25.Шлицевые соединения и предъявляемые к ним точностные требования. Виды центрирования, принципы их выбора. Стандартизация точности шлицевых прямобочных Обозначение.
Шлицевые соединения – вид соединения валов со втулками по сопрягаемым поверхностям сложного профиля с выступами (шлицами) и впадинами. Они предназначены для передачи крутящего момента, обеспечивают хорошее центрирование втулки на валу, легкое относительное перемещение деталей вдоль оси. Технологически эти соединения сложнее шпоночных, но благодаря большому числу шлиц позволяют передавать значительные вращающие моменты и обеспечивают меньшую концентрацию напряжений.
В зависимости от формы профиля зубьев (шлиц) различают прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения. Треугольные шлицевые соединения с мелкими шлицами обычно применяют для неподвижных соединений. Наиболее широко распространены прямобочные шлицевые соединения с четным числом шлиц, которые применяют для подвижных, а также и для неподвижных соединений.
Размеры и число зубьев z шлицевых соединений с прямобочным профилем зависят от серии (легкая, средняя, тяжелая). При одном и том же внутреннем диаметре более тяжелые серии отличаются увеличением высоты шлиц (и диаметра D). Тяжелая серия имеет большее число шлиц по сравнению со средней.
В прямобочных и эвольвентных шлицевых соединениях сопряжения (посадки) могут осуществляться по трем поверхностям (по наружной цилиндрической поверхности D, внутренней цилиндрической поверхности d и по боковым поверхностям впадин втулки и шлиц вала b). Сложности сопряжения по трем поверхностям одновременно (неоправданно высокие требования к точности всех элементов по размерам, форме и расположению) привели к определенным особенностям решения задач:
для любого шлицевого соединения введены понятия центрирующей поверхности и нецентрирующих поверхностей;
в шлицевом соединении осуществляются как минимум два сопряжения – по центрирующей поверхности и по одной из нецентрирующих поверхностей;
по нецентрирующим поверхностям сопряжения назначают посадки с большими гарантированными зазорами и грубыми полями допусков, либо даже предусматривают зазор по номинальным размерам (без образования посадки).
Сопряжения по боковым поверхностям шлиц (по размерам b) осуществляются в любом шлицевом соединении (прямобочном, эвольвентном, треугольном) вне зависимости от выбора центрирующего элемента.
Принципиально возможны три метода центрирования в любом шлицевом соединении втулки и вала (по наружной цилиндрической поверхности D, внутренней цилиндрической поверхности d и по боковым поверхностям шлиц b). Схематическое изображение методов центрирования в шлицевом соединении представлено на рисунке 14.4.
Рисунок 14.4 – Схемы центрирования в прямобочных шлицевых соединениях
На схемах центрирования по наружному диаметру D (рисунок 14.4 а); по внутреннему диаметру d (рисунок 14.4 б); по боковым сторонам зубьев b (рисунок 14.4 в) условно показаны зазоры по нецентрирующим диаметрам.
Выбор метода центрирования определяется эксплуатационными требованиями и технологией получения шлицевых поверхностей. Для получения шлиц на валу заготовку в виде гладкого вала обычно обрабатывают специальным инструментом (фасонная фреза, шлифовальный круг). Инструмент имеет профиль, соответствующий форме впадины, причем полный профиль получают за один или несколько проходов. Шлицевое отверстие в серийном и массовом производстве получают протягиванием (обработка протяжкой – специальным многолезвийным режущим инструментом, образующим полный профиль шлицевого отверстия за один проход инструмента). Протягивание может быть окончательной операцией или после него осуществляют дополнительную обработку детали. Если после протягивания деталь закаливают, дополнительная обработка центрирующего элемента становится необходимой, поскольку термообработка сложной детали приводит к короблению поверхности и искажению геометрических параметров (деталь «ведет»).
Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам соответствующих цилиндрических поверхностей (D и d) применяют для обеспечения сравнительно высоких требований к соосности втулки и вала. Центрирование по боковым поверхностям зубьев b применяют при менее высоких требованиях к соосности и необходимости снизить динамические нагрузки на шлицы. Динамические ударные нагрузки в шлицевых соединениях возникают из-за зазоров между боковыми сторонами шлиц и шлицевых впадин при работе изделия в реверсивном и старт-стопном режимах.
Точность центрирования втулки и вала по наружному и внутреннему диаметрам (D и d) практически одинакова, и выбор центрирующего элемента в таких случаях определяется требованиями к конструкции и возможностями технологического оборудования.
При центрировании по внутреннему диаметру d изготавливают шлицевые валы исполнений А и С, а при центрировании по наружному диаметру D и боковым сторонам зубьев b – исполнения В. Форма сечения втулки при всех способах центрирования шлицевых соединений одинакова.
Центрирование по D применяют в соединениях, передающих небольшой крутящий момент, когда допускается сравнительно невысокая твердость втулки – (40...45) НRC. Такой метод центрирования применяют для неподвижных соединений или соединений со сравнительно редкими взаимными осевыми перемещениями деталей, в которых практически отсутствует износ поверхностей. Втулку (обычно после нормализации) окончательно обрабатывают чистовой протяжкой.
Центрирование по d применяется для подвижных шлицевых соединений передающих большие крутящие моменты. В таких соединениях втулка должна быть достаточно твердой, а поскольку закаленную поверхность нельзя обработать чистовой протяжкой, окончательной технологической операцией обработки шлицевого отверстия является шлифование по внутреннему диаметру.
Условное обозначение шлицевого соединения содержит:
букву, означающую поверхность центрирования;
число шлиц и номинальные размеры d, D и b соединения;
обозначения посадок, помещенные после соответствующих размеров.
Поля допусков нецентрирующих диаметров допускается в обозначении не указывать.
Примеры условных обозначений разных сопряжений для шлицевого прямобочного соединения с числом зубьев z = 6, внутренним диаметром d = 28 мм, наружным диаметром D = 32 мм, шириной зуба b = 7 мм представлены ниже.
Обозначение сопряжения при центрировании по внутреннему диаметру d, с посадкой по центрирующему диаметру Н7/е8 и по ширине зуба D9/f8:
d – 6 28 Н7/е8 32 Н12/а11 7 D9/f8.
Обозначение при центрировании по наружному диаметру D, с посадкой по центрирующему диаметру Н8/h7 и по ширине зуба F10/h9:
D – 6 28 32 Н8/h7 7 F10/h9.
Обозначение при центрировании по боковым сторонам b зубьев:
b – 6 28 32 Н12/а11 7 D9/h8.
Условные обозначения отдельных шлицевых поверхностей (внутренней и наружной) отличаются тем, что вместо посадок записывают обозначения полей допусков соответствующих размеров. Пример условного обозначения втулки при центрировании по внутреннему диаметру:
d – 6 28 Н7 32 Н12 7 D9.
Пример условного обозначения вала при центрировании по внутреннему диаметру:
d – 6 28 е8 32 а11 7 f8.
Параметры эвольвентных шлицевых соединений, включая число шлиц (зубьев), значения модулей, поля допусков и посадки определены ГОСТ 6033 – 80. Преимуществами эвольвентного профиля шлиц перед прямобочным являются возможность обеспечить несколько лучшее центрирование по боковым поверхностям зубьев, а также меньшие габариты при передаче одинаковых моментов. Эвольвентный шлиц имеет повышенную прочность на изгиб, поскольку утолщается к основанию.
В эвольвентных шлицевых соединениях центрирование по боковым поверхностям зубьев применяют чаще, чем по наружному диаметру. Допускается и центрирование по внутреннему диаметру (при этом профиль следует выполнять с плоской или закругленной формой дна впадины), но такое центрирование практически не применяется.
Поскольку эвольвентные шлицы и впадины имеют переменную ширину, для них в отличие от прямобочных шлицевых поверхностей разработаны специальные допуски (с разными степенями точности) и оригинальные обозначения (сначала степень точности, затем – основное отклонение).
На толщину шлиц вала и ширину впадин втулки установлены два вида допусков – допуск на размер (Ts – на толщину шлиц вала и Te – на ширину впадин втулки) и T – суммарный допуск, включающий допуски на собственно размер элемента и допуски на отклонения формы и расположения элементов профиля шлиц и впадин.
Для ширины впадин втулки нормировано одно основное отклонение Н и степени точности 7, 9 и 11. На толщину шлиц вала установлены десять основных отклонений (a, e, d, f, g, h, k, n, p, r) и степени точности от 7 до 11.
Обозначения эвольвентных шлицевых соединений включают значения номинального диаметра D, модуля m, обозначение посадки, помещаемое после обозначений размеров или модуля, и номер стандарта.
Пример обозначения эвольвентного шлицевого соединения с центрированием по боковым поверхностям зубьев: