Шлицевые соединения валов и втулок представляют собой многошпоночные соединения, у которых шпонки, называемые шлицами (c немецкого Schlitz – разрез), или зубьями, выполнены в одно целое с валом и служат для передачи вращательных движений и крутящих моментов. Шлицы, или зубья, выполненные с валами за одно целое, повышают жесткость вала и обеспечивают требуемое направление и легкость перемещения монтируемых на нем зубчатых колес, муфт, втулок.
Шлицевые соединения применяют для посадок с натягом или зазором деталей различного назначения (зубчатых колёс, шкивов, втулок и др.) на валу. По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют ряд преимуществ: детали на шлицевых валах лучше центрируются и направляются при передвижении вдоль вала; напряжения смятия на гранях шлицев меньше, чем на поверхностях шпонок; прочность шлицевых валов при динамических и переменных нагрузках выше, чем валов со шпонками.
Наиболее распространены шлицевые соединения с прямоугольной прямобочной (рисунок 7.1,а), эвольвентной (рисунок 7.1,б) и треугольной (рисунок 7.1,в) формой шлицев.
.
Рисунок 7.1 Виды шлицевых соединений.
При обработке шлицев особое внимание уделяется тем элементам, которые являются центрирующими базами при сборке шлицевого соединения. Поэтому технологический процесс изготовления шлицевых соединений проектируется с учётом принятого типа центрирования. В прямоугольных шлицевых соединениях применяют (для изготовления и эксплуатации) три способа центрирования (базирования) шлицевого вала и втулки:
1) по боковым сторонам шлицев;
2) по наружному диаметру шлицев;
3) по внутреннему диаметру шлицев.
Центрирование шлицевого соединения по боковым граням шлицев применяется для соединений с наружным диаметром от 25 до 90 мм, где требуется передача больших крутящих моментов при минимальном боковом зазоре, а точность центрирования не имеет существенного значения. В остальных случаях выполняют с центрированием втулки по внутреннему и наружному диаметрам вала.
|
|
В механизмах, где основное внимание уделяется кинематической точности передач, например в механизмах металлорежущих станков, автомобилей, тракторов и др., применяют центрирование по наружному (D) или внутреннему (d) диаметрам шлицев (рисунок 7.2,а).
Выбор наружного или внутреннего диаметра в качестве центрирующего определяется твёрдостью поверхностей шлицевых пазов и размерами соединения.
Если шлицевые пазы отверстия термически не обрабатываются или твёрдость их поверхности допускает калибрование протяжкой после термообработки, то применяют центрирование по наружному диаметру. Если твёрдость поверхностей отверстия не позволяет производить калибрование, то применяют центрирование по внутреннему диаметру. Центрирование по внутреннему диаметру применяют также при обработке длинных валов, подвергающихся термообработке, так как в этом случае возможно одновременное шлифование боковых сторон зубьев (выступов) шлицев и внутреннего диаметра вала.
При центрировании по наружному диаметру на углах шлицевых выступов вала (рисунок 7.2,б), а при центрировании по внутреннему диаметру в углах шлицевых пазов отверстия делают фаски и скругления.
При центрировании по внутреннему диаметру, а также при необходимости обеспечить контакт боковых сторон зубьев вала и пазов отверстия по возможно большей поверхности в углах впадин шлицевого вала делают канавки (рисунок 7.2,в).
|
|
Шлицевые валы с прямоугольными зубьями обрабатывают специальными профильными фрезами для каждого значения диаметра и числа зубьев.
Эвольвентное шлицевое соединение используют для передачи значительных крутящих моментов, а также в тех случаях, когда к точности центрирования сопрягаемых элементов предъявляют повышенные требования.
Эти соединения обладают повышенной прочностью вследствие постепенного утолщения зубьев от вершины к основанию зуба, а также вследствие уменьшения концентрации напряжений у основания. Кроме того, благодаря применению при обработке шлицев червячной фрезы с прямолинейными режущими кромками обеспечиваются более высокие чистота поверхности и точность обработки шлицев, исключающие в большинстве случаев последующее шлифование.
Риунок7.2. Способы центрирования шлицевых соединений.
При эвольвентном профиле шлицев можно допускать отделочные виды обработки, применяемые по методу обкатки и др.
Центрирование эвольвентных соединений осуществляют по наружному диаметру, боковым сторонам шлицев и по вспомогательной цилиндрической поверхности (хвостовику). Наиболее часто применяют центрирование по боковым сторонам шлицев.
Треугольные шлицевые соединения используют главным образом для неподвижных соединений при небольших величинах крутящего момента (чтобы избежать применения прессовых посадок), а также для тонкостенных втулок.
|
|
Центрирование при этом виде шлицевых соединений осуществляют только по боковым сторонам шлицев.
В качестве технологических баз обычно используют поверхности центровых отверстий. Однако валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной фрезе. В этом случае шлицевый валик со стороны шпинделя базируется по шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом (рисунок 7.3).
Рисунок 7.3. Схема сквозного фрезерования шлицев с применением оправки с обратным конусом.
У закаливаемых валов шлицы рекомендуется фрезеровать после предварительного шлифования, а у незакаливаемых — после чистового шлифования наружной поверхности. Шлицы закаливаемых валов и центрируемые по наружной поверхности обрабатывают в такой последовательности:
фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых поверхностей;
чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после термической обработки и чистового наружного шлифования.
Обработка шлицев таких же валов, но незакаливаемых, ограничивается только чистовым фрезерованием после чистового шлифования наружной поверхности.
В авиационной и станкостроительной промышленности применяют главным образом метод центрирования по внутреннему диаметру, так как он обеспечивает большую точность шлицевого соединения.
Шлицы валов, центрируемых по поверхности внутреннего диаметра, обрабатывают в такой последовательности:
фрезерование шлицев с припуском под шлифование;
фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей поверхности по внутреннему диаметру (в случае, если канавки не обработаны на первой операции фрезой совместно с шлицами);
чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирующей поверхности по внутреннему диаметру после термической обработки.
При центрировании шлицевого соединения по наружному диаметру и боковым сторонам и невысоких требованиях к точности фрезерование шлицев производится в окончательный размер. Такая технология сокращает цикл обработки и упрощает процесс изготовления шлицев.
В размерных цепях машины или узла шлицевой вал участвует рядом своих размеров и, в первую очередь, размерами, связывающими поверхности вспомогательных баз с основными, а также их диаметральными и линейными размерами. Качество шлицевого вала определяется рядом параметров: точностью диаметральных размеров поверхности опорных и центрирующих шеек, отклонением от перпендикулярности опорных торцов оси опорной или центрирующей шейки, отклонением от соосности поверхностей опорных и центрирующих шеек; точностью ширины шлицев; точностью шага шлицев; отклонением от параллельности боковых плоскостей шлицев оси вала; отклонением от перпендикулярности поверхности вспомогательных баз к оси вала; твердостью и шероховатостью основных и вспомогательных баз.
На все перечисленные элементы в зависимости от конечной степени точности механизма, в который входит звеном шлицевой вал, должны быть установлены необходимые нормы точности и технические требования. Допустимые отклонения в зависимости от класса точности соединения довольно жесткие. Например, допустимое отклонение равномерности шага шлицев — не более 0,02 мм, допустимое смещение любого шлица относительно оси — не более 0,02 мм.