Шариковые шлицевые соединения

Механизмы, которые состоят из таких составных частей, как втулки и валы, имеющие совмещенные шлицы с установленными в них для передачи нагрузки шариками, называются шариковыми шлицевыми соединениями.

В процессе движения втулки по замкнутой траектории начинают перемещаться шарики, в рабочем канале образованном канавками вала и втулки, а также каналов поворота и возврата.

Чаще всего шариковые шлицевые соединения используются для того, чтобы обеспечить передачу крутящих моментов, где необходимо существенно снизить трение. Их применение, к тому же, способно увеличить коэффициент полезного действия различных машин.

Создание шариковых шлицевых соединений с технологической точки зрения сложнее, чем обычных шлицевых, однако по сравнению с последними они имеют несколько немаловажных преимуществ:

1) Их применение существенно снижает усилия перемещения, в том числе и в механизмах, функционирующих при серьезных опрокидывающих моментах и под большими нагрузками;

2) Они обеспечивают практически полную независимость такого важного показателя, как скорость, от силы трения, благодаря чему обеспечивается равномерное движение;

3) С помощью такого рода соединений конструкторы имеют возможность почти полностью устранить зазоры. Это обстоятельство наиболее важно для тех машин и механизмов, где требуется надежная и эффективная передача крутящего момента в условиях повышенных нагрузок, и там, где критично обеспечение высокой надежности трансмиссии.

Пожалуй, основным недостатком из тех немногих, которые присущи шариковым шлицевым соединениям, является то, что их довольно сложно изготавливать, и этот процесс требует немалых трудозатрат. По этой причине они используются главным образом в дорогих прецизионных станках и в другом технологическом оборудовании подобного рода.

Материал и термическая обработка

Вал и втулка шарикового шлицевого соединения должны изготавливаться из материалов, которые способны обеспечить высокую твердость рабочих поверхностей.

Важнейшим требованием, предъявляемым к термической обработке рабочих поверхностей шариковых шлицевых соединений, является то, что они должны обеспечивать высокую степень твердости, чтобы полностью исключить риск продавливания во время эксплуатации. Само собой разумеется, что после термообработки все геометрические размеры должны остаться неизменными, равно как и форма деталей. Чтобы обеспечить соответствие этим требованиям, используются следующие стали и способы термообработки:

1) Высокоуглеродистые и шарикоподшипниковые стали ШХ15, ХВГ, 9ХС c объемной закалкой;

2) цементируемые стали 18ХГТ, 12ХН3, 20Х с последующей закалкой;

3) азотируемые стали 18ХГТ, 40ХФ, ЗОХЗВА, 38ХМЮА.

Самой высокой нагрузочной способностью обладают шариковые шлицевые соединения, изготовленные с применением высокоуглеродистых сталей, прошедших объемную закалку, однако им присущи значительные остаточные деформации, возникающие в результате термообработки. По этой причине после нее рабочие поверхности втулки и вала подлежат притирке и шлифованию. Кроме того, в процессе механосборочных работ их нельзя дополнительно обрабатывать (к примеру, засверливать под штифты отверстия).

Шариковые шлицевые соединения, которые изготавливаются из цементируемых сталей, обладают почти такой же нагрузочной способностью. Их, как и высокоуглеродистые, необходимо после закалки дополнительно обрабатывать. Однако в процессе сборки в них можно подвергать сверлению отверстия под штифты.

Что касается соединений, при изготовлении которых используются азотируемые стали, то они допускают примерно в полтора раза меньшую нагрузку, поскольку их упрочненный слой относительно тонок. Однако в ходе термической обработки они в очень небольшой степени изменяют свои формы и геометрические размеры. Это, среди прочего, означает, что детали, изготовленные из них, не требуется дополнительно обрабатывать и поэтому в производстве они гораздо менее трудоемки.

Смазка и защита

В специальной смазке шариковые шлицевые соединения не нуждаются, и поэтому отлично функционируют как с консистентной, так и с жидкой смазкой. Если скорости движения невысоки, то ее необходимо совсем немного.

Эти соединения чувствительны к различного рода загрязнениям, которые вызывают их абразивный износ, пагубно сказывающийся на легкости хода и точности. Поэтому их защищают специальными телескопическими трубками или предохранительными «гармошками».