ФОРМА СЕЧЕНИЯ СТУПИЦЫ ГОСТ 1139-80

Шлицевые соединения

Шлицевым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов (шлицев) и выступов. Шлицевые соединения бывают подвижные и неподвижные. Детали шлицевого соединения (вал и втулка) показаны на рис. 1.

Рисунок 1 - Детали шлицевого соединения (вал и втулка)

Шлицевое соединение можно представлять как многошпоночное, у которого шпонки выполнены за одно целое с валом. Шлицевые соединения по сравнению со шпоночными обладают значительными преимуществами, а именно: меньшее число деталей в соединении, значительно большая нагрузочная способность за счет большей площади контакта рабочих поверхностей вала и ступицы, меньшая концентрация напряжений в материале вала и ступицы, лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное направление при осевом перемещении, высокая надежность при динамических и реверсив­ных нагрузках. Эти преимущества обеспечили широкое распространение шлицевых соединений в автомобильной, тракторной, станкостроительной и других отраслях промышленности.

Недостаток шлицевых соединений — высокая трудоемкость и стоимость их изготовления.

Шлицы на валах чаще всего выполняют фрезерованием дисковой фасонной фрезой (методом деления), или червячной шлицевой фрезой на шлицефрезерном станке (методом обкатки); отделочные операции вы­полняют на шлицешлифовальных станках. Шлицевание отверстий в ступицах деталей обычно выполняют шлицевыми протяжками на протяжных станках.

Основные типы шлицевых соединений показаны на рис. 2: прямо-бочное (я), эвольвентное (б), треугольное (в). Первые два типа шлицевых соединений стандартизованы.

(а) прямо-бочное, (б) эвольвентное, (в) треугольное

Рисунок 2 - Типы шлицевых соединений:

Наибольшее распространение имеют соединения шлицевые прямобочные, размеры и допуски которых регламентированы ГОСТом. Эти соединения применяют, например, для посадки подвижных и непод­вижных зубчатых колес на валы в коробках передач металлорежущих станков. Стандарт предусматривает прямобочные шлицевые соединения трех серий: легкой, средней (обе с числом зубьев от 6 до 10) и тяжелой (с числом зубьев от 10 до 20), отличающихся друг от друга высотой зубьев и, следовательно, нагрузочной способностью

Прямобочные шлицевые соединения выполняют с центрированием (рис. 3)- по боковым сторонам зубьев (а), по наружному диаметру (5) по внутреннему диаметру (в).

(а) по боковым сторонам зубьев, (5) по наружному диаметру, (в) по внутреннему диаметру

Рисунок 3 – Центрирование прямобочных шлицевых соединений

Центрирование по боковым сторонам зубьев обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между зубьями и поэтому его применяют при ударных и реверсивных нагрузках (например, в карданных валах); центрирование по наружному или внутреннему диаметрам обеспечивает более высокую соосность вала и ступицы. Метод центрирования имеет прямое отношение к техноло­гии изготовления деталей соединения, причем наиболее технологично центрирование по наружному диаметру, применяемому при невысокой твердости внутренней поверхности ступицы (Н < 350 НВ). В этом случае шлицевое отверстие обрабатывают протяжкой, а посадочную поверх­ность вала шлифуют. При высокой твердости посадочной поверхности ступицы и вала рекомендуется центрирование по внутреннему диаметру. В этом случае после термообработки посадочные поверхности ступицы и вала шлифуют соответственно на внутришлифовальном и шлицешлифовальном станках.

Более совершенны, но пока менее распространены, шлицевые эвольвентные соединения с углом профиля 30°, размеры, допуски и измеряемые величины которых установлены ГОСТ 6033—80*. Эвольвентные шлицевые соединения по сравнению с прямобочными более технологичны, так как шлицевые валы можно нарезать червячными фрезами с прямолинейным профилем, а шлицевые ступицы большого размера нарезать долбяками на зубодолбежных станках. Кроме того, эвольвентные шлицевые соединения обладают большей нагрузочной способностью так как их зубья утолщаются к основанию и имеют значительно (до двух раз) меньшую концентрацию напряжений за счет закруглений у основания зубьев. Основные стандартные параметры эвольвентного соединения (рис. 3.29, б): номинальный диаметр D угол профиля α - 30°, модуль m, диаметр делительной окружности d = mz, где z – число зубьев. Стандарт предусматривает номинальные диаметры от 4 до 500мм, модули от 0,5 и числа зубьев от 6 до 82.

Соединения с эвольвентными зубьями выполняют с центрированием по боковым поверхностям зубьев и реже по наружному диаметру; допус­кается применять центрирование по внутреннему диаметру. При центри­ровании по боковым поверхностям зубьев и при плоской форме дна впадины высота зубьев вала и втулки равна модулю, т. е. h = Н = m, a paбочая высота профиля (с учетом зазоров и фасок) приблизительно равна 0,8m.

Эвольвентные зубья, как и прямобочные, можно применять в под­вижных и неподвижных соединениях.

Соединения шлицевые треугольные не стандартизованы и применяются как неподвижные при тонкостенных ступицах, пустотелых валах, стесненных габаритах деталей и сравнительно небольших вра­щающих моментах. Центрирование соединения выполняется по боковым поверхностям зубьев. Треугольные шлицевые соединения бывают цилин­дрическими и коническими.

Расчет шлицевых соединений. Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивление рабочих поверхностей зубьев смятию и изнашиванию. Расчет прямобочных шли­цевых соединений регламентирован ГОСТом, согласно которому нагру­зочная способность соединения определяется как меньшее из двух значе­ний, полученных по расчету на смятие и на износ. Соединения типа муфт, нагруженные только вращающим моментом, на износ не рассчитывают.

Расчет на смятие производится по условию

σ = 2Т/d_срА_см ≤ [σ_см]

где Т - вращающий момент; d_cp = (D+d)/2 — средний диаметр шлицевого соединения; А_см—площадь смятия; [σ_см] — допускаемое средне давление из расчета на смятие.

Для прямобочного соединения

А см = h_plz,

где h_р — рабочая высота зубьев; l — длина ступицы, z — число зубьев.

Для удобства расчетов введем понятие удельного суммарного статического момента S_F — площади рабочих поверхностей соединения относительно оси вала (значения S_F в мм³ /мм для всех типоразмеров приведены в таблице ГОСТ 21425—75).

S_F = 0,5d_срh_pz

тогда расчетная формула на смятие приобретает вид

σ = Т/(S_F l) ≤ [σ_см]

Расчет соединения на износ производится по формуле

σ = Т/(S_F l) ≤ [σ_изн]

где [σ_изн] — допускаемое давление из расчета на износ.

Допускаемое среднее давление из расчета на смятие

[σ_см ] = σ_т /([s]K_см∙K_g)

где [s] =. 1,25..1,4 — допускаемый коэффициент запаса прочности (верхнее значение для закаленных рабочих поверхностей); Ксм — общий коэффициент концентрации нагрузки, определяемый по таблицам стандарта (грубо ориентировочно Ксм = 4...5); Кg = 2...2,5 — коэффициент динамичности нагрузки при реверсировании без ударов (верхнее значение для незакаленных поверхностей).

Допускаемое среднее давление из расчета на износ определяется по таблицам стандарта.

Расчет шлицевых эвольвентных соединений на смятие ве­дется по формуле

σ_см = 2Т/(dА_см) ≤ [σ_см]

где d = mz — диаметр делительной окружности; m — модуль соединения, z — число зубьев; Асм =h_plz — условная площадь смятия; h_p = 0,8m — рабочая высота зубьев; l — длина ступицы.

Допускаемое напряжение смятия устанавливают в зависимости от характера соединения (подвижное, неподвижное), условий эксплуатации, термообработки и других факторов. Для подвижных соединений [σ_см] = 3...70 МПа, для неподвижных [σ_см] 135...200 МПа (нижние значения для ударной нагрузки).

ФОРМА СЕЧЕНИЯ ШЛИЦЕВОГО ВАЛАГОСТ 1139-80

Форма сечения шлицевого вала имеет исполнение А или С при центрировании по внутреннему диаметру (d); исполнение В - при центрировании по наружному диаметру и боковым сторонам зубьев (D и b). Способ центрирования выбирается по конструктивным и технологическим характеристикам.

ФОРМА СЕЧЕНИЯ СТУПИЦЫГОСТ 1139-80

Форма сечения ступицы при любом способе центрирования выполняется как показано на рисунке.

УСЛОВНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЩЛИЦ [ГОСТ 2.409-74*]

на валу:	в отверстии:	в соединении:

Пример условного обозначения шлицевого вала
при центрировании по внутреннему диаметру d:

d-8+36...+40...+7...,

где d Ц вид центрирования, 8 Ц число зубьев z, 36 Ц внутренний диаметр d в мм, 40 Ц наружный диаметр D в мм, 7 Ц ширина зуба b в мм.