Глава 4. Сборка типовых узлов

4.1. Способы сборки узлов и соединений

В процессе сборки узлов важным является обеспечение соответствующей точности сборки, т.е. обеспечение требуемых сопряжений, зазоров, натягов.

Требуемую точность можно обеспечить:

• применением карт измерений сопрягаемых поверхностей;

• пригонкой;

• применением компенсаторов;

• макетной сборкой.

Карты измерений, как правило, составляются при сборке узлов, содержащих стандартные или унифицированные детали. Особенно это касается сборки сдвоенных подшипников качения, когда должна быть обеспечена минимальная разница диаметров внешних колец в пределах существующих допусков.

В этом случае должна быть обеспечена высокая точность измерений.

При использовании пригонки точность сборки достигается путем пригонки одного из заранее намеченного для этой цели звена. Все остальные звенья при этом изготавливают с допусками, экономически приемлемыми для определенных производственных условий.

Для компенсации погрешностей, полученных при обработке сопрягаемых деталей, и при их сборке во многих случаях используют компенсаторы. Компенсаторы подразделяются на неподвижные (прокладки, шайбы, кольца, слой самотвердеющей пластмассы и др.) и подвижные (клинья, втулки, пружины, эксцентрики, регулировочные винты и т.д.).

Этот способ широко используется при сборке зубчатых и червячных передач.

При сборке крупногабаритных изделий иногда используется макетная сборка. Например, при соединении штанги с большим конусом доменной печи требуется высокая плотность сопряжения поверхностей клина с конусом и штангой. В этом случае изготавливается макет соединения конуса и штанги и на нем осуществляется подгонка поверхностей клина.

На макетах осуществляется подгонка криволинейных участков трубопроводов циркуляционных смазочных систем, монтируемых в подвальных помещениях.

4.2. Сборка резьбовых соединений

Резьбовые соединения в конструкциях машин составляют 15-25 % от общего количества соединений. Сборка их в процессе монтажа оборудования (крепление крышек, полумуфт) в большинстве случаев выполняется вручную из-за отсутствия механизированного инструмента или невозможности его применения. Эти операции являются наиболее трудоемкими и в то же время требуют высокой квалификации рабочего, чтобы обеспечить необходимое усилие затяжки. Примерно 80 % энергии, расходуемой на весь процесс завинчивания, затрачивается на преодоление сил трения и около 20 % на затяжку. Поэтому необходима разработка способов, обеспечивающих значительное снижение трудозатрат на затяжку болтовых соединений, особенно при монтаже металлургических машин, где используются болты с резьбой от М10 до М400. Затяжка болтов может осуществляться двумя способами:

1. удлинение болта на величину, обеспечивающую необходимое усилие, и затем довинчивание гайки на эту величину;

2. довинчивание гайки, обеспечивающее необходимое усилие затяжки, с использованием механизированного инструмента.

На работоспособность болтового соединения решающее влияние оказывает правильно выбранное усилие затяжки.

Сила предварительной затяжки может быть найдена из выражения:

(4.1)

где Р - внешняя нагрузка на болтовое соединение, МН;

К - коэффициент, равный 0,75-1,0 и зависящий от конструктивных особенностей соединения;

E₁, Е₂ - модуль упругости материала болта и соединяемых деталей соответственно, МПа;

F₁, F₂ - поперечные сечения болта и детали (условного цилиндра), м².

При затяжке резьбового соединения вращением гайки необходимое усилие Р_кл, приложенное к гаечному ключу на расстоянии L_кл от оси вращения, можно определять из зависимости

(4.2)

где d - наружный диаметр резьбы.

Необходимая величина затяжки может быть достигнута поворотом на определенный угол  гайки после соприкосновения стыковых плоскостей соединения.

(4.3)

где L - длина болта или шпильки между опорными плоскостями, м;

S - шаг резьбы, м;

Е₁, E₂ - модули упругости материала соответственно болта и детали, МПа;

F₁, F₂ - площади сечения болта и скрепляемых деталей, м².

Затяжку резьбового соединения можно также контролировать, измеряя удлинение болта

(4.4)

Напряжение растяжения в болте в этом случае не должно превышать 0,5-0,7 предела текучести материала.

При монтаже стяжных болтов (соединение станин прокатных клетей, мощных прессов и других машин), имеющих значительные диаметры резьбы, при затяжке требуются большие крутящие моменты на ключе. В ряде случаев создание таких моментов представляет значительные трудности. В распоряжении монтажных организаций имеется гидравлический ключ УБС-200, рассчитанный на затяжку болтов диаметром до 200 мм. Существует способ затяжки резьбовых соединений, основанный на растягивании болта гидроцилиндром с захватом за дополнительную гайку, установленную на болте. В этом случае основная гайка должна находиться под небольшим натягом.

После растяжения болта основная гайка должна быть повернута на угол , рассчитанный по зависимости (4.3). Но по конструктивным или технологическим условиям часто не может быть использован гидравлический принцип растягивания болта. Тогда применяют термический способ затяжки. Требуемая сила затяжки Р_заm обеспечивается удлинением болта после предварительного нагрева на величину _t=_зат.

Температура подогрева может быть определена из следующего соотношения:

(4.5)

где  -коэффициент линейного расширения материала болта;

L_н - длина нагрева болта.

Контролируют нагрев измерением удлинения болта. После нагрева гайку поворачивают до соприкосновения с деталью.