3.17.2 Зубчатые (шлицевые) соединения

Общие сведения

Зубчатые (шлицевые) соединения широко распространены в машиностроении. Образуются выступами - зубьями на валу и соответствующими пазами в ступице. Соединения стандартизированы. Применяются от 4-х до 20 выступов. Представляют как бы многошпоночные соединения, и по условию работы аналогичны соединению призматическими шпонками (рисунок 3.81).

Рисунок 3.81

Профиль шлицев может быть различным. Наиболее распространен прямобочный, ГОСТ 1139 в соответствии с рисунком 3.81,а. Бывают: эвольвентный, ГОСТ 6033 в соответствии с рисунком 3.81,б - проще в изготовлении, чем прямобочный, а прочность и точность центрирования выше; треугольный - изготовляют по отраслевым стандартам в соответствии с рисунком 3.81,в - для тонкостенных ступиц и пустотелых валов.

Шлицевое соединение имеет радиальный зазор. Центрирование может производиться по внутреннему диаметру при твердости деталей соединения более 350 НВ (рисунок 3.81, а), по наружному диаметру при твердости ступицы менее 350 НВ (рисунок 3.81, г), по боковым поверхностям зубьев - применяют в условиях динамического или реверсивного нагружения большим крутящим моментом (рисунок 3.81, б, в).

Достоинства по сравнению со шпоночными соединениями:

1) обеспечивает лучшее центрирование;

2) передает больший вращающий момент при тех же габаритах;

3) уменьшается число деталей соединения;

4) незначительное ослабление вала;

5) уменьшается длина ступицы.

Недостаток: более сложная технология изготовления, а, следовательно, более высокая стоимость.

Размеры зубчатых (шлицевых) соединений выбираются по таблицам. Количество зубьев для прямобочных шлицев - в пределах от 4 до 20. Для диаметров от 25 до 125 мм имеются три серии соединения:

1) легкая; 2) средняя; 3) тяжелая.

Отличаются высотой h и числом зубьев z.

Легкая - для неподвижных соединений; средняя - для подвижных соединений; тяжелая - для больших вращающих моментов. Чтобы выбрать серию, необходимо провести расчет на прочность.

Расчет на прочность зубчатых (шлицевых) соединений

Основным критерием работоспособности данных соединений является прочность. От вращающего момента возникают силы давления на всех шлицах (рисунок 3.82).

F = 2T/d_cр;

здесь d_ср = (D+d)/2 – диаметр соединений по середине высоты зуба.

Напряжения смятия : _см = F/А_см  []_см ,

где А_см = hlz

здесь h = (D-d)/2 – высота зуба,

 = 0,7...0,8 - коэффициент, учитывающий концентрацию контактных давлений на краях соединения,

z - число шлицев.

Тогда _см = 2Т22/[(D+d)(D-d)lz  []_см.

Окончательно: _см = 8Т/[(D² - d²)lz  []_см.

Получаем формулу для проверочного расчета шлицевого соединения на смятие:

При проектировочном расчете определяют число шлицев – z:

z  8T/[(D² - d²)l []_см].

Р исунок 3.82

По числу шлицев z подбираются и уточняются размеры шлицев. Для соединения с эвольвентным профилем зубьев, площадь смятия определяется по формуле:

А_см = 0,8 ml_р,

где m - модуль соединения;

l_р - рабочая длина шлицев, которая может быть принята l_р  1,5 D.

Допускаемые напряжения смятия:

[]_см = 100 МПа - для сталей при средних условиях эксплуатации без ударов, обычное соединение.

[]_см = 200 МПа - для подвижных соединений с закаленными поверхностями.