Допуски и посадки шпоночных соединений

Общие понятия

Основное функциональное назначение шпоночного соединения – передача крутящего момента в малонагруженных соединениях, преимущественно в изделиях мелкосерийного производства, а также обеспечение точного расположения рабочих поверхностей зубчатого колеса, шкива, маховика и других деталей относительно оси вращения вала.

Наиболее распространены призматические шпонки, устанавливаемые в пазе вала по посадке с малым зазором или натягом по ширине шпонки.

Основные размеры шпоночного соединения даны на рис. 3.1.

 

 

Рисунок 3.1 – Основные размеры шпоночного соединения: d – диаметр цилиндрической поверхности вала и отверстия соответственно; b – ширина шпонки; t ₁ – глубина паза на валу; t ₂ – глубина паза во втулке; d – t ₁ и D + t ₂ – размеры для контроля вала и втулки соответственно; h – высота шпонки; l – длина шпонки (на рисунке не показана)

Посадки по цилиндрической поверхности

 

Цилиндрическая поверхность диаметром D (d) обеспечивает точность расположения (радиальное биение) точек рабочей поверхности зубчатого колеса, шкива, маховика за один оборот относительно оси вращения вала. Поэтому размеры D (d) выполняют с высокой точностью – в пределах от 8‑го до 5-го квалитета.

Малые зазоры при сборке вала с сопрягаемыми деталями (шкив, маховик и т. п.) обеспечиваются за счет применения основных отклонений вала h, j _s, k, m в системе отверстия. Таким образом, посадки по цилиндрической поверхности могут быть  и т. д.

 

Посадки по ширине шпонки

По ГОСТ 23360-78 установлено три характера соединения шпонки с пазом вала и втулки (рис. 3.2).

 

 

Рисунок 3.2 – Схема расположения полей допуска для различных видов

соединения шпонки с пазом вала и втулки

 

Свободное соединение применяют при легком режиме работы в нереверсивных передачах при частых разборках, а также при затруднительных условиях сборки.

Нормальное соединение характеризуется наиболее вероятным средним зазором или натягом близким к нулю и рекомендуется для предпочтительного применения в реверсивных передачах без ударных нагрузок.

Плотное соединение при сборке обеспечивает средние малые натяги и рекомендуется в реверсивных передачах. Плотное соединение получают запрессовкой, а его разборка возможна только при капитальном ремонте.

Поля допусков D 10, H 9, h 9 и т. д. закреплены за конкретными деталями (рис. 3.3).

	Поля допусков на размер «b» по ширине паза втулки, шпонки и паза вала для различных характеров соединений
	свободный	нормальный	плотный
b	10 D 10                     10 JS 9                  10 P 9
	10 h 9                    10 h 9                    10 h 9
b b	10 H 9                    10 N 9                  10 P 9     10     10         10
	10     10        10

 

Рисунок 3.3 – Распределение полей допусков между деталями шпоночного

соединения с шириной шпонки b = 10 мм

 

Пример анализа допусков и посадок шпоночного

соединения [3, 6 или 26]

 

Выбор задания. Из табл. А12 прил. А выбираем исходные данные:

посадка по цилиндрической поверхности Æ36 ;

характер соединения по ширине шпонки b – плотный.

Выполнение задания. Определяем основные размеры [26] деталей шпоночного соединения (см. рис. 3.1) и схему полей допусков на ширину b для заданного характера соединения (см. рис. 3.2) – «плотный»:

D = d = 36 мм;

b = 10 мм;

h = 8 мм;

t ₁ = 5 мм;

t ₂ = 3,3 мм;

l = 70 мм;

d – t ₁ = 31 мм;

D + t ₂ = 39,3 мм.

Предельные отклонения по размеру b шпонки, паза и втулки принимаем по стандартам [19, 26] и записываем их на схеме полей допусков (рис. 3.4, а).

На ширину шпонки10 h9

es = 0, ei = 36мкм, [19, табл. 7].

На высоту шпонки h = 8 мм, с полем допуска h 11

es = 0, ei = – 90 мкм, [19, табл. 7].

На длину шпонки l = 70 мм с полем допуска h 14

es = 0, ei = – 740 мкм[19, табл. 7].

На ширину паза втулки, вала и ширину шпонки [26, табл. 2]:

при ширине паза втулки 10 Р 9 (табл. А17 прил. А)

ES = – 15 мкм, EI = –51 мкм,

при ширине паза вала 10 Р 9

ES = – 15мкм, EI = –51 мкм,

при глубине паза вала t ₁ = 5 мм

ES =+ 0,2 мм, EI = 0,

при глубине паза втулки t ₂ = 3,3 мм

ES =+ 0,2 мм, EI = 0.

В связи с тем, что на чертежах часто проставляются размеры d – t ₁ и D + t ₂, не требующие большой точности, допуски на эти размеры следует принимать равными допускам на размеры t ₁ и t ₂ [26, табл. 3] или по табл. А17 прил. А.

На размер вала d – t ₁ = 31 мм

es = 0; ei = –0,2мм;

на размер втулки D + t ₂ = 39,3 мм

ES =+ 0,2 мм, EI = 0.

 

 

Рисунок 3.4 – Схема расположения полей допусков: а – по ширине шпонки;

б – по цилиндрической поверхности

 

Предельные отклонения на размер цилиндрической поверхности для заданной посадки  принимаем по ГОСТ 25347-82 и записываем их на схеме расположения полей допусков (рис. 3.4, б):

для отверстия ES = +39 мкм; ei = –25 мкм;

для вала es = 0; ei = –25 мкм.

Определим предельные и средние зазоры (натяги) по ширине шпонки (формулы (1.10), (1.15), (1.19), (1.20), (1.23) или (1.24)) при ее установке в паз вала и втулки по посадке  (посадка переходная, так как поля допусков шпонки и паза частично перекрываются):

S _max = ES – ei = –15 – (–36) = 21 мкм;

N _max = es – EI = 0 – (–51) = 51 мкм;

 = 0,5(es + ei) = 0,5[0 + (–36)] = –18 мкм;

 = 0,5(ES + EI) = 0,5[(–15) + (–51)] = –33 мкм,

где   – координата середины поля допуска шпонки;   – координата середины поля допуска на ширину b паза втулки или вала с полем допуска Р 9.

В нашем примере  >   (). Поэтому при сборке деталей по ширине шпонки со средними размерами по ширине шпонки  и по ширине паза втулки или вала  будет иметь место средний натяг (формула 1.24):

 = –18 – (–33) = 15 мкм.

Шероховатость сопрягаемых поверхностей вала и шпонки назначаем по табл. А2 и А28 прил. А.

Цилиндрическая поверхность при d = 36

для вала Ra – не более 1,25 мкм,

для отверстия Ra – не более 1,25 мкм.

Боковая поверхность при b = 10 мм:

для паза вала Ra – не более 3,2 мкм,

для паза втулки Ra – не более 3,2 мкм.

Поверхность дна паза и втулки при t ₁ = 5 мм и t ₂ = 3,3 мм Rz – не более 40 мкм (Ra = 12,5).

Боковая поверхность шпонки при b = 10 мм Ra – не более 3,2 мкм.

На эскизах вала, втулки, шпонки и шпоночного соединения проставляем предельные отклонения и шероховатость поверхностей (рис. Б3 прил. Б).

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы эксплутационное назначение и требования к точности шпоночного соединения?

2. Изобразить графические схемы расположения полей допусков посадки по ширине шпонки и показать наибольшие, наименьшие и средние зазоры (натяги) между шпонкой и пазами вала и втулки.

3. В какой системе стандартом предусмотрены посадки по ширине шпонки b в паз вала и втулки?

4. Почему вал и втулку в шпоночном соединении изготавливают с высокой точностью по размеру D (d)?

5. В каких случаях применяют свободное, нормальное и плотное соединения по ширине b шпонки?

6. Почему вал и втулку шпоночного соединения контролируют двумя способами: поэлементным и комплексным?

 

4. Допуски и посадки шлицевых соединений [1, 25]

Общие понятия

Шлицевые соединения применяют в изделиях серийного, крупносерийного и массового производства в ответственных реверсивных нагруженных большими крутящими моментами передачах, например, в коробках скоростей. Важным требованием к шлицевым соединениям является обеспечение высокой точности центрирования при длительной эксплуатации.

В зависимости от формы профиля шлица шлицевые соединения могут быть прямобочными (прямоугольного профиля, рис. 4.1), эвольвентными и треугольными [1, 4, 6]. Наибольшее распространение получили прямобочные шлицевые соединения по ГОСТ 1139-80. Они технологичны, для их изготовления создана станочная и инструментальная база.

 

Рисунок 4.1 – Шлицевые соединения с прямобочным профилем

 

Современные методы обработки (фрезерование и протягивание) и средства их технического обеспечения не позволяют изготовить шлицевой вал 1 и шлицевую втулку 2 (рис. 4.1, а) настолько точно, чтобы при сборке этих деталей получались посадки с высокой точностью посадки одновременно по всем сопрягаемым поверхностям (по внутренней и наружной, цилиндрической поверхностям и боковым граням шлицев). Поэтому принято изготавливать с высокой точностью размер только одной из сопрягаемых поверхностей. Эту поверхность назвали центрирующей. По другим(нецентрирующим) поверхностям шлицевого соединения предусматривают гарантированные зазоры (рис. 4.1, б, в, г), а их точность значительно ниже точности центрирующей поверхности. Поэтому известно три способа центрирования шлицевых прямобочных соединений:

· по внутренней цилиндрической поверхности – по d (см. рис. 4.1, б);

· по наружной цилиндрической поверхности – по D (см. рис. 4.1, в);

· по боковым поверхностям шлицев – по b (см. рис. 4.1, г).

Вид центрирования принимают с учетом служебного назначения соединения, требуемой твердости шлицевой втулки и вала, возможных методов окончательной их обработки. Лучшую устойчивость и высокие требования кинематической точности шлицевого соединения обеспечивают при центрировании по наружному диаметру. Однако центрирование по D не назначают, когда втулка по техническим условиям должна подвергаться улучшению методом термической обработки. В этом случае втулку невозможно обрабатывать чистовой протяжкой. Если втулка имеет высокую твердость после термической обработки и ее нельзя обработать чистовой протяжкой, то назначают центрирование по внутреннему диаметру d. При этом внутренний диаметр втулки вала можно шлифовать прошлифовать.

Центрирование по боковым поверхностям шлицев, т.е. по b, назначают в соединениях при реверсивном движении в передачах с большими знакопеременными нагрузками.