Способы сборки

ВОПРОС 14. СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПОСАДКОЙ С НАТЯГОМ. СПОСОБЫ СБОРКИ. РАСЧЁТ ПОСАДОК.

Натягом N называют положительную разность диаметров вала d отверстия: N = B - A. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное давление р

Сборку соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала.

Прессование — распространенный и несложный способ сборки. Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей, возможность неравномерных деформаций деталей и повреждения их торцов. Шабровка и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением. Для облегчения сборки и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму (рис. 7.2).

Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200…400°С) или охлаждения вала (твердая углекислота -79°С, жидкий воздух -196°С). Недостатком метода нагревания является возможность изменения структуры металла появление окалины и коробления. Метод охлаждения свободен от этих недостатков.

Расчёт посадок, несущей способности и прочности соединения

При расчете посадок с натягом необходимо рассматривать как условие прочности (неподвижности) соединения, так и условия прочности его деталей.

Условие прочности соединения при нагружении осевой силой:

где р ‑ давление на поверхность контакта;

K = 1,5…2 ‑ — коэффициент запаса;

f – коэффициент трения в соединении.

Условие прочности соединения при нагружении крутящим моментом

При совместном действии крутящего момента T и осевой силы :

где ‑ окружная сила.

В приближенных расчетах при сборке нагревом рекомендуют:

f = 0,18 ‑ при чистовом точении;

f = 0,32 ‑ для оцинкованных и азотированных поверхностей;

f = 0,4 — для оксидированных поверхностей;

f = 0,48 ‑ при использовании абразивных микропорошков.

В случаях сборки запрессовкой приведенные выше величины коэффициентов трения уменьшают в 1,8…2 раза. При сборке охлаждением ‑ увеличивают на 10%.

По теории расчета толстостенных цилиндров, удельное давление на поверхности контакта связано с натягом зависимостью

где N ‑ расчетный натяг;

С ₁ и С ₂ ‑ коэффициенты:

;

и , и ‑ модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки:

При расчете прочности соединения расчетный натяг N определяют по минимальному табличному () или вероятностному () натягу с учетом поправки , т.е.

Величина и зависит от шероховатости посадочных поверхностей соединяемых деталей, способа сборки соединения и условий его эксплуатации.

В общем случае:

Здесь ‑ поправка на смятие микронеровностей в собранном соединении

где , и , ‑ шероховатость поверхности по шкале и для вала и втулки. Обычно в посадках с натягом поверхности обрабатывают по 6…8-му классам шероховатости.

‑ поправка на температурную деформацию деталей.

где , ‑ рабочая температура вала и втулки соответственно;

, ‑ коэффициент линейного расширения материала втулки, ;

‑ для стали; ‑ для чугуна; ‑ для бронзы и латуни.

Поправка и, может не учитываться, если или не превышают 10°С.

‑ поправка, учитывающая уменьшение натяга в быстровращающихся деталях. Учет этой поправки актуален для соединений, работающих при высоких частотах вращения (свыше 20000…30000 мин^-1).

Изгибающий момент, которым может быть нагружено соединение, определяют на основе следующих расчетов. Действие момента ( ) вызывает в соединении деталей 1 и 2 такое перераспределение давления р, при котором внешняя нагрузка уравновешивается моментом внутренних сил .

Составляя расчетные зависимости, полагают, что поворот детали 1 происходит вокруг центра тяжести соединения ‑ точки О, а первоначальная равномерная эпюра давлений (на чертеже показана штриховой линией) переходит в треугольную, или трапецеидальную. Кроме того, не учитывают действие силы F, перенесенной в точку О, как малое в сравнении с действием момента М. Максимально давление изменяется в плоскости действия нагрузки. При некоторой величине нагрузки эпюра давления из трапеции превращается в треугольник с вершиной у края отверстия и основанием, равным 2р. Этот случай является предельным, так как дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению зазора. Учитывая принятые положения, можно написать

где R ‑ равнодействующая давлений на поверхностях верхнего и нижнего полуцилиндров.

Величина этой равнодействующей определяется давлением р посадки и не изменяется от действия изгибающего момента:

Плечо . Подставляя данные, получаем:

Для обеспечения необходимого запаса прочности соединения на практике принимают

При этом давление в наиболее нагруженных точках соединения не должно вызывать пластических деформаций.

Изменение давлений, вызванное действием изгибающего момента, не отражается на способности соединения воспринимать осевую силу и крутящий момент, так как суммарная величина сил трения остается постоянной.

ВОПРОС 15 СОЕДИНЕНИЕ ПОСАДКОЙ НА КОНУС

Такие соединения применяют для закрепления деталей на концах валов. Давление на конической поверхности образуется в результате затяжки гайки. В остальном соединение подобно соединению посадкой с натягом.

Задачей расчета является определение момента Т, который может передавать соединение при заданных размерах и силе F₃ затяжки гайки. Учитывая малое значение < 3°, приближенно полагаем, что равнодействующие нормальных давлений F_n и сил трения F_n · f располагаются по окружности среднего диаметра соединения d_ср; из равновесия ступицы получим:

.

Обычно принимают стандартную конусность 1:10. При этом = 2°51’40”; коэффициент трения = 0,11…0,13; коэффициент запаса К = 1,2…1,5. За расчетный момент Т принимают максимальный;

Если условие прочности не соблюдается, то соединение усиливают шпонкой. Расчет шпоночного соединения выполняют по полному моменту нагрузки Т.

Дата добавления: 2014-01-07