Что такое соединение с натягом

Соединение с натягом

Сборка соединения с натягом производится запрессовкой или температурным деформированием.

Содержание

Сборка запрессовкой

В зависимости от относительной величины натяга, пластичности материалов, качества поверхности запрессовка производится с различными усилиями и на различном оборудовании.

Сборка температурным деформированием

Позволяет произвести сборку наименьшими усилиями (свободное соединение) и минимальными повреждениями. Это достигается нагревом отверстия (но ниже температуры структурных изменений) или охлаждением вала (сухой лёд −79 °C, жидкий азот −198,6 °C), либо использованием обоих методов одновременно. При сильном нагреве охватывающей детали при сборке может возникнуть «спекание», при котором соединение окажется неразборным.

Разборка соединения

Разборка соединения производится в обратной последовательности в направлении рассоединения деталей распрессовкой или температурным деформированием.

При расспресовке можно применить гидростатическую расспресовку как дополнительное средство для более лёгкого снятия детали. Для этого необходимо подать гидравлическое масло под давлением по каналу (предусмотренному конструкцией вала или ступицей) под место соединения. Под действием гидравлических сил масло раздвигает соединение, образуя зазор, и одновременно вымывает и смазывает его, что позволяет выпрессовывать с меньшими усилиями и с меньшими повреждениями.

Расчёт соединения с натягом

Температурное деформирование

Для этого способа необходимо рассчитать разность температур вала и отверстия. При этом принимают

где — натяг посадки; — минимальный зазор необходимый для свободного соединения деталей, при , при , при ; — коэффициент линейного расширения; — номинальный диаметр.

Запрессовка

Расчёт соединения с натягом втулки и вала. При этом втулка и вал (если в нём имеется отверстие) считается толстостенным цилиндром (то есть толщина стенки которых не более чем в пять раз меньше радиуса цилиндра).

Исходя из сил, действующих на соединение, находим контактное давление :

где — коэффициент запаса сцепления ; — осевая сила; — крутящий момент; — номинальный диаметр; — длина соединения; — коэффициент трения скольжения.

Далее находим расчётный натяг :

где — модуль упругости; — коэффициент Пуассона (см. Пуассона коэффициент).

Так как имеются неровности профиля, которые деформируются и затрудняют продвижение запрессовки, полученное значение увеличиваем на величину поправки и получаем практический натяг:

где и — среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей посадочных поверхностей (см. шероховатость).

Если сборка производится температурным деформированием, то нет необходимости вводить поправку.

Применение

Посадки подшипников на вал или в корпус, соединение импеллера с валом в химическом реакторе и т. д.

История

Считается одной из наидревнейших технологических операций, как операция насаживания каменного топора на топорище.

См. также

Примечания

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Соединение с натягом» в других словарях:

Соединение — У этого термина существуют и другие значения, см. Соединение (значения). Соединение процесс изготовления изделия из деталей, сборочных единиц (узлов), агрегатов путём физического объединения в одно целое. Показатели работоспособности соединения… … Википедия

Шиповое соединение — соединение деталей (обычно деревянных) путём плотного вставления в отверстия (пазы) фигурных выступов в этих деталях шипов. Шиповые соединения бывают разных видов, Наиболее известные из них: Ласточкин хвост (Dovetail Joint) соединение, в… … Википедия

Шпоночное соединение — соединение вала с надетой на него деталью при помощи шпонки (См. Шпонка). Для установки шпонки на валу и в детали должны быть пазы, расположенные в осевом направлении. Существуют затяжные (т. е. посаженные с натягом) и незатяжные шпонки.… … Большая советская энциклопедия

Бесшпоночное соединение — соединение вала с сопряжённой деталью без применения шпонок (См. Шпонка), исключающее их относительный поворот, а иногда и осевое перемещение. Осуществляется трением (соединения с гарантированным натягом, с пружинно зажимными кольцами) и… … Большая советская энциклопедия

Клиновое соединение — разъёмное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина, выполняется обычно напряжённым, т. е. с предварительным натягом. Малый угол скоса клина обеспечивает плотность соединения и самоторможение, препятствующее выпадению… … Большая советская энциклопедия

прессовое соединение — Соединение составных частей изделия с гарантированным натягом вследствие того, что размер охватываемой детали больше соответствующего размера охватывающей детали. [ГОСТ 23887 79] Тематики сборка Обобщающие термины виды соединений по методу… … Справочник технического переводчика

Натяг — Соединение с натягом технологическая операция получения условно разъёмного соединения[1], которое получается при вставлении одной детали (или части её) в отверстие другой детали при посадке с натягом. Обычно соединяют детали с цилиндрическими или … Википедия

Допуск — в машиностроении, интервал, в котором допускается отклонение числовой характеристики параметра от его номинального (расчётного) значения. Д. задают на геометрические параметры деталей машин и механизмов (линейные и угловые размеры, форму… … Большая советская энциклопедия

Опрессовка — Опрессовка: Гидравлические или пневматические испытания на прочность трубопровода или другого оборудования работающего под давлением. Соединение с натягом … Википедия

Посадка (машиностроение) — У этого термина существуют и другие значения, см. Посадка. Посадка характер соединения сопрягаемых деталей, определяемый зазором или натягом, то есть разностью их размеров до сборки в соответствии с назначенным допуском. Система допусков и… … Википедия

Источник

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 Δ_ср в функции диаметра вала d для различных посадок, а на рис. 517, б — средине значения относительных натягов Δ_ср/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 k_maх = σ_см, где σ_см — предел прочности на смятие наиболее слабого из двух сопряженных материалов. Для улучшенных сталей можно принимать σ_см = 200—250 МПа; для серых чугунов σ_см = 20—50 МПа и алюминиевых сплавов σ_см = 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 Δ_min, Δ_ср и Δ_max (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 Δ_min. 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 Δ_ном 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 Δ_ном —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.

Источник