Соединения с натягом

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Соединения деталей машин с натягом — разностью посадочных размеров — осуществляют за счет сил упругости от их предварительной деформации. С помощью натяга соединяют обычно детали с цилиндрическими поверхностями контакта (рис. 31.1), реже — с коническими. Полученные соеди­нения используют для передачи вращающего момента и осе­вой силы между сопрягаемыми деталями.

Сборку соединений производят преимущественно механи­ческим или «тепловым» способом. При сборке механическим способом охватываемую деталь (например, вал) с помощью пресса (или молотком) заталкивают в охватывающую де­таль (например, подшипник) или наоборот.

При «тепловой» сборке охватывающую деталь нагревают (или охватываемую деталь охлаждают) до температуры, обес­печивающей свободное совмещение деталей. Натяг в соеди­нении образуется после их охлаждения (или нагрева).

Основное применение имеют посадки Н7/р6, Н7/z6, Н7/s6, H7/z7, Н7/и7. Соединения просты в из­готовлении, обеспечивают хоро­шее центрирование сопрягаемых деталей и могут воспринимать значительные статические и дина­мические нагрузки.

а) б)

Рис. 31.1. Соединения с натягом:

а — венца червячного колеса с центром; б — шарикоподшипника с валом

Главные недостатки соединений: сложность демонтажа и возможность повреждения посадочных поверхностей при этом; высокая концентрация напряжений; склонность к кон­тактной коррозии из-за неизбежных осевых микросмещений точек деталей вблизи краев соединения и, как следствие, пониженная прочность соединений при переменных нагрузках.

РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ

Основная задача расчета состоит в определении требуемого натяга и соответствующей ему посадки (ГОСТ 25347 — 82) для передачи сдвигающей нагрузки от вра­щающего момента или осевой силы.

Возможны случаи, когда посадка не может быть реали­зована в конструкции по условиям прочности (обычно охватывающей детали). Поэтому при проектировании соеди­нений должны быть обеспечены как требования неподвиж­ности (неразбираемости) соединения, так и условия проч­ности его деталей.

Условие совместности перемещений сопряженных деталей. Предположим, что в результате сборки охватывающая де­таль 2 (втулка) запрессована на охватываемую деталь 1 (рис. 31.2). Тогда в результате деформации произойдет ра­диальное перемещение точек поверхностей деталей 1 и 2 соответственно на величины и , и радиальный натяг будет скомпенсирован этими перемещениями, т. е.

(31.1)

где — диаметральный натяг, равен разности по­садочных диаметров d_B и d_A деталей (см. рис. 31.2).

Уравнение (31.1) отражает геометрическую сторону задачи.

Рис. 31.2. Схема к расчету Рис. 31.3. Расчетная схема

соединения натягом соединения с натягом

Контактные напряжения в соединении. В зоне сопряжения деталей будут действовать контактные давления (радиальные напряжения) q, которые распределены по длине соединения (вдоль оси z) обычно существенно неравномерно (см. рис. 31.2, на котором показаны напряжения, действующие на деталь 1), так как равномерной деформации препятствуют выступающие части деталей.

В предварительном расчете (на этапе технического пред­ложения) полагают, что контактные давления одинаковы во всех точках поверхностей контакта. Это эквивалентно допу­щению о сопряжении двух цилиндров (толстостенных труб) одинаковой длины (рис. 31..3).

Задача о сопряжении с натягом двух толстостенных ци­линдров рассмотрена в курсе «Сопротивление материалов» (задача Ламе) [21]. Установлено, что радиальные перемещения точек контакта

(31.2)

где — коэффициенты радиальной податливости де­талей / и 2; q_H — номинальное контактное давление.

Смещение и_х считают отрицательным, так как оно проис­ходит в направлении, противоположном направлению оси r.

Соотношения (31.2) отражают физическую сторону задачи.

Коэффициенты радиальной податливости зависят от ра­диальных размеров и материалов деталей

(31.3)
В равенствах (31.3) обозначено: d — посадочный диаметр; E_lt Vi и Е₂, v₂ — модуль упругости и коэффициент Пуассона соответственно для охватываемой 1 и охватывающей 2 де­талей (см. рис. 31.3); — диаметр отверстия в охватываемой детали = 0 — для сплошного вала); d₂ — наружный диаметр охватывающей детали.

Учитывая равенства (31.1) и (31.2), несложно получить

(31.4)

Отметим, что натяг в этом равенстве является рас­четным и соответствует разности посадочных диаметров де­талей с идеально гладкими поверхностями.

Дата добавления: 2014-01-13