7 Допуски и посадки зубчатых (шлицевых) соединений

Зубчатые (шлицевые) соединения применяются для тех же целей, что и шпоночные, но имеют неоспоримые преимущества перед ними: большую усталостную прочность, более высокую точность центрирования, обладают способностью передавать большие крутящие моменты. В зависимости от профиля применяются зубчатые (шлицевые) соединения трех видов: прямобочные, эвольвентные и треугольные. Треугольные зубчатые (шлицевые) соединения применяются вместо соединений с натягом, для неподвижных соединений тонкостенных втулок и для соединений деталей из легких сплавов со стальными валами. Государственные стандарты на треугольные шлицевые соединения отсутствуют, используются отраслевые стандарты.

Зубчатые (шлицевые) соединения применяются для неподвижных и подвижных соединений.

Одним из показателей точности зубчатых (шлицевых) соединений являются центрирование (соосность) сопрягаемых деталей. Собираемость зубчатых (шлицевых) соединений зависит не только от точности отдельных элементов шлицевого отверстия и вала, но и от точности формы и взаимного положения их поверхностей.

7.1 Зубчатое соединение с прямобочными шлицами

В прямобочных шлицевых соединениях в зависимости от передаваемого крутящего момента основные размеры подразделяются на три серии: легкая, средняя и тяжелая. Число шлицов в легкой и средней серии: 6, 8 и 10, а в тяжелой – 10, 16 и 20. Основные размеры для каждой серии приводятся в таблицах стандарта ГОСТ 1139-80 [8] (таблицы А.12 – А.14) . Стандартом предусмотрено три вида центрирования: по наружному диаметру D, внутреннему диаметру d и по боковым сторонам шлица b (рисунок 7.1).

Как видно из рисунка 7.1,а при центрировании по наружному и внутреннему диаметрам (рисунок 7.1,б) посадки осуществляются по соответствующим диаметрам и по боковым сторонам шлица, а при центрировании по боковым сторонам (рисунок 7.1,в) – только по боковым сторонам.

Н

Таблица 7.1 - Поля допусков шлицевых соединений [3]

ецентрирующие диаметры шлицевых поверхностей выполняются с такими отклонениями, которые обеспечивают в соединении гарантированные зазоры.

а) б) в)

Рисунок 7.1 - Виды центрирования прямобочных шлицевых соединений

В зависимости от вида центрирования предусматривается три вида исполнения шлицевых валов А, В и С (рисунок 7.2). Шлицевые валы в исполнении А и С изготавливаются при центрировании по внутреннему диаметру, а в исполнении В – при центрировании по наружному диаметру и боковым сторонам.

Центрирование по наружному диаметру D обычно применяется при твердости втулки меньше 350 НВ. В этом случае шлицевое отверстие получают протягиванием, а вал шлифуют по наружному диаметру. Этот способ наиболее экономичный и применяется примерно в 80% случаев. Центрирование по D используется для неподвижных соединений, реже - для подвижных, предназначенных для передачи небольших крутящих моментов.

Центрирование по внутреннему диаметру d целесообразно применять для подвижных соединений и для соединений, предназначенных для передачи больших крутящих моментов, когда шлицевое отверстие подвергается термической обработке. Твердость втулки при этом больше 350 НВ. После термической обработки для устранения дефектов, как правило, предусматривается дополнительная чистовая обработка шлицевого отверстия шлифованием.

Центрирование по боковым сторонам назначают для неподвижных соединений в тихоходных передачах, передающих большие крутящие моменты, а также при передаче знакопеременных и ударных нагрузок.

Посадки шлицевых соединений по диаметру выполняются в системе отверстия. Это способствует существенному сокращению номенклатуры посадок. Для образования посадок рекомендуется в первую очередь применять поля допусков предпочтительного применения (таблица 7.1). Схема обозначения прямобочного шлицевого соединения с центрированием по наружному диаметру приведена на рисунке 7.3.

Примеры обозначения шлицевых соединений:

Шлицевое соединение с параметрами: число шлицов z = 8, внутренний диаметр d = 36 мм, наружный диаметр D = 40 мм, ширина шлица b = 7 мм.

При центрировании по наружному диаметру D

- для соединения D - 83640H7/f77F8/f7;

- для отверстия соединения D - 83640H77F8;

- для вала D - 83640f77f7;

при центрировании по внутреннему диаметру d

- для соединения d - 836H7/e840H12/a117D9/h9;

- для отверстия соединения d - 836H740H127D9;

- для вала d - 836e840a117h9;

при центрировании по боковым сторонам b

- для соединения b - 83640H12/a117D9/f8;

- для отверстия соединения b - 83640H127D9;

- для вала b - 83640a117f8;

В таблице 7.2 приведены поля допусков нецентрирующих диаметров для прямобочных шлицевых соединений.

Таблица 7.2 - Поля допусков нецентрирующих диаметров для прямобочных шлицевых соединений [31]

Нецентрирующий диаметр	Вид центрирования	Поле допуска
		вал*	втулка
d	по D или по b	-	Н11
D	по D или по b	а11	Н11

* Диаметр d – не менее диаметра d₁ по ГОСТ 1139 – 80 (таблицы А.12 – А.14).

Допускается не указывать в обозначении допуски не центрирующих диаметров.

Пример [28]. Записать условное обозначение прямобочного шлицевого соединения ступицы зубчатого колеса и вала и дать полную расшифровку условного обозначения, если серия шлицевого соединения средняя, центрирующий диаметр наружный D = 48 мм. Выделить из обозначения шлицевого соединения обозначение шлицевого вала и втулки и дать их расшифровку. Построить схему расположения полей допусков на все элементы шлицевого вала.

Определить:

- предельные отклонения на наружный, внутренний диаметры и ширину зуба (шлица) вала;

- предельные размеры по всем диаметрам и ширине зуба (шлица) вала и втулки.

Дать эскиз поперечного сечения шлицевого вала и втулки со всеми размерами и предельными отклонениями.

Решение.

Для записи условного обозначения шлицевого соединения кроме наружного (центрирующего в нашем случае) диаметра необходимы сведения о числе зубьев, внутреннем диаметре и ширине зуба.

Посадки по центрирующему диаметру Н7/f7 и по боковым поверхностям зубьев (шлицев) F8/f7 выбираем в соответствии с рекомендациями [36] (таблица 7.1).

Размер «b» находим из таблицы А.13 в разделе средней серии для Z*d*D = 8x42x48. Он составляет b = 8 мм. В этой же строке отмечено, что значение d должно быть не менее 39,5 мм.

В соответствии со схемой обозначения шлицевых соединений (рисунок 7.3) запишем для нашего случая обозначение шлицевого соединения с центрированием по наружному диаметру D:

.

Обозначение расшифровывается следующим образом: прямобочное шлицевое соединение с центрированием по наружному диаметру D, числом зубьев (шлицев) z = 8, внутренним диаметром d = 42 мм, наружным диаметром D = 48 мм с посадкой по диаметру центрирования Н7/f7, с шириной зуба (шлица) b = 8 мм и посадкой по размеру b F8/f7.

Обозначение шлицевого вала:

.

Обозначение расшифровывается следующим образом: прямобочный шлицевый вал с центрированием по наружному диаметру D, числом зубьев (шлицев) z = 8, внутренним диаметром d = 42 мм, наружным диаметром D = 48 мм, полем допуска по наружному диаметру f7, шириной зуба (шлица) b = 8 мм и полем допуска по размеру b f7.

Обозначение шлицевой втулки:

.

Обозначение расшифровывается следующим образом: прямобочная шлицевая втулка с центрированием по наружному диаметру D, числом зубьев (шлицев) z = 8, внутренним диаметром d = 42 мм, наружным диаметром D = 48 мм, полем допуска по наружному диаметру Н7, шириной зуба (шлица) b = 8 мм и полем допуска по размеру b F8.

Предельные отклонения и допуски на диаметры и ширину зуба (шлица) находим по таблицам А.2 – А.4 ЕСДП (ГОСТ 25346-89).

Для шлицевого вала:

Допуск на центрирующий диаметр D номинального размера 48 мм и седьмого квалитета составляет 25 мкм (таблица А.2). Верхнее отклонение вала es = -25 мкм (основное отклонение f, таблица А.3). Нижнее отклонение ei = es - T_d. = -25 -25 = -50 мкм (-0,050 мм).

Допуск на ширину зуба (шлица) вала для номинального размера 8 мм и седьмого квалитета составляет 15 мкм. Верхнее отклонение es = -13 мкм (основное отклонение f, таблица А.3). Нижнее отклонение ei = es - T_d = -13 - 15 = -28 мкм (- 0,028 мм).

Для шлицевой втулки:

Допуск на центрирующий диаметр D номинального размера 48 мм и седьмого квалитета составляет 25 мкм (таблица А.2). Нижнее отклонение отверстия EI = 0 (основное отклонение H, таблица А.4). Верхнее отклонение ES = EI + T_D. = 0 + 25 = 25 мкм (0,025 мм).

Допуск на ширину зуба (шлица) втулки для номинального размера 8 мм и восьмого квалитета составляет 22 мкм. Нижнее отклонение EI = +13 (основное отклонение F, таблица А.4). Верхнее отклонение ES = EI + T_D. = 0 es = 13 + 22 = 35 мкм (0,035 мм).

Поле допуска нецентрирующего диаметра d = 42 мм при центрировании по D в ГОСТ 1139-80 не установлено. Имеется лишь указание, что диаметр d должен быть не менее d₁ =39,5 мм (для вала). Для втулки нецентрирующий диаметр ( Ø42 мм) имеет поле допуска Н11.

Схемы расположения полей допусков на все элементы шлицевого соединения приведены на рисунке 7.4.

Предельные размеры по центрирующему диаметру:

D_max= D + es_D = 48 + (- 0,025) = 47,975 мм ;

D_min = D + ei_D = 48 + (- 0,050) = 47,950 мм.

Предельные размеры по ширине зуба (шлица):

b_max = b + es_b = 8 + (-0,013) = 7,987 мм;

b_min = b + ei_b = 8 + (- 0,028) = 7,972 мм.

Эскизы поперечного сечения шлицевого вала и шлицевой втулки приведены на рисунке 7.5 (с учетом ранее определенного размера

d_min ≥ d₁ = 39,5 мм ).