Шлицевые соединения
Шлицевые соединения – вид соединения валов со втулками по сопрягаемым поверхностям сложного профиля с выступами (шлицами) и впадинами. Они предназначены для передачи крутящего момента, обеспечивают хорошее центрирование втулки на валу, легкое относительное перемещение деталей вдоль оси. Технологически эти соединения сложнее шпоночных, но благодаря большому числу шлиц позволяют передавать значительные вращающие моменты и обеспечивают меньшую концентрацию напряжений.
В зависимости от формы профиля зубьев (шлиц) различают прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения. Треугольные шлицевые соединения с мелкими шлицами обычно применяют для неподвижных соединений. На уровне межгосударственных стандартов стандартизованы элементы и соединения с формой профиля зубьев прямобочной (ГОСТ 1139 – 80 «Соединения шлицевые прямобочные. Размеры и допуски») и эвольвентной (ГОСТ 6033 – 80 «Соединения шлицевые эвольвентные с углом профиля 300. Размеры, допуски и измеряемые величины»). Наиболее широко распространены прямобочные шлицевые соединения с четным числом шлиц, которые применяют для подвижных, а также и для неподвижных соединений.
Размеры и число зубьев z шлицевых соединений с прямобочным профилем по ГОСТ 1139 – 80 зависят от серии (легкая, средняя, тяжелая). При одном и том же внутреннем диаметре более тяжелые серии отличаются увеличением высоты шлиц (и диаметра D). Тяжелая серия имеет большее число шлиц по сравнению со средней.
В прямобочных и эвольвентных шлицевых соединениях сопряжения (посадки) могут осуществляться по трем поверхностям (по наружной цилиндрической поверхности D, внутренней цилиндрической поверхности d и по боковым поверхностям впадин втулки и шлиц вала b). Сложности сопряжения по трем поверхностям одновременно (неоправданно высокие требования к точности всех элементов по размерам, форме и расположению) привели к определенным особенностям решения задач:
для любого шлицевого соединения введены понятия центрирующей поверхности и нецентрирующих поверхностей;
в шлицевом соединении осуществляются как минимум два сопряжения – по центрирующей поверхности и по одной из нецентрирующих поверхностей;
по нецентрирующим поверхностям сопряжения назначают посадки с большими гарантированными зазорами и грубыми полями допусков, либо даже предусматривают зазор по номинальным размерам (без образования посадки).
Сопряжения по боковым поверхностям шлиц (по размерам b) осуществляются в любом шлицевом соединении (прямобочном, эвольвентном, треугольном) вне зависимости от выбора центрирующего элемента.
Принципиально возможны три метода центрирования в любом шлицевом соединении втулки и вала (по наружной цилиндрической поверхности D, внутренней цилиндрической поверхности d и по боковым поверхностям шлиц b). Схематическое изображение методов центрирования в шлицевом соединении представлено на рисунке 13.4.
Рисунок 13.4 – Схемы центрирования в прямобочных шлицевых соединениях
На схемах центрирования по наружному диаметру D (рисунок 13.4 а); по внутреннему диаметру d (рисунок 13.4 б); по боковым сторонам зубьев b (рисунок 13.4 в) условно показаны зазоры по нецентрирующим диаметрам.
Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам соответствующих цилиндрических поверхностей (D и d) применяют для обеспечения сравнительно высоких требований к соосности втулки и вала. Центрирование по боковым поверхностям зубьев b применяют при менее высоких требованиях к соосности и необходимости снизить динамические нагрузки на шлицы. Динамические ударные нагрузки в шлицевых соединениях возникают из-за зазоров между боковыми сторонами шлиц и шлицевых впадин при работе изделия в реверсивном и старт-стопном режимах.
Поля допусков диаметров d и D и размера b шлицевых вала и втулки, а также рекомендуемые посадки для прямобочных шлицевых соединений при различных способах центрирования регламентированы в ГОСТ 1139-80.
Условное обозначение шлицевого соединения содержит:
букву, означающую поверхность центрирования;
число шлиц и номинальные размеры d, D и b соединения;
обозначения посадок, помещенные после соответствующих размеров.
Поля допусков нецентрирующих диаметров допускается в обозначении не указывать.
Примеры условных обозначений разных сопряжений для шлицевого прямобочного соединения с числом зубьев z = 6, внутренним диаметром d = 28 мм, наружным диаметром D = 32 мм, шириной зуба b = 7 мм представлены ниже.
Обозначение сопряжения при центрировании по внутреннему диаметру d, с посадкой по центрирующему диаметру Н7/е8 и по ширине зуба D9/f8:
d – 6 28 Н7/е8 32 Н12/а11 7 D9/f8.
Обозначение при центрировании по наружному диаметру D, с посадкой по центрирующему диаметру Н8/h7 и по ширине зуба F10/h9:
D – 6 28 32 Н8/h7 7 F10/h9.
Обозначение при центрировании по боковым сторонам b зубьев:
b – 6 28 32 Н12/а11 7 D9/h8.
Условные обозначения отдельных шлицевых поверхностей (внутренней и наружной) отличаются тем, что вместо посадок записывают обозначения полей допусков соответствующих размеров. Пример условного обозначения втулки при центрировании по внутреннему диаметру:
d – 6 28 Н7 32 Н12 7 D9.
Пример условного обозначения вала при центрировании по внутреннему диаметру:
d – 6 28 е8 32 а11 7 f8.
Кроме норм точности размеров к шлицевым поверхностям деталей предъявляют дополнительные требования по точности формы и расположения поверхностей, а также определенные требования к их микрогеометрии.
Для прямобочных шлицевых соединений:
допуски параллельности плоскости симметрии шлицев вала (или пазов шлицевой втулки) относительно оси центрирующей поверхности на длине 100 мм не должны превышать 0,03 мм – в соединениях повышенной точности (с допусками размеров b от IТ6 до IT8) и 0,05 мм – в соединениях нормальной точности (с допусками размеров b от IT9 до IT10). При центрировании по боковым сторонам шлиц выбирают дополнительную базу – ось одной из нецентрирующих поверхностей шлицевого вала (обычно с более жестким допуском);
допуски радиального биения центрирующих поверхностей шлицевого вала (база – общая ось посадочных поверхностей подшипниковых шеек вала) следует назначать по седьмой степени точности ГОСТ 24643 при допусках центрирующих поверхностей 6...8 квалитетов и по восьмой степени точности при допусках центрирующих поверхностей 9...10 квалитетов;
Параметры шероховатости поверхностей элементов прямобочных и эвольвентных шлицевых соединений должны быть согласованы с самыми жесткими допусками макрогеометрии. Значения параметра Ra не должны превышать 1,25 мкм для центрирующих поверхностей, 2,5 мкм для нецентрирующих боковых поверхностей шлиц подвижных соединений, а для неподвижных соединений – 4,0 мкм для нецентрирующих боковых поверхностей шлиц неподвижных соединений и 10 мкм для нецентрирующих цилиндрических поверхностей шлиц.
Требования к чертежам шлицевых соединений и их элементов регламентирует ГОСТ 2.409-74 «Единая система конструкторской документации. Правила выполнения чертежей зубчатых (шлицевых) соединений».
Рисунок 13.5 – Обозначения допусков параллельности и радиального биения элементов наружной шлицевой поверхности:
а – при центрировании по внутреннему диаметру; б – при центрировании по наружному диаметру; в – при центрировании по боковым сторонам шлиц.
База БВ – конструкторская база вала (общая ось посадочных поверхностей под подшипники). База Д – ось выбранной нецентрирующей поверхности шлицевого вала при центрировании по боковым сторонам шлиц