Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б

деталей в соединениях с натягом предотвращается силами трения на поверхности контакта.

Характерной особенностью соединений с натягом является то, что они могут воспринимать произвольно направленные силы и моменты, а соединения по цилиндрическим и коническим поверхностям дополнительно обеспечивают хорошее центрирование и не требует специальных крепѐжных деталей.

К недостаткам соединений с натягом необходимо отне-

сти:

-сложность сборки и разработки (особенно внутри неразъѐмного корпуса), возможность ослабления посадки и повреждения посадочной поверхности при разборке;

-большое рассеивание прочности соединения в связи с рассеиванием посадочных размеров в предела допуска.

8.2. Расчет цилиндрических соединений с натягом

Этот тип соединений очень широко применяется при значительных (особенно динамических) нагрузках и отсутствии необходимости в частой сборке и разборке. Шлицевые и особенно шпоночные соединения при динамическом нагружении быстро обминаются.

Примеры соединений: колѐсные центры на ось и бандажи железнодорожных колѐс, венцы зубчатых и червячных колѐс, диски турбин, роторы электродвигателей, гребные винты кораблей, подшипники качения, штампы и т.д.

Характер соединения определяется натягом, который определяется стандартной посадкой.

Например: H 7 Ф40 0.025

S6 0.059

0.043

Минимальный натяг Nmin = 18 мкм Максимальный натяг Nmax = 59 мкм

75

По способу сборки соединения с натягом разделяют на собираемые запрессовкой и соединения, собираемые способом температурного деформирования одной из сопрягаемых деталей.

Нужно отметить, что прочность соединения деталей, собираемых способом температурного деформирования при том же натяге, более чем 1,5 раза превышает прочность соединения запрессовкой. Это обусловлено тем, что при запрессовке происходит частичное сглаживание шероховатостей деталей на сопрягаемых поверхностях.

Применение нагрева или охлаждения для сборки особенно удобно для деталей с большой длиной (валы, оси) при этом температура нагрева должна быть ниже температуры низкого отпуска. До 1500С нагрев мелких деталей осуществляется в масле, а также в электрической или газовой печи.

Охлаждение применяют преимущественно для небольших деталей при их установке в массивные корпуса с помощью твѐрдой углекислоты (сухой лѐд – 790С) или в жидком воздухе (температура1900С) в последнем случае нужно быть особенно осторожным и обеспечить тщательное обезжиривание деталей.

Необходимая величина натяга соединения определяется потребным давлением p на посадочной поверхности, которое должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних сдвигающих сил (рис. 8.1).

При нагружении соединения осевой силой А:

где: N - сила нормального давления на сопрягаемые поверхности;

d, ℓp – диаметр и длина посадочной поверхности; f – коэффициент трения (см. табл. 1);

k – коэффициент запаса сцепления (k ≈ 1,5…2).

76

Рис. 8.1 Расчетные схемы соединений с натягом

Таблица 8.1

Усредненные значения коэффициента трения при расчете посадок с натягом

При нагружении соединения крутящим моментом Mk:

откуда:

моментом M k и осевой силой A расчѐт ведут по равнодействующей осевой и окружной силе:

по формуле:

T K

P (3) f d

В соединениях с натягом нагрузка по длине распределяется резко неравномерно и у торца ступицы со стороны передачи крутящего момента возникают острые пики напряжений.

Несущая способность соединения может быть существенно повышена оксидированием, а также гальваническими покрытиями хромом и никелем. Большой эффект даѐт введение в соединение порошка корунда (при сборке температурным деформированием); в этом случае коэффициент трения покоя возрастает больше чем в 2 раза.

При нагружении соединения изгибающим моментом M на равномерную эпюру давлений от посадки накладывается эпюра давлений, характерная для изгиба (рис. 8.2).

Наиболее давление в соединении от изгиба:

где: 4πмножитель, учитывающий серпообразный характер эпюры давлений по окружности цапфы;

78

W = d ℓ26 – момент сопротивления изгибу диаметрального сечения цапфы.

Рис. 8.2 Эпюра давлений в соединении при нагружении изгибающим моментом

Изгибающий момент может достигать такой величины, когда давление на посадочной поверхности снижается до 0,25P (т.е. P1 ≈ 0,25P). Исходя из этого условия допустимый момент изгиба не должен превышать величины:

Как видно из выражения (4), допустимый изгибающий момент пропорционален квадрату длины цапфы. Поэтому при нагружении соединения значительным изгибающим моментом необходимо увеличивать еѐ длину.

Посадочное давление р связано с натягом δ зависимостью Ляме.

где

79