Шлицевые прямобочные соединения: допуски, посадки и центрирование

В мире машиностроения передача крутящего момента от вала к ступице (и наоборот) является одной из фундаментальных задач. На протяжении десятилетий для этого использовались шпоночные соединения, однако с ростом мощностей и требований к надежности инженеры столкнулись с их ограничениями. Решением стали шлицевые (или зубчатые) соединения, которые благодаря своей конструкции способны передавать значительно большие нагрузки, обеспечивая при этом высокую точность центрирования и долговечность узла. Наибольшее распространение получили соединения с прямобочным профилем зубьев, стандартизация которых прошла долгий путь развития, отраженный в государственных стандартах.

В данной статье мы подробно разберем ключевые аспекты нормирования точности именно таких соединений, основываясь на актуальных нормативных документах, и рассмотрим, как правильно выбрать параметры для достижения оптимальной производительности и надежности механизма.

1. Ключевые параметры и стандартизация размеров

Шлицевые соединения с прямобочным профилем являются незаменимым элементом в конструкциях, где требуется передача высоких крутящих моментов при сохранении строгой соосности сопрягаемых деталей, таких как валы и втулки. Их эффективность напрямую зависит от правильного выбора геометрических параметров, которые строго регламентированы. Все расчеты и допуски для таких соединений в Российской Федерации сегодня базируются на стандарте ГОСТ 1139-80 «Соединения шлицевые прямобочные. Размеры и допуски».

Для адаптации соединения под конкретные условия эксплуатации стандарт предусматривает три основные серии, различающиеся по нагрузочной способности:

• Легкая серия: применяется в узлах с умеренными и средними нагрузками, где не требуется передача пиковых крутящих моментов.
• Средняя серия: наиболее универсальная и распространенная, обеспечивает оптимальный баланс между габаритами и передаваемой мощностью.
• Тяжелая серия: разработана для высоконагруженных механизмов, работающих в тяжелых условиях, где требуется максимальная прочность и износостойкость.

Ключевыми геометрическими параметрами, определяющими конструкцию и взаимозаменяемость деталей, являются:

• D – наружный диаметр шлицев;
• d – внутренний диаметр шлицев;
• b – ширина шлица (зуба).

В таблице 1 представлены номинальные размеры для элементов соединений различных серий в соответствии с ГОСТ 1139-80.

Таблица 1 – Номинальные размеры элементов шлицевого соединения с прямобочным профилем

Размеры легкой серии
Обозначение (b×d×D)	Количество шлицев (зубьев),z		Внутренний диаметр, d		Наружный диаметр, D		Ширина шлица, b		Диаметр канавки, d1, не менее		Ширина канавки, а, не менее		Фаска, с				Радиус скругления, r,	не более
													Номинал.		Пред. откл.
6×23×26	6		23		26		6		22,1		3,54		0,3		+0,2		0,2
6×26×30	6		26		30		6		24,6		3,85		0,3		+0,2		0,2
6×28×32	6		28		32		7		26,7		4,03		0,3		+0,2		0,2
8×32×36	8		32		36		6		30,4		2,71		0,4		+0,2		0,3
8×36×40	8		36		40		7		34,5		3,46		0,4		+0,2		0,3
8×42×46	8		42		46		8		40,4		5,03		0,4		+0,2		0,3
8×46×50	8		46		50		9		44,6		5,75		0,4		+0,2		0,3
Размеры средней серии
6×11×14		6		11		14		3,0		9,9		—		0,3		+0,2			0,2
6×13×16		6		13		16		3,5		12,0		—		0,3		+0,2			0,2
6×16×20		6		16		20		4,0		14,5		—		0,3		+0,2			0,2
6×18×22		6		18		22		5,0		16,7		—		0,3		+0,2			0,2
6×21×25		6		21		25		5,0		19,5		1,95		0,3		+0,2			0,2
6×23×28		6		23		28		6,0		21,3		1,34		0,3		+0,2			0,2
6×26×32		6		26		32		6,0		23,4		1,63		0,4		+0,2			0,3
6×28×34		6		28		34		7,0		25,9		1,7		0,4		+0,2			0,3
8×32×38		8		32		38		6,0		29,4		—		0,4		+0,2			0,3
8×36×42		8		36		42		7,0		33,5		1,02		0,4		+0,2			0,3
8×42×48		8		42		48		8,0		39,5		2,57		0,4		+0,2			0,3
Размеры тяжелой серии
10×16×20		10		16		20		2,5		14,1				0,3		+0,2			0,2
10×18×23		10		18		23		3,0		15,6				0,3		+0,2			0,2
10×21×26		10		21		26		3,0		18,5				0,3		+0,2			0,2
10×23×29		10		23		29		4,0		20,3				0,3		+0,2			0,2
10×26×32		10		26		32		4,0		23,0				0,4		+0,2			0,3
10×28×35		10		28		35		4,0		24,4				0,4		+0,2			0,3
10×32×40		10		32		40		5,0		28,08				0,4		+0,2			0,3
10×36×45		10		36		45		5,0		31,3				0,4		+0,2			0,3
10×42×52		10		42		52		6,0		36,9				0,4		+0,2			0,3

Примечания к таблице:

1. Исполнение 1 валов, применяемое в легкой и средней сериях, оптимизировано для производства методом накатки (обкатывания). Валы тяжелой серии этим методом не изготавливаются из-за высоких требований к прочности.
2. Выбор исполнения вала (1, 2 или 3) напрямую связан с методом центрирования. Исполнения 1 и 3 предназначены для центрирования по внутреннему диаметру d, в то время как исполнение 2 применяется при центрировании по наружному диаметру D или боковым граням шлицев b.

2. Методы центрирования и выбор посадок

Точность и долговечность работы шлицевого соединения в огромной степени зависят от способа центрирования – выбора поверхности, которая обеспечивает соосность вала и втулки. Стандарт определяет три основных метода, каждый из которых имеет свою область применения, преимущества и недостатки.

Рисунок 1 – Схемы методов центрирования: а – по наружному диаметру (D), б – по внутреннему диаметру (d), в – по боковым сторонам шлицев (b)

2.1. Центрирование по наружному диаметру D

Этот метод является наиболее технологичным и экономичным. Он предпочтителен в случаях, когда втулка не подвергается термической обработке, либо ее твердость после закалки позволяет произвести финишную калибровку протяжкой. Вал при этом может быть обработан фрезерованием до окончательных размеров.

Применение: неподвижные соединения, а также подвижные узлы, передающие сравнительно небольшие нагрузки и не требующие высочайшей точности сопряжения.

2.2. Центрирование по внутреннему диаметру d

Данный способ обеспечивает наивысшую точность соосности. Его применение целесообразно, когда втулка после термообработки имеет высокую твердость (HRC > 35-40), что исключает возможность ее калибровки протягиванием. В этом случае внутренний диаметр втулки и вала доводят до нужной точности шлифованием. Метод также незаменим для длинных валов, подверженных деформации после закалки.

Применение: ответственные подвижные соединения, например, в коробках передач, где требуется плавное перемещение шестерен по валу.

2.3. Центрирование по боковым сторонам b

Этот метод выбирают для соединений, которые испытывают реверсивные (знакопеременные) нагрузки и передают большие крутящие моменты. Он обеспечивает более равномерное распределение давления по боковым граням всех шлицев, что минимизирует их смятие и износ. Однако достичь высокой точности соосности деталей при таком методе сложнее.

Применение: карданные валы, реверсивные редукторы, трансмиссии тяжелой техники.

Выбор полей допусков и посадок для центрирующих и нецентрирующих поверхностей определяется методом центрирования и эксплуатационными требованиями. Рекомендации согласно ГОСТ 1139-80 приведены в таблицах 2-4.

Таблица 2 – Рекомендуемые поля допусков и посадки для D и b при центрировании по наружному диаметру D

Поле допуска		Тип посадки
втулки	вала
Для центрирующего диаметра D
H7	f7; g6; h7; js6; n6
H8	d8, e8, h7
Для ширины шлица b
D9	d9; e8; f7; h8; h9; js7
F8	e8; f7; f8; h8; js7

Таблица 3 – Рекомендуемые поля допусков и посадки для d и b при центрировании по внутреннему диаметру d

Поле допуска		Тип посадки
втулки	вала
Для центрирующего диаметра d
H7	f7; g6; g7; h7; js6; js6; js7; n6
H8	e8
Для ширины шлица b
F8	f7; f8; h7; h9; js7; k7
H8	h7; h8; js7
D9	d9; e8; f7; f8; f9; e9; h8; h9; js7; k7
F10	d9; e8; f7; f8; f9; h7; h8; h9; e9; h9; js7; k7

Таблица 4 – Рекомендуемые поля допусков и посадки для b при центрировании по боковым сторонам b

Поле допуска		Тип посадки
втулки	вала
F8 D9 F10	e8; f8; js7 d9; e8; f8; f9; h8; h9; js7; k7 d9; e8; f8; f9; h8; h9; js7; k7

3. Правила оформления условных обозначений на чертежах

Для однозначной идентификации параметров шлицевого соединения на конструкторской документации (сборочных и деталировочных чертежах) используется стандартизированная система условных обозначений. Эта запись в краткой форме содержит всю необходимую информацию о геометрии, методе центрирования и назначенных посадках.

Структура обозначения: [Символ центрирования] — [Число зубьев] × [Внутренний диаметр с посадкой] × [Наружный диаметр с посадкой] × [Ширина шлица с посадкой].

Пример 1: Центрирование по внутреннему диаметру d.

Рассмотрим соединение с числом зубьев z = 8, внутренним диаметром d = 36 мм, наружным D = 40 мм и шириной шлица b = 7 мм. Посадка по центрирующему диаметру d – H7/f7, по нецентрирующему D – H12/a11, по ширине шлица b – D9/f9.

Обозначение соединения: d — 8 × 36H7/f7 × 40H12/a11 × 7D9/f9

Пример 2: Центрирование по наружному диаметру D.

Для того же соединения, но с центрированием по D с посадкой H7/h7 и посадкой по b F10/h9.

Обозначение соединения: D — 8 × 36H12/h11 × 40H7/h7 × 7F10/h9

Пример 3: Центрирование по боковым сторонам b.

Обозначение для соединения с центрированием по b и посадкой D9/f8.

Обозначение соединения: b — 8 × 36H12/a11 × 40H12/a11 × 7D9/f8

При обозначении на деталировочных чертежах указываются параметры только для одной детали (вала или втулки).

Обозначение для втулки из примера 1:
d — 8 × 36H7 × 40H12 × 7D9

Обозначение для вала из примера 1:
d — 8 × 36f7 × 40a11 × 7f9

На сборочных чертежах условное обозначение наносится на выносной линии, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Пример обозначения шлицевого соединения на сборочном чертеже

Заключение

Правильное проектирование шлицевого соединения – это залог надежности и долговечности всего механизма. Выбор серии (легкой, средней или тяжелой), метода центрирования (по D, d или b) и соответствующих посадок должен основываться на тщательном анализе условий эксплуатации: величины и характера нагрузок, требуемой точности и технологических возможностей производства. Следование рекомендациям ГОСТ 1139-80 не только гарантирует соответствие современным инженерным требованиям, но и обеспечивает взаимозаменяемость деталей. Стоит помнить, что хотя прямобочные шлицы являются наиболее универсальными, для экстремальных нагрузок и компактных конструкций также применяются соединения с эвольвентным профилем, нормируемые отдельными стандартами.

• Об авторе
• Недавние публикации

Александр Лавриненко

Ведущий инженер-технолог и эксперт по производственной оптимизации в Современные технологии производства

Александр Лавриненко — инженер-технолог с более чем 25-летним опытом в машиностроении, энергетике, строительстве и автоматизации производства. Получил степень магистра в области металлургии в МГТУ, специализируясь на современных методах обработки металлов и аддитивных технологиях.
Регулярно публикую материалы о передовых методах обработки и сварки материалов, а также освещаю новинки в сфере производства,материаловедения, строительства и др.

Александр Лавриненко недавно публиковал (посмотреть все)

• Шпоночные соединения: допуски, посадки, размеры и обозначения на чертежах - 01.09.2025
• Шлицевые прямобочные соединения: допуски, посадки и центрирование - 01.09.2025
• Все о допусках на резьбу: классы точности, поля допусков и посадки с зазором и натягом - 01.09.2025