Соединения с натягом

Соединения с натягом сравнительно широко распространены с сельскохозяйственном машиностроении (10…17 % от общего числа соединений). От качества выполнения этих соединений зависят работоспособность и надежность многих механизмов и машин. По способу получения нормальных напряжений на сопрягаемых поверхностях соединения с гарантированным натягом разделяют на продольно-прессовые и поперечно-прессовые.

При продольно-прессовом соединении охватываемую деталь запрессовывают в охватывающую в продольном (осевом) направлении с натягом, в результате которого в соединении возникают номинальные напряжения и силы трения, обеспечивающие неподвижность сопрягаемых деталей (рис. 1).

При получении поперечно-прессовых соединений процесс сопряжения деталей происходит радиально (нормально) к поверхности. Такие соединения обычно осуществляют нагреванием охватывающей детали или охлаждением охватываемой детали перед сборкой.

В сельскохозяйственном машиностроении при сборке различных изделий применяют оба способа формирования прессовых сопряжений. Рассмотрим отличительные особенности каждого из этих методом.

Рис. 1. Схема продольно-прессового соединения перед

началом сопряжения (а) и после выполнения сопряжения (б)

 

При продольно-прессовых соединениях (рис. 1) прочность соединения и сила запрессовки зависят от величины натяга. Сила запрессовки, необходимая для сборки продольно-прессового соединения, определяется из следующего выражения:

,

где f – коэффициент трения при запрессовке; d – номинальный диаметр сопряжения; p – давление на контактной поверхности, МПа; L – длина запрессовки.

Давление на контактной поверхности

,

где N – расчетное значение натяга; c₁ и c₂ – коэффициенты, зависящие от параметров сопрягаемых деталей,

d, d_ОТВ и D – параметры сопрягаемых деталей (рис. 1); m₁, m₂ – коэффициенты Пуассона (для стали m = 0,3, для чугуна m = 0,25); E₁, E₂ – модули упругости материалов сопрягаемых деталей. Если охватываемая деталь выполнена в виде сплошного вала, d_ОТВ = 0.

Коэффициент трения зависит от материала деталей, шероховатостей сопрягаемых поверхностей, удельного давления, а также наличия и вида смазки. Рекомендуемые значения коэффициентов трения для ряда материалов: сталь 0,06…0,22; чугун 0,06…0,14; магниево-алюминиевые сплавы 0,02…0,07; латунь 0,05…0,1.

Прочность продольно-прессового соединения в значительной степени определяется скоростью его выполнения. Наибольшая прочность достигается при скоростях V < 3 мм/с. Не менее важным фактором, определяющим значение и стабильность силы запрессовки, является угол перекоса a сопрягаемых поверхностей, который не должен превышать 30¢. Для этого необходимо при запрессовке создать оптимальные углы на торцах сопрягаемых поверхностей. Угол j (рис. 1) не должен превышать 5…10 °, а угол g - 20…30°. При значении угла j = 5…10 ° сила запрессовки уменьшается при росте прочности соединения вследствие изменения характера упруго-пластических деформаций. Для лучшего центрирования сопрягаемых поверхностей необходимо делать заходные пояски (2…3 мм).

При сборке продольно-прессовых соединений происходит изменение размеров собираемых деталей, что необходимо учитывать, если указанные размеры ограничены допусками. Наружный диаметр D, охватывающий детали увеличивается на величину ; внутренний диаметр d_ОТВ охватываемой детали уменьшается на . При значительных изменениях это вызывает необходимость дополнительной пригонки отверстий втулок после запрессовки путем развертывания или повторной расточки на станке.

В поперечно-прессовых соединениях сближение сопрягаемых поверхностей происходит радиально, т.е. нормально к поверхностям. Это осуществляется либо нагреванием охватывающей, либо охлаждением охватываемой детали перед сборкой.

Температуру нагрева или охлаждения собираемых деталей определяют по выражению

, (1)

где D₀, d - монтажный зазор и максимальный натяг соединения соответственно, мм; a_е – коэффициент линейного расширения (сжатия), °С^-1; d - диаметр соединения, мм.

При перемещении детали из нагревающего или охлаждающего устройства неизбежны ее охлаждение или нагрев. Приближенно можно считать, что эта температура составляет 25…30 °С, тогда выражение (1) принимает вид

.

Конечная температура детали будет равна t_A + t_H при нагреве и t_H – t_A при охлаждении, где t_H – начальная температура детали.

Несмотря на бесспорные преимущества тепловых методов сборки, их технологические возможности ограничены рядом причин.

Обычно температуру t_A + t_H нагрева охватывающей детали ограничивают 350 °С, так как дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, ибо ведет к снижению твердости, появлению окалины (оксидных пленок). При значительной разнице коэффициентов линейного расширения и нагрев в процессе сборки охватываемой детали от отхватывающей может быть причиной возникновения остаточных напряжений. Температура охлаждения

t_H – t_A ограничивается температурой хладагента: - 78,5 °С для твердой углекислоты, - 182,5 °С для жидкого азота.

Сборку поперечно-прессовых соединений чаще всего применяют для тяжелонагруженных соединений с большими натягами, а также в тех случаях, когда запрессовка с помощью прессов невозможна или затруднена. Этот способ можно использовать также при сравнительно небольших натягах (посадка подшипников качения), что значительно облегчает процесс сборки таких соединений.