Проведем определение и расчет размеров и предельных отклонений, допусков расположения поверхностей шпоночных пазов, шероховатости поверхностей для их указания на чертеже вала.

1. По диаметру 55 по ГОСТ 23360-78 или (Прил.6,. табл.6.1) определяем параметры шпонки b x h – 16х10мм; шпоночное соединение нормальное, на чертеже проставляем комбинированным способом предельные отклонения: N9 и числовые значения (_-0,043), определенные по ГОСТ 25346-89 – 10 N9 (_-0,043).

2. По ГОСТ 23360-78 определяем глубину паза вала t₁, равную 6 мм и предельные отклонения (Прил.6, табл. 6.3) – 6^+0,2 .

3. Допуск параллельности определяем из зависимости = 0,6·43=25,8 мкм. Округляем до стандартного меньшего значения = 25 мкм по ГОСТ 24643-81, которое и заносим в рамку допуска.

4. Допуск симметричности определяем из зависимости =4,0·Т_шп = 4·43=172 мкм. Округляем до стандартного меньшего значения =160 мкм по ГОСТ 24643-81, которое и заносим в рамку допуска.

5. Предельные отклонения на диаметр  55к6 (поле допуска выбрано, исходя из служебного назначения детали) и числовые значения 55k6 , определенные по ГОСТ 25346-89.

6 . Шероховатость поверхности дна шпоночного паза – параметр R_a равен 6,3 мкм. Проставляем Ra 6,3 .

7 , 8. Шероховатость поверхности боковых сторон шпоночного паза – параметр R_a равен 3,2 мкм. Проставляем Ra 3,2

Пример проставления размеров и предельных отклонений, допусков расположения поверхностей шпоночных пазов, шероховатости поверхностей на чертеже вала приведен (рис.6.15).

Рис.22 Проставление размеров и предельных отклонений, допусков расположения поверхностей шпоночных пазов на чертеже вала.

Р ис. 23

Здесь правильно указана база.

7 ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОСАДОК ШЛИЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

7.1. Задание

Для шлицевого соединения выбрать размеры, выбрать и обосновать вид центрирования, построить схемы расположения полей допусков, рассчитать предельные размеры, зазоры и натяги, выполнить эскиз шлицевого вала с простановкой размеров, требований к точности формы и расположения поверхностей, шероховатости поверхности.

2. Методические указания

   Шлицевые соединения предназначены для передачи большого крутящего момента, чем шпоночные соединения. Обладают достаточной прочностью, обеспечивают хорошее центрирование, допускают лёгкость перемещения детали вдоль оси валов.

Шлицевые соединения должны обеспечить соосность функционально важных поверхностей втулки и вала. В шлицевых соединениях посадки могут осуществляться по трем поверхностям: по наружной цилиндрической поверхности (размер D), внутренней цилиндрической поверхности (размер d) и по боковым поверхностям впадин втулки и шлиц вала (размер b). При одновременном сопряжении по трем поверхностям нужны очень высокие требования к точности всех элементов по размерам, форме и расположению, которые могут рассматриваться как функционально неоправданные. Поэтому для любого шлицевого соединения введены «центрирующие» и «нецентрирующие» поверхности (понятия отражают степень участия поверхностей в обеспечении взаимного расположения сопрягаемых деталей). По нецентрирующим элементам назначают грубые посадки с большими зазорами или обеспечивают зазор по номиналу, что существенно удешевляет соединение без потерь функциональной точности.

Существуют три способа центрирования сопрягаемых прямобочных шлицевых втулки и вала: по наружному диаметру D (рис.26 а); по внутреннему диаметру d (рис.26 б); по боковым сторонам зубьев b (рис.26 в).

Центрирование по D применяется в неподвижных соединениях в которых отсутствуют износ поверхностей от осевых перемещений, и в неподвижных соединениях передающих небольшой крутящий момент. Когда твёрдость втулки невелика и её обрабатывают чистовой протяжкой, в случаях повышенных требований к соосности втулки и вала.

Центрирование по d применяется для подвижных шлицевых соединений. Втулка закалена, и её нельзя обрабатывать чистовой протяжкой. Обеспечивается точное центрирование.

а) б) в)

Рисунок 7.3 Виды центрирования а) - центрирование по наружному диаметру D; б)- центрирование по внутреннему диаметру d; в) - центрирование по боковым сторонам зубьев b

Центрирование по b применяют при высоких требованиях к соосности передачи больших крутящих моментов, знакопеременных нагрузок.

В зависимости от нагруженности шлицевого соединения с прямобочным профилем выбирают его серию (легкая, средняя, тяжелая), чем определяют размеры и число зубьев (шлиц) z. При одном и том же внутреннем диаметре более тяжелая серия отличается увеличенной высотой зуба (шлица) и, соответственно, наружного диаметра. Тяжелая серия имеет большее число шлиц по сравнению со средней серией.

Выбор посадок в шлицевых соединениях зависит от требований к точности центрирования и принятого способа центрирования. Посадки в прямобочных шлицевых соединениях нормированы ГОСТ 1139,

Посадки шлицевых соединений осуществляются по центрирующей цилиндрической поверхности и одновременно по боковым поверхностям впадин втулки и зубьев вала (по размерам d и b или по D и b) или только по боковым сторонам зубьев (по размеру b).

Стандарт приводит предпочтительные посадки шлицевых соединений при различных способах центрирования (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Предпочтительные посадки шлицевых соединений при различных способах центрирования.

Посадки наружного диаметра, по D	Посадки внутреннего диаметра, по d	Посадки по боковым поверхностям, по b	Вид соединения
При центрировании по D
H7/f7 H7/js7	H11/не менее d1 То же	F9/f7 F8/f8	Подвижные Неподвижные
При центрировании по d
Н12/а11 То же	H7/f7, H7/e8 H7/g6	F10/f9 D9/js7, F10/js7	Подвижные Неподвижные
При центрировании по b
Н12/а11 То же	H11/не менее d1 То же	D9/e8, F10/e9 F8/js7	Подвижные Неподвижные

Условные обозначения шлицевых соединений должны содержать:

• знак центрирования (D, d или b),

• число зубьев (через черту),

• указание внутреннего диаметра с полем допуска (через знак х),

• указание наружного диаметра с полем допуска (через знак х),

• указание ширины зуба с полем допуска (через знак х),

• поля допуска нецентрирующих диаметров ( ) разрешается не указывать,

• для исполнений, предусматривающих размер d₁ не менее, поля допуска не

существует, указания его опускается,

• обозначение соединения в сборе содержит после указания каждого размера –

• указание посадки, за исключением случаев с размером d₁ не ниже.

Примеры условного обозначения шлицевого прямобочного соединения с числом зубьев z = 6, внутренним диаметром d = 28 мм, наружным диаметром D = 32 мм, шириной зуба b = 7 мм:

а) при центрировании по внутреннему диаметру d, с посадкой по центрирующему диаметру H7/e8 и по ширине зуба D9/f8

d – 6 x 28H7/e8 x 32H12/a11 x 7D9/f8

или d – 6 x 28H7/e8 x 32 x 7D9/f8

б) при центрировании по наружному диаметру D, с посадкой по центрирующему диаметру H8/h7 и по ширине зуба F10/h7

D – 6 x 28H12/a11 x 32H8/h7 x 7F10/h9

в) при центрировании по боковым сторонам зубьев b

b – 6 x 28H12/a11 x 32H12/a11 x 7D9/h8.

Пример условного обозначения втулки того же соединения при центрировании по внутреннему диаметру:

d – 6 x 28H7 x 32H12 x 7D9.

Пример условного обозначения вала того же соединения при центрировании по внутреннему диаметру:

d – 6 x 28е8 x 32а11 x 7f8.

Рекомендуемые допуска симметричности в зависимости от ширины шлица

в = 2,5…3мм Т_÷ = 0,010мм

в = 3,5…5мм Т_÷ = 0,012мм

в = 7…10мм Т_÷ = 0,016мм

в = 12…18мм Т_÷ = 0,020мм

Чертежи по ГОСТ 2.409 – 74 содержат изображение шлицевого вала или шлицевой втулки. Проставляются размеры:

• диаметров D и d для поэлементного контроля;

• толщина зуба b для поэлементного контроля;

• допуск прямолинейности поверхности контакта зуба;

• допуск симметричности и параллельности;

• направления зуба, оси вала или втулки;

• шероховатость поверхностей;

• условное обозначение вала (отверстия) для их комплексного контроля;

• длина шлицев и сбега или радиуса сбега (справочная при необходимости).

Пример расчета прямобочного шлицевого соединения

Рассмотрим прямобочное шлицевое соединение с центрированием по наружному диаметру D – 6×16×20 Н7/п6×4 F8/j_s7 (средняя серия по ГОСТ 1139). Расчет предельных размеров элементов шлицевого соединения, зазоров (натягов) аналогичен расчету гладких сопряжений. Поля допусков выбираются по ГОСТ 25346 или ГОСТ 1139.

Расчёт предельных размеров и зазоров (натягов) по сопряжению Ø20 Н7/n6:

D_max = D₀ + ES = 20,000 + 0,021 = 20,021 мм;

D_min = D₀ + EI = 20,000 + 0,000 = 20,000 мм;

d_max = d₀ + es = 20,000 + 0,028 = 20,028 мм;

d_min = d₀ + ei = 20,000 + 0,015 = 20,015 мм;

S_max = D_max – d_min = 20,021 – 20,015 = 0,006 мм;

N_max = d_max – D_min = 20,028 – 20,000 = 0,028 мм.

Рис.28. Схемы расположения полей допусков элементов шлицевого соединения

Расчёт предельных размеров и зазоров по ширине шлиц 4F8/j_s7:

B_max = B₀ + ES = 4,000 + 0,028 = 4,028 мм;

B_min = B₀ + EI = 4,000 + 0,010 = 4,010 мм;

b_max = b₀ + es = 4,000 + 0,006 = 4,006 мм;

b_min = b₀ + ei = 4,000 – 0,006 = 3,994 мм;

S_max = B_max – b_min = 4,028 – 3,994 = 0,034 мм;

S_min = B_min – b_max = 4,010 – 4,006 = 0,004 мм.

Для нецентрирующего внутреннего диаметра d = 16 мм по ГОСТ 1139 устанавливаем предельные значения:

• поле допуска отверстия втулки Ø16 Н11(^+0,110), т.е.

D_max = D₀ + ES = 16,000 + 0,110 = 16,110 мм

D_min = D₀ + EI = 16,000 + 0,000 = 16,000 мм.

• диаметр вала d₁ не менее 14,5 мм

S_max = D_max – d_1min = 16,110 – 14,500 = 1,610 мм;

S_min = D_min – d_1max = 16,000 – 16,000 = 0,000 мм;

S_cp = (S_max + S_min)/2 = (1,610 + 0)/2 = 0,805 мм.

Рис.29. Схема расположения полей допусков шлицевого соединения

по внутреннему диаметру