Содержание8
Шлицевое соединение передаёт момент несколькими зубьями сразу, поэтому ответная деталь садится на вал по профилю целиком. В заявке часто есть только образец — ступица, кусок карданного вала или рулевой вал — и кажется, что числа зубьев и наружного диаметра уже хватает. Для совместимой пары этого мало: профиль, ширина зуба, способ центрирования и посадка решают, соберётся узел или встанет на первом миллиметре.
Коротко: прямобочный шлиц по ГОСТ 1139-80 центрируют по внутреннему диаметру d, по наружному D или по боковым сторонам b; при центрировании по d поверхности вала и втулки шлифуют после термообработки. Эвольвентный шлиц с углом 30° задают по ГОСТ 6033-80 и центрируют боковыми поверхностями; угол 45° с профилем 30° не смешивают. С образца снимают z, d, D, ширину зуба или модуль, угол и букву центрирования.
Шлицевое соединение на валу: момент, посадка и типовые узлы
Шлицевое соединение собирают из двух деталей: шлицевой вал несёт наружные зубья, шлицевая втулка — ответные впадины. Момент идёт через боковые грани, соосность держит назначенную центрирующую поверхность. Посадка бывает неподвижной или с рабочим осевым ходом: это разные узлы.
Неподвижная посадка типична для ступицы, муфты и фланца: втулка сидит на валу без рабочего смещения вдоль оси. Скользящий участок устроен иначе. Шлицевое соединение карданного вала компенсирует изменение длины при ходе подвески: втулка ходит по шлицам в смазке, боковой зазор оставляют под ход и под реверс. Шлицевое соединение рулевого вала тоже скользящее: телескопический участок меняет длину колонки и передаёт момент дальше.
Заявка без чертежа звучит как «ответная деталь к валу» или «втулка по образцу». Так приходят карданы Газели, Рено Дастер 4×4, Прадо 150 и ГАЗон Next: марка называет узел, размеры снимают с детали. Руководство по замене узла обмер профиля не заменяет.
Шлицевая втулка садится на шлицевой вал при совпадении профиля, ширины зуба и центрирования. Одинаковый наружный диаметр ступицы и скользящей вилки о зазоре не говорит: у неподвижной пары боковой зазор минимальный, у скользящей он нужен для хода и слоя смазки.
Прямобочные и эвольвентные шлицы: геометрия и несущая способность
Прямобочный шлиц регулируется ГОСТ 1139-80: грани параллельны, профиль задают числом зубьев z, внутренним диаметром d, наружным D и шириной зуба b. Эвольвентный шлиц при угле давления 30° на делительной окружности регулируется ГОСТ 6033-80. Угол 45° оставляют отдельным короткозубым вариантом, без номера ГОСТ в обозначении.
У эвольвентного зуба основание толще, радиус перехода у корня больше. Концентрация напряжений ниже, прочность соединения выше. На реверсивном приводе упрощение до прямобочного профиля переносит риск трещины в корень зуба.
Угол пишут в чертеже. Профиль 45° даёт короткие зубья: детали ослабляются меньше, высота рабочей поверхности мала, несущая способность ниже. Втулка под 30° на вал под 45° не садится. Лёгкая серия в таблице — одна строка про меньшую несущую способность; где её применяют, сказано в разделе про неподвижное соединение.
| Параметр | Прямобочный шлиц | Эвольвентный шлиц |
|---|---|---|
| Форма боковой грани | Параллельные прямые | Эвольвента |
| Основание зуба | Уже у корня | Толще |
| Радиус у корня | Меньше | Больше, напряжение у корня ниже |
| Центрирование | По d, по D или по сторонам b | По боковым поверхностям, самоцентрирование |
| Угол давления | Углом давления не задаётся | 30° по ГОСТ 6033-80 или 45° |
| Несущая способность | По серии и ширине грани | Выше за счёт корня; при 45° ниже |
| Лёгкая серия | Меньшая несущая способность | Серию задают у прямобочного профиля |
Центрирование по малому диаметру, наружному диаметру и боковым сторонам
У прямобочного шлица по ГОСТ 1139-80 центрирование назначают отдельно от формы зуба. Малый диаметр в обозначении — это внутренний диаметр d. Прямобочный шлиц может центрироваться по d: пояски вала и втулки совпадают по малому диаметру, боковые грани передают момент. По ГОСТ 1139-80 также центрируют по наружному диаметру D и по боковым сторонам b.
Центрирование по малому диаметру требует шлифования после термообработки. Центрирующие поверхности вала и втулки шлифуют после закалки: поводка и усадка сбивают размер, снятый до термообработки. Пара тогда не собирается либо садится с биением. Шлифование не той поверхности оставляет посадку на побочном диаметре. Если в чертеже центрирование по d, а шлифовали наружный D, втулка клинит по вершинам или теряет соосность.
Эвольвентный шлиц центрируется через центрирование по боковым поверхностям зубьев. Форма профиля даёт самоцентрирование, отдельный центрирующий диаметр здесь не главный. Большой боковой зазор лишает пару самоцентрирования на реверсе: зуб выбирает люфт ударом. Зазор по боковым сторонам указывают вместе с углом давления.
Неподвижное и скользящее соединение: карданный и рулевой вал
Неподвижное соединение без рабочего осевого хода: втулка сидит на шлицевом валу, грани передают момент, бурт или стопор держат ось. Лёгкая серия прямобочных шлицев имеет меньшую несущую способность и идёт в основном на неподвижные соединения с небольшой нагрузкой. На скользящий кардан под переменным моментом серию берут по обозначению ответной детали: лёгкая серия не держит момент средней.
Шлицевое соединение карданного вала ходит с подвеской, шлицевое соединение рулевого вала — со сдвигом колонки. Зазор по боковым граням больше, чем у ступицы: в нём слой смазки и запас на ход. Плотная пара идёт рывками, свободная стучит на реверсе.
Смазка шлицевых соединений карданных валов держит скользящую пару. Чем смазать шлицевое соединение карданного вала, записано в руководстве узла: там же берут литиевую смазку шлицевого соединения рулевого вала, в том числе для Toyota. Заглушка шлицевого соединения карданного вала Прадо 150 удерживает смазку; снятую ставят обратно.
- Рабочий осевой ход есть у кардана и рулевого вала; у ступицы хода нет.
- Серия и нагрузка. Лёгкая серия — неподвижное соединение с небольшой нагрузкой; на кардан серию копируют с ответной детали.
- Зазор по граням минимальный у неподвижной посадки и увеличенный у скользящей.
- Смазка и заглушка: литиевая смазка по руководству узла, заглушка удерживает её внутри.
Какие параметры измерить на образце, чтобы восстановить обозначение
Обозначение восстанавливают измерениями. Формат прямобочного шлица по ГОСТ 1139-80 — буква центрирования и запись z×d×D×b: схемы d–z×d×D×b, D–z×d×D×b и b–z×d×D×b. Числа подставляют с детали или из таблицы стандарта под измеренный размер. Для эвольвенты по ГОСТ 6033-80 в запись входят модуль, число зубьев и угол 30°; угол 45° пишут отдельно.
На прямобочном образце обязательны внутренний d, наружный D, ширина зуба b и буква центрирования. Ширину зуба вала и ширину впадины втулки пишут раздельно: это размеры одной посадки. На эвольвентном образце нужны модуль или окружной шаг, угол 30° или 45°, диаметры по вершинам и по впадинам, толщина зуба.
Изношенный карданный образец меряют на рабочем участке хода втулки и отдельно записывают выработку по граням. Край без выработки даёт размер под обозначение, лунка на грани — текущий зазор. В заявку идут оба числа: размер под обозначение и величина выработки.
| Параметр | Прямобочный шлиц | Эвольвентный шлиц |
|---|---|---|
| Число зубьев z | По окружности | По окружности |
| Наружный диаметр D | Вершины вала, впадины втулки | По вершинам |
| Внутренний диаметр d | Впадины вала, вершины втулки | По впадинам |
| Ширина зуба | b вала, обязательно | Толщина по делительной |
| Ширина впадины | У втулки, парный размер к b | У втулки |
| Шаг или модуль | Шаг по дуге как контроль | Модуль или шаг, обязательно |
| Угол давления | Не измеряют | 30° или 45° |
| Длина шлицев | Рабочая длина зуба | Рабочая длина зуба |
| Центрирующая поверхность | Буква d, D или b | Боковые поверхности |
| Биение центрирующего диаметра | У d или D, если они центрируют | У шеек рядом с профилем |
| Зона износа | Рабочий участок и грань | Рабочий участок и грань |
Почему числа зубьев и наружного диаметра недостаточно
Одинаковые z и D оставляют свободными серию, ширину зуба, центрирование, угол давления и вид посадки. Замена шлицевого соединения карданного вала Газели, Рено Дастер 4×4 и ГАЗон Next 10 т — одна задача: восстановить профиль до изготовления пары. Ремонт шлицевого соединения карданного вала по числу зубьев и наружному диаметру вопрос обмера оставляет открытым.
Пять расхождений при тех же z и D:
- Другая серия. Лёгкая серия прямобочного шлица несёт меньший момент, чем средний ряд того же наружного диаметра. На кардане под переменной нагрузкой лёгкая серия не держит момент средней.
- Другая ширина зуба. При том же D другая ширина b даёт зазор по рабочим граням или не пускает зуб во впадину. Зазор на ступице даёт стук при реверсе, натяг по ширине не даёт собрать пару.
- Другое центрирование. Центрирование по малому диаметру и центрирование по наружному D при равных z и D сажают пару на разные поверхности. Натяг по нецентрирующему диаметру клинит втулку по вершинам или сбивает соосность. Эвольвентный шлиц с центрированием по боковым поверхностям в прямобочную втулку не встаёт.
- Угол 30° вместо 45°. Эвольвента 45° не входит во втулку под 30°: короткие зубья расходятся по толщине с профилем 30°, хотя z и D совпали.
- Скользящая посадка вместо неподвижной. Зазор под ход кардана на ступице становится люфтом по граням. Натяг неподвижной посадки на кардане лишает пару хода.
Перед заменой записывают профиль целиком. Марка машины называет происхождение детали и обмер не заменяет.
Как изготавливают пару: фрезерование вала, протяжка втулки, шлифование
Шлицевой вал начинают с токарных баз: шейки, торцы и длина зуба задают установ для биения центрирующего диаметра. Зубья нарезают фрезерованием или долблением; базы и шлицы на валу закрывают за один установ на токарно-фрезерной обработке ЧПУ, готовые детали идут в линейку валов. При центрировании по малому диаметру шлифование центрирующих поверхностей вала и втулки стоит после термообработки. Пропуск шага оставляет посадку в размерах, снятых до закалки.
Шлицевая втулка получает профиль отверстия протяжкой. Протяжка шлицевого отверстия формирует профиль втулки сразу по всем впадинам и держит шаг. На крупной и средней партии это основной путь. При небольшом эвольвентном шлицевом отверстии изготовление протяжки дорого и ограничивает применение профиля. В заявке указывают размер отверстия, партию и допустимость долбления или перехода на прямобочный шлиц. Такие втулки ведём отдельно; долбление оставляют на малую партию, где протяжку заказывать рано.
Маршрут пары:
- Токарные базы вала и отверстие втулки.
- Фрезерование или долбление зубьев вала.
- Термообработка, если она назначена чертежом.
- Шлифование центрирующих поверхностей после термообработки.
- Протяжка или долбление отверстия; для малого эвольвентного отверстия решают, тянуть профиль или долбить.
Что указать в чертеже и заявке на шлицевую пару
Чертёж или заявка на шлицевую пару закрываются одним набором полей. Производство выпускает совместимые шлицевой вал и шлицевую втулку, когда профиль, центрирование и посадка названы явно.
- Профиль: прямобочный по ГОСТ 1139-80 или эвольвентный; для угла 30° — ГОСТ 6033-80, угол 45° указан отдельно.
- Число зубьев z, внутренний d, наружный D.
- Ширина зуба b для прямобочного профиля либо модуль и угол давления для эвольвентного.
- Способ центрирования. Для прямобочного — буква d, D или b; центрирование по малому диаметру пишут прямо, чтобы шлифование после закалки попало в маршрут.
- Исполнение: неподвижное или скользящее, зазор по боковым граням, длина шлицев.
- Материал и термообработка.
- Чертёж или образец ответной детали.
Если номер ГОСТ неизвестен, в заявке остаются образец и перечень измерений из таблицы обмера плюс явная пометка, какая поверхность центрирующая. Этого достаточно, чтобы вал под 45° не ушёл во втулку под 30° и центрирование по d не смешалось с посадкой по D.
Дальше заявка уходит в изготовление деталей по чертежам: по полям выше считают маршрут, инструмент и контроль пары. Образец без перечня размеров технолог снимет сам, срок сдвинется на обмер и согласование буквы центрирования.
Источники. Центрирование прямобочного соединения по малому диаметру, шлифование центрирующих поверхностей после термообработки, самоцентрирование эвольвенты, углы давления 30° и 45°, толщина корня, лёгкая серия для неподвижной малой нагрузки и ограничение по протяжке малого эвольвентного отверстия сверены с материалом sz-windrive.com, industry-news/43.