Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и т. д. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую.
Натягом δ называют отрицательную разность диаметров отверстия и вала: δ = А-В. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр посадочных поверхностей становится общим и равным d . При этом на поверхностях посадки возникает 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 .
Нагрузочная способность прессвого соединения прежде всего зависит от натяга.
Практически расчетная величина натяга очень невелика, она измеряется микронами и не может быть выполнена точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию величины натяга, а следовательно, и к рассеиванию нагрузочной способности соединения.
Действительный натяг, полученный в соединении, называют, Рассеивание технологического натяга регламентируется стандартом допусков и посадок., Сборку любого прессового соединения выполняют одним из трех способов:, Прессование
Шабровка и смятие неровностей приводит к ослаблению прочности соединекния до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением.
Для облегчения сборки прессованием и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму .
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 и поэтому с развитием холодильной техники он получает все более широкое распространение. Необходимую разность температур нагрева втулки илиохлаждения вала, обеспечивающую свободную сборку, подсчитывают по формуле
Государственная система стандартизации. Допуски и посадки шпоночных ...
... различными посадками на одном гладком валу). 3. Допуски и посадки шпоночных соединений Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со ... и посадки в системе вала. Посадки в системе отверстия — это посадки, в которых различные зазоры и, натяги получают соединением различных валов с основным отверстием. Посадки в системе вала — посадки, в которых различные зазоры и натяги получают соединением ...
t =( δmax + δ 0 )/( αd ),
где d — номинальный диаметр посадки; δmax — наибольший натяг посадки; δ 0 — минимально необходимый зазор, обеспечивающий свободную сборку (рекомендуется принимать равным минимальному зазору посадки движения); α — температурный коэффициент линейного расширения (для стали и чугуна α » 10▪10-6 ° C -1 ).
ПРОЧНОСТЬ ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Как было указано выше стандартную посадку, выбирают по условиям неподвижности соединения при заданной нагрузке без каких-либо дополнительных скреплений. Однако возможны случаи, когда намеченная посадка недопустима по условиям прочности сопрягаемых деталей, так как ее натяг вызывает их разрушение или чрезмерные деформации.
Поэтому при расчете прессовых посадок необходимо рассматривать как условия прочности (неподвижности) соединения, так и условия прочности деталей.
Расчет прочности деталей является проверкой возможности применения той или иной посадки.
Расчет прочности соединения
На рис. приведена расчетная схема для прессового соединения. Условие прочности соединения при нагружении осевой силой S :
S ≤ fpπdl ,
где р — давление на поверхности контакта.
Условие прочности соединения при нагружении крутящим моментом ., При совместном действии
где Ft = 2 T / d — окружная (тангенциальная) сила.
По теории расчета толстостенных цилиндров, изучаемой в курсе сопротивления материалов, удельное давление на поверхности контакта связано с натягом зависимостью
где δр — расчетный натяг; С1 и С2 — коэффициенты:
Е 1 и Е2 ,μ1 и μ2
для стали Е ≈ (21
для чугуна Е
для бронзы Е
При расчете прочности соединения натяг
δ р = δ
u =1,2( Rz 1 + Rz 2 ),
где Rz 1 и Rz 2 -высоты шероховатостей сопрягаемых поверхностей. Наиболее распространенные значения Rz для поверхностей прессовых соединений: 10; 6,3; 3,2; 1,6 мкм.
Типы технических соединений деталей
... витки от повреждений и служащую направляющей при соединении деталей с резьбой. Фаску выполняют до нарезания резьбы. ... – конической. Резьба получается путем нарезания на поверхности детали винтовых канавок режущим инструментом (резцами, метчиками, плашками и ... применяют в соединениях топливных, масляных, водяных и воздушных трубопроводов машин и станков при невысоких давлениях. Пример обозначения: ...
Экспериментальные исследования показали, что величина коэффициентов трения на контактной поверхности зависит от многих факторов: способа сборки, величины удельного давления р, шероховатости поверхности, рода смазки поверхностей, применяемой при запрессовке деталей, скорости запрессовки и т. д. Поэтому точное значение коэффициента трения может быть определено только испытаниями при заданных конкретных условиях. В приближенных расчетах прочности соединения стальных и чугунных деталей принимают:
f » 0,08 ¸ 0,1 — сборка прессованием; f » 0.12 ¸ 0,14 — сборка с нагревом или охлаждением.
Изгибающий момент, Действие момента (
Составляя расчетное зависимость , полагаю, что поворот шипа происходит вокруг центра тяжести соединений – точки О, а первоначальная равномерная эпюра давлений переходит в треугольную, как показано на рисунке или трапецеидальную. Кроме того не учитывает действие силы Р, перенесенной в точку О, как малое в сравнении с действием момента М .Максимальное изменение давлений будет в плоскости действия нагрузки.
При некотором значении нагрузки эпюра давления из трапеции превратится в треугольник с вершиной у края отверстия и основанием, равным 2р .Этот случай является предельным, так как
дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению зазора (раскрытие стыка).
Учитывая принятые положения, можно написать:
M = PL = Rx
где R — равнодействующая давлений на поверхностях верхнего и нижнего полуцилиндров. Значение этой равнодействующей определяется давлением р прессовой посадки и не изменяется от действия изгибающего момента
R = pld .
Плечо пары
Подставляя, получаем, Для обеспечения необходимого запаса прочности соединения на практике принимают
При этом давление в наиболее нагруженных дочках соединения не должно вызывать пластических деформаций.
Изменение давлений, вызванное действием изгибающего момента, не отражается на способности соединения воспринимать осевую силу и крутящий момент, так как суммарная величина сил трения остается постоянной.
Расчет прочности и деформаций деталей
Расчет прочности и деформаций деталей прессового соединения выполняют по формулам для толстостенных цилиндров. Эпюры напряжений в деталях 1 и 2 показаны на рис., где σ r — напряжения сжатия в радиальном направлении; σ t 1 и σ t 2 — напряжения сжатия и растяжения в тангенциальном направлении.
Выбор и назначение допусков и посадок гладких цилиндрических соединений
Все отклонения и допуски стандартизированы и зависят от номинального размера детали. При сопряжении двух деталей взаимное влияние предельных размеров этих деталей определяют тип сопряжения, который называется посадкой. Ряд посадок на различные соединения деталей в машиностроении ...
Давление р при расчете прочности деталей определяют по наибольшему натягу посадки δ max — по формуле с учетом формулы в которых
δ p = δ max — и
Приведенные зависимости справедливы только в пределах упругих деформаций.
Условие, при котором в деталях не будет пластических деформаций (по теории наибольших касательных напряжений),
σ эк =σ1 -σ3 ≤σт ,
где σ1 — максимальное, а σ3 — минимальное нормальные напряжения, считая растяжение положительным; σт — предел текучести материала.
Нетрудно установить, что наибольшие эквивалентные напряжения σэк имеют место в точках внутренних поверхностей втулки и вала. При этом для втулки σ1 = σ t 2 ; σ3 = — σ r , и условия отсутствия пластических деформаций
или
где σ T 2 — предел текучести материала втулки.
Для вала σ 1 =0; σ3 =-σ
Следует учитывать, что появление пластических деформаций не является во всех случаях недопустимым. Опыт применения прессовых посадок свидетельствует о том, что надежные соединения могут быть получены и при наличии некоторой кольцевой пластической зоны вблизи внутренней поверхности втулки.
Давление на поверхности контакта при наличии пластических деформаций можно определять по приближенным формулам:
при δ р до 1,5δт
при δ р > 1,5 δт
где δ т и
Давление р T определяется как меньшее из двух значений при знаке равенства в формулах. При известном р T по формуле определяется δт .
В тех случаях, когда увеличение наружного диаметра втулки, вызванное растяжением от посадки, имеет существенное значение (например, в подшипниках качения), его можно оценить по формуле
ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Из рассмотренного выше следует, что прессовое соединение относится к группе неподвижных и напряженных.
Разборка такого соединения затруднена и обычно связана с применением специальных приспособлений. Однако в зависимости от величины натяга и технологии сборки могут быть получены как разъемные, так и неразъемные прессовые соединения. Разъемное соединение сохраняет свою работоспособность при повторных сборках. Разборка неразъемных соединений сопровождается повреждением посадочных поверхностей деталей.
Основным положительным свойством прессового соединения является его простота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве. Хорошая центровка деталей и равномерное распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать прессовое соединение для скрепления деталей современных высокоскоростных машин.
Восстановление деталей сваркой и наплавкой
... соединений при восстановлении разрушенных и поврежденных деталей, для восстановления размеров изношенных деталей и повышения их износостойкости путем наплавки более стойких металлов. Автоматизированные процессы сварки и наплавки являются более совершенными и ... деталей устранить зазор, образующийся вследствие износа деталей. Сменными компенсаторами для цилиндрических деталей служат втулки и кольца, ...
Существенным недостатком прессового соединения является зависимость его нагрузочной способности от ряда факторов, трудно поддающихся учету: широкого рассеивания значений коэффициента трения и натяга, влияния рабочих температур на прочность соединения и т. д. К недостаткам соединения относится также наличие высоких сборочных напряжений в деталях и уменьшение их усталостной прочности вследствие концентрации давлений у краев отверстия.
Значение этих недостатков снижается по мере накопления результатов экспериментальных и теоретических исследований, позволяющих совершенствовать расчет, технологию и конструкцию прессового соединения.
Развитие технологической культуры и особенно точности производства деталей обеспечивает этому соединению все более широкое применение. Оно постепенно вытесняет шпоночные и другие типы соединений. С помощью прессовых посадок с валом соединяют зубчатые колеса, маховики, подшипники качения, роторы электродвигателей, диски турбин и т. д. Прессовые посадки используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес и т. д.
На практике часто применяют комбинацию прессового соединения со шпоночным или зубчатым. При этом прессовое соединение может быть основным или вспомогательным. В первом случае большая доля нагрузки воспринимается прессовой посадкой, а шпонка только гарантирует прочность соединения. Во втором случае прессовую посадку используют для частичной разгрузки шпонки и центровки деталей. Точный расчет комбинированного соединения еще не разработан. Сложность такого расчета заключается в определении доли нагрузки, которую передает каждое из соединений.
Поэтому в инженерной практике используют приближенный расчет, в котором полагают, что вся нагрузка воспринимается только основным соединением — прессовым или шпоночным. Неточность такого расчета компенсируют выбором повышенных допускаемых напряжений для шпоночных (зубчатых) соединений при прессовых посадках.
РАЗНОВИДНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ НАТЯГА — СОЕДИНЕНИЕ ПОСАДКОЙ НА КОНУС
Такие соединения применяют для закрепления деталей на концах валов.
Давление на конической поверхности образуется в результате затяжки гайки. В остальном соединение подобно прессовому. В отличие от прессового, соединение легко монтируется и демонтируется без применения специального оборудования (например, прессов).
Это удобно для соединений узлов, монтаж и демонтаж которых производят не только при сборке изделия на заводе, но и в процессе эксплуатации.
Задачей расчета является определение момента, Обычно принимают стандартную конусность
P k
Если условие не соблюдается, соединение усиливают шпонкой — см. пример расчета. Расчет шпоночного соединения выполняют по полному моменту нагрузки Т .Влияние посадки на конус учитывают при выборе допускаемых напряжений [σсм ], которые принимают такими же, как для прессовых посадок .
«Обследование строительных конструкций зданий и сооружений. Учет ...
... расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений. Поверочный расчет зданий и сооружений, или отдельных строительных конструкций производится на основе методов строительной механики с использованием специализированных компьютерных программ. Поверочные ...
Вывод: изучив данную тему, студенты усвоили материал о прессовом соединении, области его применения, основных недостатках и преимуществах.
Контрольные вопросы:
1. Что называют натягом?
2. Какое соединение называют прессовым?
3. Три способа прессового соединения?
4. Прессование — это …?
5. Недостаток прессового соединения?
6. Основное положительное свойство прессового соединения?
