§7.17 Сборка соединений с гарантированным натягом.

Прочность и относительная неподвижность таких соединений обеспечивается силами трения, которые зависят от удельного напряжения (давления)- натяга (см. рис.7.32, 7.33).

Сборка соединений с натягом может быть продольной (рис. 7.32) , сборкой с помощью молотка, под прессом; поперечной, с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали, гидрораздачей, посредством механического вальцевания и др. (см. 5.5). Сборка может быть комбинированной: гидропрессовая + осевое усилие.

В таких соединениях, при нормальных условиях, диаметр d_o охватывающих деталей (втулок) несколько меньше диаметра d₁ охватываемой детали (в зависимости от посадки).

При продольной сборке одна из деталей одевается на другую или с помощью пресса, или ударами молотка, или молота. Здесь необходимо центрирование деталей. На валу должна быть заходная фаска с углом около 10.

Рис. 7.32. Схема продольной сборки.

Скорость запрессовки составляет 2… 5 мм/сек.

Во время поперечной сборки, осуществляемой нагревом охватывающей детали, температура нагрева должна быть

T= (+ _i)/(k_d) T₀, (7-16)

где _i = 0,01d^1/2 мм – термический зазор; k_ - коэффициент линейного расширения материала;  - геометрический натяг; T₀- температура окружающей среды.

Нагрев осуществляется в масляных ваннах, электропечах, индукционным способом, пламенем.

Наиболее совершенный способ - индукционный.

Сборка может выполняться и при охлаждении, в основном в случае установки мелких деталей. Производят охлаждение в холодильной камере, с помощью сухого льда, жидким азотом, жидким воздухом. Однако последний опасен из-за возможности взрыва.

В таблице 7.2 приведены нормы расхода хладоносителей на 1 кг металла

Таблица 8.2

Хладоноситель	TC	Al	Латунь	Бронза	Сталь	Медь	Чугун
Жидкий азот	-195,8	0,86	0,4	0,41	0,41	0,36	0,48
Сухой лед	- 78,5	0,12	0,06	0,06	0,06	0,05	0,07

Большое значение имеет контактное давление (напряжение) между сопрягаемыми поверхностями. Его величину при соединении вала с втулкой можно определить с помощью выражения

P_kmax= _maxd^-1(C₁E₁^-1+ C₂E₂^-1)^-1 , (7-17)

где С₁= (d₁²+ d²)/(d₁²- d²)- ₁; C₂= (d₂²+ d²₁ )/(d₂²- d²₁ ) + ₂; ₁, ₂- коэффициенты Пуассона сопрягаемых деталей; _max - максимальный натяг.

Диаметральная разница номинальных размеров составляет

=  + 2k(Rz₁+ Rz₂),

где k= 0,5… 0,7 – для продольной сборки; k= 0,3… 0,5 – для поперечной сборки.

При этом внутренний диаметр отверстия уменьшается на величину

₀ = 2P d²₁d/[E₁(d²- d²₁), (7-18)

а наружный диаметр увеличивается на величину

_b = 2P d²₁d₂ /[E₂(d²₂ - d²₁). (7-19)

Чем меньше d₁, d₀, тем должно быть выше качество обработки, меньше Rz.

Для повышения коэффициента трения в зону сопряжения вводят специальные промежуточные среды. Обычно это происходит при поперечной сборке.

Если преобладает усталостная прочность, то используют полимерные и гальванические покрытия.

Контроль прочности холодной запрессовки Р_з осуществляется по усилию распрессовки Р_р - должно быть Р_р/Р_з= 1,2…1,5. (Этот метод относится к разрушающим методам контроля). В ряде случаев контроль осуществляют по усилию запрессовки. В ответственных случаях записывают диаграмму в координатах длина запрессовки - усилие, а качество полученного изделия оценивают как по величине усилия запрессовки, так и по форме диаграммы.

Если же рассматривать соединение трубы с трубной доской или решеткой в теплообменном аппарате, то здесь необходимо обеспечивать также и герметичность узла крепления. В таких узлах, труба прижимается к стенке отверстия с контактным давлением, экспериментально определяемым для каждого металла, а степень прижатия регламентируется увеличением внутреннего диаметра трубы – раздачей (степенью развальцовки) (см. подробнее §5.5).

В промышленности широко применяется продольно-поперечная сборка, на конусах и затяжкой гайкой (рис.7.33). Здесь давление на коническую поверхность образуется в результате затяжки гайки. Применяется конусность К= 1/10, а также стандартные конусы Морзе №№ 0…6.

Рис. 7.33 Соединение с посадкой на конус и затяжкой гайкой.

Таким способом соединяют шпиндели в сверлильных, фрезерных станках с режущим инструментом.

В промышленности, бурении скважин широко применяется соединение на конусах, показанное на рис. 7.34. Здесь на вале выполнена плоская лапка. Она облегчает сборку и разборку. Разборка производится ударами молотка с помощью клина, вводимого в паз и создающего через лапку осевое выталкиваюее усилие.

Рис. 7.34 Соединение на конус.

На прочность соединений с натягом сильно влияет качество поверхности (Ra, волнистость и т.п.). Так при изготовлении соединительных конусов проверка совпадения поверхностей производится по пятну контакта (д.б. не менее 70%).

Использование при сборке грубых поверхностей из-за среза и смятия микронеровностей при запрессовке не обеспечивает качества соединения.

Если соединяемые поверхности подвергнуть накатке, то это снижает прочность соединения из-за волнистости поверхности. Ликвидируется такой дефект дополнительным протачиванием или шлифованием накатанной поверхности на небольшую глубину.

Оборудование для запрессовки выбирают исходя из расчетного усилия запрессовки с коэффициентом запаса 1,5- 2 и габаритных размеров собираемого изделия. Винтовые ручные прессы дают усилие 5- 7 кН; эксцентриковые используются при малой длине запрессовки Р= 40- 50 кН; пневматические прессы развивают усилия 100- 150 кН; гидравлические прессы- 200- 1500 кН.

Разборка производится на стационарных прессах, либо съемником различных конструкций. Часто при распрессовке (из-за задиров, порывов) портятся детали. Распрессовку могут делать гидравлическим способом, вводя масло в зону сопряжения. При разборке с нагревом нужно создать опережающий нагрев охватывающей детали и учитывать коэффициенты расширения

_p= d(k_2T₂- k_1T₁).

Этот способ сохраняет поверхности.