической или конической формы. Штифты используют для жесткого соединения или точной установки деталей при сборке. Конические штифты, в отличии от цилиндрических, можно использовать многократно.
Шлицевое соединение
Шпонки необходимо подгонять, поэтому их рекомендуется применять в единичном или мелкосерийном производстве. Шлицы, в отличае от шпонок, взаимозаменяемы, и рекомендуется использовать в крупносерийном и массовом производстве.
В технике применяются прямоугольные, треугольные, трапецеидальные, эвольвентные шлицы.
Наибольшее распространение получили прямоугольные шлицы.
Размер шлицев
Стандарт ГОСТ 1139-80 устанавливает размеры на прямоугольные шлицевые соединения, он регламентирует:
Размеры шлицев представлены в следующей таблице.
Обозначение шлицевого соединения
В обозначении шлицев указывается:
Если размер не является центрирующим, то допускается не указывать на него поле допуска.
Пример обозначения шлицев
Для составления конструкторской документации обозначим вал с центрированием по внутреннему диаметру d=36 мм, допуском f7, восемью шлицами, внутренним диаметром D=40 мм с допуском a11, шириной зуба 7 мм с допуском f9.
Для втулки этого же шлицевого соединения обозначение будет выглядеть следующим образом:
Шпоночные и шлицевые соединения
Шпоночные соединения предназначены для соединения валов со ступицами различных деталей вращения (зубчатых колес, шкивов, эксцентриков, маховиков и т.п.); их используют для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот. Широко распространенные ненапряженные соединения осуществляют призматическими и сегментными шпонками, а напряженные — клиновыми и тангенциальными (рис. 10).
Шестигранные и комбинированные шпонки применяют для соединения тел вращения по торцовым поверхностям. У призматических шпонок рабочими являются боковые, более узкие грани. Между верхней широкой гранью шпонки и дном паза ступицы предусмотрен зазор. Использование призматических шпонок дает возможность точно центрировать сопрягаемые элементы и получать как неподвижные, так и скользящие соединения. Простые призматические шпонки бывают трех исполнений: с закругленными торцами, с одним закругленным и одним плоским торцами и с плоскими торцами. Шпонка обрабатывается с припуском 0,1…0,15 мм с учетом последующей подгонки на краску по шпоночным канавкам вала и сопрягаемой детали.
Простые шпонки устанавливают в паз вала без крепления; направляющие шпонки дополнительно крепят к валу винтами для устранения перекоса при перемещении (рис. 10, в). Призматические шпонки, скользящие вместе со ступицами вдоль вала, применяют при больших осевых перемещениях. Их выполняют с цилиндрическими выступами-головками, которые входят в соответствующие отверстия в ступицах.
Рис. 9. Схемы гидропрессовой сборки при подводе масла через отверстие во втулке (а), в валу (б)
Рис. 10. Типы шпонок: а — клиновая; б — призматическая; в — направляющая; г — сегментная; д — тангенциальная
Различают свободные, нормальные и плотные шпоночные соединения с призматическими шпонками. На размер по ширине призматической шпонки устанавливают поле допуска h9. Поля допусков на ширину пазов валов установлены в зависимости от типа соединения: для свободных Н9; для нормальных N9; для плотных Р9; соответственно ширина паза во втулке D10, JS9 и Р9.
Свободное соединение имеет посадку с зазором, а нормальное и плотное — переходные посадки. Призматические шпонки по сравнению с клиновыми обеспечивают более высокую точность центрирования, а по сравнению с сегментными в меньшей степени ослабляют вал.
Сегментные шпонки (рис. 10, г) обладают некоторыми технологическими преимуществами перед призматическими. Положение сегментных шпонок на валу более устойчиво вследствие большей глубины врезания.
При необходимости по длине ступицы устанавливают две сегментные шпонки. Для сегментных шпонок и пазов под них приняты следующие поля допусков: h9 для ширины шпонки; N9 для ширины паза вала в нормальном соединении и Р9 в плотном; JS9 для ширины паза втулки в нормальном соединении и Р9 в плотном. Если детали термообработаны, применяют поля допусков Н11 для ширины паза вала и D10 для ширины паза втулки. Для упрощения и облегчения сборки соединений с сегментными шпонками, как и с призматическими, между шпонкой и дном паза ступицы вала предусмотрен зазор.
Клиновые и тангенциальные шпонки используют в тех случаях, когда требования к соосности соединяемых деталей не имеют существенного значения (шкивы, маховики и т.п.). Клиновые шпонки (рис. 10, а) изготовляют: с головками; с закругленными и прямыми торцами; с одним закругленным и одним прямым торцами. Верхняя поверхность клиновой шпонки имеет уклон 1:100. Натяг между валом и ступицей создают забиванием шпонки или затяжкой ступицы гайкой на шпонку, установленную на валу в шпоночном пазе. Клиновая шпонка должна плотно прилегать ко дну шпоночного паза вала и ступицы, а по боковым поверхностям иметь зазор. Клиновые шпонки создают напряженное соединение, способное передавать не только крутящий момент, но и осевую силу. Установка клиновой шпонки вызывает радиальное смещение оси ступицы. Уменьшения биения ступицы достигают сокращением посадочного зазора и обеспечением равенства уклонов шпонки и дна паза ступицы.
В соединениях с тангенциальными (рис. 10, д) клиновыми шпонками натяг между валом и ступицей создается не в радиальном, а в касательном направлении. Шпонки в таких соединениях работают на сжатие. Каждую шпонку составляют из двух односкосных клиньев, обращенных вершинами в разные стороны с параллельными наружными рабочими гранями. Соединения тангенциальными шпонками применяют в тяжелом машиностроении при больших динамических нагрузках для валов диаметром 60…100 мм. Поле допуска толщины шпонок принимают до h11, а угла
наклона до 
. Тангенциальные клиновые шпонки устанавливают попарно при ударах молотка с медным или свинцовым наконечником либо с использованием специального приспособления.
В шпоночных соединениях контролируют:
Порядок сборки соединений с обыкновенной призматической шпонкой:
При сборке соединений с клиновой шпонкой:
Шлицевыми называют соединения цилиндрических деталей, образованные выступами — зубьями на валу, входящими во впадины соответствующей формы в ступице. Шлицевые соединения применяют в качестве неподвижных для постоянного соединения ступицы с валом, подвижных без нагрузки, например для переключения зубчатых колес, и подвижных под нагрузкой. По форме профиля зубьев различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные.
Шлицевые соединения обладают по сравнению со шпоночными следующими преимуществами: большей несущей способностью; более хорошим центрированием деталей на валах и лучшим направлением при осевом перемещении.
Соединения с прямобочными зубьями составляют 80…90 % от всех шлицевых соединений; их выполняют с центрированием по боковым граням зубьев; по наружному и внутреннему диаметру вала.
Эвольвентные шлицевые соединения с углом профиля 30° по сравнению с прямобочными отличаются повышенной точностью благодаря большому числу зубьев, их утолщению и закреплению у основания, достаточно технологичны при изготовлении. Эвольвентные шлицевые соединения применяют для валов диаметром 12…400 мм.
Области использования шлицевых соединений определяются их типами и способами центрирования (табл. 7).
Сборку соединений начинают с осмотра шлицев собираемых деталей. На их поверхностях не должно быть забоин, заусенцев или задиров. Для предупреждения возможного заедания шлицев необходимо, чтобы были выполнены все наружные фаски на торцах деталей и закругления шлицев. Сопрягаемые поверхности должны быть смазаны. В соединениях, работающих в тяжелом режиме, прилегание шлицев проверяют по краске.
Таблица 7. Области применения шлицевых соединений
| Форма профиля | Способ центрирования | Примерное назначение |
| Прямобочная
| По наружному диаметру | Для простых способов центрирования. Отверстия втулки без термообработки или с термическим улучшением |
 | По внутреннему диаметру | Для точного центрирования. Втулка и вал термообработаны |
 | По боковым граням | Для тяжелонагруженных соединений с равномерным распределением нагрузки при термически улучшенной поверхности втулки |
| Эвольвентная
| По боковым граням | Для тяжелонагруженных соединений без повышенных требований к центрированию, обеспечивает равномерное распределение нагрузки. Втулка и вал без термообработки |
 | По наружному диаметру | То же, с более высокими требованиями к центрированию |
| Треугольная
| По боковым граням | Для слабонагруженных соединений с тонкостенными втулками |
В зависимости от применяемой посадки центрирующих поверхностей шлицев соединения подразделяются на три группы: тугоразъемные, легкоразъемные и подвижные.
В тугоразъемных соединениях охватывающую деталь напрессовывают специальным приспособлением. Собирать такие соединения с помощью молотка или кувалды не рекомендуется. Неравномерные удары вызывают перекос охватывающей детали на шлицах и даже задир. При сборке тугих шлицевых соединений диаметром свыше 50 мм целесообразно охватывающую деталь перед запрессовкой нагреть до 80…120 °С.
Зазоры в легкоразъемном шлицевом соединении являются причиной перекоса сопрягающих деталей, особенно при нагрузке, действующей несимметрично относительно средней плоскости охватывающей детали. Дополнительные осевые силы, вызванные колебательными движениями деталей шлицевого соединения, обусловливают усиленный износ последних. После установки и закрепления охватывающей детали на шлицах соединение проверяют на биение. Допускаемые радиальное и торцовое биения зависят от назначения соединения и указываются на сборочном чертеже или в технических требованиях на сборку.
В легкоразъемных и подвижных шлицевых соединениях охватывающие детали устанавливают под действием небольших сил. Осевое перемещение охватывающей детали в правильно собранной сборочной единице осуществляется легко, без заеданий, а тангенциальное — под действием крутящего момента, создаваемого вручную, допускается в узких пределах. В подвижных соединениях отверстия охватывающей детали и шлицевого вала должны быть соосны. При полной соосности все шлицы вала контактируют со шлицами отверстия; если такого контакта не будет, ухудшаются условия работы соединения.
Шпоночные и шлицевые соединения
Шпоночное соединение образуется шпонкой-стержнем, находящимся одновременно в пазах вала и установленной на него детали. Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице, установленной не нем детали или наоборот, от этой детали к валу. Кроме этого шпонки фиксируют на валу положение детали в осевом направлении.
По условиям эксплуатации шпоночные соединения подразделяются на напряженные и ненапряженные. Напряженными называют соединения, в которых при отсутствии внешних сил и моментов постоянно действуют внутренние силы упругости, возникающие в результате предварительной затяжки. Наиболее распространены призматические, сегментные и клиновые шпонки.
Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, противоположные грани у них параллельны, передают крутящий момент боковыми гранями и бывают простыми, направляющими и скользящими. Простые шпонки устанавливают в паз вала без крепления; направляющие шпонки крепят к валу винтами в целях устранения перекоса; скользящие шпонки выполняются короткими и они перемещаются по валу вместе с деталью.
Клиновые шпонки в совокупности с валом, втулкой и шпонкой образуют напряженное соединение. Они представляют собой клин с уклоном 1 : 100, передают крутящий момент, а также осевую силу верхней и нижней гранями (по бокам имеется зазор). Шпонки плохо центрируют деталь и поэтому применяются только для тихоходных неответственных передач.
Направляющие шпонки применяют в тех случаях, когда ступица должна иметь возможность перемещаться вдоль вала. Эти шпонки крепят к валу при помощи винтов. Соединение шпонки с валом – неподвижное плотное, со ступицей – свободное с зазором.
Скользящие шпонки применяют вместо направляющих в тех случаях, когда требуется значительное перемещение ступицы вдоль вала. Шпонка имеет цапфу, которая входит в отверстие, выполненное в ступице, перемещаемой по валу. При изменении положения детали по валу шпонка перемещается по пазу вала вместе со ступицей.
Многошпоночные соединения, у которых шпонки выполнены заодно с валом, называются шлицевыми.
Рис 1.17 Виды шлицевых соединений:
По сравнению со шпоночным соединением шлицевые соединения обладают рядом преимуществ:
— обеспечивает лучшее центрирование и направление при перемещении соединяемых деталей;
— обеспечивают большую прочность вала при одном и том же наружном диаметре;
— обеспечивают передачу больших крутящих моментов благодаря значительной поверхности контакта соединяемых деталей и равномерному распределению давления по этой поверхности.
Применяют соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем шлицев, число шлицев принимают четным (6,8 и 10).
Прямобочные шлицевые соединения получили наибольшее распространение. Соосность вала и втулки (центрирование) в этом соединении осуществляется по наружному диаметру, по внутреннему диаметру и по боковым граням.
Эвольвентное шлицевое соединение применяют с центрированием по боковым поверхностям шлицев и наружному диаметру. Поперечное сечение шлицев представляет собой эвольвентный профиль, под действием нагрузки могут самоустанавливаться, имеют повышенную прочность и долговечность и используются в высоконагруженных передачах.
Треугольное шлицевое соединение применяют для передачи небольших крутящих моментов в неподвижных соединениях, его центрируют только по боковым поверхностям шлицев.
Рис 1.18 Виды шпоночных соединений:
1 – шпонка, 2 – вал, 3 – ступица
Для извлечения шпонок при разборке соединений используют мягкие выколотки. Для разборки клиновых шпоночных соединений применяют винтовые приспособления.
Метрология
Допуски и посадки шпоночных соединений
Общие сведения о шпоночных соединениях
В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке.
По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.
Рис. 1. Виды исполнений призматических шпонок (вид сверху)
Шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки.
Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки.
Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.
Рис. 2. Параметры шпоночного соединения
Все виды шпоночных соединений образуются в системе вала. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки. Для предпочтительного применения стандартом предусмотрено три вида соединения (рис. 3):
Допуски и посадки шлицевых соединений
Основные параметры шлицевых соединений
Шлицевые соединения, как и шпоночные, предназначены для передачи крутящих моментов в соединениях шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей с валами.
В отличие от шпоночных соединений, шлицевые соединения, кроме передачи крутящих моментов, осуществляют еще и центрирование сопрягаемых деталей. Шлицевые соединения могут передавать большие крутящие моменты, чем шпоночные, и имеют меньшие перекосы и смещения пазов и зубьев.
Более подробно о видах шлицевых соединений здесь.
В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем зубьев.
Шлицевые соединения с прямобочным профилем зубьев применяются для подвижных и неподвижных соединений. К основным параметрам относятся:
По ГОСТ 1139-80* в зависимости от передаваемого крутящего момента установлено три типа соединений – легкой, средней и тяжелой серии.
В шлицевых соединениях с прямобочным профилем зуба применяют три способа относительного центрирования вала и втулки (рис. 3):
Рис. 3. Способы относительного центрирования шлицевых соединений
Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам обеспечивает хорошую соосность деталей при взаимном перемещении. Но центрирование по наружному диаметру, кроме того, применяют и для неподвижных соединений, поскольку в них отсутствует износ от осевых перемещений.
Выбор допусков и посадок шлицевых соединений
Рис. 4. Поля допусков шлицевых соединений
Прямобочные шлицевые соединения, как правило, контролируются комплексными проходными калибрами. При этом поэлементный контроль осуществляется непроходными калибрами или измерительными приборами.
В спорных случаях контроль с применением комплексного калибра является решающим.
При использовании комплексных калибров отверстие считается годным, если комплексный калибр-пробка проходит, а диаметры и ширина паза не выходят за установленные верхние пределы; вал считается годным, если комплексный калибр-кольцо проходит, а диаметры и толщина зуба не выходят за установленный нижний предел.
Обозначение на чертежах прямобочных шлицевых соединений валов и втулок должно содержать:
В обозначении можно не указывать допуски нецентрирующих диаметров.
Допуски и посадки эвольвентных шлицевых соединений
Для повышения долговечности соединений, улучшения центрирования и упрощения фрезерования (применения метода обката одной червячной фрезой при нарезании шлицев одного модуля, но разных чисел зубьев и диаметров) используются шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба.
Однако при закаленных валах и втулках шлицевание зубьев с эвольвентным профилем невыгодно. Кроме того, стоимость протяжки при чистовой обработке выше, чем для зубьев с прямобочным профилем.
Основными преимуществами эвольвентных шлицевых соединений по сравнению с прямобочными являются:
В шлицевых эвольвентных соединениях втулку относительно вала центрируют по:
Допуски и посадки при центрировании по боковым поверхностям зубьев эвольвентных соединений имеют особенность, состоящую в том, что на сопрягаемые размеры толщины зубьев вала s и ширины втулки е установлены два вида допусков:
Контроль размеров шлицевых соединений
Для контроля размеров шлицевой втулки и шлицевого вала применяют поэлементные и шлицевые комплексные калибры. Калибры для контроля внутреннего диаметра втулки и наружного диаметра вала не отличаются от гладких калибров-пробок и калибров-скоб.