Построение эвольвентного шлицевого соединения

Проектирование эвольвентных шлицев

Прим.: Можно перейти на вкладку «Расчет» для выполнения расчета и проверки прочности. Расчет выполняется по нажатию кнопки «Рассчитать».

Редактировать эвольвентное шлицевое соединение

1. Откройте сборку Autodesk Inventor , в которую уже вставлено эвольвентное шлицевое соединение, созданное с помощью Мастера проектирования.
2. Выберите эвольвентное шлицевое соединение, щелкните правой кнопкой мыши для отображения контекстного меню и выберите команду «Редактировать с помощью Мастера проектирования».
3. Можно добавить компоненты к соединению или изменить размеры. Нельзя удалить компонент из соединения. Вставленные компоненты нельзя удалить из генератора эвольвентных шлицев. Их можно удалить только из сборки Autodesk Inventor .

Вставка отдельного компонента соединения – канавка вала

1. Выберите на ленте вкладку «Модель» панель «Привод» «Эвольвентное шлицевое соединение» .
2. На вкладке «Модель» выполните следующие действия.
   • Щелкните стрелку рядом с полем редактирования «Тип шлицев» для выбора сплайна.
   • Введите размеры шлица.
   • Укажите положение канавки вала. Можно создать новую канавку вала или выбрать существующую. В зависимости от выбора включаются параметры в области «Канавка вала».
   • Укажите положение канавки ступицы.
   • Нажмите второй значок в области «Выбрать объекты для создания» для отмены вставки канавки ступицы, чтобы была вставлена только канавка вала.
3. Нажмите кнопку «OK».

Прим.: Можно перейти на вкладку «Расчет» для выполнения расчета и проверки прочности. Расчет выполняется по нажатию кнопки «Рассчитать».

Дополнительная вставка компонентов соединения

1. Откройте сборку Autodesk Inventor , в которую уже вставлено эвольвентное шлицевое соединение, созданное с помощью Мастера проектирования.
2. Выберите эвольвентное шлицевое соединение, щелкните правой кнопкой мыши для отображения контекстного меню и выберите команду «Редактировать с помощью Мастера проектирования».
3. В области «Выбрать объекты для создания» нажмите значок вставленного объекта (канавка вала, канавка ступицы).
4. Укажите геометрию.
5. Нажмите кнопку «OK».

Расчет эвольвентного шлица

1. Выберите на ленте вкладку «Модель» панель «Привод» «Эвольвентное шлицевое соединение» .
2. На вкладке «Проект» щелкните стрелку рядом с полем редактирования «Тип шлицев» для выбора сплайна и ввода его размеров.
3. Перейдите на вкладку «Расчет».
4. Выберите метод и тип расчета прочности.
5. Введите расчетные значения. Значения и единицы измерения можно изменять непосредственно в полях редактирования.
6. Нажмите «Рассчитать», чтобы выполнить расчет.
7. Результаты расчета отображаются в области «Результаты». Входные значения, которые привели к сбою расчета, отображаются красным (это значение не соответствует другим введенным значениям или критериям расчета). Отчеты расчетов отображаются в области сводки сообщений, которая открывается, если щелкнуть угловую скобку в правой нижней части вкладки «Расчет» или «Модель».
8. Если результаты расчета соответствуют требованиям проектирования, нажмите кнопку «OK».

На уровень выше: Генератор компонентов эвольвентных шлицев

3. Эвльвентные шлицевые соединения

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба имеют то же назначение, что и прямобочные, но обладают рядом преимуществ: технологичностью; повышенной прочностью и передают большие крутящие моменты при аналогичных геометрических параметрах. Эвольвентные шлицевые соединения, особенно в тя­желонaгруженных механизмах, вытесняют шлицевые пря­мобочные соединения. Это объясняется повышенной проч­ностью зубьев эвольвентных шлицевых валов, более вы­сокой технологичностью их изготовления (при заданном модуле шлицы любого размера вала нарезают с помощью одной червячной фрезы) и высокой точностью центриро­вания шлицевых соединений. Шлицевые валы и втулки эвольвентных шлицевых сое­динений отличаются формой и размерами зубьев и впа­дин от аналогичных валов и втулок прямобочных шлице­вых соединений. Боковые поверхности зубьев и впадин выполнены по кривой, называемой эвольвентой, подобно профилю зубьев зубчатых колес.

Рисунок 10. Эвольвентные шлицевые: а-вал, б-втулка

3.2. Геометрические характеристики

Профиль зубьев очерчи­вается окружностью выступов и впадин. Для вала (рис. 10, а) диаметр окружности вершин зубьев обозна­чают da, а диаметр окружности впадин df. Для втулки (рис рис. 10, б) диаметр окружности впадин обозначают Df,а диаметр окружности вершин зубьев-Da.

Рисунок 11. Параметры эвольвентного шлицевого соединения

Важной разме­рной характеристикой зубьев вала и втулки являются тол­щина s зуба вала и ширина впадины e втулки, определяе­мые по делительной окружности диаметром d. Диаметр делительной окружности выражается через число зубьев z и модуль т (d =тz). За номинальный диаметр соединения принимают на­ружный диаметр D. Геометрические характеристики соединения определяются по зависимостям показаны на рис. 11,12,13 и определены в табл.1.

3.3. Центрирование и посадки

Эвольвентные шлицевые соединения чаще центрируют по наружному диаметру D (рис 12) и по бо­ковым поверхностям зубьев s = e (рис 13). Допу­скается центрирование по внутреннему диаметру. Форма дна впадины вала и втулки может быть как закругленной (см. рис 13), так и плоской ( рис 12). Размерные ряды шлицевых эвольвентных соединений (номинальные диаметры D, модули и числа зубьев z) при­ведены в / 8 /. Выборка наиболее часто применяемых D, m и z приведены в таблице 2, где предпочтительные выделены жирным шрифтом. Посадки по не центрирующим диаметрам установлены только при плоской форме диаметра впадины (табл 3). В случае закругленной формы дна впадины при центрировании как по наружному диаметру D, тaк и по боковым поверх­ностям зубьев s=e на размер d_f поле допуска не назначают; размер d_f ограничивают его наибольшим значением dfmax (для исключения возможного защемления вершин зубьев втулки во впадинах вала). Допуск для диаметра Df окружности впадин втулки также не пре­дусмотрен; размер диаметра Df ограничен наименьшим зна­чением. Поля допусков и посадки шлицевых эвольвентных сое­динений даны в табл. 3,4,5 и показаны на рис.14,15.

Таблица 1. Параметры шлицевого эвольвентного соединения

Диаметр делительной окружности

Делительный окружной шаг

Р = π т

Номинальная делительная окружная толщина зуба вала (впадины втулки)

s =е=0,5π m + 2х m tg α

Смещение исходного контура

xm = 0,5 [D–m( z+1,1 )]

Номинальный диаметр окружности впадин втулки

Df = D

Номинальный диаметр окружности вершин зубьев втулки

Dа = D — 2m

Номинальный диаметр окружности впадин вала

df max = D – 2,2m

Номинальный диаметр окружности вершин зубьев вала: при центрировании по боковым поверхностям зубьев

da = D — 0,2m

da = D

Рисунок 12. Центрирование по наружному диаметру ШЭС.

Рисунок 13. Центрирование по боковым сторонам ШЭС.

Таблица 2. Номинальные значения основных параметров эвольвентных шлицевых соединений (1-го ряда, часто применяемые)

Номинальный диаметр D. мм

Число зубьев z

Таблица 3. Посадки при центрировании по наружному диаметру Df =da

при форме дна впадины

при форме дна впадины

H7 / n6

H7 / h6

H7 /g6

H7 / f7

n6; h6;g6; f7 (для 1-го и 2-го рядов)

js6 (только для 1-го ряда)

9H/9h ; 9h/9g ; 9H/9d ;

Рисунок 14. Посадки при центрировании по Df=da

Таблица 4. Посадки при центрировании по боковыми поверхностям s = e

при форме дна впадины

при форме дна впадины

7H/7n ;7H/7h; 7H/8p; 7H/8k; 7H/9r;

9H/7f ; 9H/8k; 9H/8f ; 9H/9g 9H/9h ;

На ширину e впадины втулки и толщину зуба s допу­ски установлены не по квалитетам, а по степеням точности, обозначаемым цифрами в порядке убывания точности: 7, 9 и 11 (для толщины зуба s вала дополнительно предусмо­трены 8-я и 10-я степени точности). Чтобы отличить поле допуска по квалитету от поля допуска по степени точности, при условном обозначении поля допуска степень точности указывают левее основного отклонения, например 7Н, 9h и т. д.

Верхнее и нижнее отклонения ширины впадины е втулки или толщины зуба s вычисляются по зависимостям табл. 1 и даны в Гост 6033-80.

Отклонения отсчитывают от номинального размера s = е по дуге де­лительной окружности d. На сборку шлицевых эвольвентных соединений влияют отклонения формы и расположения поверхностей, поэтому для обеспечения сборки стандартом установлен суммарный допуск Т (см. рис. 7), состоящий из двух допу­сков: допуска Ts(Тe) собственно на размер s (е) и допуска T — Ts (Т — Te) формы и расположения элементов про­филя зуба вала (соответственно профиля впадины втулки). Поле допуска Т -Ts на рис. 16 заштриховано накрест.

Вследствие того, что допуск Т, по толщине зуба вала и ширине впадины втулки состоит из двух частей, стан­дарт, для каждого поля, содержит три отклонения:

• основное (суммарное), обозначенное es для вала и ЕI для втулки
• верхнее es и нижнее ei — для вала
• и соответственно ES и EI — для втулки (см. табл.6).

Рисунок 15. Посадки при центрировании по s=eТаблица 5. Посадки при центрировании по внутреннему диаметру Da =df

Размер	Поля допусков при форме дна впадины		Посадки при форме дна впадины
	плоской	закруглённой	плоской	закруглённой
Da	H7 (1-й ряд) H8 (2-й ряд)		H7 / n6 H7 / h6 H7 /g6	H8/n6 H8/h6 H8/g6
df	n6; h6;g6;
Df	H16	Dfmax=D+2,2m	H16/h12	—
da	h12	h12
e	9H и 11H		9H/9g 9H/9h ; 9H/9d; 11H/11c; 11H/10a;
s	9h; 9g; 9d 11c; 11a

Примечание к таблицам 3,4,5: При выборе полей первый ряд следует предпочитать второму. Предпочтительные посадки выделены. Наибольшие значения нецентрирующих диаметров подсчитывать по формулам: Df max = D + 2,2m, df max = D — 2,2m, где m-модуль. Рисунок 16. Расположение полей допусков толщины зуба s и ширины впадины e эвольвентного шлицевого соединения.

Построение эвольвентного шлицевого соединения

Шлицевые соединения с унифицированным эвольвентным профилем
Владимир Зиновьевич Мельников

Широкое применение соединений типа вал-втулка в виде структурных элементов передач вызывает потребность в поиске путей повышения их качества и эффективности использования.

В передачах наиболее широко применяются шлицевые соединения как прямобочные с нулевым углом профиля, так и эвольвентные с углом профиля 30° [1]. Как предмет производства — это наукоемкий и трудоемкий элемент передач с повышенными требованиями к качеству изготовления и надежности. Основной вид отказа таких соединений — это смятие шлицев, как показано, например на (рис. 1).

Рис.1 Вал со смятыми зубьями.
Повышение несущей способности, ресурса и технологичности шлицевых соединений представляет собой сложную научно-техническую задачу. Известные способы решения — за счет увеличения размеров и повышения качества изготовления при традиционной технологии существенно затратны. Другое направление — это унификация геометрии шлицев по типу их профиля и производящего инструмента. Для эвольвентных шлицев таким решением может быть переход на вид соединений с эвольвентными зубьями по примеру зубчатых муфт. Это позволяет использовать для их изготовления стандартный зуборезный инструмент, например червячные фрезы и зуборезные долбяки, и исключить потребность в дорогостоящем протяжном инструменте. В зубчатых передачах подобное соединение может иметь унифицированную геометрию и с зубчатым венцом колеса, что еще более повышает их эффективность. При замене шлицевого соединения на зубчатое центрирование зубьев будет осуществляться по боковым поверхностям, а их геометрия соответствовать геометрии зубьев внутреннего зацепления и определяться в соответствии со стандартом [2].
Для сравнения в таблице 1 приведены результаты геометрического и прочностного расчета шлицевого эвольвентного и зубчатого соединения с номинальным диаметром D = 45, модулем m = 3, числом шлицев z = 13 и длиной шлицев l = 35. Расчетный долбяк для зубчатой втулки: 2537-0162 ГОСТ 9323-79; модуль m₀ = 3; число зубьев z₀ = 9; диаметр вершин зубьев d_a0 = 34,44; коэффициент смещения x₀ = –0,01. Число оборотов вала N₁= 450 1/мин; крутящий момент на валу T₁ = 6,5 кгс∙м; материал вала и втулки сталь 20Х; твердость шлицев HRC = 60. Все линейные размеры в мм, а угловые — в градусах. Индекс 1 относятся к валу, а индекс 2 — к втулке.

Анализ результатов расчета показывает, что многие параметры геометрии шлицевого и зубчатого соединения при одинаковых исходных данных почти полностью совпадают или различаются незначительно. В основном это относится к диаметральным размерам и высоте шлицев и зубьев. В частности, в зубчатом соединении по сравнению со шлицевым увеличился диаметр впадин и уменьшился диаметр вершин втулки и наоборот, диаметр вершин вала увеличился, а диаметр впадин уменьшился. Как это видно из таблицы высота зубьев в итоге стала больше. При этом вследствие большей кривизны эвольвентной поверхности контактные напряжения в шлицевом соединении будут меньше, чем в зубчатом, что и подтверждается данными из таблицы. Учитывая, что расчетные напряжения в соединениях всегда должны быть меньше допускаемых, то подобную замену шлицев на зубья и в допустимых пределах уменьшение прочности и увеличение габаритов соединения следует считать эффективной, так как основной эффект достигается за счет большей технологичности и возможности применения доступного зуборезного инструмента. При полной унификации зубьев соединения и передачи, когда их исходный контур и модули одинаковы, номенклатура инструмента может быть минимизирована, т. е. зубья вала, втулки и зубчатого венца могут быть нарезаны одним или двумя долбяками с разным числом зубьев.
В таблице 2 приведены результаты расчета соединения зубчатого колеса с валом с номинальным диаметром 50, модулем 3, числом зубьев 15 и длиной 45 при одинаковом исходном контуре и модуле зубьев. Исходный контур ГОСТ 13755-81. Расчетный долбяк для зубчатой втулки и зубьев колеса: 2537–0174 ГОСТ 9323-79; модуль 3; число зубьев 12; диаметр вершин зубьев 43,62; коэффициент смещения 0,02. Число оборотов вала — 350 1/мин; крутящий момент на валу — 7,5 кгс∙м; материал вала и втулки сталь 20Х; твердость зубьев HRC = 60. Зубчатое колесо: число зубьев 25; модуль 3; ширина зубьев 40; материал — сталь 20Х; твердость — 60. Индексы 1 и 2 относятся к соединению, а индекс 3 к зубчатому колесу.

Как следует из таблиц, проектирование соединений с зубчатым профилем, а также с одинаковым модулем как в соединении, так и передаче технологически реализуемо. При этом контактные напряжения в соединении будут больше, чем в передаче из-за меньшего радиуса точки приложения нагрузки. Вследствие этого работоспособность передачи при заданной нагрузке всегда будет определяться несущей способностью соединения. Для изготовления зубчатых соединений и передач с одинаковым модулем можно использовать единый инструмент в виде зуборезного долбяка, что позволяет повысить эффективность производства.
Наибольший эффект это дает при единичном и мелкосерийном производстве, так как расширяет возможности применения зубчатых шлицев вместо других типов соединений, например, шпоночных.

Владимир Зиновьевич Мельников, к. т.н.
E‑mail: melcapr@list.ru

Литература
1. ГОСТ 6033–80. Соединения шлицевые эвольвентные с углом профиля 30°. М.: Изд-во стандартов, 1982. 74 с.
2. ГОСТ 19274–73. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внутреннего зацепления. Расчет геометрии. М.: Изд-во стандартов, 1974. 26 с.

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи
или пресс-релизы с ссылками и изображениями.
ritm@gardesmash.com

Шлицевые эвольвентные соединения

Соединение шлицевое эвольвентное с углом профиля 30° по ГОСТ 6033-80. Размеры.

Эвольвентные шлицевые соединения имеют ряд преимуществ по сравнению с прямобочными:

1. При изготовлении элементов соединения могут быть применены все технологические процессы точной зубообработки.
2. Более совершенная технология изготовления позволяет получить более высокую точность соединения.
3. Эвольвентный зуб, утолщенный у основания, более прочен.
4. Соединения могут быть косозубыми, что при определенных соотношениях угла наклона зубьев колеса и зубьев вала позволяет применять косозубые передвижные колеса в коробках скоростей.

В разделе приведены основные соотношения и размерные ряды.

Исходный контур эвольвентного шлицевого соединения

Номинальные диаметры, модули, числа зубьев эвольвентного шлицевого соединения

1. Стандарт предусматривает D от 4 до 500 мм;
2. D и m первого ряда предпочтительнее;
3. Числа зубьев, заключенные в рамки, предпочтительнее;
4. Модуль 3,5 по возможности не применять.

Соединение шлицевое эвольвентное с углом профиля 30° по ГОСТ 6033-80. Допуски.

В разделе приведены допуски и посадки шлицевых эвольвентных соединений. Центрирование эвольвентных шлицевых соединений производят в большинстве случаев по боковым сторонам зубьев; при особо высоких требованиях к точности соединения применяется центрирование по наружному диаметру. Даны примеры условных обозначений.

Расположение поля допуска ширины впадины e втулки

Расположение полей допусков толщины зуба s вала

Центрирование по боковым поверхностям

Центрирование по наружному диаметру

Допуски и основные отклонения для центрирующих диаметров D_f и d_a — по СТ СЭВ 145-75.

Допуски нецентрирующих диаметров

Условное обозначение эвольвентных шлицевых соединений

Примеры условных обозначений:

а) соединения D=50 мм, m=2 мм с центрированием по боковым сторонам зубьев с посадкой по боковым сторонам зубьев 9H/9g:

50х2х9H/9g ГОСТ 6033-80

То же, втулки соединения:

50х2х9H ГОСТ 6033-80

То же, вала соединения:

50х2х9g ГОСТ 6033-80

б) соединения D=50 мм, m=2 мм с центрированием по D_f с посадкой по диаметру центрирования H7/g6:

50хH7/g6х2 ГОСТ 6033-80

То же, втулки соединения:

50хН7х2 ГОСТ 6033-80

То же, вала соединения:

50хg6х2 ГОСТ 6033-80

Соседние страницы

• Шлицевые прямобочные соединения
• Шлицевое соединение с треугольным профилем, бесшпоночное соединение.
• Примеры шлицевых соединений
• Кольца упругие конические
• Кольца конические разрезные
• Втулки конические разрезные с фланцем