Шлицевые соединения Исполнитель

Шлицевые соединения

{spoiler=Далее}

Шлицевые соединения

         Шлицевые соединения служат для угловой фиксации деталей на вращающихся осях и валах и для передачи крутящего момента. По сравнению со шпоночными соединениями шлицевые соединения являются более надежными и могут передавать больший момент при том же диаметре вала.

         Шлицевые соединения называют еще зубчатыми, так как они образуются при наличии наружных зубьев на валу и внутренних зубьев в отверстии детали. Размеры шлицевых (зубчатых) соединений стандартизованы.

         В зависимости от формы шлицев (зубьев) различают шлицевые соединения прямобочные (рис. 25.5а), эвольвентные (рис. 25.5б) и треугольные (рис. 25.5в).

Рис. 25.5.

На этих рисунках показано примерное соотношение размеров шлицев и их количества при одинаковых диаметрах валов.

         В общем машиностроении в основном используются прямобочные и эвольвентные шлицевые соединения. Их размеры стандартизованы.

         Главные размеры прямобочных шлицевых соединений показаны на рис. 25.6а. Для различных условий работы стандарт предусматривает три серии соединений – легкую, среднюю и тяжелую, различающиеся размером и числом шлицев. Прямобочные соединения различаются также по способу центрирования детали относительно вала. Существует три способа центрирования:

         - по наружному диаметру (рис. 25.6б);

         - по внутреннему диаметру (рис. 25.6в);

         - по боковым сторонам (рис. 25.6г).

         Выбор способа центрирования связан с эксплуатационными требованиями и с технологией изготовления деталей соединения.

         Если по условиям эксплуатации требуется обеспечить высокуюсоосность вала и детали (втулки), установленной на валу, то  применяют центрирование по наружному или внутреннему диаметрам. Если в процессе эксплуатации возникают ударные и реверсивные нагрузки, то используют центрирование по боковым сторонам шлицев.

Рис. 25.6.

         При диаметральном центрировании наружный или внутренний диаметр центрирования выбирается из технологических условий. Детали шлицевых соединений (вал и втулка) стальные. Если втулка выполнена из стали с невысокой твердостью (<350 НВ) и шлицевое отверстие может быть обработано протяжкой, то рекомендуется центрирование по наружному диаметру. При этом центрирующая поверхность вала шлифуется. Если втулка твердая и шлицевое отверстие не может быть обработано протяжкой, то следует выбирать центрирование по внутреннему диаметру. Центрирующие поверхности вала и втулки обрабатываются шлифованием.

         Центрирование по боковым сторонам наиболее сложно с технологической точки зрения, так как требует шлифования боковых поверхностей шлицев на специальных станках.

Соединения с эвольвентными шлицами используются при больших диаметрах валов, в основном в самолето- и вертолетостроении. Также как прямобочные их можно применять и в подвижных шлицевых соединениях. Соединения с эвольвентными шлицами выполняют с центрированием по боковым сторонам (рис.25.7а) и по наружному диаметру (25.7б). Наиболее распространен первый способ.

Рис. 25.7.

При изготовлении шлицев на валах и в отверстиях втулок используются совершенные технологические способы, применяемые для зубчатых колес. Но в отличие от зубчатых колес профильный угол эвольвентных шлицев увеличен до 308, а высота уменьшена до величины модуля. Эвольвентные шлицы (зубья) меньше ослабляют вал вследствие закруглений во впадинах между зубьями.

         Критериями работоспособности и расчета шлицевых соединений является смятие рабочих поверхностей шлицев и их износ при относительных микроперемещениях вала и втулки из-за деформаций изгиба и кручения при работе. То есть, правильно рассчитанное шлицевое соединение должно сопротивляться смятию рабочих поверхностей шлицев и их изнашиванию. Расчет на изнашивание сложен и недостаточно разработан, поэтому проводится только в специальных случаях. В большинстве случаев ограничиваются расчетом на смятие.

         В упрощенной модели принято равномерное распределение нагрузки по длине и высоте шлицев (рис. 25.8).

Напряжение смятия на боковой грани шлицев:

£                      (25.6)

Рис. 25.8.

где: Т – крутящий момент на валу;

d_ср – средний диаметр соединения;

z – число шлицев;

h – рабочая высота зуба;

l – рабочая длина шлицев;

К – коэффициент неравномерности нагрузки по шлицам;

    К=0,7 ¸ 0,8

         Средний диаметр d_ср и рабочая высота h шлицев для прямобочных и эвольвентных соединений определяется по-разному.

Для прямобочных шлицев:

где f – размер фаски (рис. 25.8).

Для эвольвентных шлицев:

где m – модуль зубьев (шлицев).

Допускаемое напряжение смятия:

- для неподвижных соединений [σ_см] = 50 4 250 МПа;

- для подвижных соединений [σ_см] = 10 4 20 МПа.

Более точные значения выбираются по справочникам в зависимости от твердости материала шлицев и режима работы шлицевого соединения.

Пример расчета

         Рассчитать длину призматической шпонки для передачи крутящего момента Т = 500 Нм с зубчатого колеса на вал диаметром d = 30 мм.

         Стандартный размер призматической шпонки для вала диаметром 30 мм – ширина b = 8, высота h = 7.

         Так как b>h, то расчет проводим из условия прочности по напряжениям смятия (12.1). Для допускаемого напряжения материала шпонки принимаем среднюю величину из рекомендуемых значений (стр. 164): [s_см] = 140 МПа.

         Рабочая длина шпонки:

 мм

Принимаем длину шпонки l_р = 70 мм.

{/spoilers}