1.2 Посадки с натягом

В системе ОСТ посадки с натягом называли горячими, прессовыми и легкопрессовыми, что давало технологическую характеристику образования этих посадок. Для горячих посадок характерны большая величина натяга, технологически осуществляемая путем разогрева втулки или охлаждения вала до нужной температуры для выполнения сборки сопрягаемых деталей с последующим охлаждением втулки или размораживанием вала. Например, горячие посадки применялись в производстве стволов артиллерийских орудий. Основные отклонения горячих посадок Н– и, х,z U,Х,Z–h.

Прессовые посадки имеют широкий диапазон натягов. В зависимости от натяга различают легкопрессовые, прессовые средние и тяжелые посадки. Легкопрессовые посадки имеют минимальный гарантированный натяг. Тяжелые прессовые посадки в технологическом плане являются комбинированными, сочетая разогрев втулки с запрессовкой вала. Основные отклонения прессовых посадок Н–r, s, t и R, S, T – h, а легкопрессовых Н–р и Р–h.

Посадки и характеризуются минимальным гарантированным натягом и установлены в наиболее точных квалитетах. Применяются, когда крутящие моменты или осевые силы малы или случайное относительное смещение сопрягаемых деталей несущественно для выполнения их функций; для соединения тонкостенных деталей, не допускающих больших деформаций; для центрирования тяжелонагруженных и быстровращающихся крупногабаритных деталей (с дополнительным креплением), например клапанные седла в гнездах при вибрационных условиях работы; зубчатые колеса на валах редуктора, канатных барабанов и других валах с дополнительным креплением шпонкой и др.

Посадки характеризуются умеренными гарантированными натягами. Сборка соединений возможна как под прессом, так и разогревом охватывающей детали или охлаждением охватываемой детали.

Применяются для передачи нагрузок средней величины без дополнительного крепления; иногда, когда применение посадок с большими натягами недопустимо по условиям прочности, посадки этой группы применяются и в соединениях, воспринимающих тяжелые нагрузки с дополнительным креплением, например втулки подшипников скольжения в гнездах при тяжелых и ударных нагрузках – в головке шатуна компрессора (см. рисунок 1.4); зубчатые колеса на промежуточном валу коробок передач грузовых автомобилей с дополнительным креплением шпонкой; шестерня на валу масляного насоса трактора с дополнительным креплением шпонкой и др.

Посадки получили наибольшее применение из числа тяжелых прессовых посадок, особенно . Для них характерны большие гарантированные натяги в пределах (0,001 ...0,002) d.

Сборку обычно осуществляют методами термических деформаций, но применяют и продольную запрессовку. В отдельных случаях детали перед сборкой сортируют и подбирают по размерам. Применяют для соединений, на которые воздействуют тяжелые, в том числе динамические, нагрузки, как правило, без дополнительного крепления, например вагонные колеса на осях; бурты на валах (рисунок 1.5); втулка поворотного кулака трактора; короткие втулки в ступицах зубчатых колес; кривошипные диски лебедок; соединения пальца кривошипа с диском и кривошипных дисков с валами в сельскохозяйственных машинах и др.

О сновные задачи расчета посадок с натягом сводятся к определению:

– расчетного натяга и соответственно стандартной посадки для конкретного соединения;

– величины усилия запрессовки или температуры нагрева детали с охватывающей сопрягаемой поверхностью для выбора пресса и нагревательного оборудования;

– расчетной прочности сопряжения из условия обеспечения неподвижности в процессе эксплуатации;

– напряжений, возникающих после сборки в материалах сопрягаемых деталей.

Кроме того при расчете натяга должны учитываться следующие поправки.

Поправка и. При определении размеров соединяемых вала и отверстия измерительные наконечники прибора опираются на вершины неровностей их поверхностей. Натяг . Следовательно, высота неровностей входит в размеры деталей и натяг. В процессе запрессовки неровности на контактных поверхностях деталей сминаются и в соединении создается меньший натяг, что уменьшает прочность соединения. Смятие неровностей зависит от их высоты, метода и условий сборки соединения (со смазочным материалом или без него), механических свойств материала деталей и других факторов. Поправку и на смятие неровностей контактных поверхностей необходимо определять по следующим формулам:

для материалов с различными механическими свойствами

(1.1)

где k₁ и k₂ – коэффициенты, учитывающие высоту смятия неровностей отверстия втулки и вала [3]; Rz₁ и Rz₂ – высота неровностей поверхностей отверстия и вала;

для материалов с одинаковыми механическими свойствами

(1.2)

При малых Rz следует выбирать меньшие значения k₁, k₂ k.

Параметр Rz не зависит от диаметра соединяемых деталей, а зависит только от метода и режима обработки, поэтому влияние высоты неровностей на натяг тем сильнее, чем меньше диаметр и больше высота неровностей. При механической запрессовке наибольшая прочность соединения достигается при малой шероховатости, а при сборке с охлаждением пли нагревом – при большой шероховатости.

Поправка u_t. Вследствие отличия рабочих температур деталей от температуры при сборке, а также различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов натяг в соединении может меняться.

Поправка

(1.3)

где α₁ и α₂ – температурные коэффициенты линейного расширения материала деталей; t_p1 и t_p2 – рабочая температура деталей; t – температура при сборке соединения; D – номинальный диаметр соединения.

При равенстве рабочих температур соединяемых деталей, т. е.при t_p1 = t_p2 = t формула (1.3) принимает вид

. (1.4)

При t_p1 = t_p2 > t и α₁ > α₂ поправку u_t вносят со знаком плюс, при t_p1 = t_p2 < t и α₁ > α₂ со знаком минус.

Поправка u_ц. В быстровращающихся деталях давление на посадочных поверхностях может быть ослаблено центробежными силами. Эти силы существенно уменьшают натяг только при больших диаметрах деталей, вращающихся с весьма большой скоростью (например, дисков паровых и газовых турбин). Для стальных деталей диаметром до 500 мм, вращающихся со скоростью до 30 м/с, u_ц = 1...4 мкм. В таких случаях эту поправку можно не учитывать.

Поправка u_у.д учитывает увеличение контактного давления у торцов охватывающей детали. Ее вводят, чтобы уменьшить давление в середине соединения. Поправку u_у.д определяют графически.

Поправка u_в учитывает воздействие вибрации и ударов. Определяют ее на основе опытных данных.

На прочность соединений с натягом влияют также погрешности формы сопрягаемых поверхностей, уменьшающие площади контакта, поэтому погрешность формы не должна превышать определенной доли допуска на изготовление детали. Соединения с натягом, детали которых испытывают упругую деформацию, допускают разборку и повторную сборку, но при этом из-за смятия неровностей прочность соединений несколько уменьшается. Потери прочности оценивают экспериментально.