Тема 7 Соединения деталей с натягом (0,25/-/- часа)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Достоинства и недостатки соединений с натягом

3. Область применения

4. Сборка соединения

Соединения с натягом широко применяют на практике для передачи вращающего момента, осевой силы, изгибающего момента.

Преимущественное распространение имеют соединения по цилиндрическим поверхностям. Сущность соединения заключается в том, что вал соединяют с втулкой, диаметр отверстия в которой несколько меньше диаметра вала. В месте соединения детали упруго деформируются и на поверхности контакта возникают нормально направленные напряжения р, которые вызывают появление на поверхности соединения сил трения, способных воспринимать внешние осевые и окружные силы (рисунок 14).

Рисунок 14 – Соединение деталей с натягом

Упрощенный расчет соединений с натягом основан на предположении, что контактные давления р распределены равномерно по поверхности контакта.

Достоинства соединений с натягом:

1. Простота конструкции и технологичность поверхности тел вращения могут быть легко получены при обработке.

2. Соединение беззазорное, поэтому обеспечивает точное центрирование соединяемых деталей и может воспринимать динамические и реверсивные нагрузки.

3. Высокая нагрузочная способность.

4. Возможность соединения деталей из разнородных материалов.

Недостатки:

1. Сложность сборки и особенно разборки.

1. Рассеяние нагрузочной способности в связи с нестабильностью коэффициента сцепления (трения) и отклонениями действительных сопрягаемых размеров в пределах допусков.

2. Значительная концентрация напряжений на валах.

3. Уменьшение нагрузочной способности соединения с течением времени вследствие снижения натяга от обмятий, истирания и контактной коррозии при микропроскальзываниях поверхностных слоев вала и втулки, вызываемых, в свою очередь, изгибом вала.

Соединения с натягом применяют для соединения с валом зубчатых и червячных колес, шкивов, звездочек, внутренних колец подшипников качeния, роторов электродвигателей, для соединения с диском венцов зубчатых и червячных колес и т.д. Их используют при изготовлении составных коленчатых валов, звеньев приводных цепей, для соединения железнодорожного колеса с осью, бандажом.

Соединения деталей с натягом относят к неразъемным соединениям условно, так как они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

Цилиндрические соединения по способу сборки разделяют на собираемые запрессовкой и температурным деформированием.

Запрессовку деталей выполняют на гидравлических, винтовых или рычажных прессах. Для предупреждения задиров и уменьшения сил запрессовки сопрягаемые поверхности смазывают маслом. Скорость запрессовки не более 5 мм/с.

Сборку температурным деформированием выполняют с предварительным нагревом охватывающей (втулки) или с охлаждением охватываемой детали (вала). Температура нагрева должна быть ниже температуры низкого отпуска, чтобы не происходило структурных изменений в металле. Для охлаждения вала используют углекислоту или жидкий воздух.

В настоящее время получают все большее применение так называемые термомеханические соединения деталей, изготовленных из сплавов с памятью формы. Это свойство присуще, например, никель-титановым сплавам, испытывающим обратимое мартенситное превращение. Оно характеризует способность материала, деформированного в мартенситном состоянии (при низкой температуре), восстанавливать свою форму (прежние размеры) в процессе последующего нагрева и перехода в аустенитное состояние.

Для создания термомеханического соединения изготовляют, например, втулку из сплава с памятью формы. Охлаждают ее в жидком азоте (материал находится в мартенситном состоянии), дорном деформируют отверстие в радиальном направлении до образования технологического зазора при последующей установке втулки на сопряженный вал. Выполняют монтаж при нормальной температуре окружающей среды. Последующий нагрев втулки теплотой окружающей среды приводит к восстановлению прежних размеров отверстия вследствие перехода материала в аустенитное состояние и созданию тем самым натяга в соединении.

Такие соединения широко применяют в авиационной и космической технике.

Охватываемой детали (валу) присваивают индекс 1; охватывающей (втулке) - индекс 2. Под втулкой понимают любую деталь, устанавливаемую на вал: ступицу зубчатого или червячного колеса, шкива, звездочки, внутреннее кольцо подшипника и др.

Условия работоспособности соединения с натягом:

1. отсутствие относительного сдвига деталей при действии осевой силы F_a;

2. отсутствие относительного поворота деталей при действии вращающего момента Т.