Шлицевые соединения

Шлицевые соединения образуются выступами – зубьями на валу и соответствующими впадинами - шлицами в ступице. Рабочими поверхностями являются боковые грани зубьев. Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное. Шлицевые соединения широко распространены в машиностроении. Их размеры также стандартизованы.

Достоинства шлицевых соединений. Шлицевых соединений по сравнению со шпоночными соединениями: 1) лучшее центрирование деталей на валу; 2) уменьшение числа деталей соединения; 3) при одинаковых габаритах передают больший вращающий момент за счет большей поверхности контакта; 4) высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках; 5) меньшее ослабление вала (расчет на прочность ведется по внутреннему диаметру).

Недостатки шлицевых соединений 1) сложная технология; 2) повышенная точность изготовления; 3) высокая стоимость.

Классификация шлицевых соединений

1) По характеру соединения: - неподвижные (рис.87.а); - подвижные (блок шестерен коробки передач). 2) По форме зубьев: - прямобочные (рис. 87.а), - эвольвентные (рис .87.а), - треугольные (рис. 87.б). 3) По способу центрирования детали относительно вала: - по наружному диаметру, по внутреннему диаметру, по боковым поверхностям зубьев.

Рис 87 Шлицевые соединения

Рис. 88 Форма шлицов

Соединения с прямобочным и эвольвентным профилем зубьев применяют в подвижных и неподвижных соединениях для передачи больших вращающих моментов. Но эвольвентный профиль зуба имеет повышенную прочность благодаря утолщению зубьев к основанию. Соединения с треугольным профилем зубьев применяют в неподвижных соединениях. Они имеют большое число мелких зубьев. Их рекомендуют применять для тонкостенных ступиц, пустотелых валов и для передачи небольших вращающих моментов.

Критерии работоспособности и расчет шлицевых соединений Основным критерием работоспособности шлицевых соединений являются сопротивление рабочих поверхностей зубьев смятию и изнашиванию. Расчёт на смятие производится по условию:

где Т – вращающий момент, d_ср = (D + d)/2 – средний диаметр шлицевого соединения, А_см – площадь смятия, - допускаемое среднее давление из расчёта на смятие. Расчёт соединения на износ производится по формуле:

где - допускаемое напряжение из расчёта на износ = 0,032 НВ- для улученных зубьев, = 0,3 НRC_э – для закаленных зубьев.

Соединения с натягом. Расчет соединения на прочность.

Соединения с натягом осуществляют подбором соответствующих посадок, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна на другую деталей. Взаимная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей. Увеличению коэффициента трения способствуют микронеровности на сопряженных поверхностях. Соединения деталей с натягом широко применяют при больших динамических нагрузках и отсутствии необходимости в частой сборке и разборке. В последнее время посадки с натягом применяют в соединениях с валом зубчатых и червячных колес вместо шпоночных соединений. Из соединений деталей с натягом наибольшее распространение получили цилиндрические соединения, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности. Характерными примерами деталей, соединенных посадками с натягом, являются: венцы зубчатых и червячных колес, подшипники качения, роторы электродвигателей и т. д.

Рис. 89. Виды соединений с натягом

Прочность соединения обеспечивается натягом, который образуется в выбранной посадке. Значение натяга определяется потребным контактным давлением р_m на посадочной поверхности соединяемых деталей. Это давление должно быть таким, чтобы силы трения, возникающие на посадочной поверхности соединения, оказались больше внешних сдвигающих сил. Критерием работоспособности соединений с натягом является контактная прочность. Контактные давления в направлении длины деталей изменяются по закону кривой.

Рис. 90 распределение сил и напряжений в соединениях с натягом

Взаимная неподвижность деталей соединения с натягом обеспечивается соблюдением условия: p_m>[p_v]_max 

где [p_m]_max=0,5  - максимальное контактное давление, допускаемое прочностью охватывающей детали, -предел текучести материала охватывающей детали. При нагружении соединения осевой силой F 

где р_m — среднее контактное давление,  К = 2…4,5 — коэффициент запаса сцепления для предупреждения контактной коррозии (изнашивания посадочных поверхностей вследствие их микроскольжения при действии переменных нагрузок, особенно в период пуска и остановки),  d, l — диаметр и длина посадочной поверхности, f—коэффициент сцепления (трения).

При сборке соединения микронеровности посадочных поверхностей частично срезаются и сглаживаются.