Лекции по метрологии [3 курс] / Раздел Взаимозаменяемость / Раздел Взаимозаменяемость2 / 6 Шпоночные и шлицевые соединения

ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Для соединения деталей машин с валами, когда к точности центрирования соединяемых деталей не предъявляют повышенных требований, применяют шпоночные соединения.

Шпоночные соединения выполняют со шпонками призматическими, сегментными, клиновыми и тангенциальными (рис. 1). Наиболее распространены призматические шпонки. Они распространены благодаря простоте, удобству сборки−разборки и экономичности. Вследствие смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпоночные соединения не могут передавать большие крутящие моменты.

а – призматическая шпонка; б – сегментная шпонка; в – клиновая шпонка Рис. 1

Основные параметры шпоночных соединений с призматическими шпонками (рис. 2) регламентированы по ГОСТ23360-78.

Рис. 2

Здесь d − диаметр вала;

b − ширина шпонки или шпоночного паза на валу; h − высота шпонки;

t1 − глубина паза на валу; t2 − глубина паза во втулке; l − длина шпонки;

L − длина шпоночного паза на валу.

2

Посадки шпоночных соединений осуществляются по боковым сторонам шпонки (b) в системе вала. Поля допусков выбираются по ГОСТ 26360-78. На ширину шпонки принят допуск h9, что сделано для уменьшения номенклатуры шпонок и обеспечения возможности их централизованного изготовления. Предусмотрено три вида соединения: свободное, нормальное, плотное (табл. 2.4). Свободное соединение применяют в единичном и серийном производстве, нормальное – в серийном и массовом, плотное – для направляющих шпонок. Посадки нормального и плотного соединений относятся к группе переходных.

Схема расположения этих полей для ширины соединения b = 10 мм показана на рис. 1.

Рис. 1. Расположение полей допусков трех видов шпоночных соединений

На высоту шпонки h установлен допуск h11, на длину шпонки l − h14, на длину шпоночного паза на валу L − H15.

3

Допуски размеров для вала (d − t1) и втулки (d + t2) (рис. 2) приведены в таблице 2.

Рис. 2

Таблица 2

Пример условного обозначения призматической шпонки исполнения 1 с размерами b= 18 мм, h= 11 мм, l= 100 мм:

Шпонка 18×11×100 ГОСТ 23360−78.

Исполнения 2 (3):

Шпонка 2 (3) 18×11×100 ГОСТ 23360−78.

Соединения сегментными шпонками могут выполняться только нормальными и плотными.

Соединения с клиновыми шпонками являются напряженными с уклоном 1:100 на шпонке и дне паза втулки.

4

Допуски и посадки шлицевых соединений

Наиболее важными преимуществами шлицевых соединений перед шпоночными является возможность передачи больших крутящих моментов, высокая прочность и надежность соединения, повышенная точность центрирования и направления втулок на валу. Шлицевые соединения в зависимости от профиля зубьев разделяются на прямобочные, эвольвентные и треугольные.

Шлицевые соединения с треугольным профилем не стандартизованы;

их применяют чаще всего вместо посадок с натягом, а также при тонкостенных втулках для передачи небольших крутящих моментов. Обычно угол профиля трреугольного шлицевого соединения составляет 60°.

Шлицевые соединения с прямобочным профилем применяются в подвижных и неподвижных соединениях для передачи крутящего момента, когда к точности центрирования предъявляются повышенные требования.

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев имеют существенные преимущества по сравнению с прямобочными: они могут передавать большие крутящие моменты, имеют на 10 − 40% меньше концентрацию напряжений у основания зубьев, повышенную циклическую долговечность, обеспечивают лучшее центрирование и направление деталей, но они очень сложны и дороги.

Наиболее распространены шлицевые соединения с прямобочным профилем. Они используются в подвижных (с зазором) и неподвижных (с натягом) соединениях (рис. 1).

Рис. 1. Прямобочные шлицевые соединения при центрировании:

а− по наружному диаметру D, б − по внутреннему диаметру d,

в− по боковым сторонам b

Размеры шлицевых соединений регламентированы по ГОСТ 1139−80. Основные размеры:

D − наружный диаметр соединения; d − внутренний диаметр соединения; b − ширина шлица;

z − количество шлицев.

5

Используют три способа центрирования: по наружному диаметру соединения (по D), по внутреннему диаметру соединения (по d) и по боковым поверхностям зубьев и впадин (по b).

Центрирование по D используется для подвижных и неподвижных соединений, при передаче небольших крутящих моментов и в других соединениях, подвергаемых малому износу. Для обеспечения этого сопряжения втулка должна изготовляться с относительно небольшой твердостью, чтобы обеспечить обработку чистовой протяжкой. Вал может иметь большую твердость и обрабатывается шлифованием по наружному диаметру. Этот способ центрирования наиболее простой и экономичный.

Центрирование по d 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 соединения используются, когда вал и втулка должны иметь большую твердость. Этот способ дорогой, но наиболее точный.

Центрирование по b используется, когда необходимо передать большие крутящие моменты особенно при знакопеременной нагрузке, с реверсированием. При этом способе не обеспечивается высокой точности центрирования, и поэтому он применяется значительно реже, чем два других.

Посадки шлицевых соединений назначаются по параметру центрирования и боковым сторонам шлицев. Таким образом, имеются три варианта назначения посадок:

1)по D и b;

2)по d и b;

3)по b.

При этом поля допусков по центрирующим параметрам шлицевого соединения взяты из ГОСТ 25347−82 для гладких соединений.

Предпочтительные поля допусков центрирующих диаметров:

валов: g6; js6; f7; js7; e8; f8; втулок: H7; F8; D9; F10.

Посадки предпочтительного применения: при центрировании по D:

В стандарте ГОСТ 1139−80 допуски отклонений формы шлицев и расположения их поверхностей не предусмотрены. Эти погрешности, возникающие при изготовлении, компенсируются за счет больших зазоров по нецентрирующим диаметрам.

Обозначение шлицевых прямобочных соединений на чертежах. На чертежах шлицевые прямобочные соединения обозначаются в следующей последовательности:

D

d − z × d × D × b ГОСТ 1139−80. b

Примеры обозначения шлицевого соединения вала и втулки:

для шлицевого соединения с параметрами z = 8, d = 36 мм, D = 40 мм,

для отверстия этого же соединения

d − 8 × 36H7 × 40H12 × 7D9 ГОСТ 1139−80

и вала

d − 8 × 36e8 × 40a11 × 7f8 ГОСТ 1139−80.

Допускается не указывать в обозначении допуски нецентрирующих диаметров. Например, при центрировании по наружному диаметру с посадкой

7

Соединения шлицевые эвольвентные (ГОСТ 6033−80). Принципиальный подход к нормированию точности в эвольвентных соединениях аналогичен прямобочным − поля допусков берутся по ГОСТ 25347−82, даются поля допусков на центрирующие и нецентрирующие элементы (рис. 2).

Основные размеры (рис. 2):

D – номинальный диаметр соединения;

d– диаметр делительной окружности;

m– модуль;

z– число зубьев;

Da – диаметр окружности вершин зубьев втулки; Df – диаметр окружности впадин втулки;

da – диаметр окружности вершин зубьев вала;

df – диаметр окружности впадин вала;

e– ширина впадины втулки;

s – толщина зуба вала; α – угол профиля зуба;

p – делительный окружной шаг зубьев.

Рис. 2 Основные размеры шлицевого эвольвентного соединения

Наружные диаметры нормируются (ГОСТ 6033−80) от D = 4 до 500 мм, модули от m = 0,5 до 10 мм, числа зубьев от z = 6 до 82. Угол профиля принят α = 30° с тем, чтобы получить более крупную эвольвентную поверхность и более толстое основание зуба.

Некоторые зависимости: d = mz;

p = πm;

D = Df – при плоской форме дна впадины втулки;

D = da – при центрировании по наружному диаметру.

В эвольвентных соединениях используются три способа центрирования

(рис. 3):

8

Рис. 3. Эвольвентные шлицевые соединения при центрировании:

а − по наружному диаметру, б − по боковым сторонам, в − по внутреннему диаметру

Обозначение шлицевых эвольвентных соединений на чертежах.

Обозначения шлицевых эвольвентных соединений содержат номинальный диаметр соединения D, модуль т, обозначение посадки соединения, помещенное после размеров центрирующих элементов, и номер стандарта.

Примеры обозначения:

1) при центрировании по боковым сторонам зубьев D = 50 мм, т = 2 мм,

посадка 99Hg :

соединения 50 × 2 × 9H/9g ГОСТ 6033−80;

втулки 50 × 2 × 9H ГОСТ 6033−80; вала 50 × 2 × 9g ГОСТ 6033−80;

2) при центрировании по наружному диаметру Df = 50 мм, т = 2 мм,

посадка Hg67 :

соединения 50 × 2 × H7/g6 ГОСТ 6033−80;

3) при центрировании по внутреннему диаметру Da = 50 мм, т = 2 мм, посадка H7/g6:

i50 × 2 × H7/g6 ГОСТ 6033−80

(i обозначает центрирование по внутреннему диаметру).