Пользовательные шлицевые валы
К овальной и параллельной шлицам

Вал со шлицами (также называется шлицевым валом) — это вал с продольными зубьями (шпонами), обработанными по внешней поверхности которые зацепляются с соответствующими внутренними шпонами (в муфте, втулке или соединении) для передачи момента вращения при допуске осевого скольжения или точного углового позиционирования. В отличие от простого вала с одним штифтом и пазом, шпоночный вал распределяет момент на несколько зубьев, что обеспечивает более высокую моментную способность, лучшую концентричность и меньшую концентрированность напряжений. Шпоновые валы используются там, где требуется передача момента между валом и скользящим или фиксированным хабом — автомобильные трансмиссии, робототехнические соединения, гидравлические насосы и космические исполнительные механизмы.

Цена на индивидуальные валы со шлицами зависит от шести параметров: (1) наружный диаметр шлицев и модуль — более крупные и мелкошаговые валы стоят дороже; (2) материал — цементируемая сталь 20CrMnTi дороже, чем индукционно закалённая 42CrMo4; (3) класс точности — DIN 5480, 5-й класс (шлифованный) примерно в 2 раза дороже 7-го класса (только нарезка); (4) термообработка — индукционная закалка + шлифовка увеличивает стоимость на 25–40%; (5) длина и специальные особенности — длинные, полые и зубошлицевые валы стоят дороже, чем простые короткие шлицы; (6) объём заказа — прототипы стоят дороже за единицу, чем партии от 100 штук. Отправьте свой чертеж для бесплатного индивидуального расчета стоимости шлицевого вала — мы ответим в течение 48 часов с точной ценой, сроком изготовления и предложением по обработке шлицевых валов.

Инволютные шпонки (охвачены DIN 5480, ISO 4156, ANSI B92.1) имеют профили зубьев с инволютной кривой — та же геометрия профиля, что и у зубьев шестерни. Это обеспечивает самоцентрирование под нагрузкой, высокую прочность на крутящий момент и возможность изготавливаться и контролироваться тем же оборудованием, что и шестерни. Шлицевые соединения с параллельными шпонками (DIN 5462/5463) имеют прямые, плоско-сторонние зубья с прямоугольным поперечным сечением — проще обрабатывать, но меньшая прочность на нагрузку и отсутствует самоцентрирование. Взводные шлицы предпочитаются для автопрома и аэрокосмической отрасли; параллельные шпонки для менее требовательных применений в машиностроении и конвейерах.

Существуют четыре основных стандарта: DIN 5480 (немецко-европейский) — зубья-кручения, метрический модуль, угол давления 30°, доминирующий стандарт в европейских автомобильной и промышленной сферах. ISO 4156 — тесно связан с DIN 5480, но имеет некоторые различия в определениях класса посадки; предпочтителен для международных закупок. ANSI B92.1 (имперский, зубчатый шаг) и ANSI B92.2M (метрический) — американские стандарты, широко применяемые в российском автомобильном и гидравлическом оборудовании. SAE J498 для гидравлических насосных муфт. HXC производит шлицевые валы по всем четырем стандартам — укажите ваш стандарт и класс посадки на чертеже.

Стандартный процесс изготовления шлицевого вала для прецизионных шлицев: (1) Точение заготовки — валовый диаметр, серьги и элементы обрабатываются до близкой к готовой форме с использованием заготовок под шлифование. (2) Шлицевое раскалывание — эвольвентные зубья шлицев, полученные фрезерованием шлицев с помощью ЧПУ. (3) Термическая обработка — индукционная закалка зоны шлицев или полное карбонитрирование, в зависимости от применения. (4) Шлифовка зуба шлица послепромышленная доводка профиля шлифовки восстанавливает точность DIN 5480 класса 5–6. (5) ОД шлифовка цилиндрическая — подшипниковые продольки и базовые диаметры заготовлены до финального размера. (6) Инспекция — 100% контрольная калибровка go/no-go и измерение по оси выступа.

Фреттинг является микро-износ на поверхности контакта зубьев шлицевого соединения — распространенный вид отказа в гидролокаторах шлицевых соединений, подвергающихся циклическим torsion нагрузкам с вибрацией. Он вызывает характерные окисленные фракции изнашивания (фреттинг коррозия) и может прогрессировать до трещинообразования фреттинга у корня зубца. Методы предотвращения: Класс плотной посадки — уменьшает относительное микропередвижение; (2) Поверхностная закалка — твердые зубчатые фланги сопротивляются микроскольжному износу; (3) Смазка — смазка для шлицов (MoS₂ или NLGI 2) в муфте; (4) Увеличенное число зубьев — распределяет нагрузку на большее число зубьев; (5) Шоковое обжатие — сжимающее напряжение в корне препятствует инициированию трещин.

DIN 5480 определяет посадку шлицев по классу допусков и типу посадки. Вал (наружная шлицевая часть) оценивается по допуску толщины зуба (например, e, f, g для скользящей посадки; js для переходной посадки; k, n для прессовой посадки). Шпиндель ( внутренняя шлицевая часть) имеет сопутствующий сорт. Распространённые варианты: Скользящая посадка (f/H) — для шлицев, которые должны перемещаться вдоль оси или устанавливаться вручную; типично для коробок передач и соединительных узлов гидравлических насосов. Переходная посадка (js/JS) — для фиксированных соединений с некоторой допуском на сборку. Прессовая посадка (k/K, n/N) — для постоянных сборок. Всегда указывайте оба класса посадки вала и ступицы на чертеже — несоответствие классов является частой ошибкой проектирования.

Контроль шлицевого вала выполняется тремя взаимодополняющими методами: (1) Штангенрейки Go/No-Go для шлицев — наиболее практичный метод для производственного контроля. Штангенрейка "go" (соединительный зонд) проверяет общий комплекс допусков, включая форму зуба, шаг и концентричность, за одну функциональную проверку. Штангенрейка "no-go" контролирует, чтобы толщина зуба не оказалась слишком малой. (2) Измерение по дополнительной кромке (перекрытие шаром) — две прецизионные втулки фиксированного диаметра, размещенные в противоположных зубчатых пространствах, и расстояние между ними, измеряемое микрометром. Прямой замер эффективной толщины зуба. (3) CMM с модулем зубьев — для прецизионных шлинов, требующих индивидуального профиля зуба, шага, винтовой и отклонения по DIN 5480 или ISO 4156. HXC использует все три метода, с контрольными калибрами 100% go/no-go и измерением партии на CMM.

A вал с пазом передает момент через один прямоугольный клин, вставленный в паз (паз), нарезанный на валу и цилиндрической втулке. Простой, дешевый, но: высокая концентрация напряжений на концах паза; плохая concentricity (втулка может слегка качаться по клинку); ограниченная способность к передаче крутящего момента (только одна контактная поверхность). вал с зубчатым шлицем (spline) передает момент через несколько зубьев, распределенных по окружности: значительно выше способность к передаче крутящего момента на единицу диаметра вала; отличная центровка (самоцентрирующийся профилированный винтовой профиль); позволяет осевое скольжение без потери передачи момента; лучшая долговечность по циклу нагружения, так как напряжение распределено. Для применений выше ~50 Нм или требующих высокой центровки, валы с шлицем существенно лучше чем валы с пазами.

Завод HXC по производству шлицевых валов с ЧПУ расположен в Дунгуань, Гуандун, Китай — крупный центр прецизионного производства в дельте реки Жемчужной. Мы являемся китайским производителем шлицевых валов с 2008 года, экспортируем продукцию клиентам в Россию, Японию, Францию, Италию, Корею и более чем в 30 других стран. Вся механическая обработка шлицевых валов, индукционная закалка, шлифовка и контроль на КИМ выполняются на нашем заводе в Китае — без аутсорсинга. Для отделов закупок, квалифицирующих новых российских поставщиков шлицевых валов с ЧПУ, возможны визиты на завод и видеоаудит.

Да — полые шлицевые валы являются специализацией HXC. Мы изготавливаем полые шлицевые валы из прутка с глубоким сверлением или бесшовной трубы, с внутренними отверстиями для снижения массы, подачи масла/охлаждающей жидкости или прокладки кабеля. Типичные применения: валы сочленений роботов (экономия ~40% массы по сравнению с цельными), аэрокосмические актуаторы, современные автомобильные карданные валы и гоночные трансмиссии. Соосность отверстия выдерживается до ≤ 0,01 мм относительно окружности шлицев. Отправьте свой чертеж полого шлицевого вала — мы проверим толщину стенки, риск деформации при термообработке и предложим индивидуальную смету в рамках бесплатного DFM-анализа.

Свойства материала шлицевого вала определяют область применения: 20CrMnTi (индукционно закалённая, HRC 52–58) — стандарт для шлицевых валов автомобильных трансмиссий и гидравлических насосов из стали — хорошая усталостная прочность, предсказуемая термообработка, отличная обрабатываемость. 42CrMo4 (цементация, HRC 58–62) для максимальной прочности поверхности при высоких крутящих моментах на шлицах валов привода. SUS316L сталь нержавеющая для пищи, фармацевтики и моря. Al 7075-T6 (твердо анодированный) для зубьев шарнирных соединений легких роботов. Титан Grade 5 для аэрокосмической отрасли. 17-4PH нержавеющая сталь для морской техники и обороны. PEEK для медицинских стерилизуемых шлицев.

Наиболее распространенные углы давления для эвольвентных шлицев: 30° (DIN 5480, ISO 4156) — европейский метрический стандарт; высокий угол давления обеспечивает широкое основание зуба, хорошую грузоподъемность и самовцентирование. 37,5° и 45° — используется в некоторых сериях ANSI B92.1 для максимальной прочности корня и минимальной радиальной нагрузки на подшипники. 20° — используется в некоторых точных шлицевых зубьях, где предпочтителен больший номер тонких зубьев. Угол давления влияет на прочность зуба, самовыравнивание жесткости и требуемую конкретную калибровку шлицев для инспекции. Всегда явно указывайте угол давления — не полагайтесь только на стандарт, так как внутри каждого стандарта существует несколько вариантов PA.

Стандартные шлицевые валы с параллельной осью рассчитаны в первую очередь на передачу крутящего момента — они могут передавать осевые нагрузки только в том случае, если шлиц спроектирован с осевым плечом или удерживающим кольцом, так как боковые поверхности зубьев сами по оси не нагружены в стандартном зацеплении цилиндрического шлица. Для шлиц, которые должны передавать значительные осевые нагрузки, нужен гибко-шлицевый (практически как профиль цилиндрического зубчатого колеса) преобразует момент torque в осевое преднатяжение — используется в приводах вспомогательных агрегатов авиационных двигателей. Для небольших осевых нагрузок (только преднатяжение) самый простой вариант — скользящее сопряжение шлицы с удерживающим стопорным кольцом на конце привода. HXC проектирует шлицевые валы для сочетанной передачи момента и осевой нагрузки, если требуется — включите ваши требования к нагрузке в примечания к чертежу.

Ёмкость шлицевого вала по моменту зависит от диаметра шлица (OD), модуля, количества зубьев, ширины торца и твердости материала. Как ориентир: шлиц DIN 5480 с m1.5 / 30T / Ø45 мм в 42CrMo4 (индукционная закалка) может передавать примерно 500–800 Нм непрерывно. Емкость примерно пропорциональна кубу модульного подреза spline OD для той же ступени. Основные проектные ограничения: изгиб зубьев по срезу (срез корня), контактное напряжение (гектцер Hertz давление на кант), и фреттинговая усталость в корне зуба. Инженеры HXC могут рассчитать прочность крутящего момента шлицевого вала и порекомендовать модуль/количество зубьев для вашего применения в составе бесплатного обзора DFM.

Смазка зависит от типа муфты: Фиксированные шлицевые муфты (отсутствие осевого скольжения во время эксплуатации): достаточно однократного нанесения смазки с дисульфидом молибдена (MoS₂) или термоустойчивого соединения при сборке. Скользящие шлицевые муфты (шлицы смещаются вдоль оси во время работы, например, сдвиг фланцев приводного вала): требуют смазки, специфичной для шлицев (NLGI 2 литиевый комплекс с MoS₂ или графит), восполняемой по графику обслуживания. Масляная среда (коробка передач внутренности): смазываются трансмиссионным маслом — убедитесь, что тип масла совместим с материалом шлицев (EP добавки необходимы для стальных шлицев). Нержавеющие и титановые шлицы более терпимы к сухому ходу, но все равно получают пользу от смазки.

Класс точности DIN 5480: Класс 8–9 — только зефирование зубьев, без шлифовки; достаточен для медленно–скоростных, малогрузовых промышленных шлицевых couplings и крупной сельскохозяйственной техники. Класс 7 — зефирование и слабая фаска; общие промышленные и автомобильные неприкладные применения. Класс 6 — зефирование + шлифование; стандарт для автомобильных коробок передач, шлицев гидронасосов и приводов роботизированных joints. Класс 5 — прецизионное шлифование; для сервомеханизмов роботизированных суставов, авиационных приводов и приводов прецизионных инструментов, где люфт должен контролироваться строго. Каждый переход на один шаг вниз примерно удваивает стоимость инспекции и производства. Наши инженеры порекомендуют правильный класс на основе вашей крутящего момента, скорости и требований по точности позиций.

Сроки изготовления шпоновых валов: Прототип (1–5 шт), фрезерование на 5 осей: 5–8 дней. Небольшая серия (10–50 шт), зацепление + обработка шлифованием, DIN 5480 класс 6: 8–14 дней. Производственная серия (100–2 000 шт), зацепление + твердение + шлифование: 12–18 дней. Шпоновые валы из нержавеющей стали или титана: добавить 3–5 дней на пассивацию или дополнительные сложности обработки. Длинные валы (>500 мм): добавить 2–3 дня на выправку прямолинейности после термообработки. Срочное производство доступно — обсудите ваш срок при загрузке чертежа.

Да — мы регулярно производим шлицевые валы с зубьями которые объединяют внешние шлицы, внешние зубья шестерни, опорные цилиндры, резьбовые концы и монтажные фланцы в одном валу. Все функции изготовлены в последовательной цепочке операций, обеспечивающей соосность между шлицом, шестерней и посадочными поверхностями подшипников. Примеры включают: автомобильные карданные валы с зацеплением по инволюте на одном конце и зубьями цилиндрической шестерни посередине; валы роботизированных сочленений со шлицами и интегрированной конической шестерней; валы гидравлических моторов со шлицами и фланцевым креплением. Это самые сложные прецизионные валы, которые мы производим — и самые распространённые заказы на индивидуальный вып.