натяг это такой способ соединения деталей при котором
Натяг это такой способ соединения деталей при котором
уПЕДЙОЕОЙС НПЦОП ТБЪДЕМЙФШ ОБ ДЧЕ ЗТХРРЩ:
пУОПЧОПЕ РТЙНЕОЕОЙЕ ЙНЕАФ УПЕДЙОЕОЙС РЕТЧПК ЗТХРРЩ.
уНЕЭЕОЙЕ ДЕФБМЕК РТЕДПФЧТБЭБЕФУС ЙИ ЧЪБЙНОЩН ОБРТБЧМЕОЙЕН Й УЙМБНЙ ФТЕОЙС ОБ РПЧЕТИОПУФЙ ЛПОФБЛФБ. уПЕДЙОЕОЙС У ОБФСЗПН НПЗХФ ЧПУРТЙОЙНБФШ РТПЙЪЧПМШОП ОБРТБЧМЕООЩЕ УЙМЩ Й НПНЕОФЩ.
пВЭЙН ДПУФПЙОУФЧПН УПЕДЙОЕОЙК У ОБФСЗПН СЧМСЕФУС ЧПЪНПЦОПУФШ ЧЩРПМОЕОЙС ЙИ ДМС ПЮЕОШ ВПМШЫЙИ ОБЗТХЪПЛ Й ИПТПЫЕЕ ЧПУРТЙСФЙЕ ЙНЙ ХДБТОЩИ ОБЗТХЪПЛ.
гЙМЙОДТЙЮЕУЛЙЕ Й ЛПОЙЮЕУЛЙЕ УПЕДЙОЕОЙС.
уПЕДЙОЕОЙС ЙНЕАФ ЫЙТПЛПЕ РТЙНЕОЕОЙЕ РТЙ ВПМШЫЙИ, ПУПВЕООП ДЙОБНЙЮЕУЛЙИ ОБЗТХЪЛБИ Й ПФУХФУФЧЙЙ ОЕПВИПДЙНПУФЙ Ч ЮБУФПК УВПТЛЕ Й ТБЪВПТЛЕ. лБЛ ЙЪЧЕУФОП, РТЙ ДЙОБНЙЮЕУЛЙИ ОБЗТХЪЛБИ ЫРПОПЮОЩЕ УПЕДЙОЕОЙС ВЩУФТП ПВНЙОБАФУС.
иБТБЛФЕТОЩНЙ РТЙНЕТБНЙ ДЕФБМЕК, УПЕДЙОСЕНЩИ У ОБФСЗПН, НПЗХФ УМХЦЙФШ: ЛТЙЧПЫЙРЩ, РБМШГЩ ЛТЙЧПЫЙРПЧ, ДЕФБМЙ УПУФБЧОЩИ ЛПМЕОЮБФЩИ ЧБМПЧ (ТЙУХОПЛ 15, Б), ЛПМЕУОЩЕ ГЕОФТЩ Й ВБОДБЦЙ ЦЕМЕЪОПДПТПЦОПЗП РПДЧЙЦОПЗП УПУФБЧБ (ТЙУХОПЛ 15, В), ЧЕОГЩ ЪХВЮБФЩИ Й ЮЕТЧСЮОЩИ ЛПМЕУ (ТЙУХОПЛ 15, Ч), ДЙУЛЙ ФХТВЙО, ТПФПТЩ ЬМЕЛФТПДЧЙЗБФЕМЕК, РПДЫЙРОЙЛЙ ЛБЮЕОЙС (ТЙУХОПЛ 15, З) Й Ф. Д.
иБТБЛФЕТ УПЕДЙОЕОЙС ПРТЕДЕМСЕФУС ОБФСЗПН, ЛПФПТЩК ЧЩВЙТБАФ Ч УППФЧЕФУФЧЙЙ У РПУБДЛБНЙ, ХУФБОПЧМЕООЩНЙ УФБОДБТФОПК УЙУФЕНПК РТЕДЕМШОЩИ ДПРХУЛПЧ Й РПУБДПЛ. оБЙВПМЕЕ ТБУРТПУФТБОЕОЩ УМЕДХАЭЙЕ РПУБДЛЙ У ОБФСЗПН ЛЧБМЙФЕФПЧ 6; 7 Ч РПТСДЛЕ ХВЩЧБОЙС ОБФСЗБ: о7/u7; H7/s6; о7/r6; о7/p6. уПРТПФЙЧМЕОЙС УДЧЙЗХ РТЙ ВПМШЫЙИ ОБФСЗБИ ДПУФЙЗБАФ 12 нрБ.
дМС УПЕДЙОЕОЙС ФПОЛПУФЕООЩИ ДЕФБМЕК ВПМШЫЙЕ ОБФСЗЙ ОЕРТЙНЕОЙНЩ.
уРПУПВЩ УПЕДЙОЕОЙС У ОБФСЗПН:
тБУЮЕФ УПЕДЙОЕОЙС ЧЛМАЮБЕФ ПРТЕДЕМЕОЙЕ ОЕПВИПДЙНПЗП ОБФСЗБ ДМС ПВЕУРЕЮЕОЙС РТПЮОПУФЙ УГЕРМЕОЙС Й РТПЧЕТЛХ РТПЮОПУФЙ УПЕДЙОСЕНЩИ ДЕФБМЕК.
оЕПВИПДЙНБС ЧЕМЙЮЙОБ ОБФСЗБ ПРТЕДЕМСЕФУС РПФТЕВОЩН ДБЧМЕОЙЕН ОБ РПУБДПЮОПК РПЧЕТИОПУФЙ.
дБЧМЕОЙЕ Т ДПМЦОП ВЩФШ ФБЛЙН, ЮФПВЩ УЙМЩ ФТЕОЙС ПЛБЪБМЙУШ ВПМШЫЕ ЧОЕЫОЙИ УДЧЙЗБАЭЙИ УЙМ. рТЙ ОБЗТХЦЕОЙЙ УПЕДЙОЕОЙС ПУЕЧПК УЙМПК Fa (ТЙУХОПЛ 17, Б) ХУМПЧЙЕ РТПЮОПУФЙ:
ПФЛХДБ (43)
рТЙ ОБЗТХЦЕОЙЙ УПЕДЙОЕОЙС ЧТБЭБАЭЙН НПНЕОФПН ф (ТЙУХОПЛ 17, 6) ХУМПЧЙЕ РТПЮОПУФЙ:
(44)
ПФЛХДБ (45)
рТЙ ПДОПЧТЕНЕООПН ОБЗТХЦЕОЙЙ ЧТБЭБАЭЙН НПНЕОФПН ф Й УДЧЙЗБАЭЕК УЙМПК Fa (ТЙУХОПЛ 17,Ч) ТБУЮЕФ ЧЕДХФ РП ТБЧОПДЕКУФЧХАЭЕК ПЛТХЦОПК Й ПУЕЧПК УЙМЕ:
(46)
ПФЛХДБ (47)
ьФЙ ЖПТНХМЩ ВЕЪ ЛПЬЖЖЙГЙЕОФБ ЛПОГЕОФТБГЙЙ ТБУРТПУФТБОЙНЩ ОБ ПВЩЮОЩЕ УПЕДЙОЕОЙС, Х ЛПФПТЩИ .
ч ВЩУФТПЧТБЭБАЭЙИУС ДЕФБМСИ ДБЧМЕОЙЕ ОБ РПУБДПЮОПК РПЧЕТИОПУФЙ НПЦЕФ ВЩФШ ПУМБВМЕОП ГЕОФТПВЕЦОЩНЙ УЙМБНЙ. рПЬФПНХ ДМС ЬФЙИ ДЕФБМЕК ТБУЮЕФОПЕ РПУБДПЮОПЕ ДБЧМЕОЙЕ ХЧЕМЙЮЙЧБАФ ОБ ЧЕМЙЮЙОХ ОБРТСЦЕОЙК ТБУФСЦЕОЙС ПФ ГЕОФТПВЕЦОЩИ УЙМ ОБ ФПН ЦЕ ТБДЙХУЕ Ч ГЕМПК ДЕФБМЙ.
лПЬЖЖЙГЙЕОФ ФТЕОЙС Ч УПЕДЙОЕОЙСИ, УПВТБООЩИ ОБЗТЕЧПН:
лПЬЖЖЙГЙЕОФЩ ФТЕОЙС РТЙ УВПТЛЕ ЪБРТЕУУПЧЛПК Ч 1,8. 2 ТБЪБ ОЙЦЕ, РТЙ УВПТЛЕ У ПИМБЦДЕОЙЕН ОБ 10 % ЧЩЫЕ, РТЙ ЗЙДТПЪБРТЕУУПЧЛЕ ОБ 10 % ОЙЦЕ.
чУЕ ЬФЙ ЪОБЮЕОЙС ОЕУЛПМШЛП ВМЙЦЕ Л УТЕДОЕЧЕТПСФОЩН Й ЧЩЫЕ, ЮЕН ХУМПЧОЩЕ ДБООЩЕ, ЛПФПТЩЕ РТЙЧПДЙМЙУШ Ч ФЕИОЙЮЕУЛПК МЙФЕТБФХТЕ: 0,14 РТЙ ФЕРМПЧПК УВПТЛЕ Й 0,08 РТЙ УВПТЛЕ ВЕЪ ОБЗТЕЧБ. рПЬФПНХ ОХЦОП ЧЧПДЙФШ ХЧЕМЙЮЕООЩЕ ЛПЬЖЖЙГЙЕОФЩ ЪБРБУПЧ УГЕРМЕОЙС S=2. 3 Й ХЮЙФЩЧБФШ ЙЪМБЗБЕНЩЕ ОЙЦЕ ЖБЛФПТЩ, УОЙЦБАЭЙЕ РТПЮОПУФШ УГЕРМЕОЙС.
ч УПЕДЙОЕОЙСИ У ОБФСЗПН ОБЗТХЪЛБ ТБУРТЕДЕМСЕФУС РП ДМЙОЕ ОЕТБЧОПНЕТОП, Й Х ФПТГБ УФХРЙГЩ УП УФПТПОЩ РЕТЕДБЮЙ ЧТБЭБАЭЕЗП НПНЕОФБ ЧПЪОЙЛБАФ ПУФТЩЕ РЙЛЙ ОБРТСЦЕОЙК. ьФП МЕЗЛП РТЕДУФБЧЙФШ, ЕУМЙ УЮЙФБФШ УПЕДЙОСЕНЩЕ ДЕФБМЙ ПДОЙН ГЕМЩН. ч ЮБУФОПУФЙ, РЙЛЙ ОБРТСЦЕОЙК УДЧЙЗБ Х ФПТГБ УФХРЙГЩ ГЕМПЗП ФЕМБ ОЕЙЪВЕЦОЩ ЧУМЕДУФЧЙЕ ВПМШЫПЗП РЕТЕРБДБ ДЙБНЕФТПЧ Й ПФУХФУФЧЙС ЪБЛТХЗМЕОЙК Х ЧОХФТЕООЕЗП ХЗМБ. оЕЛПФПТПЕ УЗМБЦЙЧБОЙЕ РЙЛПЧ РТПЙУИПДЙФ ЙЪ-ЪБ ЛБУБФЕМШОПК РПДБФМЙЧПУФЙ РПЧЕТИОПУФОЩИ УМПЕЧ.
дЕЖПТНЙТПЧБОЙЕ НПЦЕФ ВЩФШ ХРТХЗЙН РП ЧУЕК ДМЙОЕ УПЕДЙОЕОЙС, НПЦЕФ ПВТБЪПЧБФШУС ХЮБУФПЛ РМБУФЙЮЕУЛПЗП ДЕЖПТНЙТПЧБОЙС. Б ФБЛЦЕ ХЮБУФПЛ РТПУЛБМШЪЩЧБОЙС. рТЙ ОБМЙЮЙЙ РТПУЛБМШЪЩЧБОЙС ПФ РЕТЕНЕООЩИ НПНЕОФПЧ ЧПЪОЙЛБЕФ ЖТЕФФЙОЗ-ЛПТТПЪЙС, ЛПФПТБС УХЭЕУФЧЕООП РПОЙЦБЕФ УПРТПФЙЧМЕОЙЕ ХУФБМПУФЙ ЧБМПЧ, ЪБФТХДОСЕФ ТБЪВПТЛХ Й Ф.Д. рПЬФПНХ Ч ТБУЮЕФЩ ПФЧЕФУФЧЕООЩИ УПЕДЙОЕОЙК, ОБИПДСЭЙИУС РПД ДЕКУФЧЙЕН РЕТЕНЕООЩИ НПНЕОФПЧ (ПУПВЕООП РТЙ ВПМШЫЙИ l/d) УМЕДХЕФ ЧЧПДЙФШ ЛПЬЖЖЙГЙЕОФ ЛПОГЕОФТБГЙЙ ОБЗТХЪЛЙ РП ДМЙОЕ. жТЕФФЙОЗ-ЛПТТПЪЙА УОЙЦБАФ ЗБМШЧБОЙЮЕУЛЙНЙ РПЛТЩФЙСНЙ НЕДША, ПМПЧПН, УЧЙОГПЧП-ПМПЧСОЙУФЩНЙ УРМБЧБНЙ.
оПНЙОБМШОЩК ОБФСЗ N (НЛН) УЧСЪБО У РПУБДПЮОЩН ДБЧМЕОЙЕН Т ЪБЧЙУЙНПУФША мСНЕ, ЧЩЧПДЙНПК Ч ЛХТУЕ «уПРТПФЙЧМЕОЙЕ НБФЕТЙБМПЧ» (ТЙУХОПЛ 18,Б):
(48)
ЗДЕ (49)
Й (50)
оБФСЗ РПУБДЛЙ, ЙЪНЕТСЕНЩК РП ЧЕТЫЙОБН НЙЛТПОЕТПЧОПУФЕК (N) ДПМЦЕО ВЩФШ ВПМШЫЕ ОПНЙОБМШОПЗП ОБФСЗБ ОБ ЧЕМЙЮЙОХ ПВНСФЙС НЙЛТПОЕТПЧОПУФЕК (ТЙУХОПЛ 18) U=1.2(Rz1+ Rz2)≈ 5.5(Ra1+ Ra2):
рТЙ РТПЧЕТПЮОПН ТБУЮЕФЕ, ЛПЗДБ РПУБДЛБ ОБЪОБЮЕОБ:
еУМЙ УПЕДЙОЕОЙЕ ТБВПФБЕФ РТЙ ФЕНРЕТБФХТЕ, ЪОБЮЙФЕМШОП ПФМЙЮБАЭЕКУС ПФ ФЕНРЕТБФХТЩ УВПТЛЙ (to=20њC), РТЙ ТБЪОЩИ ЛПЬЖЖЙГЙЕОФБИ МЙОЕКОПЗП ТБУЫЙТЕОЙС НБФЕТЙБМПЧ ДЕФБМЕК, ФП ХЮЙФЩЧБАФ ЙЪНЕОЕОЙЕ ОБФСЗБ δt; (НЛН):
t1 Й t2-ТБВПЮБС ФЕНРЕТБФХТБ ДЕФБМЕК.
фПЗДБ РПУБДЛХ ЧЩВЙТБАФ РП ОБФСЗХ:
уЙМБ ЪБРТЕУУПЧЛЙ ХЧЕМЙЮЙЧБЕФУС РТПРПТГЙПОБМШОП ЧЪБЙНОПНХ РЕТЕНЕЭЕОЙА ДЕФБМЕК Ч УЧСЪЙ У ТПУФПН РМПЭБДЙ ЛПОФБЛФБ. уЙМБ ЧЩРТЕУУПЧЛЙ Ч НПНЕОФ ФТПЗБОЙС УХЭЕУФЧЕООП ВПМШЫЕ, ЮЕН РТЙ ДЧЙЦЕОЙЙ, Ч УЧСЪЙ У ФЕН, ЮФП ЛПЬЖЖЙГЙЕОФ ФТЕОЙС РПЛПС ВПМШЫЕ ЛПЬЖЖЙГЙЕОФБ ФТЕОЙС ДЧЙЦЕОЙС. рП НЕТЕ УИПДБ УФХРЙГЩ У РПДУФХРЙЮОПК ЮБУФЙ ЧБМБ УЙМБ ЧЩРТЕУУПЧЛЙ ХНЕОШЫБЕФУС.
дМС УВПТЛЙ У РПНПЭША ОБЗТЕЧБ ПИЧБФЩЧБАЭЕК ЙМЙ ПИМБЦДЕОЙС ПИЧБФЩЧБЕНПК ДЕФБМЙ ОЕПВИПДЙНХА ТБЪОПУФШ ∆t ФЕНРЕТБФХТ ДЕФБМЕК ПРТЕДЕМСАФ РП УМЕДХАЭЕК ЖПТНХМЕ:
(57)
пИЧБФЩЧБАЭХА ДЕФБМШ ОБЗТЕЧБАФ Ч ЪБЧЙУЙНПУФЙ ПФ ФТЕВХЕНПК ФЕНРЕТБФХТЩ Ч НБУМЕ (ДП 150 њу) ЙОДХЛГЙПООЩН (ЧЕУШНБ ТБГЙПОБМШОЩН) НЕФПДПН Ч ЛБНЕТОЩИ ЬМЕЛФТПРЕЮБИ ЙМЙ Ч ЧБООБИ У ЗПТСЮЕК ЦЙДЛПУФША.
дПУФПЙОУФЧБ РП УТБЧОЕОЙА У ГЙМЙОДТЙЮЕУЛЙНЙ УПЕДЙОЕОЙСНЙ:
ьФЙ УПЕДЙОЕОЙС УЮЙФБАФ РЕТУРЕЛФЙЧОЩНЙ, Й ЙИ РТЙНЕОЕОЙЕ ТБУЫЙТСЕФУС. лПОХУОПУФШ РПУФПСООЩИ УПЕДЙОЕОЙК ВЕЪ ЫРПОПЛ ОБЪОБЮБАФ ПВЩЮОП 1/50 (ТЕЦЕ 1/100). уПЕДЙОЕОЙС УП ЫРПОЛБНЙ, ХДПВОЩЕ ДМС УВПТЛЙ Й ТБЪВПТЛЙ, ЧЩРПМОСАФ У ЛПОХУОПУФША 1/10 Й ЪБФСЦЛПК У РПНПЭША ТЕЪШВЩ (ЛПОГЩ ЧБМПЧ ЬМЕЛФТПДЧЙЗБФЕМЕК Й ТЕДХЛФПТПЧ).
Натяг это такой способ соединения деталей при котором
20. Соединения с натягом: достоинства и недостатки, область применения. Способы получения соединений с натягом. Принцип работы (передачи нагрузки) соединения с натягом.
Соединения деталей с натягом — это соединения, в которых детали удерживаются силами трения. Силы трения обусловлены созданием распределенной нормальной нагрузки (давления) на сопряженных поверхностях соединяемых деталей. Величина нормальной нагрузки зависит от величины натяга. Натяг — это разность размеров охватываемой и охватывающей деталей. Посадочный размер охватываемой детали делают несколько больше посадочного размера охватывающей детали. После сборки посадочный размер деталей становится общим, при этом посадочный размер охватывающей детали в результате упругих деформаций увеличивается, а охватываемой — уменьшается.
Передача соединением нагрузок (сил, моментов) осуществляется за счет сил трения (сцепления), действующих на поверхности контакта деталей. Наиболее часто встречаются соединения деталей по цилиндрическим или коническим поверхностям.
Эти соединения применяют для установки на валы зубчатых колес, колец подшипников качения и других деталей. Соединения с натягом также применяют для изготовления сложных составных деталей (коленчатые валы, составные зубчатые и червячные колеса и др.). Соединяемые детали могут быть изготовлены из одинаковых или разных материалов.
Достоинства соединений: достаточно простая технология получения соединения; хорошее центрирование соединяемых деталей; способность воспринимать значительные динамические нагрузки, удары, колебания.
Недостатки: большое рассеяние прочности соединения среди одной партии в связи с разбросом действительных размеров сопрягаемых поверхностей деталей в пределах их полей допусков и значений коэффициента трения; снижение усталостной прочности валов в зоне посадки вследствие концентрации напряжений; трудности неразрушающего контроля прочности соединения; сложность сборки и разборки при больших натягах и размерах соединяемых деталей; возможность повреждения посадочных поверхностей при разборке.
Различают следующие способы получения соединения с натягом:
Запрессовка — простейший способ, при наличии необходимого оборудования обеспечивающий возможность контроля за нагрузкой отдельного соединения путем измерения силы запрессовки. Однако при запрессовке существует опасность повреждения посадочных поверхностей, кроме того, снижается коэффициент трения (сцепления) из-за сглаживания микронеровностей на поверхности контакта.
Нагрев охватывающей детали — технологически отработанный способ, обеспечивающий высокий коэффициент трения (сцепления) и, как следствие, повышение нагрузочной способности соединения в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой, так как отсутствует сглаживание микронеровностей на поверхности контакта. Однако контроль нагрузочной способности такого соединения затруднен.
Охлаждение охватываемой детали применяют для установки с натягом небольших деталей в крупные детали (корпуса машин, станины); по свойствам этот способ аналогичен нагреву охватывающей детали.
Гидрозапрессовка — нагнетание масла под давлением в зону контакта через сверления в валу, что значительно (в 10— 15 раз) снижает необходимую силу запрессовки и распрессов ки и уменьшает опасность задира посадочных поверхностей; наиболее эффективен этот способ при больших диаметрах посадки и в соединениях по конической поверхности.
21. Расчет соединений с натягом, нагруженных осевой силой, крутящим моментом и силой, действующей совместно с моментом.
При нагружении осевой силой:
При нагружении крутящим моментом:
При одновременном нагружении крутящим моментом и осевой силой расчет ведут приближенно по равнодействующей силе от окружной силы и осевой силы,
.
Тогда потребное давление будет
Соединения с натягом
Соединения с натягом применяют для неразборных или редко разбираемых сопряжений. Сопротивление взаимному смещению деталей в этих соединениях создается и поддерживается силами упругой деформации сжатия (в охватываемой детали) и растяжения (в охватывающей детали), пропорциональными величине натяга в соединении.
Посадки с натягом. ЕСДП устанавливает следующие посадки с натягом: от р до z (в системе отверстия) и от Р до Z (в системе вала).
На рис. 517, а приведены средние значения натягов Δср в функции диаметра вала d для различных посадок, а на рис. 517, б — средине значения относительных натягов Δср/d.
Относительные натяги резко возрастают в области малых диаметров. Это заставляет особенно осторожно подходить к расчету соединений малого диаметра, так как прочность деталей соединений зависит прежде всего от относительного натяга.
Несущая способность. Наибольшая осевая сила, которую может выдержать соединение,
где k — давление на посадочной поверхности, МПа; F = πdl — площадь посадочной поверхности, мм 2 (d и l — диаметр и длина посадочной поверхности); f — коэффициент трения между сопрягающимися поверхностями (для сталей и чугунов в среднем f = 0,10—0,15).
Наибольший крутящий момент, передаваемый соединением,
Давление k на посадочных поверхностях зависит от натяга и толщины стенок охватывающей и охватываемой деталей. Согласно формуле Ламе
где Δ/d — относительный диаметральный натяг; θ — коэффициент; Δ — в мм; d — в мм;
здесь E1, E2 и μ1, μ2 — соответственно модули нормальной упругости и коэффициенты Пуассона материалов охватываемой и охватывающей деталей; с1 и с2 — коэффициенты;
причем d1 и d2 — соответственно внутренний диаметр схватываемой детали и наружный диаметр охватывающей детали (рис. 518).
Давление k, а, следовательно, и несущая способность соединения пропорциональны относительному диаметральному натягу Δ/d, возрастают с увеличением модуля упругости материалов и уменьшаются с увеличением с1 и с2, т. е. с увеличением тонкостенности.
Решение Ламе (соединение бесконечной длины) предполагает равномерное распределение давления по длине соединения и дает средние значения k. В соединениях конечной длины, как показывает точный расчет (Парсонс), на кромках возникают скачки давления, пропорциональные жесткости втулки и величине k. Максимальное давление на кромках превышает номинальное давление k в 2—3,5 раза (рис. 519).
Скачки можно практически устранить и сделать давление приблизительно постоянным с помощью разгружающих фасок на втулке, утонения втулки к краям и бомбиниронания вала.
Назовем a1 = d1/d и а2 = d/d2 относительной тонкостенностью соответственно охватываемой и охватывающей деталей. Значения а1 = а2 = 0 соответствуют случаю массивных охватываемой и охватывающей деталей; значения а1 и а2, близкие к 1, — случаю тонкостенных деталей.
Коэффициенты с1 и с2 можно представить в общем виде следующим образом:
Это соотношение представлено графически на рис. 520.
Напряжение сжатия в охватываемой детали максимально на внутренней поверхности:
Напряжение растяжения в охватывающей детали максимально на внутренней поверхности:
Уменьшение внутреннего диаметра охватываемой детали
Увеличение наружного диаметра охватывающей детали
Максимально допустимое давление на посадочной поверхности определяется прочностью на смятие kmaх = σсм, где σсм — предел прочности на смятие наиболее слабого из двух сопряженных материалов. Для улучшенных сталей можно принимать σсм = 200—250 МПа; для серых чугунов σсм = 20—50 МПа и алюминиевых сплавов σсм = 10—20 МПа.
Чаще всего несущую способность соединении лимитируют не напряжения смятия на контактных поверхностях, а напряжения растяжения в охватывающей детали или сжатия в охватываемой.
Если охватывающая и охватываемая детали выполнены из одинакового материала (Е1 = Е2 = Е; μ1 = μ2 = μ), то тогда θ = Е/(с1 + с2) и согласно формулам (119)—(121)
На рис. 521, а приведено в функции а1 и а2 относительное давление k0 = 1/(c1 + c2), представляющее собой величину давления k при ЕΔ/d = 1.
Давление (а, следовательно, и несущая способность соединения) максимально при а1 = а2 = 0, слабо снижается при увеличении а1 и а2 до
0,5 (заштрихованный участок), а с дальнейшим увеличением а1 и а2 (тонкостенные детали) резко падает, стремясь к нулю при а1 = а2 = 1.
Согласно формулам (123) и (124) относительные напряжения (напряжения при EΔ/d = 1)
Эти соотношения приведены на рис. 521, б. Из графика можно сделать следующие выводы:
— напряжения σ01 в охватываемой детали (жирные линии) максимальны (σ01 = 1) при массивной охватывающей детали (а2 = 0), снижаются с уменьшением толщины ее стенок (a2 à 1) и возрастают с уменьшением толщины стенок охватываемой детали (a1 à 1);
— напряжения σ02 в охватывающей детали (тонкие линии) максимальны (σ02 = 1) при массивной охватываемой детали (a1 = 0), снижаются с уменьшением толщины ее стенок (a1 à 1) и возрастают с уменьшением толщины стенок охватывающей детали (a2 à 1).
— для увеличения прочности вала целесообразно увеличивать толщину его стенок и уменьшать толщину стенок корпуса (массивный вал — тонкостенный корпус);
— для увеличения прочности корпуса целесообразно увеличивать толщину его стенок и уменьшать толщину стенок вала (массивный корпус — тонкостенный вал).
Существенное снижение напряжении происходит только при увеличении а1 и а2 свыше 0,5. При меньших значениях а1 и а2 (заштрихованный участок) напряжения мало отличаются от напряжений в массивных деталях.
Коэффициент трения. Несущая способность прямо пропорциональна коэффициенту трения на посадочной поверхности.
Коэффициент трения зависит от давления на контактных поверхностях, размеров и профиля микронеровностей, материала и состояния сопрягающихся поверхностей (наличие смазки), а также способа сборки (соединение под прессом, с нагревом или охлаждением деталей).
Коэффициент трения возрастает с увеличением шероховатости поверхностей и снижается с повышением давления (рис. 522), так что иной раз целесообразны меньшие натяги с выгодой для прочности вала и втулки.
При сборке с нагревом или охлаждением деталей коэффициент трения в 1,3—2,5 раза выше, чем при сборке под прессом. Коэффициент трения можно значительно повысить нанесением гальванических покрытии. В зависимости от перечисленных факторов коэффициент трения f = 0,06—0,25, а иногда и выше. Ценность расчета точности состоит в том, что он позволяет определить влияние геометрических параметров и жесткости элементов соединения на несущую способность и прочность, а также наметить рациональные пути упрочнения. При расчетах придерживаются значений f = 0,10—0,15, относя возможное повышение коэффициента сверх этих значений в запас прочности.
Влияние качества поверхностей. Несущая способность соединения с натягом зависит от обработки сопрягающихся поверхностей.
В измеряемые диаметры отверстия и вала входит высота микронеровностей, которые при запрессовке сминаются. Если высота микронеровностей соизмерима с натягом, фактический натяг в соединении значительно уменьшается.
На рис. 523 приведены натяги Δmin, Δср и Δmax (штриховые линии) при посадке H7/r6 или H7/s6 для различных диаметров валов, а также нанесены суммарные высоты неровностей вала и отверстия (сплошные линии) при обработке по 4—9-му классу шероховатости (Ra = 0,2—6,3 мкм). Для соединений малого диаметра (менее 30—40 мм) обработка ниже 9-го класса (Ra = 0,2 мкм) исключается, так как суммарная высота микронеровностей становится близкой к величине Δmin. Натяг в таких соединениях может значительно уменьшиться или исчезнуть в результате смятия микронеровностей.
Соединения с диаметром более 50 мм, а также соединения с большим натягом можно обрабатывать несколько грубее. Практически поверхности валов в соединениях с натягом среднего размера обрабатывают по 8—10-му классу (Ra = 0,1—0,4 мкм), а отверстий — по 7—9-му классу шероховатости (Ra = 0,2—0,8 мкм).
Микронеровности в известной мере положительно влияют на прочность соединения, действуя наподобие шипов, увеличивающих связь между сопрягающимися поверхностями. Как установлено опытами, повышение класса шероховатости свыше 11-го (Ra = 0,05 мкм) снижает несущую способность соединении вследствие уменьшения коэффициента трении на поверхностях контакта.
В формулы (119)—(121) входит действительный натяг. Поэтому при расчете заданный номинальный натяг Δном следует уменьшить на величину смятия микронеровностей
где Rz1 и Rz2 — высоты микронеровностей поверхности соответственно вала и отверстия, мкм; ϕ — коэффициент смятия.
Величина смятии микронеровностей зависит от натяга в соединении, высоты неровностей, их формы, профили и плотности распределения, твердости и прочности материала сопрягающихся поверхностей, соотношения между твердостью поверхностей охватывающей и охватываемой деталей, а также от условий сборки. При сборке под прессом неровности последовательно подвергаются срезу при продольном перемещении и сминаются гораздо больше, чем при сборке с нагревом или охлаждением деталей (когда неровности смыкаются в радиальном направлении).
Фактическая, устанавливающаяся после некоторого периода эксплуатации величина смятия, определяющая эксплуатационную надежность соединения, зависит от нагрузок, действующих на соединение. Высота неровностей уменьшается после каждой разборки-сборки, стабилизируясь на определенном уровне после трех-четырех разборок.
Учесть все эти многообразные факторы невозможно. В качестве первого приближения при расчете принимают, что смятие микронеровностей составляет 0,5—0,6 первоначальной средней высоты микронеровностей. Влияние последующей эксплуатации учитывают коэффициентом запаса, который при расчете принимают равным 1,5—3.
При ϕ = 0,5Δ’ = Rz1 + Rz2. Введем величину Δном —Δ’ в формулу (115):
По номинальному натягу, определенному таким образом, подбирают соответствующую посадку по ЕСДП.
Поправка на смятие микронеровностей имеет существенную величину для соединений малого диаметра. Для диаметров более 50 мм при обработке по 5-му классу шероховатости и выше поправки не превышает 10% (рис. 524), и ею можно пренебрегать, особенно если сборка производится с нагревом или охлаждением деталей.
Влияние тепловых деформаций. В соединениях, подвергающихся нагреву, следует учитывать влияние температуры на посадку. Если охватывающая деталь изготовлена из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения или нагревается при работе больше, чем охватываемая, то при нагреве первоначальный (холодный) натяг уменьшается. Напротив, если охватываемая деталь изготовлена из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения или нагревается при работе больше, чем охватывающая, то первоначальный натяг в соединении при нагреве увеличивается.
Если соединение при работе подвергается нагреву, то в формулы (119)—(121) следует внести температурный натяг (с его знаком)
где α1 и α2 — коэффициенты линейного расширения материала соответственно охватываемой и охватывающей деталей; Δt1 и Δt2 — увеличение температуры при нагреве соответственно охватываемой и охватывающей деталей.
Формула (115) при этом приобретает вид
Первоначальный относительный натяг, необходимый для поддержания заданного давления k при нагреве:
При посадке на валы быстроходных роторов следует еще учитывать расширение ступицы под действием центробежных сил и соответственно увеличивать первоначальный натяг.