Виды и назначение шлицевых поверхностей.

Шлицевые соединения применяют для посадок с натягом или зазором деталей на валу. По сравнению со шпоночными соединениями они имеют ряд преимуществ:

детали на шлицевых валах лучше центрируются и направляются при передвижении вдоль вала; меньше напряжения смятия на гранях шлицев; выше прочность валов при динамических и переменных нагрузках.

Наиболее распространены шлицевые соединения с прямоугольной прямобочной (рис. 3.75, а), звольвентной (рис. 3.75 б) и треугольной (рис. 3.75, е) формами шлицев.

Рисунок 3.75

В прямоугольных шлицевых соединениях применяют три способа центрирования (базирования) шлицевого вала и втулки:

а) по боковым сторонам шлицев;

б) по наружному диаметру шлицев;

в) по внутреннему диаметру шлицев.

Рисунок 3.76

Центрирование по боковым сторонам шлицев применяют в тех случаях, когда точность центрирования втулки не имеет существенного значения и в то же время необходимо обеспечить достаточную прочность соединения.

В механизмах, где основное внимание уделяется кинематической точности передач, например в механизмах металлорежущих станков, автомобилей, тракторов и др., применяют центрирование по наружному D или внутреннему d диаметру шлицев (рис. 3.76, а).

Центрирование по внутреннему диаметру применяют при обработке длинных валов, подвергающихся термообработке, так как в этом случае возможно одновременное шлифование боковых сторон зубьев (выступов) шлицев и внутреннего диаметра вала.

При центрировании по наружному диаметру на углах шлицевых выступов вала, а при центрировании по внутреннему диаметру в углах шлицевых пазов отверстия делают фаски и скругления (рис. 3.76, б). При центрировании по внутреннему диаметру, а также при необходимости обеспечить контакт боковых сторон зубьев вала и пазов отверстия по возможно большей поверхности в углах впадин шлицевого вала делают канавки (рис. 3.76 , в).

Эвольвентное шлицевое соединение используют для передачи значительных крутящих моментов, а также в тех случаях, когда к точности центрирования сопрягаемых элементов предъявляют повышенные требования. Эти соединения обладают повышенной прочностью благодаря постепенному утолщению зубьев от вершины к основанию, а также вследствие уменьшения концентрации напряжений у основания. Кроме того, благодаря применению при обработке шлицев червячной фрезы с прямолинейными режущими кромками обеспечиваются меньшая шероховатость поверхности и более высокая точность обработки шлицев, благодаря чему можно исключить последующее шлифование. При эвольвентном профиле шлицев можно допускать отделочные виды обработки, применяемые при зубонарезании: шевингование, шлифование по методу обкатки и др.

Центрирование эвольвентных соединений осуществляют по наружному диаметру, боковым сторонам шлицев и по вспомогательной цилиндрической поверхности (хвостовику). Наиболее часто применяют центрирование по боковым сторонам шлицев.

Треугольные шлицевые соединения используют главным образом для неподвижных соединений при небольших крутящих моментах (чтобы избежать применения посадок с натягом), а также для тонкостенных втулок. Центрирование при этом виде шлицевых соединений осуществляют только по боковым сторонам шлицев.

3.4.2 Методы обработки элементов шлицевых валов и втулок

Шлицефрезерование

Шлицевые поверхности валов обрабатывают на горизонтально-фрезерных станках (рис. 3.77, а) в делительных приспособлениях; на зубофрезерных станках, специальных шлицефрезерных станках (рис. 3.77, б).

Рисунок 3.77

При обработке шлицевых валов используют станки, работа которых основана либо на методе копирования, либо на методе обката. Для обработки прямобочных шлицев применяются одношпиндельные или многошпиндельные шлицефрезерные станки (горизонтального типа с продольным перемещением рабочего стола) с делительными устройствами. В мелкосерийном производстве черновая обработка на станках такого типа осуществляется фасонными дисковыми фрезами, а чистовая обработка боковых поверхностей шлицев – торцовыми фрезами.

В серийном производстве шлицы на валах обычно фрезеруют в две операции (рис.3.78): вначале обрабатывают боковые стороны шлицев двумя дисковыми фрезами одновременно, а затем внутренний диаметр —профильной фрезой.

Рисунок 3.78

В массовом производстве весь шлицевой профиль (боковых сторон и внутреннего диаметра) фрезеруют червячной фрезой на зубофрезерных или шлицефрезерных станках.

Шлицефрезерные горизонтальные полуавтоматы моделей 5350, 5350А, 5В370, 5А352ПФ2 и др. предназначены для фрезерования на валах шлицев прямобочного и эвольвентного профиля червячной фрезой методом обката. Фрезе сообщается вращательное движение и движение подачи, а обрабатываемой детали – вращательное движение. Установка заготовки, пуск станка (с помощью кнопки) и съем готовой детали производится вр0443ную. Подвод инструмента в зону резания, рабочая подача, отвод инструмента из зоны резания и остановка станка – автоматические.

На рисунке 3.79 приведен общий вид шлицефрезерного станка. Обрабатываемый вал устанавливают на

столе 1 между центрами бабок 2 и 3. Рисунок 3.79

Шлицевую фрезу 4 помещают на вертикальном шпинделе; вращается она от общего привода. Наибольшая длина фрезерования 550 мм, наименьшее количество нарезаемых зубьев 4.

Фрезерование червячной фрезой является более производительным и точным методом, чем обработка дисковыми и профильными фрезами на горизонтально-фрезерных станках.

Шлицевые валы диаметром до 100 мм обычно фрезеруют за один рабочий ход, валы больших диаметров нарезают за два рабочих хода.

Шлицевые валы с короткими шлицами, у которых к шлицевой части близко примыкает буртик или ступень большего диаметра (т. е. нет выхода для фрезы), обрабатываются на зубодолбежных станках с помощью специального долбяка.

Гнезда шлицевых валов после термической обработки обычно прошлифовывают коническим абразивным инструментом.

Шлифование боковых сторон шлицев и внутреннего диаметра шлицевого вала производят за одну или две операции.

В серийном производстве боковые стороны и внутренний диаметр большей частью шлифуют за две операции на обычных плоскошлифовальных станках периферией шлифовального круга: сначала боковые стороны шлицев двумя кругами, затем внутренний диаметр одним профильным кругом (рис. 3.77, в).

В массовом производстве боковые стороны и внутренний диаметр шлифуют за одну операцию (см. рис. 3.77, г) на шлицешлифовальных станках. Припуск на боковую сторону шлица и на внутренний диаметр составляет от 0,1 до 0,2 мм (на сторону). Параметр шероховатости после шлифования достигает Ra=0,32 – 0,63 мкм.

В последнее время в крупносерийном и массовом производстве шлицефрезерование вытесняется контурным шлицестроганием, шлицепротягиванием, холодным накатыванием роликами или рейками, а также профильными многороликовыми головками.

Шлицестрогание производят многорезцовой головкой (рис.3.80), в радиальных пазах корпуса которой размещены профильные резцы. Число резцов и их профиль соответствуют числу шлицев и профилю впадины обрабатываемого вала. Для строгания несквозных шлицев в станке предусмотрен ускоренный отвод резцов на установленную длину обработки. Обработку производят на станке модели МА4, предназначенном для обработки валов, имеющих длину обрабатываемой части 70...370мм и общую длину до 435 мм. Диаметр обрабатываемых валов 20...50 мм. Станок допускает

обработку шлицевых впадин как на проход, так и с выходом на поверхность наружного диаметра. Параметр шероховатости после шлицестрогания достигает Ra=1,0 – 2,5 мкм.

Рисунок 3.80

Шлицепротягивание прямоугольных прямобочных шлицев производят двумя блочными протяжками (рис.3.81) с последующим поворотом (делением) заготовки. Этим методом обрабатывают как сквозные, так и несквозные шлицы, допускающие выход инструмента. Блочные протяжки обеспечивают независимо друг от друга радиальное перемещение каждого зуба протяжки.

Копирная линейка позволяет протягивать несквозные шлицы по заданной траектории. Протягивание прямобочных шлицев производительнее

шлицефрезерования в 5...10 раз. Параметр шероховатости после шлицепротягивания достигает Ra=0,63 – 1,25 мкм.

Рисунок 3.81

Холодное накатывание. Валы с накатанными шлицами могут выдерживать более высокие (примерно на 40%) нагрузки, чем обработанные резанием. В ряде случаев холодное накатывание шлицев позволяет отказаться от термической обработки шлицевых валов и шлифования шлицев. Параметр шероховатости после накатывания достигает Ra=0,32 – 0,63 мкм.

Шлицы эвольвентного профиля с модулем до 2,5 мм получают холодным накатыванием двумя или тремя накатными роликами (рис.3.82), которые устанавливают по размеру делительной окружности накатываемой детали с учетом упругих деформаций системы.

При накатывании осевое перемещение заготовки принудительно; ролики имеют заборную часть. Заготовка вращается синхронно с накатными роликами и перемещается вдоль оси накатников. Расстояние между накатниками устанавливают заранее и не меняют в процессе накатывания. Обработку заготовки под холодное накатывание роликами выполняют точнее, чем при шлицефрезеровании. Холодной накатке подвергают заготовки твердостью не свыше НВ 220.

Этим методом накатывают валы с большим числом шлицев (свыше 18). Чем больше число шлицев, тем плавнее идет процесс накатывания. При накатывании эвольвентных шлицев двумя-тремя роликами получают погрешность по шагу до 0,03 мм. При длине шлицев свыше 250мм этот метод производительнее шлицефрезерования примерно в 10 раз, при длине шлицев свыше 100мм – в 4 – 7 раз.

Рисунок 3.82

Холодное накатывание профильной многороликовой головкой производится по схеме, показанной на рис. 3.83. Этот метод накатывания требует особо точного изготовления головки. Она состоит из жесткого закаленного кольца, в котором размещены сегменты (на схеме не показаны), в каждом сегменте установлено по одному свободно вращающемуся профилирующему ролику (на схеме 8 роликов).

Ролики регулируют и заменяют независимо один от другого. Обрабатываемую заготовку закрепляют в центрах зажимного устройства, а многороликовая головка перемещается вдоль оси неподвижной обрабатываемой детали на точно установленную длину. Прямобочные шлицы, полученные этим методом, имеют отклонения по ширине в пределах 0,07...0,08 мм.

При накатывании профильными роликами пластические деформации проникают на большую глубину в обрабатываемую заготовку, и в процессе накатки происходит ее удлинение, вытесненный металл частично размещается и на наружной поверхности детали. После накатывания деталь должна быть подвергнута наружному шлифованию.

При накатывании многороликовыми головками поверхностные слои обрабатываемой детали упрочняются на 20...30%; стойкость инструментальной головки составляет до 100 тыс. деталей. Этот метод обработки высокопроизводительный, но каждая многороликовая головка предназначена для обработки только одного размера шлицев.

Многороликовой головкой можно накатывать и эвольвентные шлицы, если их число не превышает 16... 18 — большее число роликов невозможно разместить в головке.

Шлицевое отверстие втулки предварительно обрабатывают сверлением и зенкованием с подрезкой торца, после чего протягивается круглое отверстие, а затем шлицы.

В массовом производстве протягивание цилиндрической части и шлицев иногда выполняют одновременно одной протяжкой большей длины. После чистовой обработки всех наружных поверхностей или только тех, которые должны быть соосны со шлицевой частью детали, производят термообработку, а затем шлифование внутреннего диаметра шлицевой части. В качестве базы при этой операции выбирают цилиндрическую поверхность, которая с наибольшей точностью должна быть соосна со шлицевой частью вала. Внутренний диаметр шлифуют на внутришлифовальных станках.