Калибры для шлицевых сопряжений

В машиностроении широко применяют подвижные и неподвижные шлицевые сопряжения деталей для передачи крутящих моментов. Наиболее распространены следующие три основных (по форме профиля) вида шлицевых соединений: прямоугольные, треугольные и эвольвентные.

Контроль шлицевых деталей в цеховых условиях производят калибрами и подчиняют задаче обеспечения надежной собираемости и правильной эксплуатации соединения. Это значит, что при помощи комплексного проходного калибра нужно установить, не выходит ли профиль детали за пределы задан­ного контура.

Проверку комплексным проходным калибром следует сочетать с проверкой по элементам, производимой при помощи непроходных калибров.

В комплект калибров для проверки отверстия с прямоугольным шлицами (фиг. 110, а) должны входить следующие инструменты:
1) пробка комплексная проходная;
2) пластина предельная для проверки наружного диаметра отверстия D_А;
3) пробка предельная гладкая для проверки внутреннего дие метра отверстия d_А,
4) пластина предельная для проверки ширины впадин отвер­стия W_А.

В комплект калибров для проверки вала с прямоугольными шлицами (фиг. 110, б) входят:
1) кольцо комплексное проходное;
2) скоба для проверки наружного диаметра вала D_B;
3) скоба для проверки внутреннего диаметра вала d_B;
4) скоба для проверки толщины зубьев вала W_B. Прямоугольные шлицевые соединения могут отличаться друг от друга способом центрирования.

Применяют три вида центрирования:
а) центрирование по наружному диаметру;
б) центрирование по внутреннему диаметру и
в) центрирование по сторонам шлицев.

Способ центрирования не отражается на конструкции измерительного инструмента, изменяются лишь соответствующие его размеры. Шлицевая комплексная проходная пробка имеет полный рабочий профиль по профилю сопрягаемого вала и цилиндрическую направ­ляющую часть.

Длину рабочей части калибра принимают равной длине шлицев проверяемой детали, но не более 75 мм. Расчет рабочих размеров производят по формулам, приведенным в табл. 15.

Для удобства в изготовлении комплексные пробки часто делают целиком с ручкой. Материалом для изготовления служит сталь ХВГ, термически обработанная до твердости R_с = 60…64.

Пластины и пробки для проверки прочих предельных размеров шлицевых отверстий применяют обычной конструкции. Необходимо только при конструировании пластины для проверки большого диаметра D_А убедиться, пройдет ли она по своей ширине во впадину отверстия.

Кольцо проходное комплексное для проверки шлицевых валов следует проектировать подобно проектированию шлицевых ком­плексных пробок. Формулы для расчета проходных колец приведены в табл. 16.

Для проверки размера наи­меньшего диаметра d_B шли­цевого вала и толщины его зубьев W_B служат специальные скобы (фиг. 111 и 112).

Своеобразие условий работы таких скоб заключается в том, что их проходная сторона при измерении продвигается вдоль оси проверяемого вала.

Анализ условий работы этих скоб показывает, что основной причиной их износа является зна­чительное трение, вызываемое усилиями, возникающими вслед­ствие перекоса инструмента.

Как это было установлено выше, величина возникающего усилия в подобных случаях использования скоб определяется соотношением:

,

где Q – величина возникающего усилия;

Р – усилие, прикладываемое к скобе контролером;

В – толщина скобы;

L – проверяемый размер.

Из приведенной формулы видно, что величина возникающего усилия обратно пропорциональна толщине губок скобы.

Чем толще губки, тем меньше будут величины возникающих усилий измерения и тем меньше должен быть износ инструмента. Опыт практической работы подтверждает этот вывод. Так, изменение толщины скоб с 6 до 12 мм в 3—4 раза повысило срок их службы. Одновременно уменьшилось заедание калибра и облегчился сам процесс измерения.

Наружный диаметр шлицевого вала проверяют скобой обычной конструкции.

Треугольные шлицы геометрически можно представить себе как .ряд смежных треугольных выступов, расположенных по периферии вала или отверстия (фиг. 113). Их положение определяют окруж­ности D₁ и D₂, проходящие через вершины треугольников. Однако при расчетах вместо этих окружностей принято учитывать началь­ную окружность, имеющую размер D и разделяющую пополам теоретическую высоту шлица (согласно опыту автомобильной и трак­торной промышленности).

Центрирование и передача усилий в треугольных шлицевых сопряжениях осуществляются боковыми сторонами шлицев. Чем меньше зазор между шлицами, тем точнее и надежнее будет соедине­ние. Величина зазоров между шлицами зависит от трех факторов: от точности выполнения начальной окружности, от правильности угла профиля и от правильности расположения шлицев по шагу на начальной окружности.

Поскольку непосредственное измерение последних двух элементов затруднительно, то допуски на них сум­мируют и результат прибавляют (в соответственно пересчитанном виде) к допуску на диаметр начальной окружности, т. е. поступают так, как это обычно делают при назначении допусков на резьбовые сопряжения.

При контроле деталей треугольных шлицевых сопряжений необ­ходимо в первую очередь проверить возможность сборки шлицевого отверстия и вала. Проверку производят комплексными проходными калибрами: пробкой — для отверстия и кольцом — для вала.

Шлицевый калибр-пробку выполняют по минимальным размерам проверяемого отверстия, шлицевый калибр-кольцо соответствует максимальным размерам проверяемого вала. Проверка подобными калибрами дает полную гарантию правильной сборки соединения.

Изготовление шлицевых комплексных калибров-пробок не вызы­вает особых затруднений. Изготовление шлицевых калибров-колец значительно сложнее. Основная трудность заключается в невозмож­ности получения окончательных размеров непосредственно на стан­ках. Все точные размеры треугольных шлицевых колец приходится доводить притиркой вручную с подгонкой их по контркалибрам.

Для упрощения изготовления таких колец уменьшают число их шлицев до четырех (фиг. 114).

Приведенная конструкция треугольных шлицевых колец позво­ляет шлифовать боковые стороны зубьев, что резко снижает трудо­емкость изготовления данных калибров.

Предварительное шлифование отдельных шлицев калибра-кольца производят по специальному контркалибру (фиг. 115), при этом измеряют размер А от плоскости контркалибра до вспомогательной технологической базы — наружного диаметра кольца. Окончатель­ную подгонку всех шлицев производят по полному (со всеми зубьями) контркалибру-пробке.

Второй предел допуска на диаметр начальной окружной (мини­мальный у вала и максимальный у отверстия) можно проверить разными способами. Простейший из них — непосредственное изме­рение по проволочкам, вложенным между зубьями вала или во впа­дины отверстия. Замер можно производить микрометром или скобой. Проволочки для измерения подбирают по ГОСТ 2475-44. Оптимальным считается такой размер проволочек, при котором они касаются боковых сторон зубьев или впадин по начальной окружности.

Подсчет этого размера при угле профиля 90° может быть произ­веден по формуле

. (18)

Размер М_а по проволочкам для вала при угле 90° подсчитывают по формуле:

, (19)

где М_а — размер по проволочкам;

D₂ — внутренний диаметр по вершинам;

d_а — диаметр проволочки.

Следует указать, что практически второй предел допуска на диаметр треугольного шлицевого соединения часто вообще не про­веряют, т. е. в этих случаях ограничиваются проверкой на собирае­мость по комплексным проходным калибрам.

Своеобразным случаем треугольного шлицевого соединения яв­ляется коническое шлицевое соединение, применяемое в некоторых машинах (например, в рулевом управлении автомобиля).

Проверку шлицевого конического вала производят здесь кони­ческим шлицевым кольцом, имеющим допусковую ступеньку, про­верку отверстий — такой же пробкой.

Построение шлицев у таких калибров производят так же, как и у обычных цилиндрических.

Расчет ступеньки подобен расчету ступеньки гладких конических калибров.

Эвольвентные шлицевые соединения за последние годы полу­чили широкое распространение в машиностроении.

Вместе с тем методы их контроля еще не унифицированы и весьма разнообразны.

Ниже приводятся описания калибров, применяемых для проверки эвольвентных шлицевых соединений на Московском автозаводе имени Сталина.

Основные элементы деталей эвольвентного шлицевого сопря­жения, которые должны быть заданы для проектирования калибров, приведены на фиг. 116 (вместо размера d по роликам часто на чер­тежах проставляют толщину зуба по дуге делительной окружно­сти 5). Наиболее важные для работы сопряжения размеры, в том числе S_а и S_в, задаются на чертежах деталей с допусками. Диаметр конт­рольного ролика W подбирают по ГОСТ 2475-44 так, чтобы был обес­печен контакт его с профилем шлицев в точках, наиболее приближен­ных к среднему диаметру. Расчет ролика для вала производят по формуле

. (20)

Расчет ролика для отверстия производят по формуле

. (21)

Номенклатура калибров, необходимая для проверки эвольвентного шлицевого соединения, включает:

1. Калибры для контроля отверстий:
А) пробки комплексные проходные;
Б) пробки неполные непроходные;
В) пробки гладкие предельные для проверки d_а;
Г) пластины предельные для проверки D_а.

2. Калибры для контроля валов:
А) кольца комплексные проходные;
Б) калибры непроходные;
В) скобы гладкие предельные для проверки D_в;
Г) скобы предельные для проверки d_в.

Проходная комплексная пробка обеспечивает взаимозаменяемость соединения и является основным калибром для отверстия. Ее кон­струкция и формулы для расчета рабочих размеров приведены в табл. 17.

Профиль шлицев обрабатывают до чистоты поверхности по 9-му классу.

Непроходная неполная шлицевая пробка имеет две противоле­жащие контрольные впадины. Конструкция пробки и формулы для ее расчета приведены в табл. 18.

Внутренний диаметр d_а проверяют предельной пробкой обычной конструкции.

Для измерения наружного диаметра D_а служит специальная пластина, конструкция которой и формулы для расчета приведены в табл. 19.

Конструкция и формулы для расчета проходного комплексного кольца, являющегося основным калибром для валов и обеспечиваю­щим взаимозаменяемость соединения, приведены в табл. 20.

При изготовлении самого трудного для инструментального цеха калибра — проходного комплексного шлицевого кольца, а также при дальнейшей проверке его в эксплуатации, применяют кон­трольный калибр оригинальной конструкции (фиг. 117).

Этот калибр представляет собой шлицевую пробку длиной 150 мм, имеющую небольшую (0,02—0,03) конусность по размеру, заданному по роликам на всей длине калибра. Размер по роликам задается так, чтобы новое комплексное кольцо устанавливалось на определенном расстоянии В (25—45 мм) от торца калибра. Доводку кольца в этот размер по контрольному калибру производят притиркой. Для того чтобы термическая обработка не вызвала искажений профиля калиб­ра, последний изготовляют из стали марки 35ХМЮА с последующим азотированием на глубину 0,10—0,15 мм.

Износ проходного кольца в эксплуатации допускается до такого размера, когда контрольный калибр целиком проходит через про­веряемое шлицевое кольцо.

Данные по расчету контркалибра приведены в табл. 21.

Методы контроля наименьшего размера (Мb_наим) (по шлицам) на валу и инструмент для этой цели отличаются разнообразием и окончательно еще не установлены.

Простейшим и наиболее часто применяемым на практике является способ контроля по роликам (см. фиг. 116) предельной скобой обычной конструкции или микрометром.

Размеры роликов и соответствующие раз­меры скобы задаются в этом случае без вся­кого пересчета по чертежу детали.

В некоторых случаях применяют проверку непроходным комплексным кольцом. Это непра­вильно, поскольку здесь нарушено основное правило применения непроходного калибра, который никогда не должен быть комплексным. Не оправдала себя и конструкция роликовой скобы (фиг. 118).

Недостаточная жесткость и большие усилия, возникающие при осевом перемещении скобы, делают ненадежным ее применение. Проверку внутреннего диа­метра эвольвентного шлицевого вала производят специальной скобой, конструкция и формулы расчета которой приведены в табл. 22. Раз­мер наружного диаметра В_в проверяют обычной предельной скобой.