11.9. Шлицевые (зубчатые) соединения

Преимущества перед шпоночными: большая надежность и долговечность, благодаря большей рабочей поверхности зубьев-шлицев и незначительной концентрации напряжений. Лучшее центрирование и лучшее направление в подвижных соединениях, благодаря высокой точности изготовления.

Недостатки: высокая стоимость из-за усложнения технологии (зубофрезерование, протяжка, шлифование). Шлицевые соединения стандартизированы.

Профили поперечного сечения зуба: прямобочный эвольвентный и треугольный.

Прямобочный профиль (рис.94) наиболее распространен (до 80%): Центрирование ступицы на таких шлицах выполняется по боковым граням, по наружному диаметру или по внутреннему диаметру вала.

Соединение с прямобочным профилем по ГОСТ 1139-80 для трех серий соединений: легкой, средней и тяжелой. Они различаются высотой и количеством зубьев. У тяжелой серии зубьев больше и они выше. Выбор центрирования зависит от характера работы соединения и технологии изготовления. Центрирование по диаметрам обеспечивает лучшую соосность.

Рис. 94

Если ступица имеет твердость НВ<350 и окончательную обработку ступицы можно сделать протяжкой, то проще и дешевле центрирование по наружному диаметру (D). Если ступица имеет твердость НВ>350, что обычно бывает в подвижных соединениях, то лучше центрировать по внутреннему диаметру (d), т.к. лучше шлифовать зубья ступицы (рис. 94, исполнение А). При центрировании по боковым поверхностям нагрузка по шлицам распределяется равномернее. Такое центрирование целесообразно при больших реверсивных моментах.

Эвольвентный профиль (рис. 95а,б). Стандартизирован по ГОСТ 6033-80.

Преимущества перед прямобочными: большая выносливость при изгибе благодаря большей ширине основания и большего радиуса закругления, т.к. обладают увеличенным углом зацепления и уменьшенной высоте зуба h=m. В производстве точность обработки выше, возможно коррегирование профиля, высокая технологичность. При больших диаметрах шлицов зубья ступицы нарезаются долбяками, а при средних и малых протяжкой.

Недостатки: эвольвентные протяжки дороги, а шлифование эвольвентных шлицев является более трудоемким, чем прямобочных.

При малых сериях протяжка не рациональна. Центрирование по эвольвентным поверхностям (по S) или по наружному диаметру (по D). Чаще центрируют по S.

Рис. 95

Шлицевые соединения треугольного профиля (рис.95в) применяются для неподвижных соединений и для регулируемой установки втулки на валу (торсионы и др.), если можно использовать принцип нониуса . Число зубьев Z=15…70 при модуле m=0,2…1,6 мм. Центрируются только по боковым поверхностям. Треугольные и эвольвентные зубья могут накатываться.

11.10.Расчет зубчатых соединений на прочность.

Боковые поверхности работают на смятие, а основание на срез и изгиб (рис. 96).

Рис. 96

Стандартные профили обычно подбираются так, что нагрузочная способность ограничивается смятием.

МПа , где (11.8)

- рабочая длина зубьев, Z – число зубьев, К = 1,1…1,5 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями.

Для прямобочного профиля ; .

Для эвольвентного ; .

Для треугольного ; .

Неточности расчета компенсируют выбором , учитывающим опыт эксплуатации по табл. 27.

Допускаемые напряжения смятия , Мпа

Таблица 27

Тип соединения	Условия эксплуатации	Твердость поверхности зубьев
		До 350 НВ	Свыше 40 HRC
Неподвижное, с осевой фиксацией	а	35-50	40-70
	б	60-100	100-140
	в	80-120	120-200
Подвижное, без нагрузки	а	15-20	20-35
	б	20-30	30-60
	в	25-49	40-70
Подвижное, под нагрузкой	а	-	3-10
	б	-	5-15
	в	-	10-20