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 σсм .
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.
Читайте также: Замена крестовин рулевого вала уаз хантер
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 σв > 500МПа .
Материалы и допускаемые напряжения смятия
Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением σв > 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
Статьи
Шлицевое соединение карданного вала
Если не брать во внимание рулевое управление, то все остальные карданы, используемые в автомобиле, предназначены для передачи крутящего момента между основными узлами трансмиссии. Но расстояние между последними при движении по неровной дороге, вхождении в повороты, а также во время загрузки-выгрузки авто вынужденно меняется. Кроме этого, по истечению какого-то периода даже в спокойном состоянии это расстояние иное, чем на новенькой машине, плюс иногда владелец ставит другие агрегаты вместо штатных. Решить эту проблему с вариативностью длин помогает шлицевое соединение карданного вала, один из наиболее интересных, но достаточно непростых участков…
Где можно встретить
Классическая схема с односекционным карданом подразумевает наличие шлицевого в единственном месте – у одного из концов трубы. В нее запрессовывается, а потом приваривается цельнометаллический наконечник с наружными (либо полая втулка с внутренними) шлицами. Туда надевается (или вдвигается в зависимости от схемы) вилка, хвостовик которой выполнен таки образом, чтобы создавать готовую пару втулка-наконечник.
Подобный вариант сопряжения позволяет составляющим смещаться вдоль оси, отвечая на воздействия типа сжатие-растягивание, но исключает проворачивание при прикладывании силы на скручивание. Проще говоря, несмотря на то, что вилка может скользить (за что ее так и называют – скользящая), крутящий момент все равно будет передаваться. Чтобы скольжение было «комфортным» шлицы должны быть обильно смазанными. В зависимости от конструкции смазка может закладываться на весь срок или пополняться посредством встроенных в тело пресс-масленок.
В ряде случаев (обычно, когда речь идет о двухсекционных передачах, где не один подвижный элемент), используется специальный болт со стопорной пластиной. Он фиксирует соединение в одном положении, но оставляет его потенциально динамичным – по необходимости можно самостоятельно изменить статичные параметры. Кстати, здесь не всегда будет применяться вилка, практикуются вариации и с фланцами.
В некоторых авто можно встретить еще одно шлицевое, например, при КПП. Принцип, назначение и «участники» остаются прежними, но этот «союз» только наполовину карданный. Суть его в том, что хвостовик вторичного вала КП имеет шлицевую нарезку и «спрятан» в кожухе удлинителя коробки. Туда входит хвостовик-втулка вилки, которой заменена более привычная в этом месте фланец-вилка. Повторимся, суть работы от перестановки наших «слагаемых» не меняется – компенсировать изменения расстояний, вызываемых деформациями подвески и рамы.
Читайте также: Признаки неисправности приводных валов
Особенности и проблемы
При реализации такого решения возникает некий «конфликт интересов». Жизненно важно обеспечить свободу продольных перемещений и одновременно гарантировать достаточную плотность для бокового зацепления. На все сто процентов по каждому пункту сделать такое нереально, приходиться просто минимизировать разницу между шириной шлица и противопоставленного ему паза, и максимально снизить трение.
Как результат шлицевое соединение карданного вала получает все, характерные для подобных конструктивных блоков, проблемы:
- — постоянную необходимость в «правильной» смазке и изнашивание шлицев при ее недостаточности или загрязнении;
- — повышенную нагрузку при скручивании, усугубляемую ударами, что вызывает разрушение конструктивных элементов;
- — появление люфтов в обоих случаях, снижение работоспособности и разбалансировку всего узла со временем.
А хуже всего то, что при потере нужных параметров здесь практически нереально обойтись заменой только фланца или вилки, а замена наконечника или контактного вала агрегата не только серьезные финансовые траты, но и весьма сложный и не быстрый процесс.
Да, совсем недавно довели до ума когда-то разрабатываемый, но потом свернутый проект восстановления путем электроискрового легирования коррозийных участков и нанесения специального металлополимера. Но он пока тоже достаточно дорог, возможен только на ранних стадиях, а для большегрузов его эффективность сомнительна в принципе. К тому же, провести такой ремонт в кустарных условиях вообще невозможно, а из-за новизны метода лишь некоторые сервисы способны предложить данную услугу. Поэтому, стоит озаботиться тем, чтобы максимально долго сохранить рабочие качества штатного узла.
Обслуживание
В отношении шлицевого у автовладельца (водителя или механика) не так уж много возможностей, а значит, и обязанностей:
- Необходимо регулярно смазывать соединение (закладывать смазку) с периодичностью, указанной в карте или еще чаще, если техника эксплуатируется очень интенсивно, то есть, по мере расхода масла
- При проведении смазочных работ можно использовать только рекомендуемые производителем материалы
- Как можно чаще следует проверять целостность уплотнителей (манжет, сальников), при их повреждении замену проводить незамедлительно
- Обязательна регулярная проверка состояния составляющих – как уже говорилось, на ранних стадиях разрушений восстановление еще возможно
- Если выполнялась разборка, то перед установкой обратно кардан необходимо сбалансировать.
И вообще, поддержание всех остальных деталей передачи в должном состоянии это тоже один из способов сохранить шлиц-соединение в порядке, ведь здесь как в организме – повредили лодыжку – на колено нагрузка усилилась многократно. А то, что использовать стоит лишь качественные комплектующие, все знают и без напоминаний.
Купить такие можно, например, у нас, в интернет-магазине ООО «Лидер». Все представленные товары проверены профильными службами и сертифицированы в России, цены приятные, а покупателя ждут дополнительные радости, как то скидки на опт, предоставление отсрочек и свобода в выборе способа оплаты (наличные, безналичный расчет). Также организовываем (по необходимости, забрать покупку можно и самому) доставку по Москве, области и транспортными компаниями в регионы.
Статьи
Шлицевое соединение кардана
Даже на идеально ровной дороге, а такую сложно себе представить, при изменениях скорости и (или) весовой нагрузки основные узлы трансмиссии смещаются относительно друг друга. Особенно же заметным такое смещение будет при проезде неровностей и маневрировании. При этом меняется не только угол между и так несоосными валами агрегатов, но и расстояние между ними. С первым призваны разбираться кардан-шарниры, а вот компенсация изменения расстояний, это целиком прерогатива такого конструктивного решения, как шлицевое соединение кардана, и вот о нем мы и поговорим…
Устройство и принцип работы шлицевого соединения
Два главных элемента данного вида соединений, это шлиц-наконечник и, соответственно, шлиц-втулка. Если более понятно, то имеем один полый цилиндр, внутри которого нарезаны фигурные выступы, по длине совпадающие с его осью, и один сплошной, с такими же выступами-шлицами по внешней поверхности. Эта пара разнится диаметром, с тем, чтобы наконечник свободно, но без излишнего люфта входил в втулку, а шлицы при этом попадали в прорези второго элемента.
Читайте также: Как определить крутящий момент в сечении вала
Как результат имеем конструкцию, которая может смещаться относительно друг друга по продольной оси, но поперечное вращение в ней невозможно. То есть, передача крутящего момент будет происходить вне зависимости от изменений длины соединения. Конечно, есть определенные ограничения, необходимые для препятствования слишком далекого расхождения и соскакивания, поэтому длину шлицов и соединения в целом подбирают очень тщательно.
Как и любой механизм вращения детали в шлицевом испытывают серьезные нагрузки:
- Поперечное деформационное, как следствие необходимости передачи вращения
- Ударное – зазор между шлицами все равно нужен, и при изменении скорости или перемене направления вращения происходит сталкивание шлицов
- Изгибающее, и чем больше разошлись втулка с наконечником, тем оно выше
- Коррозийное, причем, как внешнее, так и внутреннее
Чтобы нивелировать или хотя бы уменьшить степень воздействия конструкторы делают соединение и его составляющие максимально прочными, а точку входа втулки закрывают манжетами и сальниками, во избежание засорения и вытекания смазки. Но, как бы внимателен не был автовладелец, и сколь скрупулезно он бы не выполнял предписания по обслуживанию узла и эксплуатации техники, рабочего износа не избежать, поэтому рано или поздно ремонт шлицевого соединения карданного вала все равно может потребоваться.
Что ломается, как заметить и как ремонтировать
Самой распространенной проблемой можно назвать засорение шлицев. Обычно это следствие разрыва уплотнителей, из-за чего в каналы и полости шлиц-соединения попадает грязь. С подобной проблемой бороться очень просто – нужно регулярно осматривать манжеты на предмет их целостности.
В полной мере это касается и так называемых «потенциально-подвижных» типов, то есть систем, где шлицевое соединение кардана после установки вала на автомобиль фиксируется стопорным болтом (используется для упрощения монтажа, но не является компенсационным узлом). Хотя в таком виде нагрузка на соединение меньше, высохнуть и растрескаться манжета все равно может со всеми вытекающими в буквальном и переносном смыслах.
Если же говорить о реальных поломках, то первое место по частоте обращений уверенно держит именно износ шлицев. Его причиной становится естественное истирание, а также перегрузы и все то же плохое состояние смазки и уплотнителей. Чтобы провести своевременный ремонт требуется регулярно осматривать шлицы на предмет повреждений, но так как для этого необходимо разбирать соединение, можно воспользоваться внешними подсказками:
- При начале движения, переключении передач, на разгоне и торможении двигателем со стороны трансмиссии слышны посторонние стуки
- При достижении определенной скорости начинает появляться вибрация, которая позже пропадает
- Крестовины и (или) подвесной подшипник изнашиваются быстрее положенного
Все перечисленные нюансы могут указывать именно на повышенный износ шлицев, поэтому, если вам знакомы такие проявления, обязательно проверьте соединение, даже если внешне оно в порядке! Предварительную проверку можно сделать самому и без демонтажа. Просто возьмитесь руками за разные стороны соединения и покачайте их по противоположным направлениям. Излишний люфт, это верный признак износа шлицев.
В советское время часто практиковался ремонт поврежденных шлицев наплавкой. Но такой способ тогда был оправдан проблемами с получением новых запчастей. Сегодня этим методом пользуются гораздо реже, и только при реальной необходимости. Дело в том, что процедура эта требует специального оборудования и занимает немало времени, поэтому часто проще купить шлицевое соединение кардана в сборе или отдельные элементы, и провести замену. Но даже в этом случае вам потребуются:
а) опытные мастера с нужным оборудованием;
б) качественные детали для замены.
Разобраться с первым вам придется самостоятельно, а вот что касается качественных комплектующих, то в этом вопросе можете положиться на нашу компанию ООО «Лидер». В нашем каталоге представлены практически все варианты шлиц-соединений для отечественных и некоторых импортных большегрузов, а также ряда внедорожников и легковых автомобилей. Все товары проверены и сертифицированы, на каждое изделие предоставляется гарантия.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала