Глава 10

Конструирование прессовых соединений

Прессовые соединения (или соединения с натягом) широко применяют в машиностроении, когда необходимо получить соединение двух деталей с хорошим центрированием без дополнительных крепёжных элементов (болтов, шпонок, фланцев и т. п.). Соединение может воспринимать значительные статические и динамические нагрузки, произвольно направленные силы и моменты. Запрессовка в корпус вкладышей подшипников скольжения, посадка на вал или в корпус колец подшипников качения, напрессовка венцов червячных колёс на ступицу – эти конструкторско-технологические приёмы используются постоянно при разработке рядовых конструкций машин. В то же время, прессовые соединения широко используются в массовом производстве как несущие для передачи крутящих и изгибающих моментов, фиксации осей в корпусах и в редко разбираемых или неразбираемых силовых узлах машин. Сопротивление взаимному смещению в прессовых соединениях создаётся и поддерживается силами упругой деформации сжатия (в охватываемой детали) и растяжения (в охватывающей детали), пропорциональными величине натяга в соединении.

Натягом N называют положительную разность диаметров вала и отверстия, N=B—А. (рис. 10.1) После сборки, вследствие упругих и пластических деформаций, диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное дав­ление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечи­вают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки. Защемление вала во втулке позво­ляет, кроме того, нагружать соединение изгибающим моментом. В ин­женерной практике такое соединение называют прессовым.

Рис. 10.1 Принцип прессового соединения.

Натягом можно соединять детали не только по круговой цилиндрической поверх­ности, но и по призматической и др., но в практике преимущественное распростране­ние имеет прессовое соединение по круговым цилиндрическим поверхностям.

Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего за­висит от натяга, значение которого устанавливают в соответствии с нагрузкой. Практически расчетный натяг очень невелик, он изме­ряется микрометрами и не может быть выполнен точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию натяга, а следо­вательно, и к рассеиванию нагрузочной способности соединения. Рас­сеивание натяга регламентируется стандартом допусков и посадок.

Сборку любого прессового соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала.

Прессование — распространенный и несложный способ сборки. Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей по­садочных поверхностей, возможность нерав­номерных деформаций деталей и по­вреждения их торцов.

Шабровка и смя­тие шероховатостей приводят к ослабле­нию прочности соединения до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением.

Для облегчения сборки и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать кониче­скую форму (рис. 10.2).

Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200...400°С) или охлаждения вала (твердая углекислота — 79°С, жидкий воздух — 196°С). Недо­статком метода нагревания является возможность изменения струк­туры металла, появление окалины и коробления. Метод охлаждения свободен от этих недостатков.

Рис. 10.2

Необходимую разность температур t нагрева втулки или охлаж­дения вала, обеспечивающую свободную сборку, подсчитывают по формуле

t = , . (10.1)

где N_max — наибольший натяг посадки; S_o — минимально необхо­димый зазор, обеспечивающий свободную сборку (рекомендуется принимать равным минимальному зазору посадки H7/g6); a — тем­пературный коэффициент линейного расширения (для стали и чугуна а [(8 -10)*10^-6С^-1]; d—номинальный диаметр посадки.