Лекция №6. Расчет и выбор посадок в сопряжениях деталей

Наиболее распространенным типом ответственных подвижных соединений являются подшипники скольжения, работающие со смазочным материалом. Для обеспечения наибольшей долговечности таких соединений необходимо, чтобы при работе в установившемся режиме износ подшипников был минимальным. Это достигается применением жидкостной смазки, когда поверхности цапфы и вкладыша подшипника полностью разделены слоем смазочного материала. Наибольшее распространение имеют гидродинамические подшипники, в которых смазочный материал увлекается вращающейся цапфой в постепенно сужающийся (клиновый) зазор между цапфой и вкладышем подшипника, в результате чего возникает гидродинамическое давление, превышающее нагрузку на опору и стремящееся расклинить поверхности цапфы и вкладыша. При этом вал отделяется от поверхности вкладыша и смещается по направлению вращения. При определенной частоте вращения вала (остальные факторы считаются постоянными) создается равновесие гидродинамического давления и сил, действующих на опору. Положение вала в состоянии равновесия определяется абсолютным е и относительным Х=2е/S эксцентриситетами. Поверхности цапфы и вкладыша подшипника при этом разделены переменным зазором, равным h _min, в месте их наибольшего сближения и h _max = S – h _min на диаметрально противоположной стороне. Наименьшая толщина масляного слоя связана с относительным эксцентриситетом е зависимостью:

. (5)

Для обеспечения жидкостной смазки необходимо, чтобы микронеровности цапфы и вкладыша подшипника не зацеплялись, т.е. чтобы масляный слой не имел разрывов. Это возможно при толщине масляного слоя в самом узком месте, равном

, (6)

где h_мс – толщина масляного слоя, при котором обесценивается роль жидкостной смазки в узле трения (иногда толщину h_мс называют критической и обозначают h_кр);

– высота неровностей вкладыша подшипника и цапфы вала;

– поправки, учитывающие влияние погрешностей (формы и расположения поверхностей цапфы и вкладыша);

– поправка, учитывающая влияние изгиба вала и других деформаций деталей подшипникового узла;

– добавка, учитывающая отклонения нагрузки, скорости, температуры от расчетных, а также механические включения в масле и другие неучтенные факторы.

Для выбора оптимальных посадок необходимо знать зависимость толщины масляного слоя в месте наибольшего сближения цапфы и вкладыша подшипника от зазора S. Гюмбелем получена соответствующая зависимость h _min =f(S) при постоянных значениях отношения l/d и угла охвата подшипника, показанная на рис. 8 (здесь l – длина цапфы, d – диаметр вала).

Рис. 8. Зависимость наименьшей толщины масляного слоя h _min от диаметрального зазора S

Посадку Н5/h4 (S _min = 0, S _max = TD+Td) назначают для пар с точным центрированием и направлением, в которых допускается проворачивание и продольное перемещение деталей при регулировании. Эту посадку можно использовать вместо переходных посадок (в том числе для сменных частей). Для вращающихся деталей ее применяют только при малых скоростях и нагрузках в сопряжениях или узлах.

Посадку Н6/h5 назначают при высоких требованиях к точности центрирования (например, при установке пиноли в корпусе задней бабки токарного станка, измерительных зубчатых колес на шпинделях зубоизмерительных приборов); посадку Н7/h6 (предпочтительную) – при менее жестких требованиях к точности центрирования (например, при установке сменных зубчатых колес в станках, корпусов под подшипники качения в станках, автомобилях и других машинах, поршня в цилиндре пневматических инструментов, сменных втулок кондукторов и т.п.).

Посадку Н8/h7 (предпочтительную) назначают для центрирующих поверхностей, когда можно расширить допуски на изготовление деталей при несколько пониженных требованиях к их соосности.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) допускает в сопряжениях деталей применение посадок типа Н/h, образованных из полей допусков квалитетов 9-12 в случае соединения их при низких требованиях к точности центрирования (например, для посадки шкивов, зубчатых колес, муфт и других деталей на вал с креплением шпонкой при передаче вращательного движения, при невысоких требованиях к точности механизма в целом и небольших нагрузках).

Посадки Н5/g4, Н6/g5 и Н7/g6 (последняя предпочтительная) имеют наименьший гарантированный зазор из всех посадок с зазором. Их применяют для точных подвижных соединений, требующих гарантированного, но небольшого зазора для обеспечения точного центрирования (например, золотника в пневматической сверлительной машине, шпинделя в опорах делительной головки, в плунжерных парах и т.п.).

Из всех подвижных посадок наиболее распространены Н7/f7 (предпочтительная), Н8/f – и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 6, 8 и 9. Например, посадку H7/f7 применяют в подшипниках скольжения малых и средних по мощности электродвигателей, поршневых компрессорах, в коробках скоростей станков, центробежных насосах, в двигателях внутреннего сгорания и других машинах.

Посадки Н7/е8, Н8/е8 (предпочтительные), Н7/е7 и посадки, подобные им, образованные из полей допусков квалитетов 8 и 9, обеспечивают легкоподвижное соединение деталей при жидкостной смазке. Их применяют для быстровращающихся валов больших тяжелонагруженных машин. Например, первые две посадки применяют для валов турбогенераторов и электромоторов, работающих с большими нагрузками. Посадку Н9/е9 применяют для крупных подшипников в тяжелом машиностроении, например, для свободно вращающихся на валах зубчатых колес и других деталей, включаемых муфтами сцепления, для центрирования крышек цилиндров.

Посадки Н8/d9, H9/d9 (предпочтительные) и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 7, 10 и 11, применяют сравнительно редко. Например, посадку Н7/d8 применяют при большой частоте вращения и относительно малом давлении в крупных подшипниках, а также в сопряжении поршень – цилиндр в компрессорах, посадку Н9/d9 – при невысокой точности механизмов.

Посадки H7/с8 и Н8/с9 характеризуются значительными гарантированными зазорами, поэтому их используют для соединений с невысокими требованиями к точности центрирования. Наиболее часто эти посадки назначают для подшипников скольжения (с различными температурными коэффициентами линейного расширения материалов вала и втулки), работающих при повышенных температурах (в паровых и газовых турбинах, двигателях, турбокомпрессорах, турбовозах и других машинах, в которых при работе зазоры значительно уменьшаются вследствие того, что вал нагревается и расширяется больше, чем вкладыш подшипника).

Переходные посадки типа Н/j_s, Н/k, Н/m, Н/n с разными квалитетами точности используют в неподвижных разъемных соединениях для центрирования сменных деталей или деталей, которые при необходимости могут передвигаться вдоль вала. Эти посадки характеризуются малыми зазорами и натягами, что, как правило, позволяет собирать детали при небольших усилиях (вручную или с помощью молотка). Для гарантии неподвижности одной детали относительно другой соединения дополнительно крепят шпонками, стопорными винтами и другими крепежными средствами.

Переходные посадки предусмотрены только в квалитетах 4–8. Точность вала в этих посадках должна быть на один квалитет выше точности отверстия.

Посадки типа Н/n характеризуются наибольшими средними натягами из всех переходных посадок. Их назначают для соединений, передающих значительные силы, при наличии ударов и вибрации, а также для тонкостенных втулок, не позволяющих применять крепежные детали. Соединения собирают с помощью пресса. Эти посадки назначают преимущественно для соединений, разбираемых только при капитальном ремонте изделия.

Посадки типа Н/m характеризуются меньшими средними натягами, чем посадки типа Н/n, но для разъема соединений с этими посадками необходимы значительные усилия, поэтому их назначают при высоких статических или небольших динамических нагрузках, когда разборка-сборка соединения производится редко.

Посадки типа Н/k характеризуются средними зазорами, близкими к нулю, что обеспечивает хорошее центрирование. Их назначают, например, для шпоночных соединений, применяемых для крепления на валах шкивов, зубчатых колес, муфт сцепления.

Посадки типа Н/j_s дают в соединении преимущественно зазор. Их применяют для часто разбираемых соединений, а также в случаях, когда сборка узла затруднена. Иногда эти посадки применяют вместо посадок типа Н/h с целью повышения точности центрирования, а также когда при пониженной точности изготовления соединяемых деталей необходимо получить такую же точность центрирования в сопряжении. На практике эти посадки используют редко, в основном в ремонтном производстве.

Посадки с натягомпредназначены в основном для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей. Иногда для повышения надежности соединения при передаче больших мощностей дополнительно используют шпонки, штифты и другие средства крепления, как, например, при креплении маховика на коническом конце коленчатого вала двигателя. Относительная неподвижность деталей обеспечивается силами сцепления (трения), возникающими на контактирующих поверхностях деталей вследствие их деформации, создаваемой натягом при сборке соединения. Благодаря надежности и простоте конструкции деталей и сборки соединений эти посадки применяют во всех отраслях машиностроения (например, при сборке осей с колесами на железнодорожном транспорте, венцов со ступицами червячных колес, втулок с валами, составных коленчатых валов, вкладышей подшипников скольжения с корпусами и т. д.).

Для заданных материалов и размеров соединяемых деталей величина натяга зависит от давления р _min, которое определяют из условия обеспечения неподвижности соединяемых деталей при эксплуатации, т. е. из условия прочности соединения. Относительного смещения деталей в соединении при нагружении осевой силой Р не произойдет, если расчетное усилие равно или меньше возникающих на поверхности сил трения, т.е. при условии, что

; откуда , (7)

где l – длина соединения;

f ₁ – коэффициент трения (сцепления) при продольном смещении деталей;

πDl – номинальная площадь контакта сопрягаемых деталей.

Фактическая площадь контакта зависит от натяга, физико- механических свойств материалов сопрягаемых деталей и других факторов.

При нагружении соединения крутящим моментом это условие имеет вид

; откуда , (8)

где f ₂ – коэффициент трения (сцепления) при относительном вращении деталей;

D – диаметр сопряжения.

Наиболее часто используют посадки типа Н/р, N/s, H/r 5 – 9 квалитетов точности. При этом необходимый натяг создают либо способом запрессовки одной детали в другую, либо охлаждением охватываемой детали и нагрева охватывающей.

Дата добавления: 2014-01-06