Разновидности шлицевых соединений

Шлицевые соединения различают:

по характеру соединения — неподвижные для закрепления детали на валу (рис. 8.1); подвижные, допускающие перемещение вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач, см. рис. 8.3);

Рис. 8.2. Эвольвентное (а) и треугольное (б) шлицевые соединения

по форме зубьев — прямобочные (рис. 8.1), эвольвентные (рис. 8.2, а), треугольные (рис. 8.2, б);

по способу центрирования (обеспечения совпадения геометрических осей) ступицы относительно вала — с центрированием по наружному диаметру D (см. рис. 8.1, а), по внутреннему диаметру d (см. рис. 8.1, б) и по боковым поверхностям зубьев (рис. 8.1, в и 8.2). Зазор в контакте центрирующих поверхностей практически отсутствует, нецентрирую-щих — значительный.

Соединения с прямобочным профилем зубьев (см. рис. 8.1). Применяют в неподвижных и подвижных соединениях; имеют постоянную толщи­ну зубьев, выполняют с различными способами центрирования.

В соединениях, требующих высокой соосности вала и ступицы (соеди­нение зубчатого или червячного колеса с валом), применяют центриро­вание по одному из диаметров. Наиболее технологично центрирование по наружному диаметру, которое рекомендуют при твердости внутренней поверхности ступицы до 350 НВ. Калибровку центрирующих поверхно­стей ступицы выполняют протягиванием, а вала — шлифованием.

Центрирование по внутреннему диаметру рекомендуют при высокой твердости материала ступицы (свыше 350 НВ), когда калибровка отверстия протяжкой невозможна. В этом случае центрирующие по­верхности ступицы и вала доводят шлифованием.

Центрирование по боковым поверхностям не обеспечивает соосности вала и ступицы, но более равномерно распределяет нагрузку между зубьями. Рекомендуют для передачи больших переменных и ударных на­грузок (карданные валы автомобилей, см. рис. 30.7, и др.).

Стандарт предусматривает три серии соединений с прямобоч­ным профилем зубьев: легкую, среднюю и тяжелую (табл. 8.1), которые различаются высотой и числом зубьев z-

Тяжелая серия имеет более высокие зубья с большим числом их. Рекомендуется для передачи больших вращающих моментов.

Соединения с эвольвентным профилем зубьев (см. рис. 8.2, а). Применяют в неподвижных и подвижных соединениях. Боковая поверхность зуба очерчена по эвольвенте (как профиль зубьев зубчатых колес, см. § 11.2). К основанию зуб утолщается. Геометрические параметры соединения рассчитывают по модулю т. Соединения стандартизованы (табл. 8.2).

Их выполняют с центрированием по боковым поверхностям зубьев (рис. 8.2, а), реже — по наружному диаметру.

 

Таблица 8.1. Соединения шлицевые прямобочные (выборка)

Размеры, мм (см. рис. 8.1);z—число зубьев

 

Серия	Номинальный размер z-d-D	b	f	Wи мм^3	WK, мм^3	А, мм^2
Легкая	8 х 36 х 40		0,4	5 100	10 200	ИЗО
	8 х 42 х 46		0,4	8 000	16 000
	8 х 46 х 50		0,4	10 450	20 900
Средняя	8 х 36 х 42		0,4	5 750	11 500
	8 х 42 х 48		0,4	8 825	17 650
	8 х 46 х 54		0,5	11 500	23 000
Тяжелая	10 х 36 х 45		0,4	5 700	11 400
	10 х 42 х 52		0,4	8 200	16 400
	10 х 46 х 56		0,5	11 300	23 800

Примечание. W_и и W_к - моменты сопротивления поперечного сечения соответственно при изгибе и кручении; А — площадь поперечного сечения.

Таблица 8.2. Соединения шлицевые эвольвентные (выборка) Размеры, мм (см. рис. 8.2); z — число зубьев

 

D	т	z	Wи мм^3	WK, мм^3	А, мм^2
	1,25		5 389	10 780
	2,00		4 921	9 841
	1,25		7 804
	1,25		10 850	21 700
	2,00		10 100	20 210

Примечание. W _ии W _к — моменты сопротивления поперечного сечения соответственно при изгибе и кручении; А — площадь поперечного сечения.

бочными зубьями характеризуются большей нагрузочной способностью вследствие большей площади контакта, большого количества зубьев и их повышенной прочности. Эти соединения позволяют применять типовые процессы зубообработки (см. § 11.7). Применяют для передачи больших вращающих моментов. Считаются перспективными.

Соединения с треугольным профилем зубьев (см. рис. 8.2, б). Применяют в неподвижных соединениях. Имеют большое число мелких зубьев. Выполня­ют с центрированием по боковым поверхностям, точность центрирования невысокая. Не стандартизованы. Рекомендуются для передачи небольших вращающих моментов тонкостенными ступицами, пустотелыми валами, а также в соединениях стальных валов со ступицами из легких сплавов.

Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и ле­гированных сталей с σ_в > 500 Н/мм².

Расчет шлицевых соединений

Основным критерием работоспособности шлицевых соединений явля­ется сопротивление рабочих поверхностей смятию и изнашиванию. Изна­шивание боковых поверхностей зубьев (фреттинг-коррозия, см. § 1.7) обусловлено микроперемещениями деталей соединения вследствие

пругих деформаций при действии радиальной нагрузки и вращающе­го момента или несовпадения осей вращения (из-за зазоров, погреш­ностей изготовления и монтажа).

Параметры соединения выбирают по таблицам стандарта в зависи­мости от диаметра вала, а затем проводят расчет по критериям рабо­тоспособности.

Смятие и изнашивание рабочих поверхностей связаны с действу­ющими на контактирующих поверхностях напряжениями σ_см.

Упрощенный (приближенный) расчет основан на ограничении на­пряжений смятия допускаемыми значениями [σ]_см, назначаемыми на основе опыта эксплуатации подобных конструкций:

(8.1)

где Т— расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения), Нм; К₃ — коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (зависит от точности изготовления и условий работы), К₃ = 1,1...1,5; d_cp — средний диаметр соединения, мм; z —число зубьев; h —рабочая высота зубьев, мм; l _р — рабочая длина соединения, мм; [σ]см ^— допускаемое напряжение смятия, Н/мм². Для соединений с прямобочными зубьями

где f — фаска зуба.

Для соединений с эвольвентными зубьями

Для соединений с треугольными зубьями

В табл. 8.3 приведены значения [σ]_см для изделий общего машино­строения и подъемно-транспортных устройств, рассчитанных на дли­тельный срок службы.

Таблица 8.3. Допускаемые напряжения смятия [σ]_см для расчета шлицевых соединений

 

Тип соединения	Условия эксплуатации	|σ|см, Н/мм^2
<350 НВ	>40 HRC
Неподвижное     Подвижное без нагрузки (блок шестерен коробки передач, см. рис. 8.3)	а б в а б в	35...50 60...100 80... 120 15...20 20...30 25...40	40...70 100...140 120...200 20...35 30...60 40...70

Продолжение табл. 8.3

 

Тип соединения	Условия эксплуатации	|σ|см, Н/мм^2
< 350 НВ	>40 HRC
Подвижное под нагрузкой (шпиндели сверлильных станков, соединение карданного вала)	а б в	—	3...10 5...15 10...20

Примечания: 1. а — тяжелые условия эксплуатации — нагрузка знакопеременная с ударами; виб­рации большой частоты и амплитуды; плохие условия смазывания; невысокая точность изготовления; б — условия эксплуатации средние; в — условия эксплуатации хорошие.

2. Большие значения—для легких режимов нагрузки.

Если расчетное напряжение σ_см превышает допускаемое более чем на 5 %, то увеличивают длину ступицы, изменяют размеры, термооб­работку или принимают другой вид соединения и повторяют прове­рочный расчет.

При проектировочном расчете шлицевых соединений после выбора размеров сечения зубьев по стандарту (см. табл. 8.1 и 8.2) определяют длину зубьев l _р [формула (8.1)].

Если получается, что l_p>l,5d, то изменяют размеры, термообра­ботку или принимают другой вид соединения.

Длину ступицы принимают l _ст = l _р + 4...6 мм и более в зависимости от конструкции соединения.

Расчет шлицевого соединения ведут в последовательности, изло­женной в решении примера 8.1.

Уточненный расчет на смятие и износ разработан для прямобочных шлицевых соединений (см. ГОСТ). В расчете учитываются характер на-гружения, конструктивные особенности соединения, требуемый ре­сурс и др. (см. [5]).

 

Рекомендации по конструированию шлицевых соединений

1. Для подвижных соединений рекомендуется рабочую длину ступи­цы принимать не меньше диаметра вала, т. е. l_p>d (размеры см. на рис. 8.1). При коротких ступицах (l_p<d) возможно защемление от перекоса при перемещении вдоль вала.

2. В длинных ступицах (l _CT>l,5d) необходима расточка отверстия для выхода стружки при протягивании (см. рис. 8.3).

А -А

Рис. 8.3. Передвижной блок шестерен

3. Для облегчения входа протяжки и сборки соединения в отвер­стии выполняют заходные фаски (см. рис. 8.3).

4. В соединениях, воспринимающих радиальные нагрузки (зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы), зубья соединения желательно располагать симметрично относительно венцов.

5. Для уменьшения изнашивания следует уменьшать зазоры в со­единении, повышать точность изготовления и твердость рабочих по­верхностей.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение шлицевых соединений? Их разновидности. Какие шлииевые соединения стандартизованы?

2. Какими достоинствами обладают шлицевые соединения по сравнению со шпоноч­ными?

3. Какие применяют способы центрирования шлицевых прямобочных и эвольвент-ных соединений? Чем обусловлен выбор способа центрирования?

4. Каковы основные критерии работоспособности шлицевых соединений? Как опре­деляют размеры шлицевых соединений?