Методическое пособие 509

торые разделяются на три группы с различными требованиями к точности ширины пазов (рис. 49).

Рис. 49. Поля допусков соединения призматическими шпонками для валов от 38 до 65 мм и сечения шпонки (b х h) 12x8; 14x9; 16x10; 18x11

Свободное соединение — соединение с гарантированным зазором. Для этих соединений нормируется поле допуска Н9 для ширины паза на валу и D10 для втулки.

Нормальное соединение — соединение с переходной посадкой с большей вероятностью получения зазора. Для этих соединений поле допуска N9 задается для паза на валу и JS9

— на втулке.

Плотное соединение — соединение с переходной посадкой с приблизительно равной вероятностью зазоров и натягов. В этих соединениях для паза вала и втулки нормируется одно поле допуска

Р9.

(Обратите внимание, что поле допуска для пазов дается как для отверстия, т.е. детали с внутренней поверхностью.)

Как видно из приведенных полей допусков, в соединении призматической шпонкой используется всего пять полей допусков на сопрягаемые размеры пазов и одно поле допуска для ширины шпонки.

Требования к глубине пазов на валу и во втулке установлены от +0.1 до +0.3 в зависимости от номинального размера. На длину паза установлено одно поле допуска Н15.

В. Посадки шпоночного соединения так же как и для гладких сопряжений не нормируются, а могут быть образованы сочетанием любых полей допусков ширины паза на валу и втулке. Исходя из приведенных ранее полей допусков на ширину шпонок и на ширину пазов у валов и втулок можно сказать, что сопряжения шпонок с валом и втулкой производится в системе вала, т.е. дается одно поле допуска для шпонки (вала) (h9) и пять полей допусков для ширины паза у втулок и вала (рис. 49).

В сопряжении участвуют одновременно три элемента, два из которых — это пазы на валу и втулке (т.е. отверстия), а один — шпонка (т.е. вал). Естественно, что система образования посадок должна иметь один основной элемент и в данном случае это вал, и, следовательно, посадки образуются в системе вала. В связи с необходимостью использовать посадки в системе вала металлургическая промышленность выпускает специальный прокат для призматических шпонок (сталь чистотянутая для шпонок) и поэтому и экономически целесообразно использовать систему вала, поскольку малы затраты на обработку шпонок.

Соединения сегментными шпонками

Эти соединения отличаются от призматических только формой шпонки (рис. 50). При этом шпонка может быть в виде целого сегмента (исполнение 1) или в виде срезанного сегмента (исполнение 2).

Рис. 50. Шпоночные соединение сегментными шпонками

Шпонки первого исполнения используются для передачи крутящих моментов, а второго — для фиксации элементов конструкции. Глубина пазов у вала (t1) установлена от 1 до 10 мм, а для втулок (t2) — от 0.6 до 3.3 мм. Так же как и в соединениях призматическими шпонками на рабочих чертежах могут быть заданы размеры пазов с учетом диаметра (т.е. D-t1 и D+t2). Для передачи крутящего момента эти соединения используются для относительно небольших валов от 3 до 38 мм, а для фиксации элементов — от 3 и свыше 40 мм без ограничения диаметра.

Размеры шпонок (ГОСТ 24071-80) - от 1x1, 4x4 до 10x13x32 (b х h х D). Как видите, у этих шпонок в отличие от призматических нормируется вместо длины диаметр окружности, из которой вырезается сегмент. В условном обозначении указываются размеры ширины и высоты (b х h). Например: шпонка 5 x 6,5 ГОСТ 24071-80.

Точность соединения сегментными шпонками устанавливается теми же полями допусков, что и для соединений призматическими шпонками. Так, для ширины (b) и высоты (h) нормируются поля допуска h9 и h11. Вместо поля допуска на длину шпонки (она не нормируется, исходя из особенности формы шпонки, а определяется диаметром и высотой) задается поле допуска h12 для диаметра, из которого вырезается сегмент. Кроме того, при соединении сегментными шпонками используются только нормальное и плотное соединения (отсутствует свободное соединение) с использованием

тех же полей допусков, что и при призматических шпонках. Для нормального соединения нормируется точность полем допуска N9 на ширину шпоночного паза на валу и полем допуска JS9 для паза во втулке. При плотном соединении для ширины шпоночного паза на валу и на втулке нормируется всего одно поле допуска Р9. Сопряжения, как и при призматических шпонках, образуются любыми сочетаниями поля допуска на ширину шпонки (h9) с тремя полями допусков на ширину паза у вала и втулки.

Соединения клиновыми шпонками

Эти соединения (рис. 51) аналогичны соединениям призматическими шпонками с тем отличием, что шпонка изготавливается в виде клина с уклоном 1:100. Осевым перемещением шпонки обеспечивается соединение вала и втулки. Эти шпонки могут быть с головкой (одно исполнение) или без головки (еще три исполнения, отличающиеся формой торцов шпонки — плоские с закруглением с двух концов или с одного конца). Соединения клиновыми шпонками охватывают диаметры валов от 6 до 500 мм (как и призматические).

Рис. 51. Шпоночное соединение клиновыми шпонками

Размеры шпонок (ГОСТ 24068-80) — от 5x5 до 100x50 (bхh), где h относится к наибольшему размеру шпонок — от 6 до 500 мм. При условном обозначении шпонок указываются ее размеры:

ся зубья (выступы), а в отверстии — соответствующие впадины (шлицы). Не надо путать эти зубчатые соединения с зубчатыми зацеплениями, предназначенными для передачи движения.

Охватывающую поверхность внутреннего цилиндра обычно в этих соединениях называют втулкой.

Основное назначение этих соединений заключается в передаче крутящего момента, а иногда и для создания осевого усилия.

Шлицевые соединения, в принципе, можно представить себе как многошпоночное соединение с равномерно расположенными шпонками. В зависимости от формы профиля выступов у вала и впадин у втулки имеются прямобочные шлицевые и эвольвентные соединения. Значительно реже применяются шлицевые соединения с треугольным профилем. Шлицевые соединения используются в тех же случаях, что и шпоночные соединения, но для передачи больших крутящих моментов и, кроме того, когда необходимо обеспечить относительно высокие требования к соосности (центрированию) вала и втулки.

Прямобочные шлицевые соединения

Эти соединения (рис. 52) используются в подвижных (с зазором) и неподвижных (с натягом) соединениях.

Для того чтобы обеспечить передачу разных значений моментов, при нормировании размеров шлицевых соединений (ГОСТ 1139-80) выделяют легкие, средние и тяжелые серии, которые отличаются, в основном, разными сочетаниями чисел зубьев (шлицев) (z), размерами внутреннего (d) и наружного (D) диаметров и шириной (b) зуба (впадины).

Прямобочные шлицевые соединения обычно охватывают валы с наружным диаметром от 14 до 125 мм (обратите внимание на рисунок, где названия диаметров — наружный и внутренний — даются аналогично резьбе, т.е. наружный диаметр находится "снаружи" у вала, а у втулки он расположен внутри). Стандартом нормируются определенные сочетания zхdхD, которые можно использовать.

Рис. 52. Втулка и вал прямобочного шлнцевого соединения

Необходимость нормирования сочетаний диаметров и числа зубьев объясняется тем, что втулки шлицевого соединения получаются способом протягивания. Инструмент для этого — протяжка — изготавливается под определенный размер втулки и для определенного числа шлицев (зубьев). Поэтому весьма важно внести ограничения типоразмеров этих втулок, так как инструмент протяжка очень сложный и дорогой. Нельзя допускать произвольное сочетание диаметров и количества зубьев. В прямобочных шлицевых соединениях зубья, по которым образуются сопряжения, расположены параллельно оси соединения и имеют плоские боковые поверхности.

Требования к параметрам шлицевого соединения задаются в зависимости от принятой системы центрирования между валом и втулкой, т.е. от той поверхности, по которой производится основное сопряжение, обеспечивающее расположение осей втулки и вала (рис. 53). Используют три способа центрирования: по наружной поверхности (D), по внутренней поверхности (рис. 53, а) (d) и по боковым поверхностям зубьев (b).

Рис. 53. Центрирование прямобочных шлицевых соединений: по наружному диаметру (a), по внутреннему диаметру (б), по боковым поверхностям (в)

Необходимо иметь в виду, что поскольку обработку поверхности втулки, в основном, осуществляют протягиванием, то это в свою очередь предопределяет требование к материалу детали и возможные точности сопряжений.

1. Центрирование в шлицевых соединениях. Прежде чем рассмотреть вопросы центрирования по разным поверхностям шлицевых деталей, коротко разберем понятие "центрирование" и способ осуществления его при образовании шлицевого соединения. Термин "центрирование" широко применяется в машиностроении и характе-

ризует точность расположения относительно друг друга. Центрирование — это операция сборки, заключающаяся в вы-

верке соосности детали с базовой поверхностью или общей осью. Таким образом, термин "центрирование" не совсем точен, по-

скольку речь идет о действиях по совмещению осей, а не центров. Однако этот термин, характеризующий совмещение осей двух деталей, укоренился в машиностроении, и вызвано это, вероятно, процедурой действий при центрировании. В процессе центрирования измеряется радиальное биение центрируемой детали и по этому биению судят о совпадении осей. Как Вы должны помнить, радиальное биение измеряется в сечении цилиндра плоскостью, перпендикулярной оси цилиндра, и, фактически, вместо совпадения осей определяется совпадение центров. Отсюда и термин "центрирование", который употребляется, например, при выставлении оси заготовки с осью планшайбы станка, при этом условно пренебрегают влиянием на радиальное биение отклонений от круглости заготовки.

В отношении понятия о центрировании при образовании шлицевого соединения речь идет об обеспечении совмещения осей вала и втулки. Точность совмещений этих осей обеспечивается точностью посадки с зазором между сопрягаемыми, поверхностями. Но прежде чем рассмотреть эти посадки, надо обратить внимание на то, что шлицевое соединение отличается от обычного гладкого тем, что посадка (сопряжение) для шлицевых деталей осуществляется одновременно по трем поверхностям, т.е. по наружной поверхности, по внутренней и по боковым сторонам шлицев (зубьев).

Таким образом, при нормировании точности шлицевого соединения необходимо нормировать одновременно три посадки. Посадки эти должны быть разными по точности, так как невозможно изготовить все сопрягаемые поверхности одинаковой точности и невозможно будет обеспечить собираемость шлицевых деталей при одинаковой высокой точности. Точность совпадения осей в шлицевом соединении обеспечивается точностью сопряжений, т.е. значениями зазоров или натягов. Поэтому точность посадок по трем сопрягаемым поверхностям шлицевых деталей назначаются разными. И, естественно, что поверхность, для которой назначена более высокая точность сопряжения, будет обеспечивать точность совмещения осей. И если говорится, что центрирование шлицевого соединения осуществляется по наружному диаметру, это означает, что посадка по наружной поверхности (наружному диаметру) должна быть наи-

более точной из трех посадок в данном шлицевом соединении. Поскольку поверхности шлицевого соединения либо обеспе-

чивают точность центрирования, т.е. совмещения осей, либо не выполняют этой функции, то возникает необходимость отдельного нормирования точности каждой поверхности, когда она является центрирующей и когда она не является центрирующей.

Центрирование по D (см. рис. 53, а) используется для подвижных и неподвижных соединений, при передаче небольших

крутящих моментов и в других соединениях, подвергаемых малому износу. Для обеспечения этого сопряжения втулка должна изготавливаться с относительно небольшой твердостью, чтобы обеспечить обработку чистовой протяжкой. Вал может иметь большую твердость и обрабатывается шлифованием по наружному диаметру (фрезерованием получают зубья). Этот способ центрирования наиболее простой и экономичный.

Центрирование по d (см. рис. 53, б) используется для получения высокой точности в отношении совмещения осей вала и втулки. Объясняется это тем, что отверстия по внутреннему диаметру и у вала, и у втулки могут быть окончательно обработаны шлифованием. Эти сопряжения используются, когда и вал, и втулка должны иметь большую твердость. Этот способ центрирования дорогой, но наиболее точный.

Центрирование по b (см. рис. 53, в) используется, когда необходимо передать большие крутящие моменты, особенно при знакопеременной нагрузке, тем более с реверсированием. При этом способе не обеспечивается высокая точность совпадения осей вала и втулки, и поэтому он применяется значительно реже, чем два других.

2. Поля допусков на размеры поверхностей прямобочного шлицевого соединения. Шлицевые детали образуют подвижные и неподвижные соединения, и поэтому нормируются отдельные поля допусков, отобранные по ГОСТ 25347-82. Естественно, что разные поля допусков нормируются, когда поверхность шлицевой детали является центрирующей (обеспечивает совмещение осей вала и втулки) или когда поверхность не выполняет функции центрирования.

А. Поля допусков для размеров центрирующих поверхностей.