Шпоночные и шлицевые соединения. Точность взаимного расположения Допуски, посадки, системы, контроль, обозначение на чертежах

Для соединения деталей машин с валами, когда к точности центрирования соединяемых деталей не предъявляют повышенных требований, применяют шпоночные соединения.

Шпоночные соединения выполняют со шпонками призматичес­кими, сегментными, тангенциальными и клиновыми. Они распрост­ранены благодаря простоте, удобству сборки-разборки и экономич­ности. Вследствие смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпо­ночные соединения не могут передавать большие крутящие момен­ты. В результате перекосов и смещения пазов, а также контактных деформаций от радиальных сил в шпоночных соединениях воз­можен перекос втулки на валу. Эти недостатки шпоночных соедине­ний ограничивают область их применения и обусловливают замену их шлицевыми соединениями.

Наиболее важными преимуществами шлицевых соединений пе­ред шпоночными является возможность передачи больших крутя­щих моментов, высокая прочность и надежность соединения, повы­шенная точность центрирования и направления втулок на валу. Шлицевые соединения в зависимости от профиля зубьев разделяют­ся на прямобочные, эвольвентные и треугольные. Шлицевые соеди­нения с эвольвентным профилем зубьев имеют существенные пре­имущества по сравнению с прямобочными: они могут передавать большие крутящие моменты, имеют на 10 — 40% меньше концент­рацию напряжений у основания зубьев, повышенную циклическую прочность, обеспечивают лучшее центрирование и направление де­талей, проще в изготовлении. Шлицевые соединения с треугольным профилем не стандартизованы; их применяют чаще всего вместо посадок с натягом, а также при тонкостенных втулках для передачи небольших крутящих моментов.

Чтобы соединить вал двигателя с валом машины, применяют муфту, одна часть которой расположена на валу двигателя, а вторая укреплена на входном валу машины. Эти отдельные части муфты обычно называют втулками. Для передачи вращения соедине­ние вала с втулкой осуществляют с помощью специальных деталей — шпонок. Шпонку вкладывают в ка­навки (пазы), расположенные в идентичных местах на поверхности вала и на сопрягаемой с ней внутренней поверхности втулки.

С помощью шпонок на валах также крепят и раз­личные зубчатые колеса.

При сборке шпонки, вала и втулки необходима взаимозаменяемость. Наиболее важным является со­единение втулки и вала по размеру b т.е. по ширине шпонки и канавок (пазов) вала и втулки.

По форме шпонок соединения подразделяют на призматические, сегментные и клиновые. Допуски и посадки шпоночных соединений стандартизованы. На соединения призматических шпонок действует ГОСТ 23360-78, на соединения сегментных–ГОМТ 24071-80 и на клиновые–ГОСТ 24068-80.

Шпоночные соединения предназначены для соединения с валами зубчатых колес, шкивов, маховиков, муфт и других деталей и служат для передачи крутящих моментов. Наиболее часто применяются соединения с призматическими шпонками.

Размеры, допуски, посадки и предельные отклонения соединений с призматическими шпонками установлены ГОСТ 23360—78.

Основные параметры шпонок и шпоночных пазов в соединениях с призматическими шпонками даны в рис. 7.1

-

Рис. 7.1. Основные обозначения параметров соединений с призматическими шпонками

Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов для свободного, нормального и плотного соединений (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Элемент соединения	Поле допусков размера b при соединении
свободном	нормальном	плотном
Ширина шпонки	п9	п9	п9
Ширина паза на валу	Н9	N9	Р9
Ширина паза на втулке	D10	Js9	Р9

В табл. 7.2 размеры пазов и шпонок предусмотренные ГОСТ 23360—78.

Таблица 7.2.

Размеры пазов и шпонок

Диаметр вала d, мм	Номинальный размер шпонки, мм	Номинальный размер паза, мм
Ь х h	Фаска S	Глубина	Радиус r
max	min	На валу t1	На втулке t2	max	min
Св. 30 до 38	10 х 8			5.0	3.3
Св. 38 до 44	12 х 8			5.0	3.3
Св. 44 до 50	14 х 9	0.60	0.40	5.5	3.8	0.40	0.25
Св. 50 до 58	16 х 10			6.0	4.3
Св. 58 до 65	18 х 11			7.0	4.4
Св. 65 до 75	20 х 12			7.5	4.9
Св. 75 до 85	22 х 14			9.0	5.4
Св. 85 до 95	25 х 14	0.80	0.60	9.0	5.4	0.60	0.40
Св. 95 до 110	28 х 16			10.0	6.4
Св. 110 до 130	32 х 18			11.0	7.4
Св. 130 до 150	36 х 20			12.0	8.4
Св. 150 до 170	40 х 22			13.0	9.4
Св. 170 до 200	45 х 25	1.2	1.00	15.0	10.4	1.0	0.7
Св. 200 до 230	50 х 28			17.0	11.4
Примечания. 1. Длина шпонок должна выбираться из ряда: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220. 2. Материал — сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МН/м2 (60 кгс/мм2). 3. На рабочем чертеже проставляется один размер для вала t1 (предпочтительный вариант) и для втулки d + t2 4. В обоснованных случаях (пустотелые валы, передача пониженных крутящих моментов и т. п.) допускается применять меньшие размеры сечений стандартных шпонок. 5. Пример условного обозначения шпонки исполнения 1 (с радиусом закруглений R = b/2) с размерами b = 18 мм, h = 11 мм, / = 100 мм: Шпонка 18 х 11 х 100 ГОСТ 23360—78*.

Предельные отклонения и посадки шпоночных соединений

Для ширины пазов вала и втулки допускаются любые сочетания указанных полей допусков. Рекомендуемые посадки приведены в рис.7.2.

Рис. 7.2. Рекомендуемые посадки шпоночных соединений.

Предельные отклонения на глубину пазов приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3.

Высота шпонки h, мм	Предельные отклонения на глубину паза на валу t1 (или d - t1),и во втулке t2 (или d + t2), мм
верхнее отклонение верхнее отклонение	нижнее отклонение
От 2 до 6	+0.1
От 6 до 18	+0.2
От 18 до 50	+0.3

Рис. 7.3. Простановка посадок шпоночного сопряжения.

Шлицевые соединения, как и шпоночные, предназначены для передачи крутящих моментов в со­единениях шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей с валами.

В отличие от шпоночных соединений, шлицевые соединения, кроме передачи крутящих момен­тов, осуществляют еще и центрирование сопрягаемых деталей. Шлицевые соединения могут пере­давать большие крутящие моменты, чем шпоночные, и имеют меньшие перекосы и смещения па­зов и зубьев.

В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем зубьев.

Соединения шлицевые прямобочные. Основные параметры

Шлицевые соединения с прямобочным профилем зубьев применяются для подвижных и неподвиж­ных соединений.

К основным параметрам относятся:

D — наружный диаметр;

d — внутренний диаметр;

b — ширина зуба.

По ГОСТ 1139—80 в зависимости от передаваемого крутящего момента установлено три типа соединений — легкой, средней и тяжелой серии.

Номинальные размеры основных параметров и число зубьев шлицевых соединений общего на­значения с прямобочным профилем зубьев, параллельных оси соединения, изображены в рис. 7.4.и табл.7.4.

Рис. 7.4. Размеры основных параметров и число зубьев шлицевых соединений общего на­значения.

Таблица 7.4.

Номинальные размеры основных параметров и число зубьев шлицевых соединений

2 x d x D xb, мм (z — число зубьев)	d„ мм	а, мм	с, мм	r, мм, не более
не менее
	Легкая с е р и я серия
6 x 26 x 30 x 6	24.6 26.7 30.4 34.5 40.4 44.6 49.7 53.6 59.8 69.6 79.3	3.85 4.03 2.71 3.46 5.03 5.75 4.89 6.38 7.31 5.45 8.62	0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5	0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
6 x 28 x 32 x 7
8 x 32 x 36 x 6
8 x 36 x 40 x 7
8 x 42 x 46 x 8
8 x 46 x 50 x 9
8 x 52 x 58 x 10
8 x 56 x 62 x 10
8 x 62 x 68 x 12
10 x 72 x 78 x 12
10 x 82 x 88 x 12
	С р едняя	С р е д н я я с е р и я
6 x 11 x 14 x 3	9.9 12.0 14.5 16.7 19.5 21.3 23.4 25.9 29.4 33.5 39.5 42.7 48.7 52.2 57.8 67.4 77.1 87.3	1.95 1.34 1.65 1.70 1.02 2.57 2,44 2.50 2.40 3.00 4.50	0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5	0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0,5 0.5 0.5 0.5
6 x 13 x 16 x 3.5
6 x 16 x 20 x 4
6 x 18 x 22 x 5
6 x 21 x 25 x 5
6 x 23 x 28 x 6
6 x 26 x 32 x 6
6 x 28 x 34 x 7
8 x 32 x 38 x 6
8 x 36 x 42 x 7
8 x 42 x 48 x 8
8 x 46 x 54 x 9
8 x 52 x 60 x 10
8 x 56 x 65 x 10
8 x 62 x 72 x 12
10 x 72 x 82 x 12
10 x 82 x 92 x 12
10 x 92 x 102 x 14

В шлицевых соединениях с прямобочным профилем зуба применяют три способа относительно­го центрирования вала и втулки:

по наружному диаметру D;

по внутреннему диаметру d;

по боковым сторонам зубьев b.

Центрирование по D рекомендуется при повышенных требованиях к соосности элементов со­единения, когда твердость втулки не слишком высока и допускает обработку чистовой протяжкой, а вал обрабатывается фрезерованием и шлифуется по наружному диаметру D. Применяется такое центрирование в подвижных и неподвижных соединениях.

Центрирование по d применяется в тех же случаях, что и центрирование по D, но при твердо­сти втулки, не позволяющей обрабатывать ее протяжкой. Такое центрирование является наименее экономичным.

Центрирование по b используют, когда не требуется высокой точности центрирования, при пе­редаче значительных крутящих моментов.

Посадки шлицевых соединений с прямобочным профилем зуба

По ГОСТ 1139—80 установлены допуски и посадки шлицевых соединений с прямобочным профи­лем зуба для различных способов центрирования.

Допуски симметричности боковых сторон шлицев в диаметральном выражении по отношению к оси симметрии центрирующего элемента приведены в табл. 7.5.

Допуски симметричности боковых сторон шлицев

Таблица 7.5.

b, мм	2.5; 3	3.5; 4; 5; 6	7; 8; 9; 10	12; 14; 16; 18
Допуск симметричности, мм	0.01	0.012	0.015	0.018

Условные обозначения шлицевых прямобочных соединений

Пример обозначения шлицевого соединения с центрированием по D показан на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Обозначения шлицевого соединения.

Соединения шлицевые эвольвентные. Основные параметры

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба имеют то же назначение, что и прямобочные, но обладают рядом преимуществ:

технологичностью (для обработки всех типоразмеров валов с определенным модулем требуется только одна червячная фреза, возможно применение всех точных методов обработки зубьев);

большей прочностью (обладают меньшими концентратами на­пряжений и большим количеством зубьев).

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев применяются для подвижных и неподвиж­ных соединений.

К основным параметрам относятся:

D — наружный диаметр зубьев, номинальный диаметр соединения;

т — модуль;

z — число зубьев;

а = 30° — угол профиля.

Посадки шлицевых эвольвентных соединений

В шлицевых соединениях с эвольвентным профилем зубьев применяются следующие способы от­носительного центрирования вала и втулки: по боковым поверхностям зубьев s, e, по наружному диаметру D и допускается центрирование по внутреннему диаметру.

Наибольшее распространение получил способ центрирования по боковым поверхностям зубьев. Центрирование по внутреннему диаметру не рекомендуется.

ГОСТ 6033—80 установлены допуски и посадки для различных способов центрирования.

Примеры выбора посадок приведены в табл. 7.6. Кроме указанных посадок, применяются и другие (см. ГОСТ 6033—80).

Таблицы 7.6.

Выбор посадок

Пример условного обозначения шлицевых эвольвентных соединений приведен на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Обозначения шлицевых эвольвентных соединений

Условное обозначение эвольвентного шлицевого соединения включает номинальный диаметр соединения D, модуль т, обозначе­ние посадки соединения, помещаемое после размеров центриру­ющих элементов, и номер стандарта. Например,

50 х 2 х 9H/9g ГОСТ 6033—80

обозначает, что D = 50 мм,m = 2 мм, центрирование по боковым сторонам с посадкой 9H/9g.

При центрировании по наружному диаметру:

50 х H7/g6 х 2 ГОСТ 6033—80.

При центрировании по внутреннему диаметру:

150 х 2 х H7/g6 ГОСТ 6033—80.

Измерение и контроль деталей шлицевого соединения. Основным видом контроля в стандартах на шлицевые соединения является комплексный проходной калибр, с помощью которого обеспечивается собираемость по размерам элементов соединения и их расположению. При этом имеется в виду, что параметры по непроходному пределу проверяются с помощью измерительных приборов или непроходными калибрами.

Измерение диаметров элементов шлицевых соединений не от­личается от измерения гладких деталей. При этом измерение поло­жения шлицев по окружности производится как и измерение шагов у зубчатых колес. Иногда для измерения расположения поверх­ностей и измерения прямолинейности шлицев изготовляются специ­альные приспособления.