Взаимозаменяемость шпоночных и шлицевых соединений

Допуски и посадки шпоночных соединений

Шпоночные соединения применяются для соединения втулок, шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей машин с валами.

Достоинства:

- простота и надежность конструкции;

- легкость сборки и разборки;

- невысокая стоимость.

Недостаток:

- снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из – за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами.

Для получения различных посадок призматических шпонок установлены поля допусков на ширину b шпонок, пазов валов и втулок (ГОСТ 23360-78). Ширина шпонки определяет прочность всего соединения и является поэтому основным параметром.

Указания по назначению полей допусков на другие размеры деталей шпоночного соединения даны также в ГОСТ 23360-78, ГОСТ 24071-80, по которым назначаются следующие поля допусков:

высота шпонки – h11;

длина шпонки – h14;

длина паза вала – H15;

глубина паза вала и втулки – H 12;

диаметр сегментной шпонки – h 12.

Это делает возможным централизованное изготовление шпонок независимо от посадок.

Выбор полей допусков деталей шпоночного соединения по ширине шпонки зависит от вида соединения.

Стандарт предусматривает три вида соединений по ширине шпонки: плотное, нормальное и свободное. Каждому из этих видов соединений соответствует определенный набор полей допусков на ширину шпонки, ширину паза вала и паза втулки.

Все эти поля допусков для разных видов шпоночных соединений приведены в таблице 4.1. Численные значения предельных отклонений определяют при помощи таблиц со значением допусков и основных отклонений.

Таблица 4.1 – Рекомендуемые поля допусков в сопряжениях „шпонка – паз вала и паз втулки”

Поля допусков шпоночного соединения по номинальному размеру „вал – втулка” устанавливают в зависимости от условий работы: при точном центрировании (переходные посадки), при больших динамических нагрузках

(с натягом), при осевом перемещении втулки по валу (с зазором) по таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Рекомендуемые поля допусков в соединениях „вал - втулка”

Контроль шпоночных соединений комплексными и элементными калибрами. Допуски на изготовление комплексных калибров содержатся в ГОСТ 24109-80, а их конструкции и размеры регламентируются ГОСТ 24110-80 … 24121-80.

Допуски и посадки шлицевых соединений

Шлицевым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов и выступов.

Шлицевые соединения бывают подвижные и неподвижные.

Шлицевые соединения обладают значительными преимуществами по сравнению со шпоночными:

- меньшее число деталей в соединении;

- большая нагрузочная способность за счет большей площади контакта рабочих поверхностей ступицы и вала;

- лучшее центрирование соединяемых деталей;

- высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках.

Недостаток:

- высокая трудоемкость и стоимость изготовления.

Основные типы шлицевых соединений:

а) прямобочные;

б) эвольвентные;

в) треугольные.

Наибольшее распространение имеют прямобочные шлицевые соединения, размеры и допуски которых регламентированы ГОСТ 1139-80.

Характеристики поверхностей деталей в шлицевом соединении:

Z x d x D x b,

где Z - число шлицев;

D - наружный диаметр шлицевого вала;

d - внутренний диаметр шлицевого вала;

b- ширина шлицев.

Собираемость шлицевых деталей и получение требуемого характера соединения обеспечивается не только точностью каждого основного размера (D, d, b), но и суммарной погрешностью. Таким образом, собираемость деталей будет обеспечена, если действительные контуры шлицевых валов и втулок не выходят за соответствующие пределы допусков по D, d и b.

Одним из показателей точности шлицевых соединений является концентричность сопрягаемых деталей, которая обеспечивается соосностью валов и втулок. С этой целью предусматривается центрирующая поверхность, которая изготавливается наиболее точно. Существует три способа центрирования: по поверхности наружного диаметра D, по поверхности внутреннего диаметра d и по боковой поверхности шлицев b.

Выбор способа центрирования зависит от эксплуатационных требований и технологии изготовления шлицевых соединений.

Самым простым и экономичным способом центрирования является центрирование по наружному диаметру D. Его применяют: при невысокой твердости деталей соединения; для неподвижных соединений, поскольку в них отсутствует износ от осевых перемещений; для подвижных соединений, воспринимающих небольшие нагрузки (например, для лёгких условий работы).

Центрирование по поверхности внутреннего диаметра d применяется при высокой твердости термически обработанных деталей или при повышенных требованиях к центрированию (например, нормальные и тяжёлые условия работы).

При центрировании по D и d посадки создаются не только по центрирующим поверхностям, но также и по боковым сторонам зубьев. Это способствует повышению точности центрирования и ограничению боковых зазоров между зубьями и впадинами.

Центрирование по боковым сторонам зубьев b целесообразно при передаче знакопеременных нагрузок, больших крутящих моментов, а также при реверсивном движении. Такое центрирование способствует более равномерному распределению нагрузки между зубьями, но не обеспечивает высокой точности.

Особенности построения системы допусков и посадок для шлицевых соединений обусловлены тем, что собираемость шлицевых деталей затруднена из-за сложности контуров шлицевых деталей, поэтому посадки с натягом не применяются. Неподвижные соединения получают с помощью переходных или скользящих посадок.

В зависимости от назначения и условий работы к шлицевым соединениям могут предъявляться различные требования в отношении точности и характера сопряжения по центрирующим и нецентрирующим поверхностям. Поэтому для центрирующих поверхностей валов установлено 20 полей допусков с 5 по 10 квалитет с основными отклонениями g, e, f, h для образования посадок с зазором, а также j_S, k, m, n - для образования переходных посадок.

Для центрирующих поверхностей втулок установлены поля допусков:

- для поверхностей D и d - H6, H7, H8;

- для поверхности b - F8, D9, D10, F10, J_S10.

На нецентрирующие диаметры установлены следующие поля допусков:

- на наружный диаметр D для втулки - H12;

- на наружный диаметр D для вала - a11;

- на внутренний диаметр d для втулки - H11.

Внутренний нецентрирующий диаметр вала должен быть не менее диаметра d₁.

Применяемые посадки и допуски приведены в таблицах 5.1…5.6

Таблица 5.1 – Посадки по центрирующему диаметру d

Втулка	Отклонения валов
e	f	g	h	jS	n
H6
H7
H8

Таблица 5.2 – Посадки по центрирующему диаметруD

Втулка	Отклонение вала
e	f	g	h	jS	n
Н7
Н8

Для сопряжений по нецентрирующим боковым сторонам зубьев назначают посадки с большими допусками, чем на центрирующие поверхности.

Условные обозначения шлицевых прямобочных соединений и их деталей на чертежах должны содержать:

- букву, обозначающую поверхность центрирования (D, d, b), число зубьев z, номинальные значения основных размеров (D, d, b);

- для сборки - обозначения посадок по основным размерам (D, d, b),

- для деталей - поля допусков по основным размерам (D, d, b).

Например: для сборки d - 8´ 46 ´ 54 ´ 9 ,

для втулки d - 8´ 46H7´ 54H12´ 9D9,

для вала d - 8´ 46f7´ 54a11´ 0h9.

Таблица 5.3 – Посадки по ширине зубьев b при центрирующем диаметре D

Втулка	Отклонения валов
d	e	f	h	jS
F8
D9
F10
JS10

Шлицевые соединения контролируют комплексными проходными калибрами и поэлементными непроходными калибрами.

Допуски калибров для контроля шлицевых прямобочных соединений регламентированы ГОСТ 7951-80.

Таблица 5.4 – Поля допусков нецентрирующих диаметров

Таблица 5.5 – Посадки по ширине зубьев b при центрирующем диаметре d

Втулка	Отклонения валов
d	e	f	h	jS	k
F8
H8
D9
D10
F10
JS10

Таблица 5.6 – Посадки по центрирующей ширине зубьев b

Втулка	Отклонения валов
d	e	f	h	jS	k
F8
D9
D10
F10
JS10
Примечание: в таблицах обведены предпочтительные посадки

Способ центрирования прямобочных шлицевых соединения устанавливают по их условному обозначению.

При формировании посадок по центрирующим и нецентрирующим поверхностям прямобочных шлицевых соединений используют поля допусков гладких соединений по ГОСТ 25346-89. Поэтому основные отклонения и допуски размеров шлицевого соединения находят как для гладких цилиндрических соединений.

При центрировании прямобочных шлицевых соединений по наружному диаметру D и ширине шлицев b поля допусков отверстия по внутреннему диаметру выполняют по H11, а размер вала должен быть по ГОСТ 1139-80 не менее d₁, поле допуска при этом студент может назначить самостоятельно исходя из требований гарантированного зазора.

Неизвестные предельные отклонения и предельные размеры всех элементов шлицевых втулок и валов определяют так же, как отклонения и размеры гладких соединений.