1.3.3 Складання нерухомих нероз'ємних з'єднань
У конструкціях машин нерухомі нероз'ємні з'єднання мають широке застосування. Розбирання цих з'єднань звичайно пов'язане з порушенням стану поверхонь, що сполучаються, а нерідко й зі псуванням однієї або декількох деталей складальної одиниці. Лише деякі види з них, так звані умовно нероз'ємні, можуть бути розібрані, але число розбирань строго обмежується.
Конструктивних різновидів нерухомих нероз'ємних з'єднань надзвичайно багато. Більшість із них може бути віднесено до однієї із трьох груп:
з'єднання із силовим замиканням, відносна нерухомість деталей у яких забезпечується механічними силами, що виникають у результаті пластичних деформацій;
з'єднання з геометричним замиканням, здійснюваним завдяки формі деталей, що сполучаються;
з'єднання, в основі яких лежать молекулярні сили: зчеплення або адгезія (рисунок 1.23).
Рисунок 1.23 – Приклади з'єднань, здійснюваних способом пластичної деформації
До найпоширеніших у машинобудуванні належать з'єднання з гарантованим натягом, зварені, паяні, склеювані й заклепувані. По способу одержання нормальних напруг на поверхнях, що сполучаються, з'єднання з гарантованим натягом умовно ділять на поперечно-пресові й поздовжньо-пресові.
У поперечно-пресових з'єднаннях зближення поверхонь, що сполучаються, відбувається радіально або нормально до поверхні; такі з'єднання здійснюють одним з наступних способів:
нагріванням охоплюючої деталі перед складанням;
охолодженням охоплюваної деталі;
шляхом пластичної деформації (наприклад, розвальцьовуванням);
доданням пружності охоплюваної деталі.
При поздовжньо-пресовому з'єднанні охоплювана деталь під дією сил, що прикладаються уздовж осі, запресовується в охоплювану з натягом, у результаті чого виникають сили тертя, що забезпечують відносну нерухомість деталей.
Складання з нагріванням охоплюючої деталі здійснюють найчастіше в тих випадках, коли в з'єднанні передбачені конструкцією значні натяги. При теплових посадках створюються натяги, середня величина яких приблизно в 2 рази більше натягів при звичайних посадках.
Нагрівання застосовують при складанні важко навантажених з'єднань, що вимагають високої міцності, а також коли охоплююча деталь виконана з матеріалу, що має високий коефіцієнт лінійного розширення, а з'єднання зазнає в машині впливу підвищених температур. Якщо таке з'єднання зібрати без нагрівання, то в процесі експлуатації міцність його, звичайно, значно знизиться. Нерідко нагрівання деталей застосовують і при порівняно невеликих натягах. Тоді це полегшує процес складання й сприяє збереженню якості поверхонь деталей, що сполучаються.
У тих самих умовах міцність теплових посадок при передачі крутного моменту в 2… 3 рази більше міцності звичайних посадок.
Пояснюється це тим, що при теплових посадках мікронерівності поверхонь, що сполучаються, не згладжуються, як при холодному запресовуванні, а як би зчіплюються один з одним. Час на запресовування великогабаритних деталей з нагріванням або охолодженням скорочується в 2…4 рази. Крім того, часто спрощується й здешевлюється складальне устаткування, тому що відпадає потреба у важких пресах. Пластичну деформацію використовують при складанні з'єднань, натяг у яких створюється радіальним розширенням охоплюваної або стискуванням охоплюючої деталі.
Основне призначення з'єднань, одержуваних таким способом, – забезпечити нерухомість і герметичність від проникнення газів або рідин. Вони належать до числа рідко демонтованих, тому що їхнє розбирання в багатьох випадках супроводжується псуванням однієї або обох деталей. У конструкціях машин з'єднання цього типу мають велике поширення
Розповсюдженими видами пластичної деформації, використовуваними в конструкціях машин для створення нерухомості й щільності, є вальцювання, роздача, буртування, осадження, формування, обтиснення.
Пластичну деформацію використовують при складанні з'єднань, натяг у яких створюється радіальним розширенням охоплюваної або стисненням охоплюючої деталі. Трудомісткість складання їх становить 10…12 % від загальної трудомісткості складальних робіт.
Процес складання поздовжньо-пресових з'єднань полягає в тому, що до однієї із двох деталей, охоплюваної або охоплюючої, прикладається осьова сила, що насуває деталі одну на одну. Сила запресовування зростає від нуля до деякого максимального значення (рисунок 1.24, а).
Охоплювана деталь має зовнішній діаметр більший, ніж діаметр отвору охоплюючої деталі, і з'єднання їх при відносному поздовжньому переміщенні в процесі складання відбувається з деформуванням металу (явища механічного й молекулярного характеру), у результаті чого на поверхні контакту виникають значні нормальні тиски й сили тертя, які перешкоджають зрушенню цих деталей. Необхідність у додаткових конструктивних кріпленнях деталей у таких з'єднаннях звичайно відпадає (рисунок 1.24, б).
а б
а) Теоретична діаграма запресовування: I – орієнтація деталей; I, II – наживлення; II, III – запресовування
б) Схема поздовжньо-пресового з'єднання
Рисунок 1.24 – Поздовжньо-пресове з'єднання
Здатність пресових з'єднань витримувати значні навантаження залежить від натягу.
Необхідний для даного з'єднання натяг визначається в процесі конструювання складальної одиниці при розрахунку посадок. У наш час для підвищення довговічності й надійності з'єднань розрахунок посадок ведуть по найбільшому припустимому натягу, що збільшує міцність з'єднання.
Внаслідок натягу на поверхні контакту виникає питомий тиск, величина якого визначає характер деформації охоплюваної та охоплюючої деталей. Ці деформації можуть бути або пружними для обох деталей, або пружними для однієї з них і пружнопластичними для іншої.
Необхідно відзначити, що величина натягу в повздовжньо-пресових з'єднаннях впливає також на зносостійкість деталей. Зокрема, тангенціальні напруги розтягування й стискування, що виникають у напресованих на вал або запресованих у корпус кільцях, сприяють зменшенню зношування цих деталей.
У міру зменшення шорсткості посадкових поверхонь деталей, виконаних з того самого матеріалу, діаметри отвору й вала змінюються менше. При рівних умовах абсолютні значення цих змін у деталей з різнорідних матеріалів більше, чим з однорідних.
Операції запресовування втулок, особливо з тонкими стінками, щоб уникнути їх деформації, доцільно виконувати за допомогою оправок, що центруються в отворі (рисунок 1.25, а). Нижня частина стрижня 1 оправки має діаметр, що дорівнює діаметру отвору, у який повинна бути запресована втулка.
У ряді випадків напрямок деталі при запресовуванні зручно надавати шляхом базування охоплюваної й охоплюючої деталі на оправках пристосування (рисунок 1.25, б) або в спеціальній напрямній стійці (рисунок 1.25, в).
Рисунок 1.25 – Пристосування для напрямку деталей при запресовуванні й випресовуванні