Зубчатое шлицевое соединение: виды профилей, обозначение, ГОСТ

Большие и продолжительные нагрузки просят соединений с приличной площадью контакта. К подобным относится шлицевое соединение. Зубья по всей длине вала дают возможность смешаться втулке с шестерней безостановочно механизма. Передаточный момент возможен больше во много раз, чем при передаче через шпонку. Помимо плюсов у зубчатых соединений есть и собственные минусы.

Характеристики шлицевых соединений

По собственной конструкции и способу передачи вращательного момента, шлицевые соединения можно отнести к многошпоночным. Несколько плоскостей взаимные действия во время вращения, исключительно в качестве немалого количества пазов и шпонок в них, только шлицевый вал и втулка. Шпонки отсутствуют, их заменяют шлицевые пазы и зубья, вырезанные конкретно на сопрягаемых деталях. Конструкция дает возможность значительно уменьшить погрешность изготовления и позволяет передвигаться втулке вдоль оси вала, не прекращая радиальное движение.

К шлицевым соединениям относятся вал с зубьями, одинаково распределенными по диаметру и сопряженная с ним втулка, с ответными пазами.

Размеры шлицов определяются внутренним диаметром вала, их количеством и формой. В шлицевом соединении образуется несколько плоскостей контактов. Возможность передачи большого крутящего момента увеличивается если сравнивать со шпонками во много раз.

Зуб шлица режется фрезами на зуборезных станках и протяжкой. Для подвижных узлов выполняется дальнейшая шлифовка боковых поверхностей. Длина зубьев бывает разнообразной, у недвигающихся шлицевых соединений равна высоте ступицы колеса. При скольжении шестерни вдоль оси, длина порезанных выступов на валу устанавливается размером перемещения шестерни, ее высотой и технологическим припуском, равным радиусу фрезы для ее выхода во время обработки.

Диаметр вала по поверхности с наружной стороны равён размеру втулки по впадинам. Втулка со шлицами точно имитирует собственным отверстием профиль вала и плотно одевается на него. Шлицевые канавки по отверстию режуться на долбежном станке. Производственная технология долговременная, просит большой точности, которую не может обеспечить долбяк, потому как длина резца большая относительно его сечения. При попытке сделать быстрее обработку, сделать больше заход и подачу, инструмент отжимает, размер выходит в минус.

Во время проектирования узла и подборе пар, главным параметром считается диаметр внутри по шлицам. Его рассчитывают на кручение и изгиб. Шлицевая втулка подвергается меньшим по силе влияниям. Она подбирается по справочнику. Детали производят из среднеуглеродистых малолегированных сталей: Ст 45, Ст40Х, Ст 40ХН. Они имеют относительно высокую вязкость и невысокую хрупкость в нормализованном состоянии и после объемной закалки на воздух при твердости 320–350 HB.

Определить кол-во зубьев во время проектирования можно по таблицам. Они разделены для любого диаметра внутри на 3 группы по нагрузкам:

Чем больше вращающий момент необходимо передавать, тем выше сам шлиц и больше их кол-во. Благодаря этому возрастает площадь контакта.

Зубчатые соединения рассчитываются с учетом неточности изготовления. Между поверхностями сопряженных деталей есть просвет соединения. При повороте ведущей детали он смещается в противоположную сторону от направления действия силы. В совершенстве все поверхности контактируют и нагружены одинаково. По факту зубчатые соединения производятся с погрешностью в 0,01–0,03 мм, в зависимости от размера и способа обработки. Муфта одной плоскостью касается сильнее, иными меньше. При расчитывании прочности подбирается по таблице поправочный показатель, дающий возможность высчитать параметры деталей на крепость с учетом неравномерных сил нагрузок.

Просвет в соединении определяет размер хода в холостую. Начиная перемещаться, ведущая деталь в первую очередь подбирает просвет между рабочими плоскостями, после начинается силовое влияние и вращение ведомой детали и всего узла.

Классификация

Детали шлицевых узлов нормализованы – есть конкретный перечень типоразмеров, с соответствующими парами. Под них делается инструмент и настраевается оборудование. В зависимости от рабочих условий и нагрузок, шлицевые соединения на группы. Они отличаются:

• формой зуба;
• чистовыми поверхностями;
• возможностью смещения вдоль оси.

Форма выступа устанавливается по шлицевому валу. Втулка имеет только необходимые вырезы – пазы. Характеристики определяются видами шлицов:

• прямые или прямобочные;
• эвольвентные;
• треугольные.

Классификация выполняется по форме зуба в сечении поперек соединения.

Прямобочные – прямозубые

У прямобочных шлицевых соединений зуб в поперечном сечении собой представляет прямоугольник. Ширина по всей высоте одинаковая. Встречаются в механизмах очень часто, потому как изготовление относительно обычное. Прямозубые шлицевые соединения отличают по величине нагрузки: небольшая, средняя, высокая.

По методу движения вдоль оси отличают типы соединений:

• неразъемные;
• двигающиеся без нагрузки;
• двигающиеся под нагрузкой.

Неразъемные применяют в редукторах и прочих узлах при передаче вращения между постоянной парой деталей.

Примером подвижных соединений без нагрузки служат коробки скоростей станков. При переключении смещается вал, и иная пара вступает в зацепление. Меняется передаточное число и частота вращения патрона или шпинделя.

Коробка скоростей автомобиля не просит полной остановки для переключения. Происходит передвижение втулки относительно оси вращения безостановочно, под нагрузкой.

К спецификации шлицевых соединений относится и способ центровки. Он может быть:

• по внутреннему диаметру – d;
• по наружному диаметру – D;
• по боковым сторонам, ширине зуба – b.

При центровке по внутреннему диаметру очень маленькие допуска на изготовление даются на размер вала по впадине и диаметр внутри втулки. Просвет образуется между вершиной зуба на валу и дном шлица. Точность соединения достигается шлифовкой отверстия втулки на внутришлифовальном станке. Обработка диаметра поменьше на валу выполняется шлифовальным кругом вдоль оси.

При центровке по наружному диаметру хорошее прилегание выполняется по вершине выступа на валу и диаметром по впадине на втулке. В данном случае выполняется внешняя шлифовка вала и чистовая обработка – долбежка, втулки.

Центровка, точнее посадка по боковым поверхностям возможна исключительно для неразъемных соединений, когда нужно убрать неженатый ход в начале движения.

Шлицы изготавливаются очень точно по ширине зуба и его расположения относительно оси. Втулка запрессовывается на вал. По двоим диаметрам есть зазоры.

На чертеже показывается поперечное сечение соединения с одним зубом и диаметрами пунктирной линией. Втулка заштриховывается. Прямозубые шлицевые соединения на основном виде обозначают выносом линии с параметрами. Расшифровка в себя включает буквенное обозначение способа центровки, кол-во и ширина шлицев, размер внутреннего и наружного диаметра с указыванием класса точности и чистоты обработки всех поверхностей.

Эвольвентные

Соединение получило собственное название за форму поверхности сбоку в виде эвольвенты, как у цилиндрического зубчатого зацепления. Приличная площадь контакта и широкий зуб в основании позволяет передавать огромное усилие. Зуб выделяется большей прочностью на изгиб.

Делают шлицевые валы на зубофрезерных станках. Выходит большая точность во время использования обычного оборудования. Центрирование выполняется по наружному диаметру для механизмов, работающих очень точно, и по поверхности сбоку для сильно нагруженных узлов. Соединение неподвижное. При боковом смещении появляется приличная сила трения.

На чертеже указывается один зуб и его форма, по аналогичности с прямозубыми зацеплениями. Помимо диаметров и классом обработки под выносной линией указывается ГОСТ, по которому изготавливались шлицы.

Треугольный профиль

Для передачи вращения тонкостенными ступицами делаются шлицевые соединения с треугольным профилем. Они соединяются неподвижно и применяются для маломощных усилий, требующих большой точности передачи вращения.

Делается зуб по отраслевым нормам с углом: 30°, 36° и 45°. Зубья очень маленькие, кол-во большое, в границах 20 – 70 шт. центрирование выполняется исключительно по боковым поверхностям.

Стоят на приводе стеклоочистителя в автомобилях, торсионных валах триммеров.

Плюсы и минусы

На конструкторском уровне механизмов, передающих вращение с большой нагрузкой, очень часто останавливаются на выборе шлицевого соединения. Оно имеет в конкретных случаях большие преимущества и может заменить несколько шпоночных соединений. Минусы также есть. Нужно взвешивать все доводы за и против, подбирая способ соединения.

Если сравнивать со шпонками, к плюсам шлицевых соединений относятся:

• надежность при ударных нагрузках и вибрации;
• возможность сделать меньше длину ступицы;
• малые радиальные зазоры;
• увеличение эксплуатационного периода;
• отсутствие нагрузки на срез и небольшая на изгиб благодаря большому пятну контакта;
• несколько линий приложения сил, возможность передавать невероятные усилия валами с малым диаметром;
• осевое перемещение;
• в соединении только 2 детали;
• компактность;
• точная центровка.

Шлицы делаются по ГОСТ и Нормам, имеют строго нормализованные размеры и детали для сцепления легко выбрать. Упрощена сборка узлов и подгонка деталей.

К минусам шлицевых соединений относятся:

• большая цена деталей;
• непростая производственная технология;
• применение особенного оборудования и инструмента.

При перегрузках шпонка просто срезается, не позволяя передачи очень высокой нагрузки на механизм работы и предотвращая его неисправность. Деталь обычная и недорогая, легко меняется.

В шлицевых соединениях при опасной ситуации может поломаться зуб или весь станок. Замена деталей непростая и дорогая.

Использование

Необходимость в использовании зубчатых соединений появляется, когда нужно передать большой вращающий момент и предъявляют большие требования к соосности ведущей и ведомой детали и точности движения. Шлицы дают возможность втулке передвигаться вдоль оси, меняя передаточное число зацепления безостановочно механизма. Из-за этого они используются в коробках передач автомобилей, станков, загрузочных агрегатов.

Назначение шлица, как и шпонки, передавать вращающий момент с заданной угловой скоростью.

Распределение нагрузки относительно оси вращения одинаковое, по количеству зубьев, исключается радиальное биение. Это применяется в точных приборах, где нужна точность.

Вращение при помощи треугольных зубцов встречается в домашних приборах, электроинструменте:

Во всех областях автомобилестроения, станкостроения, машинах и прочих средствах передвижения применяется небольшой и мощный узел передачи вращения.

Государственные нормы

Прямозубые шлицевые валы и втулки делаются согласно ГОСТ 6033-80, которым рассчитано обозначение шлицов по внутреннему и наружному диаметру валов, с указание способа центровки: D, d, b, количества зубьев, и класса правильности изготовления сопрягаемых деталей. К примеру: d – 8?36H7/h7?40H12?7D9, где:

• d – центрирование по малому диаметру;
• 8 зубьев;
• 36 – диаметр внутри;
• H7/h7, H12, D9 поле допуска необходимых размеров;
• 40 – внешний диаметр;
• 7 – ширина зуба.

Стандарт учитывает писать характеристики на выносной линии одной строкой без пробелов.

Изображение и изготовление эльвольвентных узлов делается по ГОСТ 1139-80, размеры и допуск на детали также находятся на выносной линии. При этом указывается только характеристика размера центровки. Под линией пишется ГОСТ, по которому изготавливались детали.

В случае треугольного стыкования деталей ссылаются на отраслевой стандарт, указывают наклонный угол и кол-во зубьев.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.