4.4. Соединение деталей посадкой c натягом.

Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую. Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают силы трения, которые обеспечивают неподвижность соединения (рис.4.4)

а) б)

Рис. 4.4. Соединения деталей посадкой с натягом

а) червячное колесо с напрессованным венцом,

б) крепление внутреннего кольца подшипника на валу

Достоинства соединений с натягом:

- простая технология изготовления;

-хорошее центрирование (базирование) соединяемых деталей; -эти соединения могут воспринимать значительные силы и моменты, причем нагрузки могут быть постоянными, переменными, реверсными, ударными.

Недостатки соединений с натягом:

- большое рассеяние прочности (несущей способности) среди одинаковых соединений в связи с рассеянием действительных сопрягаемых размеров в пределах полей допусков и в связи с рассеянием значений коэффициента трения;

- снижение усталостной прочности валов из-за появления концентрации напряжений;

-трудности неразрушающего контроля соединений; -сложность сборки и разборки при больших натягах; -возможность повреждения посадочных поверхностей при разборке.

Существуют следующие способы получения соединений с натягом:

1.Запрессовка. Это простейший и высокопроизводительный способ, обеспе­чи­­вающий возможность контроля нагрузочной спо­соб­ности путем измерения силы запрессовки. Однако в этом случае существует опасность повреждения посадочных поверх­ностей. Так же при этом способе запрессовки понижается коэффициент трения из-за сгла­живания (срезания и смятия) микронеровностей поверх­ностей контакта при запрессовке.

2.Нагрев охватывающей детали. Технологически отра­бо­танный и простой способ, обеспечи­вающий повышение коэф­фи­циента трения (сцепления) и нагру­зоч­ной способности соединения при сдвигающих нагрузках примерно в 1,5 раза. Этот способ осо­бенно эффективен при больших длинах посадочных поверхностей.

Охлаждение охватываемой детали

Преимущественно применяют для установки небольших деталей в массивные, крупные детали.

3.Гидрозапрессовка

Нагнетание масла под давлением в зону контакта через сверление в валу значительно (в 10…15 раз) снижает необходимую силу запрессовки и распрессовки и уменьшает опасность задира посадочных поверхностей.

Расчёт соединений посадкой с натягом связан с определением минимального и максимального натягов и производят по двум критериям:

- прочности соединения, обеспечиваемой уравно­ве­шивающей сдви­гающее усилие силой трения, возникающей между поверх­нос­тями сопрягаемых деталей, при этом определяется минимально необ­ходимый натяг;

- прочности деталей соединения, при этом определяется максимально допустимый натяг [11].

Пример расчёта посадки с натягом.

Подберем посадку с натягом для соединения стальной втулки со ступицей червячного колеса, исходя из следующих данных:

диаметр посадки D=0,066 м;

внутренний диаметр втулки d1=0,042 м;

наружный диаметр колеса d2=0,1904 м;

длина контакта l=0,04 м;

момент, воздействующий на соединение T=226,96 Н·м

коэффициент Пуассона для стали μ=0,3;

модуль упругости стали Е=2,06·10¹¹ Па.

Сформулированные критерии работоспособности математи­чески можно формализовать в виде ограничения определяемого натягом значения давления p на контактной поверхности, минимальное значение которого должно обеспечить необходимую силу трения между сопрягаемыми поверхностями, а максимальное не должно привести к пластическим деформациям в сопряжении

p_­min<p<p_­max

Давление p на контактной поверхности связано с натягом N соотношением

p=N/[2(λ₁ + λ₂)],

где λ₁, λ₂ -радиальные податливости соединяемых деталей. В свою очередь

λ_i =C_i D/2E_i,

где С- коэффициент податливости. Определим коэффициенты С₁ и С₂:

Наименьший допустимый натяг, ограничивающий возмож­ность передачи момента силами трения:

,

где минимальное давление на поверхность контакта:

f – коэффициент трения (f=0,2).

Рассчитаем наименьший допустимый натяг

В процессе запрессовки неровности на поверхностях детали сминаются, и в соединении создается меньший натяг, поэтому следует расчетный N_min увеличить на значение поправки:

Наименьший натяг:

Определим допустимые значения давления для ступицы колеса исходя из условия прочности σ ≤ 0,58 σ_Т:

Определим допустимые значения давления для гайки:

Определим максимально допустимый натяг для данного соединения:

По ГОСТ 25347-82 выбираем посадку:

Эта посадка обеспечивает минимальный натяг N­­_min= 102-30=72 мкм, максимальный натяг N­­_max =148 мкм, значения которых не выходят за рассчитанные пределы.

Рис. 4.5. Схема расположения полей допусков размеров поверхностей сопрягаемых деталей