3. Соединения деталей и способы их выполнения
При сборке основным видом работ является соединение деталей. Сборку деталей или узлов можно выполнять в виде подвижных или неподвижных соединений.
При подвижном соединении сопрягаемые элементы имеют возможность взаимного перемещения, при неподвижном – собранные детали или сборочные единицы сохраняют неизменное взаимное положение.
Кроме того, соединения могут быть разборными (разъемными) или неразборными. Неразборные соединения применяют в тех случаях, когда при эксплуатации машины разборка соединенных деталей не предусматривается. Если же по условиям эксплуатации необходимо производить разборку соединений – их выполняют разборными.
3.1. Подвижные соединения, как правило, являются разборными (исключения составляют шарикоподшипники, завальцованные конструкции и др.). Такие соединения осуществляются при помощи подвижных посадок (с зазором – Н/h, H/g, H/d, H/c), при соединении шаровых, конических, винтовых поверхностей. Рекомендуются следующие наиболее распространенные предпочтительные посадки (система отверстия):
- Н6/h5 - для очень высокой точности сборки при минимальных зазорах (пиноль станка);
- Н7/h6 - для высокой точности и возможности перемещения от руки после смазки;
- Н8/h7 - то же при большой длине сопрягаемых деталей (направляющие, салазки);
- Н7/g6 - для высокой точности центрирования и ответственных подвижных соединений с небольшим гарантированным зазором (подшипники скольжения, направляющие);
- Н8/f7 - при достаточном центрировании и перемещения с заметным зазором;
- Н9/d9 – при менее точном центрировании, для легкого перемещения крупных деталей большой протяженности, при больших нагрузках и др.;
- Н11/h11 – для неответственных соединений (крышки, фланцы, накладки).
Неподвижные соединения могут быть разборными и неразборными.
3.2. Неподвижные разборные соединения допускают разборку без повреждения сопрягаемых деталей. Они осуществляются путем соединения деталей с помощью переходных посадок (H/k, H/m, H/n и др.), посадкой на конус и с помощью скрепляющих деталей. Предпочтительными переходными посадками являются (система отверстия):
- Н7/ js6 – применяют в часто разбираемых соединениях и для длинных деталей;
- Н8/к7 – для подшипников качения, легкой разборки, хорошего центрирования;
- Н7/m6 – для редко разбираемых соединений (зубчатые колеса, маховики, рукоятки и др.) в сочетании с дополнительными креплениями от проворачивания и осевого сдвига;
- Н7/n6 – для обеспечения прочного соединения при передаче больших усилий и наличии вибрации и ударов (зубчатые венцы, шкивы, шестерни, постоянные втулки и др.).
К соединениям с помощью скрепляющих деталей относятся резьбовые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, профильные и стопорные соединения (соединения с помощью упругих элементов – колец, разрезных колец и др.).
а). Резьбовые соединения наиболее распространены из-за высокой надежности и низкой трудоемкости их выполнения.
Болтовые соединения не требуют нарезания резьбы в сопрягаемых деталях, что важно, если материал детали не обеспечивает необходимой прочности (стекло, керамика, резина). Недостаток заключается в необходимости удерживать болт при навинчивании гайки.
Винтовые соединения более просты – не нужна гайка, но необходима резьба в детали, что при частой разборке повреждает ее.
Сборка с резьбовыми шпильками сложнее, сначала в деталь с натягом ввертывают шпильки, затем на них надевают сопрягаемую деталь, а на выступающие концы шпилек надевают шайбы, навинчивают и затягивают гайки.
Натяг шпилек обеспечивают следующими способами:
- натягом по резьбе;
- плотной посадкой на сбег резьбы шпильки;
- упором в дно резьбового отверстия;
- посадкой на клею, краске, проволочной вставке и др.
Расположение крепежных деталей должно быть удобным и доступным, в том числе и для специнструмента. Размеры крепежных деталей должны быть унифицированными, в групповом соединении весь крепеж должен иметь одинаковый размер под ключ.
Шпильки нельзя располагать очень близко к точным отверстиям и плоскостям т.к. при их затяжке происходи выпучивание и возникают погрешности формы (зеркало цилиндра).
При наличии вибрации, переменных и ударных нагрузок обязательно предусматривается стопорение резьбы. Для этой цели служат:
- зубчатые и пружинные шайбы (гровера) и контргайки (увелич. трение и натяги в резьбе);
- шплинты и проволочные обвязки для группы винтов;
- стопорные планки, накернивание, точечная сварка;
- применение конических опорных поверхностей для винтов и гаек (увелич. площадь Мтр).
Обязательно указывается порядок (последовательность) затяжки в групповом соединении для исключения перекосов и поломок.
Усилие (моменты) затяжки ответственных соединений нормированы или обязательно оговариваются и контролируются динамометрическим ключом.
б). Клинове соединения обеспечивают сборку деталей с полной выборкой поперечного зазора. Они удобны и надежны, но не обеспечивают точного расположения сопрягаемых деталей в продольном направлении (например, велосипедные педали). Сборку поводят обычно вручную при помощи молотка, пресса, затяжки гаек.
в). Штифтовые соединения служат для точной фиксации сопрягаемых деталей и узлов между собой и с базовой деталью. Их выполняют в следующей последовательности:
- предварительная обработка обеих деталей;
- чистовая обработка плоскостей разъема сопрягаемых деталей;
- сверление отверстий под крепежные болты;
- сборка сопряжения;
- сверление и развертывание отверстий под штифты (разметка по кондуктору);
- постановка штифтов;
- окончательная обработка собранного сопряжения.
Штифты бывают цилиндрические и конические, их устанавливают с натягом в одну деталь сопряжения и по плотной посадке – в другую. В часто разбираемых сопряжениях штифты изготавливают большего размера и полыми.
г). Шпоночные соединения служат для закрепления на валах и осях зубчатых колес, шкивов, звездочек и т.д. для передачи крутящего момента. Шпонки всех основных типов стандартизованы, их размер определяется расчетом на прочность.
- Клиновые шпонки (клин с уклоном 1:100). Применяются при сборке с невысокой точностью, при короткой ступице может возникать перекос. Клин запрессовывается между валом и ступицей, точность сопряжения проверяют щупом.
- Призматические шпонки обеспечивают хорошее центрирование. Крутящий момент передается боковыми гранями шпонки, поэтому они должны иметь гарантированный натяг по боковым сторонам в шпоночной канавке.
- Сегментные шпонки также передают усилия через боковые стороны, они проще в изготовлении, меньше перекашиваются в пазу. Такие шпонки в большей степени ослабляют сечение вала и обычно устанавливаются на его концах.
- Направляющие шпонки имеют обычно большую длину и крепятся в пазах винтами.
- Тангенциальные шпонки представляют собой два клина и устанавливаются на крупных деталях, при передаче больших усилий их количество увеличивают.
д). Шлицевые соединения (шпонки с валом составляют одно целое) применяют как для неподвижного, так и для подвижного в осевом направлении крепления ступиц на валу. Сопрягаемые детали лучше центруются, меньше сминаются при передаче больших усилий, повышается точность направления. Бывают с прямобочными, эвольвентными и треугольными зубьями. Перед сборкой соединения подвергают тщательному осмотру, удаляют забоины, заусенцы, притупляют острые кромки, выполняют направляющие фаски на краях вала и втулки, смазывают поверхности, контролируют на биение.
В зависимости от применяемых посадок шлицевые соединения бывают легкоразъемными и неподвижными. Число шлицев обычно от 6 до 20, их подвергают термообработке. Треугольные шлицы применяют как неподвижные при тонкостенных деталях.
е). Профильные соединения обычно выполняют с овальным или треугольным контуром. Технология обработки поверхности вала (копирное обтачивание и шлифование) и втулки (протягивание) не вызывает затруднений. Такие соединения имеют преимущества по сравнению со шпоночными и шлицевыми – обеспечивают хорошее центрирование деталей, не имеют острых углов, резких переходов сечения, концентраторов напряжений и опасности трещин при термообработке. Сборка соединений производится по принципу взаимозаменяемости. Для облегчения сборки предусматриваются направляющие фаски и пояски, направляющие валики и оправки.
ж). Соединения с упругими и разрезными элементами – используются разрезные стопорные кольца –наружные и внутренние и упругие элементы. Стопорные кольца фиксируют детали от осевого перемещения и воспринимают большие осевые нагрузки. Размеры колец стандартизованы, изготавливаются из качественных конструкционных сталей (например, 65Г) с термообработкой. Такие кольца уменьшают габариты сопряжений, упрощают конструкцию и обработку сопрягаемых деталей, облегчают сборку.
3.3. Неподвижные неразборные соединения также выполняются различными способами: сваркой, пайкой, склеиванием, склепыванием, развальцовкой и отбортовкой, посадками с натягом.
Посадки с натягом - горячая и прессовая (H8/u8, Н7/s6 и др.) служат для передачи больших крутящих моментов при ударных нагрузках (втулки, ступицы, шкивы, колеса и др.) без дополнительного крепления.
а). Запрессовываются штифты, заглушки, запорные втулки и др. Сила, необходимая для осуществления прессовой посадки определяется расчетом с учетом смятия шероховатостей поверхности. Прессовое оборудование выбирают исходя из расчетного усилия запрессовки с двойным запасом и габаритов собираемого узла.
б). Горячие посадки получают нагреванием охватывающих деталей, преимущественно втулок большого диаметра и относительно малой длины, которые в таком состоянии свободно надеваются на охватываемые детали, а после остывания – сжимаются и образуют прочные посадки. Необходимая температура нагрева определяется расчетом в зависимости от конструкции детали, марки материала, требуемого натяга.
Нагревать детали можно в горячей воде или масле (хорошая равномерность нагрева), паром, газовыми горелками, в нагревательных печах, электрическим током и т.д.
В тех случаях, когда по производственным условиям (размеры, конфигурация, коробление и т.д.) нагревание охватывающей детали недопустимо или затруднительно, то соединение выполняют путем охлаждения охватываемой детали (вала). Деталь при охлаждении сжимается и свободно входит в отверстие парной детали, а после достижения температуры окружающей среды – расширяется и образует прочное соединение.
Охлаждение деталей до температуры -700 С производится в твердой углекислоте (сухой лед) в специальных холодильных ящиках с хорошей теплоизоляцией, в системах лед-соль, лед-ацетон, а в случае необходимости более низких температур (-1900 С) – жидком азоте.
Сборка с тепловым воздействием по сравнении с прессованием позволяет увеличить прочность посадок запорных втулок, бандажей, зубчатых венцов и др.
в). Развальцовка и отбортовка основаны на пластическом деформировании одной из сопрягаемых деталей и здесь очень важны свойства материала, его пластичность. Таким способом получают плотные и герметичные соединения, передающие осевую нагрузку и крутящий момент. Способ наиболее технологичен для тонкостенных изделий. Выполняется вальцовками, обжимками, штампами, импульсным воздействием, ударной волной, может осуществляться вручную на токарных, сверлильных и др. станках.
Разрабатывая последовательность сборки, необходимо учитывать, что весь сборочный процесс состоит из стадий:
- ручная слесарная обработка и пригонка деталей (применяется преимущественно в единичном и серийном производствах);
- предварительная сборка, т.е. сборка составных частей или изделия в целом, которые подлежат в последующем разборке (например, шатун собирают, проверяют размеры и затем разбирают для последующей установки на валу в цилиндре машины);
- промежуточная сборка - сборка заготовок, выполняемая для дальнейшей их совместной обработки;
- сборка под последующую сварку (если это предусмотрено техпроцессом);
- окончательная сборка, т.е. сборка изделия или его составной части, после которой не предусмотрена последующая разборка при изготовлении;
- общая сборка всей машины;
- регулирование (выверка правильности взаимного положения и взаимодействия всех элементов машины;
- испытания машины.