Назначение посадок с натягом

Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъёмных (или разбираемых лишь в отдельных случаях при ремонте) соединений деталей, как правило, без дополнительного крепления винтами, штифтами, шпонками и т. п. Относительная неподвижность деталей при этих посадках достигается за счёт напряжений, возникающих в материале сопрягаемых деталей вследствие действия деформаций их контактных поверхностей. При прочих равных условиях напряжения пропорциональны натягу. В большинстве случаев посадки с натягом вызывают упругие деформации контактных поверхностей, но в ряде посадок с натягом, особенно при относительно больших натягах или в соединениях деталей, изготовленных из лёгких сплавов и пластмасс, возникают упругопластические деформации (пластические деформации в одной или обеих деталях распространяются не на всю толщину материала) или пластические деформации, распространяющиеся на всю толщину материала. Применение таких посадок во многих случаях возможно и целесообразно.

В отличие от других способов обеспечения неподвижности деталей в соединении при передаче нагрузок посадки с натягом позволяют упростить конструкцию и сборку деталей и обеспечивают высокую степень их центрирования. В сравнительно редких случаях, при передаче очень больших крутящих моментов или при наличии весьма больших сдвигающих сил, в соединениях с натягом дополнительно применяются крепёжные детали.

При одном и том же натяге прочность соединения зависит от материала и размеров деталей, шероховатости сопрягаемых поверхностей, способа соединения деталей, формы и размеров центрирующих фасок, смазки и скорости запрессовки, условий нагрева или охлаждения и т.д. Ввиду такого многообразия исходных факторов выбор посадки следует производить не только по аналогии с известными соединениями, но и на основе предварительных расчётов натягов и возникающих напряжений, особенно при применении посадок с относительно большими натягами. Для изделий серийного и массового производства рекомендуется провести предварительную опытную проверку выбранных посадок с натягом.

Различают следующие основные способы сборки деталей при посадках с натягом:

1) Сборка под прессом за счёт осевого усилия при нормальной температуре, так называемая продольная запрессовка;

2) Сборка с предварительным разогревом охватывающей детали (отверстия) или охлаждением охватываемой детали (вала) до определённой температуры (способ термических деформаций, или поперечная запрессовка).

В каждом конкретном случае выбор способа сборки определяется конструктивными соображениями (форма и размеры сопрягаемых деталей, значения натягов, наличие соответствующего оборудования для сборки т.д.).

Сборка под прессом – наиболее известный и несложный процесс, применяемый преимущественно при относительно небольших натягах (до 0,001 d_н.с.). Однако к его недостаткам следует отнести: неравномерность деформации тонкостенных деталей, возможность повреждения сопрягаемых деталей, потребность в мощных прессах, более высокие требования к шероховатости сопрягаемых поверхностей.

Сборка способом термических деформаций применяется как при относительно больших, так и при небольших натягах и даёт более высокое качество соединения за счёт меньших повреждений сопрягаемых деталей и уменьшения влияния шероховатости поверхности.

1.2 Расчёт посадки с натягом.

Расчет посадок с натягом выполняется с целью обеспечить прочность соединения, т.е. отсутствие смещений сопрягаемых деталей под действием внешних нагрузок, и прочность сопрягаемых деталей. Исходя из первого условия, определяется минимальный допустимый натяг [N_min], мкм, необходимый для восприятия и передачи внешних нагрузок. Исходя из второго условия, определяется максимальный допустимый натяг [N_max], мкм, при котором, как правило, отсутствуют пластические деформации. В некоторых случаях прессовые соединения могут надежно работать и при наличии пластических деформаций в наиболее напряженной зоне.

При расчётах используются выводы задачи Ляме (определение напряжений и перемещений в толстостенных полых цилиндрах). Схема реализации посадки с натягом представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема реализации посадки с натягом

1.2.1 Минимальное удельное давление на поверхности контакта вала и втулки [p_min], Н/м², возникающего под влиянием натяга определяем по формуле:

 

[p_min]= ^,

(1)

(1)

 

где R_ос – осевая сила, Н;

М_кр. - вращающий момент, Н·м;

- номинальный диаметр соединения, м;

l - длина контакта, м;

f- коэффициент трения при относительном вращении деталей.

 

[p_min]= Н/м².

 

1.2.2 Наименьший расчетный натяг , мкм определяем по формуле:

[p_min]·d_n

где Е₁ – модуль упругости материала вала, Па;

Е₂ – модуль упругости материала втулки, Па;

С₁ , С₂ коэффициенты Ляме.

Коэффициенты Ляме вычисляем по следующим формулам:

где d₁ и d₂ – диаметры соответственно вала и втулки, м;

μ₁ и μ₂ – коэффициенты Пуассона соответственно для материала вала и материала втулки.

мкм.

1.2.3 Величину минимального допускаемого натяга , мкм определяем по формуле:

,

где U_R – поправка на смятие неровностей контактных поверхностей;

U_t – поправка, учитывающая различные температуры среды при сборке и рабочих температур деталей;

U_Ц – поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил;

U_П – поправка, учитывающая ослабление натяга при повторных запрессовках;

 

U_R, определяем следующим образом:

 

где R_zD, R_zd – шероховатости поверхности втулки и вала соответственно, мкм;

 

мкм;

 

U_t =[α₁(T₁ - T_ср) - α₂(T₂ - T_ср)] d_n,

 

где α_1, α₂ - температурные коэффициенты линейного расширения материала вала и втулки, ^оС^-1;

T₁ и T₂ - рабочие температуры вала и втулки, ^оС;

Т_ср. – температура среды при сборке соединения, ^оС

 

мкм;

 

U_Ц ≈ 0;

U_П ≈ 0 мкм.

 

мкм.

 

1.2.4 Максимальное допустимое удельное давление, [p_max], Н/м² определяем по формуле:

р₁= 0,58·σ_Т · _,

 

р₂= 0,58·σ_Т · _,

где σ_Т и σ_Т - предел текучести материала вала и втулки при растяжении, Па.

р₁=0,58·118·10⁶ · =64,42·10⁶ Н/м²;

р₂=0,58·280·10⁶ · =28,43·10⁶ Н/м²;

Берём наименьшее из двух значений: [p_max]= 28,43·10⁶ Н/м²;

1.2.5 Наибольший расчётный натяг , мкм, при котором возникает [p_max], мкм определяем по формуле:

 

;

 

=

=28,43·10⁶·0,198· =7,54 мкм.

 

1.2.6 Максимальный расчетный натяг , мкм, с учетом найденных ранее поправок определяем по формуле:

 

 

где - поправка, учитывающая увеличение удельного давления у торцов охватывающей детали, мкм.

 

=1,44 мкм;

=0 мкм;

=1 мкм.

 

мкм.

 

1.2.7 Задавшись системой отверстия и соответствующим квалитетом (7 или 8), выбираем стандартную посадку по ГОСТ 25347-89.

Условия подбора посадки:

N_{min табл.} > [N_min];

 

N_{max табл.} ≤ [N_max],

где N_{min табл.} и N_{max табл.} – табличные предельные натяги, мкм.

Принимаем посадку Ø32 .