Соединения деталей посредством посадок с гарантированным натягом (прессовые соединения) Исполнитель

деталей посредством посадок с гарантированны~.doc

Скачано: 55
Размер: 302.5 Kb

Matn

Соединения деталей посредством посадок с гарантированным натягом (прессовые соединения)

Цель занятия: изучить соединения деталей посредством посадок с гарантированным натягом (прессовые соединения)

План:

1. Общие сведения

2. Прочность прессового соединения.

2.1. Расчет прочности соединения.

2.2. Расчет прочности и деформаций деталей.

2.3. Дополнительные указания к расчетам.

3. Оценка и область применения прессовго соединения.

4. Разновидность соединений посредством натяга-соединение посадкой на конус.

Ключевые слова: натяг, прессовое соединение, прессование,

прочность, детали, нагрузки, область применения, соединение посадкой наконус.

{spoiler=Подробнее}

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и т. д. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую.

Натягом δ называют отрицательную разность диаметров отверстия и вала: δ = А-В. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр посадочных поверхностей становится общим и равным d. При этом на поверхностях посадки возникает удельное давление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки. Защемление вала во втулке позволяет, кроме того, нагружать соединение изгибающим моментом. В инженерной практике такое соединение называют прессовым.

Нагрузочная способность прессвого соединения прежде всего зависит от натяга.Величину последнего устанавливают в соответствии с величиной нагрузки.

Практически расчетная величина натяга очень невелика, она измеряется микронами и не может быть выполнена точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию величины натяга, а следовательно, и к рассеиванию нагрузочной способности соединения.

Действительный натяг, полученный в соединении, называют технологическим натягом.

Рассеивание технологического натяга регламентируется стандартом допусков и посадок.

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

Прессование — распространенный и несложный способ сборки. Однако этот способ имеет существенные недостатки — смятие и частичное срезание (шабровка) неровностей контактных поверхностей, возможность неравномерных деформаций деталей и повреждения их торцов.

Шабровка и смятие неровностей приводит к ослаблению прочности соединекния до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением.

Для облегчения сборки прессованием и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму .

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 и поэтому с развитием холодильной техники он получает все более широкое распространение. Необходимую разность температур нагрева втулки илиохлаждения вала, обеспечивающую свободную сборку, подсчитывают по формуле

t=(δ_max+δ₀)/(αd),

где d — номинальный диаметр посадки; δ_max — наибольший натяг посадки; δ₀ — минимально необходимый зазор, обеспечивающий свободную сборку (рекомендуется принимать равным минимальному зазору посадки движения); α — температурный коэффициент линейного расширения (для стали и чугуна α»10▪10^-6 °C^-1).

ПРОЧНОСТЬ ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Как было указано выше стандартную посадку, выбирают по условиям неподвижности соединения при заданной нагрузке без каких-либо дополнительных скреплений. Однако возможны случаи, когда намеченная посадка недопустима по условиям прочности сопрягаемых деталей, так как ее натяг вызывает их разрушение или чрезмерные деформации.

Поэтому при расчете прессовых посадок необходимо рассматривать как условия прочности (неподвижности) соединения, так и условия прочности деталей.

Расчет прочности деталей является проверкой возможности применения той или иной посадки.

Расчет прочности соединения

На рис. приведена расчетная схема для прессового соединения. Условие прочности соединения при нагружении осевой силой S:

S≤fpπdl,

где р — давление на поверхности контакта.

Условие прочности соединения при нагружении крутящим моментом . Т≤fpπd²l/2.

При совместном действии Т и S

где F_t = 2T/d — окружная (тангенциальная) сила.

По теории расчета толстостенных цилиндров, изучаемой в курсе сопротивления материалов, удельное давление на поверхности контакта связано с натягом зависимостью

где δ_р — расчетный натяг; С₁ и С₂ — коэффициенты:

Е₁ и Е₂,μ₁ и μ₂ — модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки:

для стали Е ≈ (21¸22)•10³ кгс/мм² » (21¸22)•10⁴ МПа и μ » 0,3,

для чугуна Е » (12¸14)•10³ кгс/мм² » (12 ¸ 14)•10⁴ Мпа и μ » 0,25,

для бронзы Е » (10¸11)•10³ кгс/мм² » (10¸11)•10⁴ МПа и μ » 0,33.

При расчете прочности соединения натяг δ_р принято определять по наименьшему табличному натягу посадки δ_min с поправкой и на срезание и сглаживание шероховатостей поверхности при запрессовке (если сборку выполняют нагреванием или охлаждением, u = 0):

δ_р= δ_min-u,

u=1,2(R_z₁+R_z₂),

где R_z₁ и R_z₂-высоты шероховатостей сопрягаемых поверхностей. Наиболее распространенные значения R_z для поверхностей прессовых соединений: 10; 6,3; 3,2; 1,6 мкм.

Экспериментальные исследования показали, что величина коэффициентов трения на контактной поверхности зависит от многих факторов: способа сборки, величины удельного давления р, шероховатости поверхности, рода смазки поверхностей, применяемой при запрессовке деталей, скорости запрессовки и т. д. Поэтому точное значение коэффициента трения может быть определено только испытаниями при заданных конкретных условиях. В приближенных расчетах прочности соединения стальных и чугунных деталей принимают:

f»0,08 ¸ 0,1 — сборка прессованием; f»0.12 ¸ 0,14 — сборка с нагревом или охлаждением.

Изгибающий момент, которым может быть нагружено соединение, определяют на основе следующих расчетов (рис. 7.4).

Действие момента (М = РL) вызывает в соединении такое перераспределение давления р, при котором внешняя нагрузка уравновешивается моментом внутренних сил М_R = Rx.

Составляя расчетное зависимость , полагаю, что поворот шипа происходит вокруг центра тяжести соединений – точки О, а первоначальная равномерная эпюра давлений переходит в треугольную, как показано на рисунке или трапецеидальную. Кроме того не учитывает действие силы Р, перенесенной в точку О, как малое в сравнении с действием момента М.Максимальное изменение давлений будет в плоскости действия нагрузки.

При некотором значении нагрузки эпюра давления из трапеции превратится в треугольник с вершиной у края отверстия и основанием, равным 2р.Этот случай является предельным, так как

дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению зазора (раскрытие стыка). Учитывая принятые положения, можно написать:

M=PL=Rx

где R — равнодействующая давлений на поверхностях верхнего и нижнего полуцилиндров. Значение этой равнодействующей определяется давлением р прессовой посадки и не изменяется от действия изгибающего момента

R=pld.

Плечо пары х = ⅓l.

Подставляя, получаем

Для обеспечения необходимого запаса прочности соединения на практике принимают

При этом давление в наиболее нагруженных дочках 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.

Расчет прочности и деформаций деталей

Расчет прочности и деформаций деталей прессового соединения выполняют по формулам для толстостенных цилиндров. Эпюры напряжений в деталях 1 и 2 показаны на рис., где σ_r — напряжения сжатия в радиальном направлении; σ_t₁и σ_t₂ — напряжения сжатия и растяжения в тангенциальном направлении.

Давление р при расчете прочности деталей определяют по наибольшему натягу посадки δ_max — по формуле с учетом формулы в которых

δ_p= δ_max-и

Приведенные зависимости справедливы только в пределах упругих деформаций.

Условие, при котором в деталях не будет пластических деформаций (по теории наибольших касательных напряжений),

σ_эк=σ₁-σ₃≤σ_т,

где σ₁ — максимальное, а σ₃ — минимальное нормальные напряжения, считая растяжение положительным; σ_т — предел текучести материала.

Нетрудно установить, что наибольшие эквивалентные напряжения σ_эк имеют место в точках внутренних поверхностей втулки и вала. При этом для втулки σ₁= σ_t₂; σ₃= - σ_r, и условия отсутствия пластических деформаций

или

где σ_T₂ — предел текучести материала втулки.

Для вала σ₁=0; σ₃=-σ_t₁ и σ_эк1=σ_t₁ или

Следует учитывать, что появление пластических деформаций не является во всех случаях недопустимым. Опыт применения прессовых посадок свидетельствует о том, что надежные соединения могут быть получены и при наличии некоторой кольцевой пластической зоны вблизи внутренней поверхности втулки.

Давление на поверхности контакта при наличии пластических деформаций можно определять по приближенным формулам:

при δ_р до 1,5δ_т

при δ_р > 1,5 δ_т р=0,5р_T

где δ_т и р_T — расчетный натяг и давление, соответствующие пределу текучести.

Давление р_T определяется как меньшее из двух значений при знаке равенства в формулах. При известном р_T по формуле определяется δ_т.

В тех случаях, когда увеличение наружного диаметра втулки, вызванное растяжением от посадки, имеет существенное значение (например, в подшипниках качения), его можно оценить по формуле

ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Из рассмотренного выше следует, что прессовое соединение относится к группе неподвижных и напряженных.

Разборка такого соединения затруднена и обычно связана с применением специальных приспособлений. Однако в зависимости от величины натяга и технологии сборки могут быть получены как разъемные, так и неразъемные прессовые соединения. Разъемное соединение сохраняет свою работоспособность при повторных сборках. Разборка неразъемных соединений сопровождается повреждением посадочных поверхностей деталей.

Основным положительным свойством прессового соединения является его простота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве. Хорошая центровка деталей и равномерное распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать прессовое соединение для скрепления деталей современных высокоскоростных машин.

Существенным недостатком прессового соединения является зависимость его нагрузочной способности от ряда факторов, трудно поддающихся учету: широкого рассеивания значений коэффициента трения и натяга, влияния рабочих температур на прочность соединения и т. д. К недостаткам соединения относится также наличие высоких сборочных напряжений в деталях и уменьшение их усталостной прочности вследствие концентрации давлений у краев отверстия.

Значение этих недостатков снижается по мере накопления результатов экспериментальных и теоретических исследований, позволяющих совершенствовать расчет, технологию и конструкцию прессового соединения.

Развитие технологической культуры и особенно точности производства деталей обеспечивает этому соединению все более широкое применение. Оно постепенно вытесняет шпоночные и другие типы соединений. С помощью прессовых посадок с валом соединяют зубчатые колеса, маховики, подшипники качения, роторы электродвигателей, диски турбин и т. д. Прессовые посадки используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес и т. д.

На практике часто применяют комбинацию прессового соединения со шпоночным или зубчатым. При этом прессовое соединение может быть основным или вспомогательным. В первом случае большая доля нагрузки воспринимается прессовой посадкой, а шпонка только гарантирует прочность соединения. Во втором случае прессовую посадку используют для частичной разгрузки шпонки и центровки деталей. Точный расчет комбинированного соединения еще не разработан. Сложность такого расчета заключается в определении доли нагрузки, которую передает каждое из соединений.

Поэтому в инженерной практике используют приближенный расчет, в котором полагают, что вся нагрузка воспринимается только основным соединением — прессовым или шпоночным. Неточность такого расчета компенсируют выбором повышенных допускаемых напряжений для шпоночных (зубчатых) соединений при прессовых посадках.

РАЗНОВИДНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ НАТЯГА — 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 прессовому. В отличие от прессового, соединение легко монтируется и демонтируется без применения специального оборудования (например, прессов). Это удобно для соединений узлов, монтаж и демонтаж которых производят не только при сборке изделия на заводе, но и в процессе эксплуатации.

Задачей расчета является определение момента Т, который может передавать соединение при заданных размерах и силе Р_зат затяжки

Обычно принимают стандартную конусность 1/10,. При этом α = 2°51'40"; коэффициент трения f » 0,11 ¸ 0,13; коэффициент запаса K » 1,3 ¸ 1,5. За расчетный момент T принимают максимальный из возможных нагрузок. Р_зат — определяют по формуле в которой момент на ключе Т_к = Р_кl_k , где l_k » 15d— длина стандартного ключа (d — диаметр резьбы),

P_k » 15 ¸ 20 кгс » 150 ¸ 200 Н — сила на ключе.

Если условие не соблюдается, соединение усиливают шпонкой — см. пример расчета. Расчет шпоночного соединения выполняют по полному моменту нагрузки Т .Влияние посадки на конус учитывают при выборе допускаемых напряжений [σ_см], которые принимают такими же, как для прессовых посадок .