2.5.4 Материал шпонок и допускаемые напряжения

В качестве материала шпонок обычно применяют среднеуглеродистые стали. Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали в соответствии с ГОСТ 8787-68. Допускается применение других сталей с 600 МПа. Целесообразно, чтобы материал призматических шпонок был менее прочным, чем материал вала и ступицы.

Допускаемые напряжения на смятие сильно зависят от посадки шпонки. В неподвижных соединениях: при посадках с натягом (в которых исключен перекос шпонки) 110…200 МПа; при переходных посадках 80…150 МПа. В подвижных соединениях (где зазор значительный) для предупреждения задира и ограничения износа 20…30 МПа. Допускаемые напряжения на срез 60…90 МПа. Меньшие значения в указанных диапазонах – для чугунных и алюминиевых ступиц и при резких изменениях нагрузки.

2.6 Шлицевые соединения

2.6.1 Общие сведения

Шлицевое соединение – разъемные соединения для передачи крутящего момента между валом и ступицей насаженной детали.

Шлицевое соединение образуют выступы – зубья на валу и соответствующие впадины – шлицы в ступице. Рабочими поверхностями являются боковые поверхности зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки или накатывают в холодном состоянии профильными роликами. Шлицы ступицы получают протягиванием.

Шлицевые соединения стандартизированы и широко применяются в машиностроении.

2.6.2 Достоинства и недостатки шлицевых соединений

Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:

• выше нагрузочная способность за счет большей рабочей поверхности и равномерности распределения давления по высоте зуба, возможность применения более коротких ступиц;

• выше надежность при динамических и реверсивных нагрузках;

• выше усталостная прочность;

• лучшее центрирование соединяемых деталей, отсутствие биения при высоких скоростях вращения.

Недостатки шлицевых соединений

• выше стоимость изготовления.

2.6.3 Виды шлицевых соединений

Шлицевые соединения различают:

по характеру соединения – неподвижные для закрепления деталей на валу и подвижные, допускающие перемещение ступицы вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач);

по форме зуба – прямобочные (рис. 2.46а), эвольвентные (рис. 2.46б), треугольные (рис. 2.46в);

по способу центрирования (для обеспечения совпадения геометрических осей вала и ступицы) – с центрированием по наружному диаметру D (рис. 2.47а), по внутреннему диаметру d (рис. 2.47б) и по боковым поверхностям зубьев (рис. 2.47в). Зазор в контакте центрирующих поверхностей практически отсутствует, у нецентрирующих поверхностей – довольно значителен.

а	б	в
Рис. 2.46. Виды шлицевых соединений

а	б	в
Рис. 2.47. Способы центрирования шлицевых соединений

Прямобочные шлицы (ГОСТ 1139-80) (рис. 2.46а) имеют простую форму. Обычно они центрируются по наружному диаметру (около 80%), центрирование по внутреннему диаметру применяется реже из-за более сложной формы впадины между зубьями (необходимо делать канавку у основания зуба для уменьшения концентрации напряжений). Центрирование по боковым поверхностям зубьев не обеспечивает точного центрирования, но обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между зубьями и применяется для высоконагруженных ответственных валов.

Эвольвентные шлицы (ГОСТ 6033-80) (рис. 2.46б) имеют профиль аналогичный профилю зубьев зубчатых колес. Обладают повышенной прочностью из-за большего количества зубьев, более широкого основания зуба и меньшей концентрацией напряжений.

Эвольвентные шлицы более технологичны. Для нарезания зубьев на валу требуется меньший набор более простых фрез, чем для нарезания прямобочных зубьев, из-за чего профиль получается точнее. Однако протяжки для ступиц более дороги, больше трудоемкость шлифования.

Центрирование – по наружному диаметру и по боковым поверхностям.

Треугольные шлицы (рис. 2.46в) – как правило, неподвижные. Имеют небольшую высоту зуба и применяются в стесненных габаритах. Угол профиля в вершине 36°.