Что такое шлиц на двигателе

Детали машин

Характеристика шлицевых соединений

Шлицевое соединение образуют выступы (зубья) на валу (рис. 1, 2, 3) , входящие в соответствующие впадины (шлицы) в ступице.
Рабочими поверхностями являются боковые стороны выступов.
Выступы на валу выполняют фрезерованием, строганием или накатыванием в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Впадины в отверстии ступицы изготовляют протягиванием или долблением.

Условно можно представить шлицевое соединение, как многошпоночное соединение, у которого шпонки выполнены как одно целое с валом.

Основное назначение шлицевых соединений — передача вращающего момента между валом и ступицей. При этом ступица может быть закреплена на колесе, фланце, шкиве, ролике или другом валу (карданный вал) .
Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.

Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:

• Способность точно центрировать соединяемые детали или точно выдерживать направление при их относительном осевом перемещении.
• Меньшее число деталей соединения (шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное – три) .
• Большая несущая способность вследствие большей суммарной площади контакта.
• Взаимозаменяемость (нет необходимости в ручной пригонке) .
• Большая усталостная прочность вследствие меньшей концентрации напряжений изгиба, особенно для эвольвентных шлицев.
• Меньшая длина ступицы и меньшие радиальные зазоры.
• Большая надежность при динамических нагрузках.

Недостатки шлицевых соединений — более сложная технология изготовления (зубофрезерование, протягивание, шлифование) , а следовательно, более высокая стоимость.

Классификация шлицевых соединений

Шлицевые соединения различают:

• по характеру соединения — неподвижные для закрепления детали на валу; подвижные, допускающие перемещение вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач; шпинделя сверлильного станка, карданного вала автомобиля) ;
• по форме выступов — прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Шлицевые соединения с прямобочным профилем

Соединения с прямобочным профилем (рис. 1,а) применяют в неподвижных и подвижных соединениях. Они имеют постоянную толщину выступов.

Стандарт предусматривает три серии соединений с прямобочным профилем: легкую, среднюю и тяжелую, которые различаются высотой и числом z выступов. Тяжелая серия имеет более высокие выступы с большим их числом; рекомендуется для передачи больших вращающих моментов.

Центрирование (обеспечение совпадения геометрических осей) соединяемых деталей выполняют по наружному D , внутреннему d диаметрам или боковым поверхностям b выступов.
Выбор способа центрирования зависит от требований к точности центрирования, от твердости ступицы и вала. Первые два способа обеспечивают наиболее точное центрирование.
Зазор в контакте поверхностей: центрирующих — практически отсутствует, не центрирующих — значительный.

Центрирование по наружному диаметру D (рис. 2,а) . В этом случае точность обработки сопрягаемых поверхностей обеспечивают: в отверстии — протягиванием, на валу – шлифованием. По диаметру D обеспечивают сопряжение по одной из переходных посадок.
По внутреннему диаметру d между деталями существует зазор.
При передаче вращающего момента на рабочих боковых сторонах действуют напряжения смятия σ_см .

В соответствии с технологией обработки центрирующей поверхности в отверстии (протягивание) центрирование по наружному диаметру может быть применено при невысокой твердости ступицы (≤ 350 НВ) .

Центрирование по внутреннему диаметру d (рис. 2,б) .
Применяют при высокой твердости ступицы ( ≤ 45 HRC) , например, после ее закалки, когда затруднена калибровка ступицы протяжкой или дорном.
Точность обработки сопрягаемых поверхностей обеспечивают: в отверстии — шлифованием на внутришлифовальном станке, на валу — шлифованием впадины профилированными кругами, в соответствии с чем предусматривают канавки для выхода шлифовального круга.

По центрирующему диаметру d обеспечивают сопряжение по переходной посадке. Размер h площадки контакта определяют так же, как и при центрировании по наружному диаметру.

Центрирование по D или d применяют в соединениях, требующих высокой соосности вала и ступицы (при установке на валы зубчатых или червячных колес в коробках передач автомобилей, в станках, редукторах; а также при установке шкивов, звездочек, полумуфт на входных и выходных концах валов) .

Центрирование по боковым поверхностям b (рис. 2,в) . В сопряжении деталей по боковым поверхностям зазор практически отсутствует, а по диаметрам D и d имеет место явный зазор. Это снижает точность центрирования, но обеспечивает наиболее равномерное распределение нагрузки между выступами.
Поэтому центрирование по боковым поверхностям b применяют для передачи значительных и переменных по значению или направлению вращающих моментов, при жестких требованиях к мертвому ходу и при отсутствии высоких требований к точности центрирования: например, шлицевое соединение карданного вала автомобиля.

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем

Соединения с эвольвентным профилем (рис. 1,б) применяют в неподвижных и подвижных соединениях. Боковая поверхность выступа очерчена по эвольвенте (как профиль зубьев зубчатых колес) .
Эвольвентный профиль отличается от прямобочного повышенной прочностью в связи с утолщением выступа к основанию и плавным переходом в основании.
Соединения обеспечивают высокую точность центрирования; они стандартизованы — за номинальный диаметр соединения принят наружный диаметр D .

По сравнению с прямобочным, соединение с эвольвентным профилем характеризует большая нагрузочная способность вследствие большей площади контакта, большего количества зубьев и их повышенной прочности. Применяют для передачи больших вращающих моментов. Шлицевые соединения с эвольвентным профилем шлицев считаются наиболее перспективными.

Применяют центрирование по боковым поверхностям S зубьев, реже — по наружному диаметру D .

Шлицевые соединения с треугольным профилем

Соединения с треугольным профилем (рис. 1,в) изготовляют по отраслевым нормалям. Применяют в неподвижных соединениях. Имеют большое число мелких выступов–зубьев ( z = 20. 70; т = 0,2. 1,5мм) . Угол β профиля зуба ступицы составляет 30°, 36° или 45°. Применяют центрирование только по боковым поверхностям, точность центрирования невысокая.

Применяют для передачи небольших вращающих моментов тонкостенными ступицами, пустотелыми валами, а также в соединениях торсионных валов, стальных валов со ступицами из легких сплавов, в приводах управления (например, привод стеклоочистителя автомобиля) .

Соединения с треугольным профилем применяют также при необходимости малых относительных регулировочных поворотов деталей. Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением σ_в > 500МПа .

Материалы и допускаемые напряжения смятия

Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением σ_в > 500 Н/мм 2 (МПа).
В Таблице 1 приведены значения [σ]_см , принятые с учетом опыта эксплуатации при длительном сроке службы. Большие значения [σ]_см принимают при легких режимах работы, когда соединение большую часть времени нагружено моментами, значительно меньшими максимально длительно действующего вращающего момента.

Таблица 1 . Допускаемые напряжения смятия при средних условиях эксплуатации

Содержание

• По форме профиля шлицев (зубьев):
  • прямобочные [1] ;
  • эвольвентные [2] ;
  • треугольные.

• По передаваемой нагрузке:
  • Лёгкая серия;
  • Средняя серия;
  • Тяжёлая серия.

• По способу центрирования сопрягаемых деталей:
  • по наружному диаметру зубьев;
  • по внутреннему диаметру зубьев;
  • по боковым поверхностям зубьев.

• По степени подвижности:
  • подвижное;
  • нормальное;
  • неподвижное.

Обозначение шлицевого соединения

В обозначении шлицев указывается:

1. буква, указывающая на поверхность центрирования, ри центрировании по наружному диаметру в начале обозначения указывается — D, по внутреннему диаметру — d, при центрировании по боковым поверхностям — b.
2. число зубьев
3. внутренний диаметр d (при надобности, с полем допуска)
4. наружный диаметр D (с полем допуска на размер)
5. ширина зуба b (с полем допуска на размер)

Если размер не является центрирующим, то допускается не указывать на него поле допуска.

Пример обозначения шлицев

Для составления конструкторской документации обозначим вал с центрированием по внутреннему диаметру d=36 мм, допуском f7, восемью шлицами, внутренним диаметром D=40 мм с допуском a11, шириной зуба 7 мм с допуском f9.

Для втулки этого же шлицевого соединения обозначение будет выглядеть следующим образом:

Сферы применения

Шлицевые соединения необходимы для сопряжения валов между собой посредством муфт, а также для передачи вращательного момента насадным элементам, таким как зубчатые и маховые колеса, шкивы, эксцентрики и т. д. Задействование шлицевых валов особенно востребовано в области приборостроения и машиностроительной промышленности. Автомобилестроение задействует шлицевые соединения в механизмах переключения передач, карданных передачах, колесных механизмах. Также шлицевые валы применяются при сборке крупной бытовой техники.

Применение

Необходимость в применении зубчатых соединений возникает, когда надо передать большой крутящий момент и предъявляются высокие требования к соосности ведущей и ведомой детали и точности движения. Шлицы позволяют втулке перемещаться вдоль оси, изменяя передаточное число зацепления без остановки механизма. Благодаря этому они применяются в коробках передач автомобилей, станков, загрузочных агрегатов.

Назначение шлица, как и шпонки, передавать крутящий момент с заданной угловой скоростью.

Распределение нагрузки относительно оси вращения равномерное, по количеству зубьев, исключается радиальное биение. Это используется в точных приборах, где необходима точность.

Вращение с помощью треугольных зубцов встречается в бытовых приборах, электроинструменте:

• миксеры;
• газонокосилки;
• дрели;
• роботы-пылесосы.

Во всех областях машиностроения, станкостроения, машинах и других средствах передвижения применяется компактный и мощный узел передачи вращения.

Соединения шлицевые прямобочные. Допуски по ГОСТ 1139-80

В разделе приведены поля допусков различных посадок, применяемых при всех видах центрирования. Даны примеры обозначений зубчатых прямобочных соединений.

Центрирование шлицев по внутреннему диаметру

Центрирование шлицев по наружному диаметру

Центрирование шлицев по боковым сторонам зубьев

Крестообразный шлиц

Как вы уже догадались, речь пойдет о самом популярном в наши дни виде шлица — крестовом. Мало кто знает, но крестообразный шлиц имеет два подтипа, называемые Филлипс и Позидрив.

Итак, Филлипс. Несмотря на то, что сейчас это название соединения, изначально так называлась торговая марка, первая начавшая выпускать соединения этого типа. По некоторым данным, крестовой шлиц существует с XVI века. Требуется отметить, что несмотря на большую распространенность, крестовой шлиц обладает рядом отрциательных качеств:

• Отвертка постоянно выскальзывает из отверстия и царапает поверхность;
• Если вы пользуетесь механическим инструментом, то рискуете просто-напросто сорвать резьбу;

Позидрив — более современный аналог крестового шлица, однако получивший меньшую распространенность. Само название крепежа — название торговой марки, зарегистрировавшей его в 1956 году, после получения патента на производство шлицев Филлипс.

Сам позидрив представляет собой значительно улучшенный вариант крестового шлица, от резьбы которого отходят тонкие лучи-прорези, фиксирующие специальную отвертку и избавляющие от проблем с выскальзыванием. Однако, из-за необходимости использовать отдельную отвертку, позидрив используется гораздо реже, чем Филлипс.

Этапы производства и оборудование

Для изготовления шлицевых валов применяется совокупность различных операций преимущественно на токарно-фрезерном оборудовании. Этапы создания шлицевого вала выстраиваются в определенном алгоритме:

• отрез металлических заготовок;
• подрезка торцов и центровка заготовки;
• выточка заготовок на многорезцовых станках;
• рифление;
• создание шлицев, обработка детали по заданным параметрам с помощью фрез спирального, фасонного, дискового или углового типа;
• шлифовка и полировка изделия.

При производстве валов шлицевого типа особое внимание уделяется детализации изделия – она должна проводиться с максимальной точностью, сечение цилиндра при этом должно исключать любые отклонения от формы идеального круга, а отполированные поверхности вала должны иметь минимальный уровень шероховатостей и неровностей.