Для соединения втулок, шкивов, муфт, рукояток и т.п. деталей машин с валами, когда к точности центрирования соединяемых деталей не предъявляют особых требований, применяют шпонки: клиновые, призматические, сегментные, тангенциальные шпонки.
Для установки шпонок на валу и во втулке закрепляемой детали делают углубления — шпоночные канавки по формам и размерам шпонок. Установлены следующие три типа шпоночных соединений: свободное, нормальное и плотное.
Клиновые шпонки держатся благодаря силам трения.
Так как установка клиновых шпонок требует иногда больших усилий, их устанавливают ударами молотка. Клиновая шпонка вызывает некоторый перекос детали на валу, что является ее существенным недостатком. Клиновые шпонки, установленные в канавках вала и втулки, называются врезными. Иногда врезные, шпонки изготавливаются с головками, которые облегчают выталкивание шпонки из паза при разборке соединения.
Врезную шпонку применяют для соединения деталей, которые передают большие вращательные усилия.
Если эти усилия не слишком велики, то на валу вместо канавки делают просто плоскость (лыску). Такую клиновую шпонку называют шпонкой на лыске.
Призматические шпонки изготавливаются всегда врезными. Они вкладываются в канавку на валу или во втулку свободно (но без качки) и легко вынимаются при разборке.
Призматические шпонки употребляются и тогда, когда требуется перемещение детали (например, зубчатого колеса) вдоль вала, на котором она помещается. Такая шпонка укрепляется в канавке вала с помощью винтов. Чтобы деталь могла легко скользить по валу и в то же время обеспечивалась точность подвижного соединения, призматическая шпонка должна быть точной по размерам.
Кроме клиновых шпонок, имеющих форму продольных клиньев, для скрепления деталей нередко применяют металлические поперечные клинья, например шатуны велосипеда закреплены с помощью клиновых болтов-клинков. Клинья используют также для закрепления муфт на валу, соединения деталей паровых машин и т. п.
Клин с небольшим углом уклона иногда называют чекой. Обычно чека применяется для таких соединений деталей, которые требуется часто разбирать или подтягивать.
Для скрепления деталей применяются также штифты, цилиндрические или конические стержни, которые плотно подгоняются к отверстиям в деталях.
Примерами могут служить соединения винта с подвижной губкой слесарных параллельных тисков, маховиков и рукояток с винтами токарного станка. Нередко штифты применяются для таких соединений, где требуется достигнуть строго определенного положения собираемых деталей; такие штифты называются установочными и применяются при сборке узлов станков, двигателей внутреннего сгорания и других машин.
Шлицевые соединения применяются в передаточных механизмах для соединения валов с зубчатыми колесами и муфтами, например, в коробках скоростей металлорежущих станков и автомобилей.Шлицевое соединение напоминает шпоночное, только вместо одной канавки по всей окружности вала делается несколько канавок и выступов (шлицев) прямоугольного, треугольного или фасонного (эвольвентного) профиля. Точно такие же шлицы делаются в ступице детали. Благодаря шлицам легко достигается продольное перемещение детали по валу.
Хотя шлицевые соединения более сложны по своему устройству и способам изготовления, чем соединения шпоночные, их преимущества бесспорны: они обеспечивают точное расположение детали на валу, позволяют передавать очень большие вращающие усилия, долговечны и износоустойчивы.
Для того чтобы шлицевое соединение работало безотказно, необходимо держать в чистоте и систематически смазывать трущиеся части движущихся деталей.
В некоторых машинах детали шлицевого соединения туго насаживаются друг на друга, т. е. соединение делается неподвижным, например сошка и вал механизма рулевого управления автомобиля.
Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев имеют существенные преимущества по сравнению с прямобочными: они могут передавать большие крутящие моменты, имеют на 10-40 % меньше концентрацию напряжений у основания зубьев, повышенную циклическую долговечность и ещё ряд преимуществ.
Шлицевые соединения с треугольным профилем не стандартизованы: их применяют чаще всего вместо посадок с натягом, а также при тонкостенных втулках для передачи небольших крутящих моментов.
