Способы центрирования шпоночных соединений

Методы центрирования шпоночных и шлицевых соединений. Обозначение сопряжений на чертежах.

Центрирование — это операция сборки, заключающаяся в выверке соосности детали с базовой поверхностью или общей осью.

В процессе центрирования измеряется радиальное биение центрируемой детали и по этому биению судят о совпадении осей. Как Вы должны помнить, радиальное биение измеряется в сечении цилиндра плоскостью, перпендикулярной оси цилиндра, и, фактически, вместо совпадения осей определяется совпадение центров. Отсюда и термин «центрирование», который употребляется, например, при совмещении оси заготовки с осью планшайбы станка, при этом условно пренебрегают влиянием на радиальное биение отклонений от «круглости заготовки».

Центрирование при образовании шлицевого соединения обеспечивается совмещением осей вала и втулки. Точность совмещения этих осей обеспечивается точностью посадки с зазором между сопрягаемыми поверхностями. Но прежде чем рассмотреть эти посадки, надо обратить внимание на то, что шлицевое соединение отличается от обычного гладкого тем, что посадка (сопряжение) для шлицевых деталей осуществляется одновременно по трем поверхностям, т.е. по наружной поверхности, по внутренней и по боковым сторонам шлицев (зубьев).

Таким образом, при нормировании точности шлицевого соединения необходимо нормировать одновременно три посадки. Посадки эти должны быть разными по точности, так как невозможно изготовить все сопрягаемые поверхности с одинаковой точностью и невозможно будет обеспечить собираемость шлицевых деталей при одинаково высокой точности. Точность совпадения осей в шлицевом соединении обеспечивается точностью сопряжений, т.е. значениями зазоров или натягов. Поэтому точности посадок по трем сопрягаемым поверхностям шлицевых деталей назначают разными. И, естественно, что поверхность, для которой назначена более высокая точность сопряжения, будет обеспечивать точность совмещения осей. Если говорится, что центрирование шлицевого соединения осуществляется по наружному диаметру, это означает, что посадка по наружному диаметру (наружной поверхности) должна быть наиболее точной из трех посадок в данном шлицевом соединении.

Поскольку поверхности шлицевого соединения либо обеспечивают точность центрирования, либо не выполняют этой функции, то возникает необходимость отдельного нормирования точности каждой поверхности, когда она является центрирующей и когда она не является центрирующей.

Центрирование по D используется для подвижных и неподвижных соединений, при передаче небольших крутящих моментов и в других соединениях, подвергаемых малому износу. Для обеспечения этого сопряжения втулка должна изготавливаться с относительно небольшой твердостью, чтобы обеспечить обработку чистовой протяжкой. Вал может иметь большую твердость и обрабатывается шлифованием по наружному диаметру (фрезерованием получают зубья). Этот способ центрирования наиболее простой и экономичный.

Центрирование по d используется для получения высокой точности совмещения осей вала и втулки. Для обеспечения этого сопряжения отверстия по внутреннему диаметру и у вала, и у втулки могут быть окончательно обработаны шлифованием. Это сопряжение используется, когда и вал, и втулка должны иметь большую твердость. Этот способ центрирования дорогой, но наиболее точный.

Центрирование по b используется, когда необходимо передать большие крутящие моменты, особенно при знакопеременной нагрузке, тем более с реверсированием. При этом способе не обеспечивается высокая точность совпадения осей вала и втулки, и поэтому он применяется значительно реже, чем два других.

Источник

Шлицевые соединения и их сборка.

Для соединения ступицы с валом вместо шпонок часто исполь­зуют выступы на валу, входящие в соответствующие пазы в ступи­це. Такие выступы и пазы называют шлицами, а соединение — шлицевым. По сравнению со шпоночными соединениями шлице­вые соединения обладают рядом преимуществ:

• обеспечивают передачу больших крутящих моментов благодаря значительной поверхности контакта соединя­емых деталей и равномерному распределению давления по этой поверхности;
• более точно центрируют ступицу на валу;
• обеспечивают лучшее направление при перемещении ступицы по валу;
• обеспечивают большую прочность вала при одном и том же наружном диаметре.

Типы шлицевых соединений.

В зависимости от профиля зубьев различают шлицевые соединения с прямобочными (рис. 1, а), эвольвентными (рис. 1, б) и треугольными (рис. 1, в) шлицами.

Прямобочные шлицевые соединения получили наиболее ши­рокое распростанение. Соосность вала и втулки (центрирование) в этом соединении осуществляется по наружному и внутреннему диаметрам и по боковым граням. Каждый из этих методов центри­рования имеет свои достоинства и недостатки.

При центрировании по наружному диаметру (рис. 2, а) по­садочными поверхностям являются наружная и боковые поверхности шлицов, по внутреннему диаметру шлицов имеется зазор. Вал по наружному диаметру шлифуется, пазы во втулках протяги­ваются. Применяют этот метод центрирования в тех случаях, ког­да наружная деталь не обрабатывается термически. При центрировании по внутреннему диаметру (рис. 2, б) по­садочные поверхности — внутренняя цилиндрическая и боковые поверхности шлицов, по наружному диаметру шлицов имеется зазор. У вала шлифуется впадина и боковые поверхности шлицов. У охватывающей детали шлифуют внутренний диаметр. Применя­ют для соединений, детали которых подвергаются термической обработке.

При центрировании по боковым граням (рис. 2, в) зазоры имеются по наружному и внутреннему диаметрам шлицов. При­меняют при большом количестве шлицов в тяжело нагруженных соединениях. Центрирование деталей в соединении хуже, чем в предыдущих случаях.

Эвольвентное шлицевое соединение применяют с центриро­ванием по боковым поверхностям шлицов и наружному диаметру. К преимуществам эвольвентного шлицевого соединения по срав­нению с прямобочными соединениями относятся более высокая прочность шлицов и их более простое и дешевое изготовление. Однако, в связи с тем что протяжки для обработки шлицевых от­верстий в ступице дороги, эти соединения имеют ограниченное применение.

Треугольное шлицевое соединение используется для передачи небольших крутящих моментов, его центрируют только по боко­вым поверхностям шлицов.

Входной контроль деталей шлицевого соединения.

Перед сбор­кой детали шлицевого соединения подвергают контролю: прове­ряют визуально детали шлицевого соединения на наличие зади­ров, дробления или заусенцев; определяют соответствие параме­тров шлицов и пазов под них требованиям технических условий, используя инструментальные методы контроля.

Положение шлицов и пазов относительно центрирующего диа­метра (рис. 3, а) проверяют, вводя измерительную ножку инди­катора 2 в контакт с боковой поверхностью шлица вала 1, установ­ленного в центрах (стрелку отсчетного устройства индикатора устанавливают в нулевое положение). Затем вал поворачивают на 180°, а измерительную ножку индикатора приводят в соприкосно­вение с боковой поверхностью шлица, расположенного на противоположной первому шлицу стороне вала. По разности показаний отсчетного устройства индикатора определяют величину смещения оси шлица относительно оси центрирующего диаметра. При этом методе измерения не учитывается отклонение толщины шли­ца, шага и профиля от номинальных значений.

Определить смещение оси шлица относительно центрирующе­го диаметра можно, используя специальное приспособление 4 (рис. 3, б), которое устанавливают опорными поверхностями на боковые поверхности шлицов, а измерительным наконечником 3 на центрирующий диаметр. В процессе измерения вал, закрепленный в центрах, поворачивают и отсчетное устройство индикато­ра 2 показывает величину отклонения проверяемого параметра.

Наиболее точно определить величину смещения оси шлица от­носительно центрирующего диаметра можно по схеме, показан­ной на рис. 3, в. При использовании этой схемы измерения шлицевой вал 1 устанавливают в центрах делительной головки. Индикатор 2 предварительно настраивают на номинальный раз­мер при помощи блока концевых мер длины 5. Затем устанавлива­ют деталь по индикатору так, чтобы боковая поверхность шлица была параллельна плоскости плиты, после этого индикатор пере­носят на другую сторону, а деталь поворачивают на 180°. Полураз­ность показаний будет равна величине смещения оси шлица от­носительно оси вала.

Эксцентричность диаметров шлицевых деталей определяют так, как это показано на схеме, приведенной на рис. 3, г, а шли­цевых отверстий — специальным шаблоном (рис. 3, д).

Сборка шлицевых соединений.

Шлицевые соединения, в кото­рых сопряжение деталей осуществляется посадками с натягом или переходными посадками, собирают с использованием специаль­ных оправок и приспособлений для напрессовки охватывающей детали на вал. Наиболее рациональным при этом является исполь­зование пресса.

Сборка шлицевого соединения ударным методом, т.е. при по­мощи молотка, не допускается, так как может привести к перекосу охватывающей детали на валу вследствие неравномерности нане­сения ударов.

Если посадка охватывающей детали на вал осуществляется со значительными натягами, то рекомендуется эту деталь нагреть до температуры 80… 120 °C (например, в масляной ванне).

После установки охватывающей детали на валу рекомендуется проверить ее осевое и радиальное биение. С этой целью вал с охватывающей деталью закрепляют в центрах, а величину биения определяют при помощи индикатора часового типа, установленно­го на стойке.

Подвижные шлицевые соединения проверяют на легкость пе­ремещения охватывающей детали относительно вала и наличие качки этой детали на валу. Если соединение собрано правильно, то охватывающая деталь перемещается вдоль вала легко, плавно, без заедания.

Источник

Шпоночные и шлицевые соединения

Шпоночные соединения предназначены для соединения валов со ступицами различных деталей вращения (зубчатых колес, шкивов, эксцентриков, маховиков и т.п.); их используют для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот. Широко распространенные ненапряженные соединения осуществляют призматическими и сегментными шпонками, а напряженные — клиновыми и тангенциальными (рис. 10).

Шестигранные и комбинированные шпонки применяют для соединения тел вращения по торцовым поверхностям. У призматических шпонок рабочими являются боковые, более узкие грани. Между верхней широкой гранью шпонки и дном паза ступицы предусмотрен зазор. Использование призматических шпонок дает возможность точно центрировать сопрягаемые элементы и получать как неподвижные, так и скользящие соединения. Простые призматические шпонки бывают трех исполнений: с закругленными торцами, с одним закругленным и одним плоским торцами и с плоскими торцами. Шпонка обрабатывается с припуском 0,1…0,15 мм с учетом последующей подгонки на краску по шпоночным канавкам вала и сопрягаемой детали.

Простые шпонки устанавливают в паз вала без крепления; направляющие шпонки дополнительно крепят к валу винтами для устранения перекоса при перемещении (рис. 10, в). Призматические шпонки, скользящие вместе со ступицами вдоль вала, применяют при больших осевых перемещениях. Их выполняют с цилиндрическими выступами-головками, которые входят в соответствующие отверстия в ступицах.

Рис. 9. Схемы гидропрессовой сборки при подводе масла через отверстие во втулке (а), в валу (б)

Рис. 10. Типы шпонок: а — клиновая; б — призматическая; в — направляющая; г — сегментная; д — тангенциальная

Различают свободные, нормальные и плотные шпоночные соединения с призматическими шпонками. На размер по ширине призматической шпонки устанавливают поле допуска h9. Поля допусков на ширину пазов валов установлены в зависимости от типа соединения: для свободных Н9; для нормальных N9; для плотных Р9; соответственно ширина паза во втулке D10, JS9 и Р9.

Свободное соединение имеет посадку с зазором, а нормальное и плотное — переходные посадки. Призматические шпонки по сравнению с клиновыми обеспечивают более высокую точность центрирования, а по сравнению с сегментными в меньшей степени ослабляют вал.

Сегментные шпонки (рис. 10, г) обладают некоторыми технологическими преимуществами перед призматическими. Положение сегментных шпонок на валу более устойчиво вследствие большей глубины врезания.

При необходимости по длине ступицы устанавливают две сегментные шпонки. Для сегментных шпонок и пазов под них приняты следующие поля допусков: h9 для ширины шпонки; N9 для ширины паза вала в нормальном соединении и Р9 в плотном; JS9 для ширины паза втулки в нормальном соединении и Р9 в плотном. Если детали термообработаны, применяют поля допусков Н11 для ширины паза вала и D10 для ширины паза втулки. Для упрощения и облегчения сборки соединений с сегментными шпонками, как и с призматическими, между шпонкой и дном паза ступицы вала предусмотрен зазор.

Клиновые и тангенциальные шпонки используют в тех случаях, когда требования к соосности соединяемых деталей не имеют существенного значения (шкивы, маховики и т.п.). Клиновые шпонки (рис. 10, а) изготовляют: с головками; с закругленными и прямыми торцами; с одним закругленным и одним прямым торцами. Верхняя поверхность клиновой шпонки имеет уклон 1:100. Натяг между валом и ступицей создают забиванием шпонки или затяжкой ступицы гайкой на шпонку, установленную на валу в шпоночном пазе. Клиновая шпонка должна плотно прилегать ко дну шпоночного паза вала и ступицы, а по боковым поверхностям иметь зазор. Клиновые шпонки создают напряженное соединение, способное передавать не только крутящий момент, но и осевую силу. Установка клиновой шпонки вызывает радиальное смещение оси ступицы. Уменьшения биения ступицы достигают сокращением посадочного зазора и обеспечением равенства уклонов шпонки и дна паза ступицы.

В соединениях с тангенциальными (рис. 10, д) клиновыми шпонками натяг между валом и ступицей создается не в радиальном, а в касательном направлении. Шпонки в таких соединениях работают на сжатие. Каждую шпонку составляют из двух односкосных клиньев, обращенных вершинами в разные стороны с параллельными наружными рабочими гранями. Соединения тангенциальными шпонками применяют в тяжелом машиностроении при больших динамических нагрузках для валов диаметром 60…100 мм. Поле допуска толщины шпонок принимают до h11, а угла

наклона до . Тангенциальные клиновые шпонки устанавливают попарно при ударах молотка с медным или свинцовым наконечником либо с использованием специального приспособления.

В шпоночных соединениях контролируют:

• отклонения формы и размеров шпонки, а также пазов вала и ступицы по всей длине;
• отсутствие заусенцев и забоин на рабочих поверхностях шпонки и осей пазов;
• отклонения от параллельности осей вала или отверстия ступицы;
• отклонения от симметричности боковых поверхностей пазов вала и ступицы относительно диаметральной плоскости;
• качество пригонки рабочих поверхностей шпонки и пазов;
• наличие зазоров по высоте для призматических и сегментных шпонок и по ширине для клиновых шпонок.

Порядок сборки соединений с обыкновенной призматической шпонкой:

• подготовка нужной шпонки (из чисто тянутого прутка);
• пригонка шпонки по пазу вала (припиливание или шабрение по краске);
• запрессовка шпонки в вал прессом, струбцинами или с ударами медного молотка;
• проверка щупом отсутствия зазора между боковыми сторонами шпонки с минимальным зазором для неподвижных соединений и с гарантированным зазором для подвижных.

При сборке соединений с клиновой шпонкой:

• готовят нужную шпонку;
• шпонку и пазы вала и ступицы смазывают машинным маслом;
• ступицу надевают на вал, пазы их совмещают;
• шпонку вводят в паз и ударом по широкой торцовой части или головке заклинивают;
• при этом головка шпонки не должна доходить до ступицы, что гарантирует наличие натяга в соединении;
• при наличии зазора (проверяется щупом с обеих сторон ступицы), который образуется при несовпадении уклонов шпонки и ступицы, соединение разбирают и соприкасающиеся поверхности пригоняют.

Шлицевыми называют соединения цилиндрических деталей, образованные выступами — зубьями на валу, входящими во впадины соответствующей формы в ступице. Шлицевые соединения применяют в качестве неподвижных для постоянного соединения ступицы с валом, подвижных без нагрузки, например для переключения зубчатых колес, и подвижных под нагрузкой. По форме профиля зубьев различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные.

Шлицевые соединения обладают по сравнению со шпоночными следующими преимуществами: большей несущей способностью; более хорошим центрированием деталей на валах и лучшим направлением при осевом перемещении.

Соединения с прямобочными зубьями составляют 80…90 % от всех шлицевых соединений; их выполняют с центрированием по боковым граням зубьев; по наружному и внутреннему диаметру вала.

Эвольвентные шлицевые соединения с углом профиля 30° по сравнению с прямобочными отличаются повышенной точностью благодаря большому числу зубьев, их утолщению и закреплению у основания, достаточно технологичны при изготовлении. Эвольвентные шлицевые соединения применяют для валов диаметром 12…400 мм.

Области использования шлицевых соединений определяются их типами и способами центрирования (табл. 7).

Сборку соединений начинают с осмотра шлицев собираемых деталей. На их поверхностях не должно быть забоин, заусенцев или задиров. Для предупреждения возможного заедания шлицев необходимо, чтобы были выполнены все наружные фаски на торцах деталей и закругления шлицев. Сопрягаемые поверхности должны быть смазаны. В соединениях, работающих в тяжелом режиме, прилегание шлицев проверяют по краске.

Таблица 7. Области применения шлицевых соединений

Форма профиля	Способ центрирования	Примерное назначение
Прямобочная	По наружному диаметру	Для простых способов центрирования. Отверстия втулки без термообработки или с термическим улучшением
	По внутреннему диаметру	Для точного центрирования. Втулка и вал термообработаны
	По боковым граням	Для тяжелонагруженных соединений с равномерным распределением нагрузки при термически улучшенной поверхности втулки
Эвольвентная	По боковым граням	Для тяжелонагруженных соединений без повышенных требований к центрированию, обеспечивает равномерное распределение нагрузки. Втулка и вал без термообработки
	По наружному диаметру	То же, с более высокими требованиями к центрированию
Треугольная	По боковым граням	Для слабонагруженных соединений с тонкостенными втулками

В зависимости от применяемой посадки центрирующих поверхностей шлицев соединения подразделяются на три группы: тугоразъемные, легкоразъемные и подвижные.

В тугоразъемных соединениях охватывающую деталь напрессовывают специальным приспособлением. Собирать такие соединения с помощью молотка или кувалды не рекомендуется. Неравномерные удары вызывают перекос охватывающей детали на шлицах и даже задир. При сборке тугих шлицевых соединений диаметром свыше 50 мм целесообразно охватывающую деталь перед запрессовкой нагреть до 80…120 °С.

Зазоры в легкоразъемном шлицевом соединении являются причиной перекоса сопрягающих деталей, особенно при нагрузке, действующей несимметрично относительно средней плоскости охватывающей детали. Дополнительные осевые силы, вызванные колебательными движениями деталей шлицевого соединения, обусловливают усиленный износ последних. После установки и закрепления охватывающей детали на шлицах соединение проверяют на биение. Допускаемые радиальное и торцовое биения зависят от назначения соединения и указываются на сборочном чертеже или в технических требованиях на сборку.

В легкоразъемных и подвижных шлицевых соединениях охватывающие детали устанавливают под действием небольших сил. Осевое перемещение охватывающей детали в правильно собранной сборочной единице осуществляется легко, без заеданий, а тангенциальное — под действием крутящего момента, создаваемого вручную, допускается в узких пределах. В подвижных соединениях отверстия охватывающей детали и шлицевого вала должны быть соосны. При полной соосности все шлицы вала контактируют со шлицами отверстия; если такого контакта не будет, ухудшаются условия работы соединения.

Источник