Допуски и посадки шлицевых соединений

Шлицевые прямобочные соединения.Шлицевые соединения, в отличие от шпоночных, применяют при передаче больших крутящих моментов (прочность шлицевых соединений при динамических и переменных нагрузках выше, чем шпоночных соединений, и напряжение смятия на гранях зубьев меньше, чем на поверхностях шпонок) и при более высоких требованиях к соосности соединяемых деталей.

Шлицевые соединения различают по форме шлицев на прямобочные (прямоугольные), эвольвентные и треугольные. Если шлицевые соединения с прямобочным и эвольвентным профилем зуба применяются как для подвижных (в осевом направлении), так и для неподвижных соединений, то шлицевые соединения с треугольным профилем зуба используются главным образом для неподвижных соединений при передаче небольших крутящих моментов. Эти соединения используют вместо соединений, в которых применение натяга по каким-либо причинам нежелательно, а также при тонкостенных втулках и пустотелых валах, так как это соединение имеет большое число мелких зубьев.

Шлицевые соединения с треугольным профилем зуба не стандартизованы. Допуски и посадки на них устанавливаются в соответствии с рекомендациями РС СЭВ 656–66.

Геометрические параметры и способы центрирования шлицевых прямобочных соединений.Основными параметрами (рисунок 3.4), характеризующими шлицевые прямобочные соединения, являются число зубьев z, наружный диаметр D, внутренний диаметр d, ширина шлицов b, размеры которых определены ГОСТ 1139–80.

Число зубьев в прямобочных шлицевых соединениях принимается четным (6, 8, 10, 12, 16, 20), что облегчает изготовление и контроль шлицевых валов и отверстий.

Длина шлицов определяется длиной сопрягаемого отверстия (например, ступицы); в случае, если ступица подвижная – величиной ее перемещения.

В зависимости от передаваемого крутящего момента предусмотрено три серии соединений – легкая, средняя и тяжелая, различающиеся высотой и числом шлицов.

Легкая серия, имеющая наименьшие числа и высоту шлицов, применяется для неподвижных или слабо нагруженных соединений. Средняя серия имеет большие по сравнению с легкой серией числа и высоту шлицов и рекомендуется для средненагруженных соединений. Тяжелая серия предназначена для наиболее тяжелых условий работы и имеет наибольшие числа и высоты зубьев.

Для обеспечения соосности поверхности втулки относительно оси вращения вала у сопрягаемых шлицевых деталей предусмотрена центрирующая поверхность. Применяют три способа центрирования: по наружному диаметру D (рисунок 3.4, а), по внутреннему диаметру d (рисунок 3.4, б) и по ширине шлица b (рисунок 3.4, в).

Выбор способа центрирования зависит от эксплуатационных требований и технологии изготовления шлицевых деталей.

Шлицы на валах фрезеруют либо последовательно, вырезая паз за пазом фасонной фрезой на горизонтально-фрезерном станке, либо обрабатывают сразу все шлицы червячной фрезой на зубофрезерном станке. Поскольку точность при этом получается недостаточной, а после термообработки накладываются еще и коробление детали и шлиц, то точные элементы шлицевого вала обязательно шлифуют.

Шлицевые отверстия сначала сверлят, выдерживая внутренний диаметр d, а затем протягивают круглой и шлицевой протяжками, получая высокую точность, которая при незакаленных втулках обычно не требует последующей обработки.

Центрирование по наружному диаметру D применяется для неподвижных, а также для подвижных соединений, работающих при небольших нагрузках и подвергающихся малому износу. Тогда шлицевая втулка или термически не обрабатывается, что позволяет обработать ее чистовой протяжкой, или после термообработки твердость ее материала допускает калибровку протяжкой.

Центрирование по внутреннему диаметру d применяется в основном в подвижных соединениях, работающих при больших нагрузках в тяжелых условиях. В таких соединениях шлицевая втулка после термообработки имеет высокую твердость, и дефекты от коробления можно устранить лишь шлифованием, для которого доступна только поверхность по внутреннему диаметру.

Способы центрирования по наружному диаметру D и по внутреннему диаметру d обеспечивают высокую точность центрирования.

Центрирование по ширине шлица b рекомендуется, когда не требуется высокая точность центрирования и в то же время необходимо обеспечить достаточную прочность соединения в эксплуатации (знакопеременные нагрузки, большие крутящие моменты, реверсивное движение). Для этого боковые поверхности шлицов, особенно если вал термически обрабатывается, шлифуют, чтобы выдержать их толщину и прямолинейность. Примером центрирования по ширине шлица b является карданное соединение транспортных, строительных и других машин.

Допуски и предельные отклонения параметров d, D, b шлицевых деталей назначают такие же, как для гладких цилиндрических деталей по ГОСТ 25347-82.

Точность размеров d, D, b определяется выбором центрирующей поверхности шлицевых соединений:

– центрирующие диаметры d или D длявтулки и вала изготавливаются, как правило, по 6, 7, 8-му квалитетам;

нецентрирующие диаметры d, D для втулки и вала изготавливаются по 11-му, 12-му квалитетам;

– размер b по ширине паза втулки изготавливается по 8, 9, 10-му квалитетам, по ширине шлица – по 7, 8, 9-му квалитетам.

Посадки шлицевых соединений по размерам d и D выполняют в системе отверстия, что позволяет сократить номенклатуру дорогостоящих протяжек, применяемых для обработки шлицевых отверстий.

Посадки по ширине шлица в подавляющем большинстве внесистемные, что обеспечивает достаточную величину зазора для компенсации погрешностей формы и расположения элементов шлицевых деталей по всей их длине.

Для образования посадок по центрирующим диаметрам и ширине зуба для вала предусмотрено 20 полей допусков (из них 7 предпочтительных) с основными отклонениями d, е, f, g, h, j_S, k, п; для втулок по ширине паза – 8 полей допусков (из них 4 предпочтительных) с основными отклонениями D, F, Н, J_S.

Для нецентрирующих диаметров для вала установлены два поля допуска a11, a12. При указанных полях нецентрирующих диаметров создаются гарантированные зазоры, обеспечивающие сопряжения только по посадочным поверхностям и облегчающие сборку шлицевых соединений.

При изготовлении шлицевых деталей возникают не только погрешности размеров, но и отклонения формы и расположения, такие, как отклонения от прямолинейности шлицов, от параллельности сторон зубьев вала и втулки относительно оси центрирующей поверхности, погрешность направления зубьев, ошибка углового шага, отклонение от соосности наружного и внутреннего диаметров и др. Эти суммарные погрешности влияют на собираемость шлицевых деталей, поэтому их контролируют специальны ми комплексными калибрами после раздельного контроля основных параметров шлицевых вала и втулки гладкими предельными калибрами. Требования к комплексным шлицевым калибрам для контроля прямобочных шлицевых деталей определены ГОСТ 24959-81, ГОСТ 24960-81, ГОСТ 7951-80.

Шероховатость поверхностей шлицевых деталей зависит от вида центрирования и от характера шлицевых соединений

Обозначение шлицевых прямобочных соединений, валов и втулок должно содержать: букву, обозначающую поверхность центрирования; число зубьев; номинальные размеры параметров d, D, b; обозначения полей допусков и посадок параметров d, D, b, помещаемых после соответствующих размеров.

Допускается в обозначении шлицевых прямобочных соединений не указывать поля допусков нецентрирующих диаметров.

Условное обозначение шлицевого прямобочного соединения с центрированием по внутреннему диаметру, с числом зубьев z = 8, внутренним диаметром d= 36 мм, наружным диаметром D = 40 мм, шириной зуба b = 7 мм, с посадкой по диаметру центрирования H8/е8 и по размеру b – D9/е8:

d – 8 х 36H8/е8 х 40H12/а11 х 7D9/е8;

то же при центрировании по наружному диаметру с посадкой по диаметру центрирования H7/h7 и по размеру b – D9/h9

D – 8 х 36 х 40H7/h7 х 7D9/h9; то же при центрировании по боковым сторонам

b – 8 х 36 х 40 х 7D9/h9.

Условное обозначение шлицевой втулки того же соединения при центрировании по внутреннему диаметру:

D – 8 х 36H8 х 40H12 х 7D9.

Условное обозначение шлицевого вала того же соединения щ центрировании по внутреннему диаметру:

d – 8 х 36е8 х 40а11 х 7е8.

Задание 3 и порядок его выполнения

3.4.1 Исходные данные для выбора посадки шпоночного соединения (ГОСТ 23360-78, ГОСТ 24071-80) представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты выбора универсальных средств измерения

Диаметр вала, мм	Форма шпонки	Вид шпоночного соединения
	призматическая	нормальное

3.4.2 По заданному диаметру вала (d = 40 мм), виду шпоночного соединения (нормальное) и форме стандартной шпонки (призматическая) используя [3, таблица 28] выбрать: ширину шпонки – в = 12 мм; высоту шпонки – h = 8 мм; глубину паза вала – t₁ = 5 мм; глубина паза втулки – t₂ = 3,3 мм; длину шпонки (произвольно) – l = 50 мм.

Для сегментной шпонки следует выбрать размеры соединений из [3, таблица 29]. Вычислить размеры: d – t₁ = 40 – 5 = 35 мм; d + t₂ = 40 +3,3 = 43,3 мм.

3.4.3 В соответствии с заданием, используя таблицу 3.2, выбрать поля допусков и посадки по ширине в для деталей шпоночного соединения.

Таблица 3.2 – Поля допусков для деталей шпоночного соединения по ширине в

Вид шпоночного соединения	Поля допусков по ширине в
шпонки	паза вала	паза втулки
Свободное* Нормальное Плотное	h9	H9 N9 P9	D10 Js9 P9

Примечание: * Для сегментных шпонок свободное соединение не применяется.

Для нормального соединения поля допусков по ширине в: шпонки – h9; паза вала – N9; паза втулки – Js9.

Посадки: шпонка – паз вала ; шпонка – паз втулки .

3.4.4 По [3, таблица 1, 2 и 3] найти предельные отклонения и определить предельные размеры, зазоры и натяги для деталей шпоночного соединения.

Для шпонки h9:

верхнее отклонение

es = 0;

нижнее отклонение

,

мкм;

предельные размеры

,

мм;

,

мм.

Для паза вала N9:

верхнее отклонение

ES = 0;

нижнее отклонение

EI = ES – IT9,

EI = – 43 мкм;

предельные размеры

,

мм;

,

мм.

Для паза втулки Js9: верхнее и нижнее отклонение располагаются симметрично относительно нулевой линии ; а поскольку для 9-го квалитета допускается округление, то ES = +21 мкм и EI = –21 мкм;

предельные размеры

,

мм;

,

мм.

3.4.5 Построить схему расположения полей допусков деталей шпоночного соединения, нанести предельные отклонения, предельные размеры и определить зазоры (натяги) (рисунок 3.4).

В соединении паз вала – шпонка:

,

мм;

,

.

В соединении паз вала – шпонка:

,

мм;

,

мм.

3.4.6 Назначить отклонение на все остальные размеры шпонки и шпоночных пазов на валу и во втулке [3, таблица 30]: на высоту шпонки – ; на длину шпонки – ; на длину паза вала – ; на глубину паза вала – ; на глубину паза втулки – [3, таблица 31]. Для сегментной шпонки: длина шпонки и паза вала не нормируется; высота шпонки по h11; диаметр исходного контура d_e по h12; диаметр паза вала выполняется с верхним допуском +8 % от номинального размера.

Результаты определения параметров шпоночного соединения представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты определения параметров шпоночного соединения

Наименование размера шпоночного соединения	Номинальный размер, мм	Поле допуска	Величина допуска	Предельные отклонения	Предельные размеры, мм	Зазоры (натяги), S(N), мм
верхнее, мкм	нижнее, мкм	наибольший	наименьший	наибольший	наименьший
Ширина: паза втулки шпонки паза вала		Js9 h9 N9		+21	–21 –43 –43	12,021 12,000 12,000	11,979 11,957 11,957	+64   +43	–21   –43
Высота шпонки Длина шпонки Длина паза вала Размер d – t1 Размер d – t2 Сегментная шпонка: диаметр диаметр паза вала	43,3	h11 h14 H15		+1000 +200	–160 –620 –200	8,000 50,000 51,000 35,000 43,000	7,840 49,380 50,000 34,800 43,300

3.4.7 Вычертить эскизы шпоночного соединения в сборе и деталей (рисунок 3.5). Обозначить посадки, отклонения размеров, формы и шероховатость [3, таблица 32].

3.4.8 Выбрать универсальные средства измерения для контроля размеров ширины шпонки и пазов вала и втулки. Погрешность измерения принимаем δ =10 мкм [3, таблица 7]. Выбираем по [3, таблица 8] микрометр МК-0-25-2 ГОСТ 6507-90 с допускаемой погрешностью измерения равной Δlim = 4 мкм; нутромер НИ 10-18-1 ГОСТ 868-82 с ценой деления 0,01 мм, диапазоном измерения 10…18 мм и допускаемой погрешностью измерения ± 8 мкм.

Тема 4