4.2. Шлицевые соединения

По сравнению со шпоночными эти соединения обеспечивают лучшее центрирование деталей на валу и большую нагрузочную способность, особенно при динамических и переменных нагрузках.

Основное распространение получили шлицевые соединения с лрямобочным (рис; 4.5) и эвольвентным (рис. 4.6) профилями зубьев, размеры, допуски и посадки которых стандартизованы. Соединения с треугольным профилем зубьев применяют в основном как неподвижные для небольших моментов.

Рис. 4.5. Соединение шлицевое прямобочное

В прямобочных шлицевых соединениях применяют три способа центрирования отверстия ступиц на шлицевом валу: а) по внешнему диаметру шлицев при этом по внутреннему диаметру будет радиальный зазор; б) по внутреннему диаметру при этом по диаметру будет радиальный зазор; в) по боковым сторонам шлицев тогда радиальные зазоры будут по обоим диаметрам

Центрирование по применяют наиболее часто, когда твердость ступицы допускает обработку отверстия протяжкой, при этом вал обрабатывают круглым шлифованием. Этот способ применяют также и при высокой твердости ступицы, обрабатывая отверстия

дорном, твердосплавной протяжкой и др. (оставляя припуск на такую обработку до термообработки ступицы).

Центрирование по применяют обычно для подвижных соединений с высокой твердостью ступицы (отверстие обрабатывают круглым шлифованием) или при длинных валах, когда есть опасность их искривления после термообработки.

Рис. 4.6. Соединение шлицевое эвольвентное: а — центрирование по наружному диаметру; б — по боковым поверхностям зубьев (плоская форма дна впадины); в — по боковым поверхностям зубьев (закругленная форма дна впадины)

Центрирование по применяют при больших знакопеременных и ударных нагрузках (например, в карданных валах автомобилей). Этот способ не обеспечивает высокой точности центрирования и применяется редко.

При центрировании по внутреннему диаметру шлицевые валы изготовляют в исполнениях A и С, при центрировании по или — в исполнении В (см. рис. 4.5).

Размеры элементов прямобочных шлицевых соединений см. в табл. 4.5.

Обозначения шлицевых прямобочных соединений должны содержать: букву, обозначающую поверхность центрирования; число зубьев и номинальные размеры и обозначения полей допусков или посадок по диаметрам или ширине размещенные после соответствующих размеров, например Допуски нецентрирующих элементов в обозначении можно не указывать.

Соединения с эвольвентным профилем зубьев показаны на рис. 4.6. Ступицу центрируют на валу по эвольвентным профилям зубьев либо по наружному диаметру.

Основные параметры шлицевых эвольвентных соединений по даны в табл. 4.6, а основные зависимости для определения размеров соединения приводятся ниже — модуль, мм; — число зубьев; х — коэффициент смещения):

Обозначение эвольвентного шлицевого соединения должно включать: номинальный диаметр соединения модуль обозначение посадки соединения (полей допусков вала и втулки), размещаемое после размеров центрирующих элементов; обозначение стандарта. Например:

Шлицевые соединения с зубьями прямобочного профиля рассчитывают по который не может использоваться для зубчатых соединений валов со шкивами, паразитными шестернями, а также для соединений, предназначенных для компенсации перекосов. Расчет ведут на смятие и износостойкость. Причиной изнашивания (даже в неподвижных соединениях) является циклическое скольжение рабочих поверхностей зубьев в радиальном и осевом направлениях.

Расчету на смятие подлежат соединения с упрочненными поверхностями (закалкой, цементацией) для начального периода работы до их приработки и соединения без упрочнения рабочих поверхностей или с улучшенными поверхностями для периода работы после приработки. Расчет на износостойкость проводят для периода работы после приработки.

Условие прочности из расчета на смятие:

где а — среднее давление на рабочих поверхностях, — передаваемый вращающий момент, ; - удельный суммарный статический момент площади рабочих поверхностей соединения относительно оси вала, (табл. 4.5); — средний диаметр шлицевого соединения (табл. 4.5); — рабочая высота зубьев, мм (см. рис. 4.5, табл. 4.5); — число зубьев (табл. 4.5); -рабочая длина соединения, мм; — допускаемое среднее давление из расчета на смятие,

— предел текучести материала зубьев с меньшей твердостью поверхности; — коэффициент запаса прочности при расчете на смятие, меньшие значения — для незакаленных рабочих поверхностей неответственных соединений, большие — для закаленных поверхностей и более ответственных соединений: — общий коэффициент концентрации нагрузки при расчете на смятие; — коэффициент динамичности нагрузки: при систематической знакопеременной нагрузке без ударов при частом реверсировании при действии редких, эпизодических пиковых нагрузок на незакаленные поверхности в расчет вводится уменьшенное значение

Общий коэффициент концентрации нагрузки

где — коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями: если соединение нагружено только вращающим моментом, коэффициент продольной концентрации

нагрузки (по длине соединения); коэффициент, учитывающий концентрацию нагрузки в связи с погрешностями изготовления; до приработки при высокой точности изготовления (погрешности шага зубьев и непараллельность их осям вала и ступицы менее 0,02 мм) при более низкой точности после приработки

Рис. 4.7. К определению коэффициента

Для соединений валов с цилиндрическими зубчатыми колесами коэффициент определяют из табл. 4.7, коэффициент при расположении зубчатого венца со стороны закручиваемого участка вала (подводе и снятии вращающего момента с одной стороны ступицы, рис. 4.7, а) определяют по формуле Если зубчатый венец расположен со стороны незакручиваемого участка вала (подвод и снятие вращающего момента с разных сторон ступицы, рис. 4.7, б), принимают равным большему из значений Здесь — коэффициент концентрации нагрузки от закручивания вала (табл. 4.8) в зависимости от отношения коэффициент концентрации нагрузки в связи со смещением нагрузки от середины длины ступицы — определяют по рис. 4.8 в зависимости от параметров

где — диаметр начальной окружности зубчатого колеса; — угол зацепления; для соединения цилиндрического прямозубого колеса с валом (рис. 4.8), для соединения косозубого колеса с валом (рис. где — угол наклона зубьев косозубого колеса (знак плюс принимается при действии в одном направлении моментов от радиальной и осевой сил на зубчатом колесе относительно точки оси вала, лежащей

Рис. 4.8. График для определения коэффициента

Рис. 4.9. К определению параметра

на середине длины ступицы, минус — в разном). Если соединение нагружено только вращающим моментом,

Формулы для вычисления коэффициентов нагрузки в более общих случаях нагружения соединения приведены в Расчет соединения на износостойкость производят по формуле

где — допускаемое среднее напряжение при расчете на износостойкость (значения при постоянном режиме нагружения, средних условиях работы и числе циклов нагружения приведены в табл. 4.9), в общем случае

где — допускаемое условное напряжение при базовом числе циклов и постоянном режиме работы (табл. 4.10); — коэффициент концентрации нагрузки при расчете на износостойкость: — коэффициент, учитывающий влияние неравномерности нагружения зубьев и различное скольжение рабочих поверхностей при вращении вала: для соединений, нагруженных только вращающим моментом, для соединений валов с цилиндрическими зубчатыми колесами см. в табл. — коэффициент долговечности: — коэффициент переменности нагрузки (см. табл. 4.11); — коэффициент, зависящий от числа циклов: — расчетное число циклов, равное суммарному числу оборотов вала за все время работы: при общем времени работы и средней частоте вращения в одну сторону — коэффициент условий работы: — коэффициент, учитывающий условия смазывания соединения: при обильном смазывании без загрязнения при среднем — при бедном смазывании и работе с загрязнениями ; — коэффициент, учитывающий характер сопряжения ступицы с валом: при жестком закреплении ступицы на валу при небольших осевых смещениях , при осевых перемещениях под нагрузкой

Условие работы соединения без изнашивания при неограниченно большом числе циклов нагружения

где — допускаемое наименьшее напряжение из условия работы без изнашивания: — для нетермообработанных; — для улучшенных; — для закаленных; — для зубьев, упрочненных цементацией.

Расчет малоответственных шлицевых соединений на износостойкость разрешается производить по средним допускаемым напряжениям [сгизн], приведенным в табл. 4.9.

Шлицевое соединение вала со шкивом отличается преобладанием радиальной силы, которая превышает окружное усилие на

шкиве в 1,5...2 раза. Чем меньше отношение диаметр шкива), тем больше неравномерность нагрузки на зубья соединения, связанная с влиянием радиальной силы, под действием которой часть зубьев в соединении может полностью разгрузиться от передачи окружной силы. При в работе будут участвовать все зубья соединения (в передачах прорезиненными ремнями). Для этого случая условие износостойкости соединения имеет вид [18]

где — максимальная нагрузка на зуб: — нагрузка на вал передачи; А — рабочая площадь боковой поверхности зуба: — допускаемое напряжение:

Расчет эвольвентного шлицевого соединения на износостойкость может быть выполнен по методике ОСТ 23.1.458-78 «Эвольвентные зубчатые (шлицевые) соединения. Метод расчета на износостойкость»:

где К — общий коэффициент неравномерности распределения нагрузки: при расположении зубчатого венца по схеме рис. 4.7, а (положительная асимметрия) при смещении зубчатого венца вправо (см. рис. 4.7, б) от средней плоскости шестерни (отрицательная асимметрия) где — диаметр делительной окружности шлицевого соединения: и — см. табл. 4.6); — диаметр основной окружности шестерни; — коэффициент использования мощности, определяется на основании заданного графика нагруженности передачи, ориентировочно средняя мощность (за срок службы передачи); Р — номинальная мощность; по статистическим данным для гусеничных тракторов для колесных тракторов для самоходных шасси — средний диаметр шлицевого соединения; — рабочая высота зубьев: при центрировании по наружному диаметру или по боковым поверхностям зубьев при центрировании по боковым поверхностям зубьев с закругленной формой дна впадины — рабочая длина зубьев; — допускаемое напряжение: