50) Волнистость и шероховатость оказывают значительное влияние на технический ресурс подвиж­ных и надежность неподвижных соединений.

В подвижных соединениях из-за волнистости и ше­роховатости фактическая площадь контакта в 3...5 раз меньше номинальной, что приводит к увеличению удельного давления в точках контакта и разрыву мас­ляного слоя. Удельное давление при этих условиях достигает такого значения, при котором упругие де­формации неровностей могут переходить в пластиче­ские, что сглаживает неровности. Кроме того, при разрыве масляного слоя и больших удельных давле­ниях происходит схватывание отдельных неровностей и вырывание частиц металла. Эти процессы сопро­вождаются значительным повышением температуры, что в соединениях типа коленчатый вал — вкладыши приводит к выплавлению антифрикционного слоя. Если же такого аварийного разрушения сопрягаемых поверхностей не происходит, то все равно наблюдаются ускоренный износ поверхностей и значительное увеличение зазора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока высота неровностей не достигнет опреде­ленного стабильного значения. Такую шероховатость называют оптимальной. Она характеризуется опреде­ленными высотой, шагом и формой неровностей.

Важно отметить, что если неровности поверхности первоначально будут меньше оптимальной шерохо­ватости, то через определенный промежуток времени, равный периоду приработки, высота неровностей будет также близка к оптимальной. Чем больше пер­воначальная шероховатость отличается от оптималь­ной, тем больший износ будет иметь поверхность в период приработки и тем значительнее сократится технический ресурс соединения.

51) На чертежах шероховатость поверхно­сти обозначают по одним из трех знаков:

— когда указывают только предельные значения параметров шероховатости и не указывают вид об­работки;

— когда, кроме значений параметров шероховато­сти, указывают и вид обработки, например точение, шлифование, хонингование;

— когда шероховатость поверхности сохраняется в состоянии поставки и образуется без удаления слоя металла, например литьем, ковкой, штамповкой.

Значения параметров шероховатости указывают над знаком: параметр R_a — только числовым значе­нием (мкм), остальные параметры буквенным обозна­чением, а затем числовым значением.

При указании нескольких параметров вверху ста­вят обозначение высоты профиля, ниже — шага и еще ниже-—относительной опорной длины профиля.

52) Понятно, что единой методики расчета зазоров подвижных соединений быть не может, и для каждого типа таких соединений необходимо использовать свою методику расчета. Для основных типов подвижных соединений методика расчета зазоров различна, поэто­му для наиболее ответственных подвижных соедине­ний машин и механизмов систему посадок выбира­ют на основании расчетов.Рассмотрим в качестве примера методику расчета одного из наиболее распространенных типов под­вижных соединений вал — подшипник скольжения. В состоянии покоя под действием силы тяжести вал находится в крайнем нижнем положении. При вра­щении силы трения увлекают смазку в узкую клинооб­разную щель между валом и отверстием. Под дей­ствием возникающего в клине давления при опре­деленном соотношении размеров соединения, частоты вращения, вязкости смазки и давления вал как бы всплывает, опираясь на масляный клин и несколько смещаясь в сторону вращения. Известно, что соотношение между величинами h и S в подшипниках конечной длины выражается зависимостью ,где h — толщина масляного слоя в месте наибольшего сближе­ния поверхностей вала и подшипника и рабочем состоянии, м; S — зазор между валом и подшипником в состоянии покоя, м;d_n — номинальный диаметр соединения, м; — длина подшипни­ка, м; — угловая скорость, рад/с; — абсолютная вязкость смазочного масла при рабочей температуре, Па-с; q— среднее удельное давление, Па, в подшипнике, определяемое через на­грузку R, Н, на цапфу из выражени .Известно также, что если при установившемся движении h= 0,25S, то коэффициент трения получа­ется наименьшим, следовательно, и тепловой режим работы подшипника будет, наилучшим. Подставив это значение h в формулу, найдем значение наивыгод­нейшею зазора, м, .При расчете и выборе подвижных посадок необхо­димо учитывать, что в процессе работы изнашива­ются поверхности вала и отверстия, в результате чего зазор увеличивается. В подвижных сопряжениях процесс увеличения зазора ВО времени характеризу­ется кривой, показанной на рисунке 92. В первый период времени t1 — период приработки — зазор нара­стает быстро из-за сглаживания шероховатостей, выравнивания погрешностей формы. Период t2 — вре­мя нормальной работы сопряжения. Зазор в это вре­мя нарастает сравнительно медленно, прямо пропор­ционально времени работы. Наконец, третий период /з характеризуется резким увеличением зазора. Нор­мальная работа сопряжения нарушается, и дальней­шая его эксплуатация может привести к аварии. Поэтому зазор, соответствующий окончанию периода нормальной эксплуатации сопряжения, называется предельно допустимым зазором При определенном постоянном темпе нарастания зазора и постоянном предельно допустимом зазоре долговечность соединения может быть увеличена за счет уменьшения начального зазора . Поэтому целесообразно первоначальный зазер уменьшить на сумму высот шероховатостей вала и отверстия, что обеспечит больший технический ресурс сопряжения. Учитывая, что в процессе приработки высота шерохо­ватости уменьшается на 0,7 первоначальной, расчетный зазор, по которому следует выбирать посадку, можно определить из выражения

.Чтобы большая часть сопряжений при сборке име­ла зазор, близкий к расчетному, при выборе стан­дартной посадки необходимо выдержать условие ,поскольку в этом случае средний зазор в сопряже­нии будет являться наиболее вероятным.Однако выбирать посадку со средним зазором больше расчетного нежелательно, так как это будет сокращать технический ресурс соединения. Поэтому условие выбора посадки можно записать так: .Посадку выбирают в первую очередь из числа предпочтительных, помня, что для соединения вал — подшипник скольжения посадки с минимальным зазо­ром, равным нулю, применять нельзя. Выбранную посадку необходимо проверить, исходя из условия обеспечения наименьшего слоя смазки при наиболее неблагоприятных условиях. В этом случае

Чтобы избежать сухого трения, наименьшая тол­щина масляного слоя должна быть больше суммы вы­сот шероховатостей вала и отверстия, т. е. .Если оба условия выдерживаются, посадка выбра­на правильно. Если посадка не удовлетворяет второ­му условию, нужно выбрать другую посадку и вновь провести проверку. Только если ни одна из предпочти­тельных посадок не удовлетворяет обоим условиям, следует выбирать посадку из числа рекомендуемых.Шероховатости отверстия и вала при расчете и выборе подвижной посадки задают, исходя из общих принципов, изложенных в главе 4, а также на осно­вании экспериментальных исследований по определе­нию оптимальной шероховатости для сопряжений раз­личного типа. Для сопряжений типа вал — подшипник скольжения оптимальные шероховатости находят­ся в пределах Rz = 1,6...6,3 мкм.

53) Посадки с натягом применяют в не­разъемных соединениях, причем относительная непод­вижность сопрягаемых деталей достигается за счет уп­ругих деформаций, возникающих при запрессовке. Иногда при передаче больших крутящих моментов для разгрузки контактирующих поверхностей приме­няют дополнительно крепежные детали (шпонки, вин­ты, штифты). В этом случае крутящий момент пере­дается шпонкой, а натяг удерживает деталь от осе­вых перемещений.

Натяг в неподвижной посадке должен быть та­ким, чтобы, с одной стороны, гарантировал относи­тельную неподвижность вала и отверстия, а с дру­гой — не вызывал разрушения деталей при их соеди­нении. Исходя из этих условий, рассчитывают и выбирают неподвижную посадку. Возможны три вида нагрузок, передаваемых неподвижным сопряжением: крутящий момент (М_кр); осевая сила (Р_ос); крутящий, момент и осевая сила (М_кр и Р_ос)- Давление, необ/ ходимое для передачи данных нагрузок, определяет в зависимости от ее вида соответственно из слрйую-щих выражений: ; ; ;

где р — давление, Па; d„ — номинальный размер, м; — длина сопряжения, м; — наибольший крутящий момент, Н·м; — наибольшая осевая сила, Н; f— коэффициент трения.

Рассчитав давление, необходимое для передачи за­данной нагрузки, на основании зависимостей, извест­ных из решения задачи Лямэ для толстостенных цилиндров, можно для наиболее общего случая опре­делить наименьший натяг, м, способный передать указанные ранее нагрузки:

где и — модули упругости материала отверстия и материа­ла вала, Па; и — коэффициенты, определяемые по фор­мулам

; .

Размеры и указаны. Коэффи­циенты Пуассона для материала отверстия и мате­риала вала : сталь — 0,3; чугун — 0,25; бронза — 0,35; латунь — 0,38.

При запрессовке вала в отверстие неровности по­верхностей срезаются и сминаются, что уменьшает действительный натяг в соединении. Считают, что сре­зание и смятие неровностей при запрессовке состав­ляет 60% от их высоты. Тогда расчетный натяг для выбора неподвижной посадки можно найти по формуле

При выборе стандартной по­садки необходимо выдержать следующее условие относитель­ной неподвижности сопряга­емых деталей:

Чтобы проверить детали на прочность, надо вычислить на­пряжения, Па, которые возни­кают в них при натяге, наиболь­шем для выбранной посадки:

Эти напряжения для охватывающей и охватывав мой деталей будут соответственно равны ;

Если эти напряжения меньше предела текучести материала, т. е. и

значит, посадка выбрана правильно.

Однако из-за значительных колебаний свойств ма­териалов, погрешностей при обработке, различия в способах прессовых посадок прочность соединения перед массовым применением необходимо эксперимен­тально проверить.

54) Переходные посадки, характеризуемые воз­можностью появления в сопряжении- как зазоров, так и натягов, близких к нулю, применяют для центрирова­ния деталей, которые должны быть взаимно неподвиж­ны в процессе работы. Неподвижность в этом слу­чае достигается за счет использования шпонок, штиф­тов и других видов крепления, воспринимающих и передающих нагрузки. Требования к возможным зна­чениям натягов и зазоров могут быть различными. Они зависят от частоты разборки и сборки сопряже­ния, необходимости предупреждения осевого смещения и допустимого значения радиального биения.Рассмотрим методику определения вероятных зазо­ров и натягов для переходной посадки и их процентно­го соотношения на конкретном примере. Для сопряжения

примем, что поля рассеяния размеров валов и отверстий соответственно равны допус­кам на обработку, т.е. V_D = IT_D и V_d=ITd, и закон распределения размеров валов и отверстий в пределах поля рассеяния- нормальный. Тогда закон распределения зазоров (натягов) будет также нор­мальным. Он будет характеризоваться следующими величинами:

; ; ; .

Вероятные зазоры и натя­ги могут быть найдены из выражений

; .

Чтобы определить вероятность появления зазоров и натягов в посадке, необходимо найти величины и . Для этого вычислим коэффициенты риска

; .

Соответствующие им функции Лапласа находим по таблицам приложения I. Вероятность появления натя­гов в пределах , Тогда вероятность появле­ния натягов в данной посадке будет равна P_N = + , а вероятность появления зазоров P_s = 1 — Pn

Процентное соотношение зазоров и натягов нахо дим из следующих выражений:

Q_N = 100P_N Qs = 100Р_S

Таким образом, в посадке практически все соединения будут иметь натяг.

При посадке большая часть сопряжений будет иметь натяги и зазоры, близ­кие к нулю. Поэтому для центрирования деталей наибольшее распространение получила именно эта посадка, которая является предпочтительной. Посадку которая также относится к предпочтительным, применяют и тех случаях, когда, кроме центрирования, натяг необходим и для удерживания детали от осевых перемещений. При частом разборке и сборке сопряжения рекомендуется посадка , которая является предпочтительной.