Соединения с натягом: технологии прессовки и контроль качества

Соединениями с гарантированным натягом называют неподвижные неразъемные соединения деталей типа вал — втулка, когда взаимная неподвижность деталей сопряжения осуществляется за счет натяга. Натягом δ называют разность между наружным диаметром d_в охватываемой детали (вала) и внутренним диаметром d_вт охватывающей детали (втулки), когда первый больше второго: δ = d_в — d_вт.

Наличие натяга в сопряжении приводит к появлению значительных нормальных давлений на соприкасающихся поверхностях вала и втулки, вследствие чего появляются силы трения, препятствующие их сдвигу относительно друг друга. Величину натяга определяют расчетом соединения на действующие нагрузки (передаваемые им моменты или осевые силы), она составляет обычно около (0,001—0,0015)d, где d — номинальный диаметр соединения. По методу получения различают прессовые и тепловые соединения с гарантированным натягом.

Прессовые соединения с гарантированным натягом осуществляют запрессовкой охватываемой детали в охватывающую или напрессовкой охватывающей детали на охватываемую. Основной величиной, характеризующей прочность прессового соединения, является максимальное усилие запрессовки (н)

где f_зап — коэффициент трения при запрессовке. Для случая, когда вал и втулка изготовлены из стали 30—50 и прессовку производят со смазкой сопрягающихся поверхностей машинным маслом, принимают f_зап = 0,06—0,22, при посадке чугунной втулки на стальной вал f_зап= 0,06-0,14; d — номинальный диаметр соединения, м; L — длина посадочных поверхностей (длина запрессовки), м; р — удельное давление на сопрягающихся поверхностях, н/м².

Величина давления р зависит от расчетного натяга δ = d_в - d_вт, размеров втулки и упругих характеристик материалов вала и втулки. Качество запрессовки характеризует вид диаграммы запрессовки— зависимости усилия P_зaп от длины запрессовки L (рис. XIII. 1). Техническими условиями на ответственные прессовые соединения нормируются допустимые пределы колебания величины максимального усилия запрессовки и пределы отклонения фактической диаграммы запрессовки от теоретической.

Рис. XIII.1. Образование прессового соединения и диаграмма запрессовки

Детали перед запрессовкой тщательно осматривают, очищают от приставших частиц стружки, песчинок, забоин, царапин и смазывают веретенным или другим маслом. При запрессовке смазанных деталей прочность соединения повышается. Запрессовку ведут с определенными скоростями, которые не превышают обычно 5 мм/сек. Для крупных прессовых соединений усилия запрессовки достаточно велики. Так, для напрессовки колес на ось колесной пары требуются усилия до 0,5 Мн (50 Т) и выше. В этих случаях формирование прессовых соединений производится на мощных гидропрессах.

Запрессовку мелких втулок иногда производят вручную молотком с применением выколотки (рис. XIII.2, а). Втулку 2 загоняют в корпус 1 ударами молотка по выколотке 3. Чаще же для создания необходимых усилий запрессовки применяют различные прессы: винтовые ручные, пневматические или гидравлические. Запрессовку осуществляют с соблюдением всех мер предосторожности и контроля правильного направления прессуемой детали. Ошибки в установке деталей, допущенные при прессовке, являются причиной появления задиров, смятия поверхностей и другого брака. Поэтому при запрессовке используют специальные направляющие приспособления, предупреждающие появление перекоса деталей. Их проектируют обычно с таким расчетом, чтобы можно было использовать не только для запрессовки, но и для распрессовки.

Рис. XII 1.2. Способы запрессовки втулок

В качестве примера таких приспособлений на рис. XIII.2, б показана оправка для запрессовки и выпрессовки втулок. Утолщенный конец 5 оправки входит с небольшим зазором в отверстие детали, что устраняет возможность ее перекоса (посадка скольжения). Отвинтив головку 4, надевают втулку 2 на утонченную часть 6 оправки и затем снова навертывают головку 4 до упора в буртик втулки. Оправку вставляют в отверстие и, поместив сверху выколотку, наносят по ней удары молотком или запрессовывают под прессом. При распрессовке применяют ту же оправку, навинчивая головку на другой ее конец (рис. XII 1.2, в).

На рис. XIII.3 показан гидропресс для расформирования и формирования колесных пар. Смена колесного центра может потребоваться при ослаблении его посадки и сдвиге на оси колесной пары, а также при появлении трещин в ступице или диске при слишком тугой посадке.

Рис. ХII.3. Гидропресс для расформирования и формирования колесных пар: а — общий вид; б — схема распрессовки колеса; в — схема напрессовки колеса

В этих случаях колесный центр спрессовывают и по возможности восстанавливают. Переформирование колесной пары с распрессовкой одного из колес может быть вызвано также необходимостью спрессовки зубчатых колес и других неразъемных деталей с оси колесной пары. Основными узлами гидропресса для формирования двумя неподвижными стойками 2 и 4, гидравлический цилиндр с плунжером 3, вмонтированный в стойке 2, подвижная траверса 5 с полостью для заводки в нее оси колесной пары и подъемные приспособления для захвата и установки колесных пар.

Пресс оборудован самопишущим манометром, по характеру записи которого судят о качестве запрессовки. На этом прессе выполняют все операции запрессовки и распрессовки при переформировании колесных пар. Схема распрессовки колесного центра показана на рис. XIII.3, б. В этом случае подвижная траверса 5 перемещается к стойке 2, колесная пара захватывается за шейки и заводится в отверстие траверсы 5, снимаемый колесный центр дополнительно закрепляют захватом 6. Давление плунжера пресса передается на торец шейки оси, под действием этого давления колесный центр прижимается к траверсе 5 и спрессовывается с оси. Схема напрессовки колеса показана на рис. XIII.3, в. В этом случае траверсу 5 отводят к стойке 4.

Напрессовываемое колесо и ось колесной пары укрепляют на захватах и устанавливают между траверсой и плунжером пресса. Давление запрессовки передается от плунжера на торец, колесо упирается в траверсу и напрессовывается на ось. Выключение пресса в конце запрессовки колеса производится автоматически предварительно настроенным контактным устройством 7. Качество запрессовки оценивают величиной усилия запрессовки, которое должно быть 250/З00 кн (25—30 Т) на 100 мм диаметра подступичной части оси. Для облегчения запрессовки и повышения прочности прессового соединения сопрягающиеся поверхности оси и ступицы колеса перед запрессовкой смазывают полимеризованным маслом. Скорость запрессовки принимают постоянной 2/3 мм/сек.

Недостатком прессового метода расформирования и формирования колесных пар является опасность появления задиров на посадочных поверхностях, приводящих к браку.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е.А. Астафьева, Ф.М. Носков.

Источник: Технология конструкционных материалов.

Данные публикации будут полезны студентам бакалавриата по направлению «Машиностроение», а также всем, кто изучает дисциплину «Технология конструкционных материалов» в рамках укрупненной группы специальностей «Материаловедение, металлургия и машиностроение».