Соединения с натягом

Основные критерии работоспособности и расчёта деталей машин

Работоспособность деталей оценивается рядом условий, которые диктуются режимом работы:

· прочность;

· жёсткость;

· износоустойчивость;

· теплостойкость;

· виброустойчивость.

Прочность – способность тела сопротивляться воздействию внешних нагрузок, не разрушаясь и сопротивляться воздействию пластичных деформаций.

Жёсткость – способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под действием внешних сил.

Износостойкость – способность деталей сохранять необходимые размеры трущихся поверхностей в течение заданного срока службы.

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.

Виброустойчивость – способность конструкции работать в пределах заданного диапазона режимов работы, достаточно далёких от области резонансов.

Выбор материалов для деталей машин

Для изготовления деталей применяют металлические и неметаллические материалы. К металлическим материалам относятся:

· чёрные металлы (чугуны и стали);

· сплавы цветных металлов (бронза, латунь);

· лёгкие сплавы (алюминиевые, магниевые);

· биметаллы.

К неметаллическим материалам относятся:

· пластмассы (текстолит, волокнит);

· минералокерамические материалы;

· графит;

· резина.

При выборе материала и назначении термообработки необходимо учитывать:

ü габаритные размеры, конфигурацию и массу деталей;

ü стоимость и дефицитность материалов;

ü соответствие свойств материала его работоспособности;

ü соответствие свойств материала технологическому процессу обработки (свариваемость, обрабатываемость резанием).

Соединения деталей машин

Все соединения делятся на две группы:

· неразъёмные – соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей (заклёпочные, сварочные, клеевые);

· разъёмные – соединения, которые можно разобрать и собрать без разрушения и повреждения деталей (резьбовые, шпоночные и др.).

Неразъёмные соединения

Сварные соединения

Это соединения, образованные под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате сильного местного нагрева до расплавления деталей в зоне их соединения или нагрева деталей до пластического состояния с применением механического усилия. Наиболее распространена электрическая сварка.

Электросварка делится на два вида: дуговую и контактную.

· Дуговая сварка ведётся вручную или автоматически плавящимся электродом. Для защиты расплавленного металла от вредного воздействия воздуха, применяют флюсы. Для ручной дуговой сварки низко и среднеуглеродистой, а также низколегированных сталей рекомендуется применять электроды марок Э34, Э42, Э42а, Э46, Э46а, Э50, Э50а и др. Число после буквы «Э» обозначает минимальный гарантированный предел прочности металла и шва. Например: Э42а – ς=420 МПа. Буква «а» обозначает гарантированное получение повышенных пластических свойств металла шва. Ручную дуговую сварку применяют для конструкций с короткими и неудобно расположенными швами, а также в единичном производстве.

· Контактная сваркаоснована на местном нагреве зоны контакта соединяемых деталей при пропускании через нее тока. Стык деталей размягчается и при сдавливании образует прочное соединение. Применяется для нахлёсточных соединений тонкого листового металла и для стыковых соединений круглого и полосового металла.

Виды сварных соединений

В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие виды сварных соединений:

· стыковые;

· нахлёсточные;

· тавровые;

· угловые.

Прочность сварных соединений зависит от следующих факторов:

· качество основного материала;

· характер действующих нагрузок;

· технологические дефекты сварки;

· деформации, вызываемые сваркой и др.

Поэтому допускаемое напряжение при расчёте сварных соединений принимают пониженным в долях от допускаемых напряжений для основного металла.

Клеевые соединения

Это соединения, осуществляемые за счёт сил сцепления в процессе затвердевания жидкого клея. Прочность клеевых соединений зависит от материала и конструкции склеиваемых деталей, качество подготовки поверхностей к склеиванию, выбору марки клея и технологии склеивания.

Соединения с натягом

Эти соединения относят к неразъёмным, хотя они занимают промежуточное положение между разъёмными и неразъёмными соединениями. Эти соединения можно разбирать без разрушения деталей, однако повторная сборка не обеспечивает той же надёжности, что первичная. Наибольшее распространение получили цилиндрические соединения. По способу сборки цилиндрические соединения с натягом разделяют на:

1) соединения, собираемые запрессовкой;

2) соединения, собираемые с предварительным нагревом охватывающей детали или с охлаждением охватываемой детали.

Запрессовка - наиболее простой и распространённый способ сборки, однако при запрессовке происходит смятие и частичное срезание шероховатостей посадочных поверхностей, что снижает прочность (запрессовку деталей производят на гидравлических, винтовых и рычажных прессов со скоростью меньшей или равной 5 мм в секунду). Прочность соединения деталей нагревом или охлаждением в полтора раза выше, чем у запрессованных.

Применение: для изготовления зубчатых, червячных колёс, коленчатых валов, соединения зубчатых колёс с валами для посадки подшипников качения и т. д.

Пример. Подобрать посадку с натягом косозубого колеса с ведомым валом редуктора, шпонку не учитывать. Соединение нагружено вращающим моментом M=420 Н·м и осевой силой F_a=600 Н. Размеры деталей соединения: d=55 мм и l=65 мм – диаметр и длина посадочной поверхности соответственно; d₂=90 мм – условный наружный диаметр ступицы; вал сплошной (d₂=0); материал вала – сталь 45 (σ_т1=280 Н/мм²), колёса – сталь 40Х (σ_т2=640 Н/мм²). Сборка осуществляется запрессовкой. Соединение работает при температуре t≤20° C.

Решение. 1) Принимаем: для стали модуль упругости E₁=E₂=2,1·10⁵ Н/мм²; коэффициенты Пуассона μ₁=μ₂=0,3; коэффициент трения f=0,07; коэффициент запаса сцепления K=3.

2) Определяем среднее контактное давление

Н/м.

3) Определяем требуемый расчётный натяг соединения

мкм,

где ;

.

4) Назначаем шероховатость посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала со средними арифметическими отклонениями профиля микронеровностей: для вала R_a1=0,8 мкм; для колеса R_a2=1,6 мкм.

Определяем величину поправки на обмятие микронеровностей

u=5,5(R_a1+R_a2)=5,5(0,8+1,6)=13,2 мкм.

5) Принимаем величину поправки на температурную деформацию ∆t=0, так как t≤20° С.

6) Определяем действительный натяг соединения

N_д=N_p+u+∆t=48,1+13,2+0=61,3 мкм.

7) По полученному значению N_д подбираем соответствующую стандартную посадку. Из таблиц ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-75) для данного соединения можно применять посадку Ø55H7/u7 или в числовом значении Ø55 , при которой наименьший натяг N_min=0,087-0,030=0,057 мм=57 мкм и наибольший натяг N_max=0,117-0=0,117 мм=117 мкм.

8) Проверяем допустимость выбранной посадки по условию прочности ступицы. Максимальное контактное давление, допускаемое прочностью ступицы:

Н/мм²

и соответствующий ему максимально допустимый натяг:

мм=214 мкм.

Так как N_max=117 мкм<[N]_max=214 мкм, то прочность ступицы обеспечена, т. е. принятая посадка при наибольшем натяге не вызывает пластическую деформацию на поверхности отверстия ступицы.