Шлицевые соединения

Шлицевое соединение - это соединение деталей машин, в котором выступающие на валу зубья входят в пазы (шлицы) ступицы детали (рис. 119). Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев. Размеры шлицевых соединений и допуски на них стандартизированы.

Рис. 119. Шлицевое соединение

По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют следующие преимущества:

- высокая несущая способность (шлицевые соединения передают большие крутящие моменты, чем шпоночные);

- лучшее центрирование соединяемых деталей;

- более высокая прочность вала вследствие меньшей концентрации напряжений;

- детали обладают полной взаимозаменяемостью.

Основным недостатком шлицевых соединений является сложность технологии производства и, следовательно, высокая стоимость.

Рис. 120. Фрагмент выходного вала коробки передач автомобиля:

1 - шлицевой вал; 2 - зубчатое колесо;

3 - фланец эластичной муфты; 4 - гайка

Шлицевые соединения применяют как для передачи только крутящего момента (неподвижные соединения), так и для передачи крутящего момента и осевого перемещения детали. Например, в коробке передач автомобиля неподвижное шлицевое соединение используют для закрепления фланца эластичной муфты 3 (рис. 120), и для передачи крутящего момента с возможностью осевого перемещения зубчатого колеса 2 для включения передачи.

По форме зуба в поперечном сечении шлицы разделяют на прямобочные, эвольвентные и треугольные (рис. 121).

а) б) в)

Рис. 121. Виды шлицевых соединений:

а) - прямобочное; б) - эвольвентное; в) - треугольными шлицами

Прямобочные шлицевые соединения получили наибольшее распространение, их применяют для валов диаметром 14 … 125 мм. Стандартом предусмотрены шлицы лёгкой, средней и тяжёлой серий, которые отличаются высотой и числом зубьев z. Основное применение имеют соединения лёгкой и средней серий.

а) б) в)

Рис. 122. Виды центрирования прямобочных шлицевых соединений:

а) - по внутреннему диаметру; б) - по наружному диаметру; в) - по боковым граням

Центрирование деталей на валу может осуществляться по внутреннему диаметру d, по наружному диаметру D или по боковым граням шириной b (рис. 122). Центрирование по наружному диаметру применяют при повышенных требованиях к соосности элементов соединения, когда твёрдость втулки не слишком высока и допускает обработку чистовой протяжкой, а вал обрабатывают фрезерованием и шлифуют по наружному диаметру D. Центрирование по внутреннему диаметру d применяют в тех же случаях, что и по наружному, но при твёрдости втулки, не позволяющей обрабатывать её протяжкой. Такое центрирование является наименее экономичным. Центрирование по боковым граням зуба (шлица) применяют в случаях, не требующих точной соосности соединения, при передаче значительных крутящих моментов.

В обозначении прямобочных шлицевых соединений указывают поверхность центрирования (D, d или b), число зубьев (шлицов) z, внутренний диаметр d, наружный диаметр D, ширину зуба (шлица) b, посадку поверхности центрирования и посадку по ширине зуба (рис. 123).

Рис. 123. Обозначение прямобочного шлицевого соединения

Эвольвентные шлицевые соединения по сравнению с прямобочными имеют повышенную прочность и лучше центрируют вал в ступице. Зуб имеет эвольвентный профиль, угол зацепления α = 30°. Центрирование осуществляется по наружному диаметру D или по боковым граням b. В обозначении эвольвентного шлицевого соединения указывают номинальный диаметр D, модуль m, посадку центрирующего элемента и номер стандарта (рис. 124).

Рис. 124. Обозначение эвольвентного шлицевого соединения

Соединения с треугольным профилем зубьев применяют в неподвижных соединениях с центрированием по боковым поверхностям. Такие соединения применяют для тонкостенных ступиц, пустотелых валов, а также для передачи небольших вращающих моментов. Соединения не стандартизированы.

Рис. 125. Расчётная схема прямобочного шлицевого соединения

Размеры шлицевых соединений выбирают по соответствующим стандартам в зависимости от диаметра вала, а затем выполняют проверочный расчёт по напряжениям смятия:

, , (11.38)

где S_A - статический момент единицы длины рабочей поверхности шлицев относительно вала;

l - длина соединения;

z - число зубьев;

h - рабочая высота зубьев;

d _ср - средний диаметр соединения.

Для прямобочного профиля (рис. 125):

,

.

Допускаемые значения рекомендуют определять с учётом специфики эксплуатации (срок службы, режим нагрузки, тип смазки и т. д.), качества изготовления, прочности материалов. В общем случае определяют с учётом коэффициента запаса прочности S и коэффициента неравномерности распределения нагрузки K _з:

, (11.39)

где σ_т - предел текучести материала зубьев детали меньшей твёрдости.

Если σ_см > более чем на 5 %, то увеличивают длину ступицы или конструктивные размеры соединения согласно ГОСТу.