22 Шлицевые и шпоночные соединения
Ш л и ц е в ы м называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов (шлицев) и выступов. Шлицевые соединения бывают подвижные и неподвижные. Детали шлицевого соединения вал и втулка. Шлицевое соединение можно представлять как многошпоночное, у которого шпонки выполнены за одно целое с валом. Шлицевые соединения по сравнению со шпоночными обладают значительными п р е и м у щ е с т в а м и, а именно: меньшее число деталей в соединении, значительно большая нагрузочная способность за счет большей площади контакта рабочих поверхностей вала и ступицы, меньшая концентрация напряжений в материале вала и ступицы, лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное направление при осевом перемещении, высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках. Эти преимущества обеспечили широкое распространение шлицевых соединений в автомобильной, тракторной, станкостроительной и других отраслях промышленности.
Н е д о с т а т о к шлицевых соединений — высокая трудоемкость и стоимость их изготовления.
Шлицы на валах чаще всего выполняют фрезерованием дисковой фасонной фрезой (методом деления), или червячной шлицевой фрезой на шлицефрезерном станке (методом обкатки); отделочные операции выполняют на шлицешлифовальных станках. Шлицевание отверстий в ступицах деталей обычно выполняют шлицевыми протяжками на протяжных станках.
Основные т и п ы шлицевых соединений: прямобочное, эвольвентное, треугольное. Первые два типа шлицевых соединений стандартизованы.
Наибольшее распространение имеют соединения шлицевые п р я м о б о ч н ы е, размеры и допуски которых регламентированы ГОСТом. Эти соединения применяют, например, для посадки подвижных и неподвижных зубчатых колес на валы в коробках передач металлорежущих станков Стандарт предусматривает прямобочные шлицевые соединения трех серий: легкой, средней (обе с числом зубьев от 6 до 10) и тяжелой (с числом зубьев от 10 до 20), отличающихся друг от друга высотой зубьев и, следовательно, нагрузочной способностью.
Прямобочные шлицевые соединения выполняют с ц е н т р и р о в а н и е м: по боковым сторонам зубьев, по наружному диаметру, по внутреннему диаметру. Центрирование по боковым сторонам зубьев обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между зубьями и поэтому его применяют при ударных и реверсивных нагрузках (например, в карданных валах); центрирование по наружному или внутреннему диаметрам обеспечивает более высокую соосность вала и ступицы. М е т о д центрирования имеет прямое отношение к технологии изготовления деталей соединения, причем наиболее технологично центрирование по наружному диаметру, применяемому при невысокой твердости внутренней поверхности ступицы.
Более совершенны, но пока менее распространены шлицевые Э в о л ь в е н т н ы е соединения с углом профиля 30°, размеры, допуски и измеряемые величины которых установлены ГОСТом. Эвольвентные шлицевые соединения обладают большей нагрузочной способностью, так как их зубья утолщаются к основанию и имеют значительно (до двух раз) меньшую концентрацию напряжений за счет закруглений у основания зубьев.
Соединения шлицевые т р е у г о л ь н ы е не стандартизованы и применяются как неподвижные при тонкостенных ступицах, пустотелых валах, стесненных габаритах деталей и сравнительно небольших вращающих моментах. Центрирование соединения выполняется по боковым поверхностям зубьев. Треугольные шлицевые соединения бывают цилиндрическими и коническими.
Шпоночные соединения
Ш п о н о ч н ы м и называют разъемные соединения составных частей изделия с применением шпонок. Детали шпоночного соединения: шпонка закладывается в пазы вала и ступицы, надеваемой на вал детали (шкива, зубчатого колеса и т. п.). Шпоночные соединения могут быть н е п о д в и ж н ы м и и п о д в и ж н ы м и, и служат обычно для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента. Шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения.
Д о с т о и н с т в а шпоночных соединений: простота и надежность конструкции, легкость сборки и разборки соединения, невысокая стоимость. Основной н е д о с т а т о к шпоночных соединений — снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из-за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами и значительной концентрации напряжений в зоне этих пазов.
Шпоночные пазы на валах и осях обычно получают фрезерованием концевыми или дисковыми фрезами. Следует отметить, что в первом случае эффективный коэффициент концентрации напряжений примерно на 20% больше, чем во втором случае вследствие более плавного выхода дисковой фрезы и менее резкого изменения поперечного сечения вала. Шпоночные пазы в ступицах обычно протягивают шпоночной протяжкой или долбят резцом.
Форма и размеры большинства типов шпонок стандартизованы, а их применение зависит от условий работы соединяемых деталей и диаметров посадочных поверхностей.
Шпоночные соединения подразделяют на н а п р я ж е н н ы е и н е н а п р я ж е н н ы е.
Под напряженным понимается такое соединение, в котором постоянно действуют внутренние силы упругости, вызванные предварительной (т. е. до приложения нагрузки) затяжкой.
Н е н а п р я ж е н н ы е шпоночные соединения осуществляются стандартными призматическими и сегментными или специальными шпонками.