ШЛИЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Устройство относится к соединению вала и втулки и может быть использовано в машиностроении, в конструкциях приводов средней и большой мощности.
Известно зубчатое (шлицевое) соединение, содержащее вал и втулку с выполненными на сопрягаемых поверхностях канавками и зубьями (шлицами), контактирующими между собой их боковыми поверхностями, для передачи крутящего момента. (См. кн. Д.Н. Решетов “Детали машин”)
Известное шлицевое соединение имеет следующие недостатки:
При больших нагрузках происходит местная деформация боковых поверхностей канавок вала зубьями (шлицами) втулки с образованием впадин, мешающих перемещению втулок по валу в осевом направлении.
Трудность достижения в шлицевом соединении точного центрирования втулки на валу, по сравнению со шпоночным соединением, не позволяет получать точные кинематические передачи, в том числе зубчатые передачи с низким уровнем шума.
Известно шариковое шлицевое соединение вала и втулки, подвижное в осевом направлении, в котором на валу и втулке ответно выполнены канавки, образующие канал. В канал помещены шлицевые элементы в виде шариков, передающие при работе нагрузку. При осевом перемещении втулки шарики, вращаясь вокруг своих осей, перемешаются вдоль канавок по замкнутой траектории из рабочего канала в каналы поворота и канал возврата, расположенные в теле втулки. (См. кн. Г.И. Скундин и В.И. Никитин “Шлицевые соединения”, М. “Машиностроение”, 1981 г.)
В известном шариковом шлицевом соединении шарики являются центрирующим элементом и одновременно элементом, передающим крутящий момент. Соединение обеспечивает легкость, плавность перемещения втулки под нагрузкой.
Однако шариковое шлицевое соединение не обеспечивает точного центрирования втулки относительно вала из-за трудности получения точных размеров в системе сопряжения: каналы вала - шарики - каналы втулки.
Наличие сложных для обработки каналов во втулке и высоких требований точности и чистоте их поверхностей делает конструкцию шарикового шлицевого соединения довольно сложной для изготовления.
Шариковое шлицевое соединение, изготавливаемое по посадкам без зазора, предопределяет необходимость применения жестких допусков на параллельность каналов, как на валу, так и на втулке.
При использовании шариков возникают большие точечные контактные напряжения, поэтому во избежание продавливния лунок в каналах, требуются повышенные прочностные свойства материала втулки и вала. Поскольку получить твердость сопрягаемых поверхностей вала и втулки выше, чем твердость шариков весьма проблематично, то применение шарикового шлицевого соединения, из-за низкой долговечности при высоких нагрузках, ограничено для передач с небольшими нагрузками.
Сборка шарикового шлицевого соединения усложнена необходимостью заведения шариков в каналы, для исключения выпадания из них, в сопряженном состоянии вала и втулки, что особенно неудобно при посадках с натягом.
С целью устранения вышеуказанных недостатков, заявляемое шлицевое соединение содержит вал и подвижную в осевом направлении втулку с вставными шлицевыми элементами. Шлицевые элементы выполнены в виде цилиндрических стержней. Шлицевые элементы (в дальнейшем -шлицы-стержни) вставлены в цилиндрические канавки, выполненные в отверстии втулки по образующим, и зафиксированы от смещения в осевом направлении с помощью пружинных стопорных колец, установленных в кольцевых проточках по краям втулки. Шлицы-стержни, своими выступающими из втулки частями, введены в зацепление с продольными цилиндрическими канавками, выполненными ответно на наружном диаметре вала.
Также возможен вариант фиксирования от осевого смещения шлицев-стержней в канавках втулки, с одной стороны - с помощью торцевых упоров канавок, выполненных не по всей длине втулки, а с другой стороны - пружинным стопорным кольцом, расположенным в кольцевой проточке, выполненной в отверстии на краю втулки.
Заявляемое шлицевое соединение обеспечивает точное центрирование втулки относительно вала. Центрирование втулки на валу осуществляется по наружному диаметру вала и отверстию втулки.
Заявляемое шлицевое соединение не требует жестких допусков на параллельность канавок относительно оси вала. Цилиндрические шлицы-стержни, установленные в канавках втулки с зазором, имеют подвижность в поперечных направлениях в пределах допуска. При перемещении по канавкам вала они обеспечивают свободное скольжение втулки, что обуславливает легко подвижность соединения.
Шлицы-стержни своими цилиндрическими поверхностями контактируют с цилиндрическими канавками по большой рабочей поверхности, что обуславливает высокую несущую способность заявляемого шлицевого соединения.
Базовыми поверхностями в заявляемом шлицевом соединении являются цилиндрические поверхности вала и втулки, поэтому их окончательная обработка (шлифование) не представляет трудностей и не требует специального оборудования. Поскольку элементы соединения - канавки на валу и втулке, шлицы-стержни имеют простую форму, конструкция соединения максимально упрощена.
Для увеличения срока службы вала и втулки, как более сложных по изготовлению деталей, шлицы-стержни имеют меньшую твердость по отношению к ним и служат в качестве сменных деталей.
С целью исключения выпадания шлицев-стержней из канавок втулки, ее перед сборкой намагничивают.
Возможен также вариант фиксирования от выпадания шлицев-стержней во втулках заплечиками канавок, образующихся при размещении осей цилиндрических канавок во втулках на диаметре большем, чем диаметр отверстия втулки.
Заявляемое шлицевое соединение показано на чертежах, где на фиг. 1 - общий вид шлицевого соединения, на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1, на фиг. 3 - установка пружинного стопорного кольца на фиг. 1, на фиг. 4, 5 и 6 - чертежи, соответственно, общего вида шлицевого соединения, шлицевого вала и втулки в сборе с шлицами-стержнями, выполненные в системе трехмерного моделирования, на фиг. 7 - вариант соединения вала со втулкой, в котором фиксация от смещения шлицев-стержней во втулке в осевом направлении осуществлена за счет упоров несквозных канавок и стопорного пружинного кольца, а от выпадания из канавок при сборке - за счет выполнения осей канавок во втулке на диаметре большем, чем наружный диаметр вала, на фиг. 8 - разрез B-B на фиг. 7.
Заявляемое шлицевое соединение содержит вал 1 и подвижную в осевом направлении втулку 2 с вставленными в цилиндрические канавки, выполненные в отверстии втулки по образующим, цилиндрическими шлицами-стержнями 3. Шлицы-стержни зафиксированы во втулке, от смещения в осевом направлении, пружинными стопорными кольцами 4, размещенными в кольцевых проточках, выполненных в отверстии втулки, по ее краям. Шлицы-стержни, своими выступающими из втулки частями, введены в зацепление с цилиндрическими канавками, выполненными ответно на наружном диаметре вала.
Сборка заявляемого шлицевого соединения производится следующим образом. В одну из кольцевых проточек, выполненных в отверстии по краям втулки 2, вставляется пружинное стопорное кольцо 4. Затем, при необходимости, втулку намагничивают и вставляют в цилиндрические канавки, выполненные в ее отверстии по образующим, шлицы-стержни 3 до упора в установленное пружинное стопорное кольцо. Шлицы-стержни окончательно фиксируют от осевого смещения установкой второго стопорного кольца в кольцевую проточку, выполненную в отверстии на другом краю втулки. В полученную сборочную единицу вставляют шлицевый вал 1, предварительно совместив цилиндрические канавки на валу с выступающими из втулки, частями шлицев-стержней.
Легкость перемещения шлицев-стержней в канавках вала увеличивает износостойкость шлицевого соединения при одновременном действии нагрузки и осевого перемещения втулки на валу, поэтому заявляемое шлицевое соединение может быть использовано для соединения карданного вала автомобиля.