Эвольвентные шлицы
Эвольвентные шлицы (рис.9) представляют собой зубья эвольвентного профиля, характеризуемые модулем т, числом зубьев z и углом зацепления α. Центрирование – обычно по боковым граням. Посадка может быть с натягом, зазором или переходная. Реже применяют центрирование по наружному диаметру шлицев.
Рисунок 9. Эвольвентные шлицы
Так как форма отверстия не допускает шлифования пазов, то эвольвентные шлицы применимы, если ступица имеет твердость не выше HRC 40, при которой ещё возможна обработка протягиванием. Исключение составляют ступицы, подвергаемые азотированию, при котором поводки практически нет, вследствие чего протягивание может быть заключительной операцией механической обработки.
Треугольные шлицы
Шлицы треугольного профиля применяют главным образом в мелкошлицевых соединениях.
Угол α при вершине шлица вала обычно равен 60°. Центрирование выполняют по боковым граням.
Подобно эвольвентным шлицам треугольные шлицы применимы в соединениях со ступицами, выполненными из не слишком твердого материала (НВ < 350).
Треугольные шлицы с галтелями большого радиуса у основания шлицев обладают несколько большей прочностью на изгиб, чем эвольвентные.
Мелкие шлицы треугольного профиля можно получить на валу накатыванием с выигрышем в прочности и производительности изготовления.
Разновидностью треугольных шлицев являются трапецеидальные шлицы, характеризующиеся малым углом α при вершине шлица (40-60º) и большими закруглениями у основания.
Прочность шлицев различного профиля
В основе сравнительной оценки прочности шлицев принято следующее:
а) высота шлицев мала по сравнению с диаметром вала.
Это допущение, позволяющее пренебрегать кривизной средней окружности шлицевого соединения и рассматривать шлицы как бы расположенными в одной плоскости, вполне оправданно, поскольку применяемые на практике отношения высоты шлицев (Н) к диаметру (D) соединения весьма незначительны (в среднем H/D = 0,05).
б) доля числа шлицев, воспринимающих крутящий момент, одинакова.
Для прямоугольных шлицев предполагается, что ширина их по средней окружности равна ширине пазов (симметричные шлицы). Это – условие равнопрочности щлицев вала и ступицы и вместе с тем условие размещения максимального числа их по окружности соединения и получения наименьших напряжений в шлицах.
В цилиндрических соединениях прочность шлицев ступицы на изгиб получается при этих исходных данных несколько больше, чем на валу, вследствие уширения шлицев ступицы к основанию.
Прочность на изгиб и смятие шлицевых соединений с симметричными шлицами не зависит от размера и числа шлицев и определяется только их профилем.
Наиболее выгодны по прочности треугольные шлицы, практически равноценны им – эвольвентные, наименее прочны – прямоугольные.
Прочность прямоугольных шлицев определяется отношением ширины шлица к его высоте и = b/Н; треугольных – углом α при вершине и радиусом Рн у основания шлицев; эвольвентных – углом профиля α0 и коэффициентом f высоты профиля.
Оптимальные по прочности параметры: для прямоугольных шлицев и = 1÷2; для треугольных α = 60 ÷ 70º при Рн = 0,1 ÷ 0,2; для эвольвентных α0 = 30º при f = 1 и α0 = 20 ÷ 25º при f = 0,6.
Мелкие шлицы применять целесообразнее. Уменьшение высоты шлицев при заданном внутреннем диаметре вала сокращает радиальные размеры соединения, а при заданном наружном – увеличивает внутренний диаметр вала, существенно повышая его прочность.
Повышенная прочность треугольных шлицев обусловлена тем, что под основание шлицев используется практически вся окружность вала (у прямобочных – примерно половина окружности). Кроме того, напряжения изгиба снижаются вследствие наклона рабочих граней шлицев. Напряжения смятия понижены вследствие увеличения числа шлицев по сравнению с прямобочными. Для упрощения изготовления целесообразно унифицировать размеры шлицев в возможно большем диапазоне диаметров.