Детали машин и основы конструирования

Соединение деталей с гарантированным натягом. Общие сведения, применение. Усилия запрессовки и распрессовки.

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 N называют положительную разность диаметров вала.

После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное дав­ление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечи­вают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки.

Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего за­висит от натяга, значение которого устанавливают в соответствии с нагрузкой. Практически расчетный натяг очень невелик, он изме­ряется микрометрами и не может быть выполнен точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию натяга, а следо­вательно, и к рассеиванию нагрузочной способности соединения.

Сборку любого прессового 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.

Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200...4000С) или охлаждения вала (твердая углекислота — 790С, жидкий воздух — 19б0С). Недо­статком метода нагревания является возможность изменения струк­туры металла, появление окалины и коробления. Метод охлаждения свободен от этих недостатков.

Из рассмотренного следует, что прессовое соединение относится к группе неразъемных и предварительно напряженных.

Однако в зависимости от натяга и технологии сборки могут быть получены соединения, сохраняющие свою работоспособность при повторных сборках.

 Оснозное положительное свойство прессового соединения — его про­стота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве. Хорошая центровка деталей и распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать прессовое соединение для скрепления деталей современных высокоскоростных машин.

С помощью прессовых посадок с валом соединяют зубчатые колеса, маховики, подшипники качения, роторы электро­двигателей, диски турбин и т. п. Прессовые посадки используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес. На практике часто применяют комбинацию прессовою соединения со шпоночным.

Сила запрессовки увеличивается пропорционально взаимному перемещению деталей в связи с ростом площади контакта.

Расчет прочности и деформации деталей в соединениях с гарантированным натягом.

Расчет прочности и деформации деталей в соединениях с гарантированным натягом вы­полняют по формулам для толсто­стенных цилиндров. Давление р при рас­чете прочности деталей определяют по максимально­му натягу:

, N – расчетный натяг, u – поправка на срезание и сглаживание шероховатостей.

 Приведенная зависимость спра­ведлива только в пределах упругих деформаций. Условие, при котором в деталях не будет пластических деформаций (по теории наибольших касательных напряжений)  

где σ1 – максимальное, а σ 3 – минимальное нормальные напряже­ния, считая растяжение положительным; σ Т – предел текучести материала.

Нетрудно установить, что наибольшие эквивалентные напряже­ния σЭК имеют место в точках внутренних поверхностей втулки и вала. При этом для втулки σ1 = σt2; σ3 = – σr = – р и условия отсут­ствия пластических деформаций.

, где σТ2 – предел текучести материала втулки.

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 N ≤ 1,5 NТ р = р (2NТ – N)/NТ,

при N > 1,5 NТ р = 0,5 рТ,

где NТ и рТ – расчетный натяг и давление, соответствующие пределу текучести.

Детали машин и основы конструирования