5.3. Взаимозаменяемость, методы и средства контроля шпоночных и

шлицевых соединений

5.3.1. Допуски, посадки и контроль шпоночных соединений

Шпоночные сопряжения предназначены для соединения шестерен, муфт, шкивов и т. д. с валами для передачи крутящего момента. Поперечное сечение вала со шпонкой и основные параметры шпоночного соединения показаны на рис. 5.8. Шпоночные соединения применяют в случаях, когда к точности центрирования, соединяемых деталей не предъявляется особых требований.

Систему допусков и посадок шпоночных соединений рассмотрим на примере соединений призматическими шпонками. В машинах и механизмах призматические шпонки нашли наиболее широкое распространение по сравнению с другими шпонками (клиновыми, сегментными и т. д.). Основным посадочным размером шпоночного соединения является ширина шпонки (b). По ширине шпонки изготавливают с полем допуска h9, что позволяет производить их централизованное изготовление независимо от применяемых посадок. В машиностроении применяют три вида шпоночных соединений: свободное, нормальное, плотное. Схемы полей допусков для указанных видов шпоночных соединений показаны на рис. 5.9.

Для свободного шпоночного соединения установлены поля допусков для паза на валу H9 и для паза во втулке D10, что обеспечивает гарантированную посадку с зазором. Для нормального соединения приняты поля допусков паза на валу N9 и паза во втулке J_s9, то есть поля допусков образующих переходные посадки. В плотных шпоночных соединениях паз на валу и с паз во втулке выполняется с полем допуска P9, что в сочетании с полем допуска на ширину шпонки h9 обеспечивает переходную посадку.

Стандартом нормированы отклонения высоты шпонки по h11, глубины паза на валу t₁ и паза во втулке t₂ (или отклонение размера d – t₁ и d + t₂), а также длина шпонок по h14. Длина паза на валу по H15.

Контроль элементов шпоночных соединений в условиях серийного и массового производств осуществляется предельными калибрами. Калибры выполнены в виде пластин для проверки ширины паза b и пробок для проверки паза втулки по размеру d + t₂. Глубина паза на валу проверяется кольцами со стержнем высотой t₁. Симметричность паза относительно осевой плоскости проверяют у втулки пробкой со шпонкой, а у вала – накладной призмой с контрольным стержнем.

Рис. 5.8. Схематическое изображение шпоночного соединения

Рис.5.9. Схемы полей допусков шпоночных соединений

5.3.2. Классификация шлицевых соединений

Шлицевые соединения могут передавать значительно большие крутящие моменты, имеют более высокую усталостную прочность и высокую точность центрирования. Достигается это равномерным распределением шлицев по окружности и высокой точностью их размеров, формы и расположения.

В зависимости от формы профиля зубьев шлицевые соединения бывают: прямобочными, эвольвентными и треугольными. Наиболее чаще в машиностроении применяют шлицевые соединения с прямобочным профилем шлицев (зубьев). Число шлицев на шлицевом валу и пазов во втулке должно быть четное количество. Принято число шлицев на валу равным: 6, 8, 10, 16 или 20. для одного и того же диаметра установлено три градации высот и чисел зубьев. В соответствии с этим шлицевые соединения делятся на легкую, среднюю и тяжелую серии.

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба стандартизованы для модулей m = 0,5 …. 10,0 мм, для диаметров D = 4 …. 500 мм и чисел зубьев (Z) от 6 до 82. Угол профиля эвольвентных шлицев α = 30⁰.

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев в сравнении с прямобочными шлицевыми соединениями обладают рядом преимуществ. Они могут передавать большие крутящие моменты, при этом концентрация напряжений у основания шлица на 10 – 40% меньше. Эвольвентные шлицы обладают повышенной циклической прочностью и долговечностью, лучше центрируются и проще в изготовлении (можно получать шлицы методом обкатки фрезерованием).

Выбор типа шлицевого соединения определяется конкретными условиями эксплуатации, их конструктивными и технологическими особенностями.

Для соединений, к которым предъявляются повышенные требования по точности при центрировании по боковым сторонам зубьев, а также для соединений, предназначенных для передачи больших крутящих моментов, и работают в режиме реверса, целесообразнее применять шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев.