Взаимозаменяемость шпоночных соединений кратко

Обновлено: 02.07.2024

Лекция 10. Взаимозаменяемость шпоночных и шлицевых соединений
Допуски и посадки шпоночных соединений
Шпоночные соединения применяются для соединения втулок, шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей машин с валами. t
2
t
1
h
D- t
1
D+
t
2
D
b
Рисунок 10.1 – Шпоночное соединение
Достоинства:
- простота и надежность конструкции;
- легкость сборки и разборки;
- невысокая стоимость.
Недостаток:
- снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из – за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами.
Существует три типа шпоночных соединений: а) свободное (подвижное); б) нормальное (неподвижное разъемное); в) плотное (неподвижное неразъемное).

Рассмотрим систему соединений и допусков для ключевых соединений на примере соединений с наиболее широко используемыми призменными ключами. , Для получения различных модификаций ключа призмы SE, ST SEV 57-73 устанавливает поля допусков для ключа b, канавки вала и ширины втулки (рисунки 1 и 6). Дюбели должны быть изготовлены только с допуском 69.

Это позволяет изготавливать дюбеля централизованно независимо от посадки. Устанавливаются следующие типы ключевых соединений: 1-бесплатно. 2-нормальный, 3-высокая плотность. На первом виде поля допусков устанавливаются в канавке вала Н9 и канавке втулки 010. Во-вторых — каждый N9 и ^ E; 3-е место — То же, что и у колодца в шахте и втулке P9. Переходная посадка используется для второго и третьего типов соединений.

Более точно очертить номинальный допуск номинального значения и размера Ло на основе целостности узла и рассчитать этот допуск для ограничения отклонения конфигурационных размеров. Людмила Фирмаль

Этот стандарт включает в себя высоту ключа II, глубину канавки вала и канавки или размер 4— ^ и отклонение +, а также длину ключа в соответствии с J14 и вал и втулку 7 15 Стандартизируйте отклонение длины канавки. Обратитесь к ST SEV 144-75 для определения максимальных отклонений в полях n9, L14, H9, 010, N9 и 9, P9 и 7 15.

Образовательный сайт для студентов и школьников

На примере шпоночного соединения с призматической формой шпонки рассмотрим точность изготовления размеров деталей и характеристики их соединения. По ГОСТ 23360-78 регламентируются не только размеры шпонок и сечения пазов, но и точность изготовления (допуски) и посадки. Существует три типа сопряжений шпонок: свободный, нормальный и плотный (рис.9.1). Выбор типа сопряжения шпонки определяется технологией изготовления, сборкой, эксплутационными и другими показателями.

Рисунок 9.1 - Призматические шпонки.

1. Свободный тип сопряжения шпонки обеспечивает большие зазоры и подвижность втулки относительно вала (рис.9.1). Данный тип назначается при автоматической сборке узла, при средних значениях передаваемых крутящих моментах и средней частоте вращения вала. При свободном типе сопряжения посадка шпонки в паз вала (по ширине b) - H9/h9- посадка в системе вала с гарантированным зазором, S_min = 0; посадка шпонки в паз втулки –D10/h10. Шпонка является направляющей, а втулка может перемещаться свободно. Данный тип сопряжения иногда применяется вместо шлицевого соединения. Числовые значения отклонений размеров назначаются по ГОСТ 25347-82, как для гладких деталей. Аналогично устанавливаются отклонения и для всех ниже рассмотренных типов сопряжений.

2. Нормальный тип сопряжений шпонок предопределяет неподвижность шпонки в пазу вала и относительную подвижность в пазу втулки (рис.9.1). Данный тип посадки наиболее распространен и назначается при средних значениях передаваемых крутящих моментах и при большой частоте вращения вала.

Посадка шпонки в паз вала назначается N9/h9, а в паз втулки - JS9/h9. Обе посадки переходные в системе вала, но более плотно шпонка “садится” в паз вала (с учетом шероховатостей и отклонений формы и расположения поверхностей) и посвободнее в паз втулки, т.к. образуется средний зазор S_ср (рис.9.1).

3. Плотный тип сопряжения шпонки назначают при больших нагрузках и при необходимости реверсирования. В паз вала и в паз втулки шпонка “садится” по переходным посадкам (рис.9.1). На рис.9.2 и в таблице 9.1 представлены шпоночные соединения с призматической формой шпонки третьего исполнения и с плотным типом сопряжения.

Шпонка 3 – 22 X 14 X 100 ГОСТ 23360 – 78.

Посадки шпонки в пазы втулки и вала Р9/h9. Средними значениями будут натяги N_ср. Посадка шпонки в паз вала по длине - H15/ h14, где поле допуска на длину шпонки h14, а допуск на длину паза вала - H15 (табл.9.1).

Контроль деталей шпоночного соединения

В массовом производстве контроль размеров шпонок и присоединительных элементов деталей осуществляют калибрами:

1. С помощью предельных калибров пластин осуществляют контроль пазов вала и втулки.

2. Проверку паза втулки по размеру d+t₂ проводят калибрами-пробками.

3. Глубину паза вала, если паз сквозной, осуществляют по размеру d-t₁ специальным калибром-кольцом.

4. Для проверки симметричности паза можно использовать вышеуказанные калибры.

При поэлементном контроле деталей шпоночных соединений применяют широко распространенные универсальные средства измерения (СИ) [1, 2, 6, 10, 13].

Шпоночное соединение - один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например - защита вала от проворачивания относительно неподвижного корпуса.
Более подробно о видах шпоночных соединений здесь.

В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.

Рис. 1. Виды исполнений призматических шпонок (вид сверху)

Шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки.
Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки.

Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Глубина паза у вала под шпонку задается размером l , (предпочтительно) или d-t₁ , глубина паза у отверстия под шпонку - размером t₂ или D+t₂ (рис. 2).

Рис. 2. Параметры шпоночного соединения

Размеры шпонок изготавливаются: по ширине b шпонки (рис. 2) с полем допуска h9 , по высоте h шпонки с полем допуска h11 (при высоте шпонки 2 . 6 мм - по B9 ), по длине l шпонки с полем допуска h14 .
Такое назначение полей допусков на размеры призматических шпонок делает возможным их централизованное изготовление независимо от посадок.

Все виды шпоночных соединений образуются в системе вала. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки. Для предпочтительного применения стандартом предусмотрено три вида соединения (рис. 3):

Свободное - соединение с гарантированным зазором для возможности перемещения втулки вдоль вала со шпонкой. Соединение подвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска Н9 , для ширины паза втулки - Z10 .
Нормальное - соединение с переходной посадкой, с большей вероятностью в получении зазора, не требующее частых разборок. Соединение неподвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска N9 , для ширины паза втулки - J9 .
Плотное - соединение с переходной посадкой, с приблизительно равной вероятностью получения зазоров и натягов, применяющееся при редких разборках и реверсивных нагрузках. Соединение неподвижное. Для ширины паза вала и втулки задается одно поле допуска H9 .

Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов b для свободного, нормального и плотного соединений.
Длина пазов вала и отверстия под шпонку изготавливается с полем допуска Z15 , глубина пазов вала и отверстия - с полем допуска Z12 .
К местам установок шпонок предъявляются дополнительные требования по расположению поверхностей.

Допуски и посадки шлицевых соединений

Основные параметры шлицевых соединений

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.
Более подробно о видах шлицевых соединений здесь.

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

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.

В шлицевых соединениях с прямобочным профилем зуба применяют три способа относительного центрирования вала и втулки (рис. 3):

Рис. 3. Способы относительного центрирования шлицевых соединений

Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам обеспечивает хорошую соосность деталей при взаимном перемещении. Но центрирование по наружному диаметру, кроме того, применяют и для неподвижных соединений, поскольку в них отсутствует износ от осевых перемещений.

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 внутреннему диаметру 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 боковым сторонам зубьев b используют, когда не требуется высокой точности центрирования, при передаче значительных крутящих моментов.
Способ центрирования по боковым поверхностям зубьев b целесообразно, также, применять при передаче знакопеременных нагрузок больших крутящих моментов, а также реверсивном движении.
Этот метод способствует более равномерному распределению нагрузки между зубьями, но не обеспечивает высокой точности центрирования. Применяется реже, так как при этом требует точной обработки шлицевого вала и впадин шлицевой втулки, которая может быть обеспечена у вала шлифованием зубьев, а у втулки только протягиванием отверстия. Применяется, если нужна высокая прочность, а точность центрирования не имеет существенного значения, - например карданные сочленения.

Выбор допусков и посадок шлицевых соединений

В основу построения допусков и посадок шлицевых соединений положена система, обеспечивающая сокращение дорогостоящего инструмента для обработки шлицевых отверстий - протяжек. Поэтому посадки шлицевых соединений с прямобочным профилем зуба строятся по системе отверстия (рис. 4).

Рис. 4. Поля допусков шлицевых соединений

Отклонение размеров профиля отверстия и вала отсчитываются от номинальных размеров диаметров D и d и ширины зуба b .
Для обеспечения собираемости шлицевых деталей предусматриваются гарантированные зазоры между боковыми сторонами зубьев и впадин, а также между не центрируемыми поверхностями. Эти зазоры компенсируют погрешности профиля и расположения шлицев вала и впадин втулки.
Поля допусков шлицевых соединений с прямобочным профилем располагаются в зависимости от центрирующего элемента.

Прямобочные шлицевые соединения, как правило, контролируются комплексными проходными калибрами. При этом поэлементный контроль осуществляется непроходными калибрами или измерительными приборами.
В спорных случаях контроль с применением комплексного калибра является решающим.
При использовании комплексных калибров отверстие считается годным, если комплексный калибр-пробка проходит, а диаметры и ширина паза не выходят за установленные верхние пределы; вал считается годным, если комплексный калибр-кольцо проходит, а диаметры и толщина зуба не выходят за установленный нижний предел.

Обозначение на чертежах прямобочных шлицевых соединений валов и втулок должно содержать:

букву, соответствующую поверхности центрирования;
число зубьев и номинальные размеры d , D и b соединения, вала и втулки;
символы полей допусков или посадок диаметров, а также размера b , помещенные после соответствующих размеров.

В обозначении можно не указывать допуски нецентрирующих диаметров.

Допуски и посадки эвольвентных шлицевых соединений

Для повышения долговечности соединений, улучшения центрирования и упрощения фрезерования (применения метода обката одной червячной фрезой при нарезании шлицев одного модуля, но разных чисел зубьев и диаметров) используются шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба.

Однако при закаленных валах и втулках шлицевание зубьев с эвольвентным профилем невыгодно. Кроме того, стоимость протяжки при чистовой обработке выше, чем для зубьев с прямобочным профилем.

Основными преимуществами эвольвентных шлицевых соединений по сравнению с прямобочными являются:

более равномерное распределение нагрузки на зубе;
высокая прочность;
возможность обеспечения повышенной точности, обусловленная высокой точностью червячной модульной фрезы.

На эти соединения распространяется ГОСТ 6033-80, устанавливающий исходный контур; угол наклона профиля зуба - 30°; форму зуба; номинальные диаметры D = 4. 500 мм; модули т = 0,5. 10 мм; число зубьев z = 64. 82; номинальные размеры элементов и измерительные величины по боковым поверхностям зубьев, а также допуски и посадки.

В шлицевых эвольвентных соединениях втулку относительно вала центрируют по:

боковым поверхностям зубьев - этот способ получил наибольшее распространение, так как достигается хорошая соосность (в отличие от прямобочных соединений);
наружному диаметру - этот способ используется, когда необходима высокая точность вращения деталей, сидящих на шлицевом валу;
внутреннему диаметру - этот способ центрирования используется редко из-за технологических трудностей, в том числе из-за малых опорных площадок по впадинам зубьев.

номинальный исходный диаметр соединения D ;
диаметр окружности впадин втулки D_f
диаметр окружности вершин зубьев втулки Da
модуль m ;
толщина шлица вала s и ширина впадины втулки е (как правило, s = е);
диаметр окружности вершин зубьев вала d_a ;
диаметр окружности впадин вала d_f
смещение исходного контура шлицев х_m .

Допуски и посадки при центрировании по боковым поверхностям зубьев эвольвентных соединений имеют особенность, состоящую в том, что на сопрягаемые размеры толщины зубьев вала s и ширины втулки е установлены два вида допусков:

допуск Тs = Те собственно размеров s и е ;
суммарный допуск Т , включающий в себя как отклонения размеров s и e , так и отклонение формы и расположения поверхностей профиля зубьев вала и впадин втулки.

Введение таких допусков связано с особенностями контроля шлицевых соединений комплексными калибрами. Величина этих допусков определяется числами - степенями точности, а их расположение относительно номинального размера ( s = е ) на дуге делительной окружности - основными отклонениями.

Контроль размеров шлицевых соединений

Для контроля размеров шлицевой втулки и шлицевого вала применяют поэлементные и шлицевые комплексные калибры. Калибры для контроля внутреннего диаметра втулки и наружного диаметра вала не отличаются от гладких калибров-пробок и калибров-скоб.

Для контроля наружного диаметра D и толщины b зуба вала применяют специальные предельные калибры: листовые двусторонние пробки, неполные пробки, пазовые калибры, калибры-скобы и калибры - скобы для контроля толщины зубьев. Широко применяются комплексные шлицевые калибры, которыми контролируют не только размеры шлицевых валов и втулок, но и отклонения формы и расположения поверхностей.

Читайте также: