Допуски, посадки и контроль шпоночных и шлицевых деталей и соединений

• 8.1. Шпоночные детали и соединения
• 8.2. Шлицевые детали и соединения

Шпоночные детали и соединения

Для пе­реда­чи кру­тящих мо­мен­тов при со­еди­нении раз­личных шки­вов, ру­ко­яток, зуб­ча­тых ко­лес, вту­лок в ма­шинос­тро­ении час­то ис­пользу­ют шпо­ноч­ные и шли­цевые со­еди­нения. Шпо­ноч­ные со­еди­нения при­меня­ют так­же для фик­са­ции де­талей в оп­ре­делен­ном по­ложе­нии в сбо­роч­ном уз­ле или в ма­шине.

Шли­цевые со­еди­нения, в от­ли­чие от шпо­ноч­ных, обес­пе­чива­ют бо­лее вы­сокое цен­три­рова­ние де­талей и пе­реда­ют большие кру­тящие мо­мен­ты.

Шпо­ноч­ные со­еди­нения от­ли­ча­ют­ся прос­то­той, ком­пак­тностью, удобс­твом раз­борки и сбор­ки со­еди­нений. Шпон­ки бы­ва­ют приз­ма­тичес­кие, сег­мен­тные, кли­новые и тан­генци­альные.

На­ибольшее рас­простра­нение по­лучи­ли приз­ма­тичес­кие шпон­ки, ко­торые мо­гут быть трех ис­полне­ний (рис. 8.1):

• зак­ры­тые по обо­им кон­цам (ис­полне­ние А);
• пря­мо­угольные (ис­полне­ние В);
• с зак­ругле­ни­ем на од­ном кон­це (ис­полне­ние С).

Рис. 8.1.Виды призматических шпонок:
а — исполнение А; б — исполнение В; в — исполнение С

Приз­ма­тичес­кие и сег­мен­тные шпон­ки пе­реда­ют ра­бочие уси­лия бо­ковы­ми сто­рона­ми, а по вы­соте меж­ду па­зом втул­ки и шпон­кой пре­дус­матри­ва­ет­ся га­ран­ти­рован­ный за­зор. Шпон­ки дол­жны на­деж­но кре­питься в па­зу ва­ла и не вы­падать из не­го, а сам паз при этом рас­по­лагаться сим­метрич­но от­но­сительно оси ва­ла (рис. 8.2).

Рис. 8.2.Основные элементы шпоночного соединения

Шпо­ноч­ные со­еди­нения вы­пол­ня­ют­ся в сис­те­ме ва­ла, что поз­во­ля­ет из­го­тов­лять шпон­ки цен­тра­лизо­ван­но.

Пре­дельные от­кло­нения раз­ме­ров шпо­нок нор­ми­ру­ют­ся ГОСТ 23360—78 «Ос­новные нор­мы вза­имо­заме­ня­емос­ти. Со­еди­нения шпо­ноч­ные с приз­ма­тичес­ки­ми шпон­ка­ми. Раз­ме­ры шпо­нок и се­чений па­зов. До­пус­ки и по­сад­ки». Пре­дельные от­кло­нения ши­рины шпон­ки b при­няты по h 9, а для вы­соты шпон­ки h — по h 11. На дли­ну шпон­ки и глу­бину па­зов наз­на­ча­ют­ся от­кло­нения по h 14.

Вы­бор по­садок для де­талей шпо­ноч­но­го со­еди­нения про­из­во­дит­ся в за­виси­мос­ти от экс­плу­ата­ци­он­но­го наз­на­чения уз­ла. Стан­дартом ус­та­нов­ле­но три ви­да со­еди­нений (рис. 8.3): сво­бод­ное, нор­мальное и плот­ное.

Рис. 8.3.Схема расположения полей допусков по ширине шпонки

При­няты сле­ду­ющие пре­дельные от­кло­нения раз­ме­ров для ши­рины шпон­ки и ши­рины па­зов ва­ла и втул­ки:

Вы­бирая вид со­еди­нения, сле­ду­ет иметь в ви­ду, что сво­бод­ное со­еди­нение обес­пе­чива­ет под­вижность соп­ря­жен­ных де­талей при ус­ло­ви­ях зат­руднен­ной сбор­ки; нор­мальное со­еди­нение — не­под­вижность разъем­ных со­еди­нений при хо­роших ус­ло­ви­ях сбор­ки; плот­ное со­еди­нение це­лесо­об­разно при ре­вер­сивных наг­рузках с нап­рессов­кой де­талей при сбор­ке.

Шпо­ноч­ные со­еди­нения име­ют ряд не­дос­татков: они не мо­гут пе­реда­вать большие кру­тящие мо­мен­ты, обес­пе­чива­ют цен­три­рова­ние ху­же, чем шли­цевые со­еди­нения, на­груз­ка меж­ду шпон­ка­ми рас­пре­деля­ет­ся не­рав­но­мер­но. Кро­ме то­го, воз­можны смя­тие и срез шпо­нок, что мо­жет при­вес­ти к пе­реко­су и сме­щению вту­лок или дру­гим неб­ла­гоп­ри­ят­ным пос­ледс­тви­ям.

Для кон­тро­ля па­зовых и шпо­ноч­ных со­еди­нений ис­пользу­ют­ся ка­либ­ры па­зовые шпо­ноч­ные, ка­либ­ры па­зовые, ка­либр-проб­ки ком­плексные шпо­ноч­ные и ка­либр-приз­мы шпо­ноч­ные. Эти ка­либ­ры из­го­тав­ли­ва­ют по ГОСТ 2015—84 «Ка­либ­ры глад­кие не­регу­лиру­емые. Тех­ни­чес­кие тре­бова­ния».

До­пус­ки ка­либ­ров для шпо­ноч­ных со­еди­нений ус­та­нав­ли­ва­ют­ся по ГОСТ 24109—80 «Ка­либ­ры для шпо­ноч­ных со­еди­нений. До­пус­ки»

Шлицевые детали и соединения

В свя­зи с рос­том тре­бова­ний к ка­чес­тву из­де­лий, их дол­го­веч­ности и обес­пе­чению вы­сокой точ­ности цен­три­рова­ния и пе­реда­чи больших кру­тящих мо­мен­тов все бо­лее ши­рокое при­мене­ние на­ходят шли­цевые со­еди­нения.

По про­филю зу­ба шли­цевые со­еди­нения де­лят­ся на пря­мобоч­ные, эвольвен­тные, тре­угольные.

Пря­мобоч­ные шли­цевые со­еди­нения бо­лее рас­простра­нены, од­на­ко эвольвен­тные со­еди­нения име­ют ряд пре­иму­ществ: они мо­гут пе­реда­вать большие, чем пря­мобоч­ные, кру­тящие мо­мен­ты, име­ют меньшую кон­цен­тра­цию нап­ря­жений, про­ще в из­го­тов­ле­нии, луч­ше цен­три­ру­ют соп­ря­га­емые де­тали, бо­лее дол­го­веч­ны.

Шли­цевые со­еди­нения с тре­угольным про­филем при­меня­ют для пе­реда­чи не­больших кру­тящих мо­мен­тов при тон­костен­ных втул­ках и по­сад­ках с на­тягом.

Для пря­мобоч­ных шли­цевых со­еди­нений в за­виси­мос­ти от пе­реда­ва­емых наг­ру­зок при од­ном и том же но­минальном ди­амет­ре соп­ря­жений пре­дус­мотре­ны три се­рии со­еди­нений: лег­кая, сред­няя и тя­желая (при этом сред­ний ди­аметр не ме­ня­ет­ся, а ме­ня­ет­ся только чис­ло и вы­сота зубьев). Чис­ло зубьев у пря­мобоч­ных со­еди­нений бы­ва­ет чет­ным:

• у лег­кой и сред­ней се­рии — 6, 8, 10;
• у тя­желой се­рии — 10, 16, 20.

Сог­ласно ГОСТ 1139—80 «Ос­новные нор­мы вза­имо­заме­ня­емос­ти. Со­еди­нения шли­цевые пря­мобоч­ные. Раз­ме­ры и до­пус­ки» и ГОСТ 25346—2013 в за­виси­мос­ти от экс­плу­ата­ци­он­ных тре­бова­ний и тех­но­логии из­го­тов­ле­ния шли­цов воз­можны три спо­соба цен­три­рова­ния (рис. 8.4): по на­руж­но­му ди­амет­ру — D (рис. 8.4, а); по внут­ренне­му ди­амет­ру — d (рис. 8.4, б); по бо­ковым сто­ронам зубьев — b (рис. 8.4, в).

Рис. 8.4.Виды центрирования прямобочных шлицевых соединений:
a — центрирование по наружному диаметру; б — центрирование по внутреннему диаметру; в — центрирование по боковым сторонам зубьев

Спо­соб цен­три­рова­ния по внут­ренне­му ди­амет­ру d обес­пе­чива­ет точ­ное цен­три­рова­ние и под­вижность со­еди­нений при вы­сокой твер­дости ма­тери­ала, из ко­торо­го из­го­тов­ле­на втул­ка.

При цен­три­рова­нии по на­руж­но­му ди­амет­ру D под­вижность со­еди­нений не пре­дус­матри­ва­ет­ся, а соп­ря­га­емые де­тали тер­ми­чес­ки не об­ра­баты­ва­ют­ся.

Спо­соб цен­три­рова­ния по бо­ковым сто­ронам зубьев b ис­пользу­ет­ся ред­ко, в ос­новном при пе­реда­че больших кру­тящих мо­мен­тов и при зна­копе­ремен­ных наг­рузках (ре­вер­сивном вра­щении). Этот спо­соб поз­во­ля­ет рав­но­мер­но рас­пре­делить наг­рузки меж­ду зубьями, но не обес­пе­чива­ет вы­сокой точ­ности цен­три­рова­ния.

По­сад­ки стро­ят­ся в сис­те­ме от­вер­стия и обес­пе­чива­ют со­еди­нения од­новре­мен­но по двум по­вер­хнос­тям: d и b, D и b или только по b. Пред­почте­ние от­да­но сис­те­ме от­вер­стия, по­тому что в этом слу­чае рез­ко сок­ра­ща­ет­ся но­мен­кла­тура до­рогос­то­ящих про­тяжек, ко­торы­ми об­ра­баты­ва­ют шли­цевые втул­ки.

Стан­дартом ус­та­нов­ле­но большое чис­ло по­садок для соп­ря­жения ва­ла и втул­ки. Рас­смот­рим на­ибо­лее пред­почти­тельные из них:

• при цен­три­рова­нии по внут­ренне­му ди­амет­ру d сле­ду­ет ис­пользо­вать по­сад­ки по внут­ренне­му ди­амет­ру d:

по­сад­ки по ши­рине зу­ба b:

• при цен­три­рова­нии по на­руж­но­му ди­амет­ру D не­об­хо­димо вы­бирать по­сад­ки по на­руж­но­му ди­амет­ру D:

по­сад­ки по ши­рине зу­ба b:

• при цен­три­рова­нии по бо­ковым по­вер­хнос­тям зубьев b ис­пользу­ют по­сад­ки по b:

Для не­цен­три­ру­ющих ди­амет­ров ус­та­нов­ле­ны сле­ду­ющие по­ля до­пус­ков: при цен­три­рова­нии по d или b: d _ва­ла — а 11 и D _{втул­ки} — Н 12; при цен­три­рова­нии по D или b: d _ва­ла — а 11 и d _{втул­ки} — Н 11.

Не­об­хо­димо на­учиться рас­шифро­вывать ус­ловные обоз­на­чения шли­цевых со­еди­нений на чер­те­жах, в ко­торых со­дер­жатся све­дения о ви­де цен­три­рова­ния, чис­ле зубьев и па­рамет­ры d, D или b.

Нап­ри­мер:

где d — вид цен­три­рова­ния по внут­ренне­му ди­амет­ру; 8 — чис­ло шли­цов; — внут­ренний ди­аметр d = 36 мм и по­сад­ка по это­му ди­амет­ру — на­руж­ный ди­аметр D = 40 мм и по­сад­ка по это­му ди­амет­ру — ши­рина шли­ца 7 мм и по­сад­ка по раз­ме­ру b —

При этом ус­ловное обоз­на­чение шли­цево­го ва­ла бу­дет выг­ля­деть — d - 8×36 e 8×40 a 11×7 f 8, а шли­цевой втул­ки — d - 8×36 H 7×40 H 12×7 D 9.

Рас­смот­рим дру­гой при­мер:

где D — вид цен­три­рова­ния по на­руж­но­му ди­амет­ру; 8 — чис­ло шли­цов; 36 — внут­ренний ди­аметр с по­сад­кой 40 — на­руж­ный ди­аметр с по­сад­кой по D — — ши­рина шли­ца и по­сад­ка по это­му раз­ме­ру.

При­мер ус­ловно­го обоз­на­чения при цен­три­рова­нии по b:

Ши­рокое рас­простра­нение в тех­ни­ке по­лучи­ли шли­цевые со­еди­нения с эвольвен­тны­ми про­филя­ми по ГОСТ 6033—80 «Ос­новные нор­мы вза­имо­заме­ня­емос­ти. Со­еди­нения шли­цевые эвольвен­тные с уг­лом про­филя 30 град. Раз­ме­ры, до­пус­ки и из­ме­ря­емые ве­личи­ны», ко­торый рас­смат­ри­ва­ет со­еди­нения с мо­дулем от 0,5 до 3 мм и чис­лом зубьев от 8 до 65.

Осо­бая фор­ма зу­ба (шли­ца) пред­по­лага­ет и дру­гие спо­собы цен­три­рова­ния, а имен­но, цен­три­рова­ние по бо­ковым сто­ронам (по­вер­хнос­тям) зубьев (рис. 8.5, а) или по на­руж­но­му ди­амет­ру (рис. 8.5, б).

Рис. 8.5.Виды центрирования эвольвентных шлицевых соединений:
a — центрирование по боковым сторонам зубьев; б — центрирование по наружному диаметру

При цен­три­рова­нии по бо­ковым сто­ронам ус­та­нов­ле­ны до­пус­ки на ши­рину впа­дины втул­ки l и тол­щи­ну зу­ба ва­ла S, ко­торые име­ют об­щий но­минальный раз­мер по ду­ге де­лительной ок­ружнос­ти.

Для раз­ме­ра l ус­та­нов­ле­но од­но ос­новное от­кло­нение Н с вы­пол­не­ни­ем по 7, 9 или 11-й сте­пени точ­ности, т.е. Н 7, Н 9, Н 11.

Для па­рамет­ра S (тол­щи­на зу­ба ва­ла) ус­та­нов­ле­но де­сять ос­новных от­кло­нений: а, с, d, f, g, h, k, n, p, r и до­пус­ки по 7, 8, 9, 10 и 11-й сте­пеням точ­ности. Со­еди­нения с цен­три­рова­ни­ем по бо­ковым сто­ронам зу­ба вы­пол­ня­ют­ся в сис­те­ме от­вер­стия.

Воз­можно цен­три­рова­ние и по на­руж­но­му ди­амет­ру D. При этом по­сад­ки вы­бира­ют­ся так же, как и для глад­ких ци­лин­дри­чес­ких со­еди­нений. Ок­ружнос­ти впа­дин втул­ки D_f име­ют до­пуск по Н 7 или Н 8, а ок­ружнос­ти вер­шин зубьев ва­ла вы­пол­ня­ют­ся с до­пус­ка­ми n 6, js 6, h 6 или f  7.

При обоз­на­чении шли­цевых со­еди­нений с эвольвен­тным про­филем ука­зыва­ют­ся но­минальный ди­аметр D со­еди­нения, его мо­дуль m и обоз­на­чение по­сад­ки, по­меща­емое пос­ле раз­ме­ров цен­три­ру­ющих эле­мен­тов, за­тем но­мер стан­дарта.

Нап­ри­мер:

1) ГОСТ 6033—80, где 50 — но­минальный ди­аметр со­еди­нения (D = 50 мм); 2 — мо­дуль зу­ба; — цен­три­рова­ние по бо­ковым сто­ронам с по­сад­кой

2) ГОСТ 6033—80, где 50 — но­минальный ди­аметр со­еди­нения; — цен­три­рова­ние по D с по­сад­кой 2 — мо­дуль зу­ба.

Шли­цевые со­еди­нения кон­тро­лиру­ют­ся ка­либ­ра­ми.

На­руж­ный и внут­ренний ди­амет­ры ва­лов и от­вер­стий про­веря­ют­ся пре­дельны­ми ка­либ­ра­ми, до­пус­ки ко­торых ус­та­нав­ли­ва­ют­ся по ГОСТ 24853—81 «Ка­либ­ры глад­кие для раз­ме­ров до 500 мм. До­пус­ки» в со­от­ветс­твии с но­минальны­ми раз­ме­рами и до­пус­ка­ми про­веря­емых ди­амет­ров.

Глад­кие ка­либ­ры для шли­цевых со­еди­нений из­го­тав­ли­ва­ют по ГОСТ 2015—84.

Ком­плексные ка­либ­ры (ка­либр-проб­ки и ка­либр-кольца) для шли­цевых со­еди­нений из­го­тав­ли­ва­ют по ГОСТ 24959—81 «Ка­либ­ры для шли­цевых со­еди­нений. Тех­ни­чес­кие ус­ло­вия».

До­пус­ки ком­плексных ка­либ­ров для шли­цевых пря­мобоч­ных со­еди­нений ус­та­нав­ли­ва­ют по ГОСТ 7951—80 «Ка­либ­ры для кон­тро­ля шли­цевых пря­мобоч­ных со­еди­нений. До­пус­ки».

Ка­либр-проб­ки (ско­бы) глад­кие шли­цевые пря­мобоч­ные ис­пользу­ют­ся для кон­тро­ля на­руж­но­го (внут­ренне­го) ди­амет­ра шли­цевых от­вер­стий с пря­мобоч­ным про­филем.

Ви­ды и ос­новные раз­ме­ры ком­плексных ка­либ­ров (ка­либр-проб­ки и ка­либр-кольца) ус­та­нав­ли­ва­ют­ся по ГОСТ 24960—81 «Ка­либ­ры ком­плексные для кон­тро­ля шли­цевых пря­мобоч­ных со­еди­нений. Ви­ды, ос­новные раз­ме­ры».

При этом в ка­чес­тве про­ход­ных ка­либ­ров ис­пользу­ют­ся ком­плексные ка­либ­ры, а в ка­чес­тве неп­ро­ход­ных — по­эле­мен­тные ка­либ­ры: глад­кие проб­ки, не­пол­ные глад­кие проб­ки, плас­ти­ны, пре­дельные ско­бы.

Неп­ро­ход­ным ка­либ­ром про­веря­ют каж­дый эле­мент про­филя не ме­нее трех раз. Из­де­лие бра­ку­ют в слу­чае хо­тя бы од­но­го про­хода ка­либ­ра че­рез кон­тро­лиру­емый эле­мент.

Тол­щи­на зубьев и ши­рина впа­дины де­талей эвольвен­тно­го шли­цево­го со­еди­нения про­веря­ют­ся средс­тва­ми для кон­тро­ля зуб­ча­тых ко­лес или с по­мощью ка­либ­ро­ван­ных ро­ликов, зак­ла­дыва­емых во впа­дины зубьев.