Соединение деталей с натягом обеспечивается силами трения, которые зависят от давления, определяемого натягом. В зависимости от сил, которые должно выдерживать соединение в процессе работы, соединения выполняют с помощью посадок с натягом или переходных посадок. Прочность прессового соединения зависит от многих факторов, в том числе от натяга, качества сборки и состояния сопрягаемых поверхностей.
Правило сборки прессовых соединений основан на пластическом деформировании соединяемых деталей. Сборка достигается за счет создания в соединяемых деталях напряжений, превышающих предел упругости материала этих деталей. Процессом пластического деформирования могут быть собраны только детали, изготовленные из пластичных материалов.
Прессовые соединения могут быть получены несколькими способами:
- продольной сборкой за счет приложения осевого усилия;
- поперечной сборкой за счет нагрева или охлаждения одной из сопрягаемых деталей, что дает возможность свободного соединения деталей в процессе сборки;
- комбинацией продольной и поперечной сборок.
Способы получения соединений с гарантированным натягом основаны на применении следующих методов: запрессовки, термического воздействия, глубокого охлаждения и гидропрессовой сборки.
Метод запрессовки - метод, который применяют при продольной сборке за счет осевого усилия. Процесс сборки состоит в том, что к одной из сопрягаемых деталей, охватываемой (валу) или охватывающей (втулке), прикладывается осевая сила, которая обеспечивает надвигание одной детали на другую. Так как в таких соединениях диаметр охватываемой детали больше внутреннего диаметра охватывающей детали, то в процессе сборки происходит деформирование металла. Вследствие натяга на поверхности контакта возникает давление, величина которого определяет характер деформации соединяемых деталей. Такие деформации могут быть либо упругими, либо упруго пластичными. Оборудование, приспособления и инструменты для выполнения этой операции выбирают в зависимости от силы, необходимой для запрессовки.
Для запрессовки используют ручные, гидравлические и пневматические прессы, при выборе которых следует руководствоваться следующим:
- площади стола и ползуна пресса должны позволять производить установку деталей соединения;
- установка должна создавать необходимое для запрессовки усилие;
- оборудование должно обеспечивать запрессовку требуемого количества подлежащих сборке соединений.
Если небольшие детали необходимо запрессовать в тяжелые корпусные, применяют домкраты с ручным или пневматическим приводом. Вместо домкратов возможно использование специальных приспособлений, которые при выполнении соединений не требуют больших трудовых затрат и обеспечивают плавность и надежность запрессовки.
Для уменьшения усилия при запрессовке применяют смазку, в качестве которой используют машинное масло, наносимое на поверхности сопрягаемых деталей. Применение смазки обеспечивает при разборке прессового соединения отсутствие задирания на сопрягаемых поверхностях. Помимо того, применение смазки позволяет уменьшить усилие запрессовки приблизительно на 30%.
Запрессовку следует производить аккуратно, обеспечивая правильное направление прессуемой детали. В некоторых случаях направление деталям при запрессовке удобно задавать путем базирования охватываемой и охватывающей деталей на оправках или в специальных направляющих приспособлениях. Материал оправок должен быть мягче материала сопрягаемых деталей.
Запрессовку выполняют медленно, с небольшим усилием, чтобы обеспечить правильное направление охватываемой детали в охватывающей, затем усилие постепенно увеличивают, доводя до расчетного значения к окончанию процесса запрессовки, чтобы обеспечить плотную установку охватываемой детали.
Процесс выполнения соединения с гарантированным натягом методом запрессовки осуществляется в следующей последовательности:
- проверяют соответствие размеров сопрягаемых деталей требованиям чертежа;
- оценивают состояние сопрягаемых поверхностей шероховатость поверхности, отсутствие заусенцев;
- производят смазывание сопрягаемых поверхностей;
- устанавливают охватываемую деталь на охватывающую так, чтобы оси деталей совпадали;
- осуществляют процесс прессования.
Метод термического воздействия - метод, применяемый при поперечной сборке соединений с гарантированным натягом. Сущность метода состоит в том, что на одну или обе детали соединения оказывается термическое воздействие: охватывающую деталь нагревают, а охватываемую охлаждают. Прочность соединения, собранного с применением теплового воздействия, в 2 раза превышает прочность соединения, собранного на прессе. Помимо этого, при использовании термического воздействия при сборке соединений с гарантированным натягом требования, предъявляемые к качеству обработки сопрягаемых деталей, значительно ниже, чем при сборке тех же соединений прессовым методом, что позволяет значительно снизить стоимость изготовления деталей соединения.
Наиболее целесообразно применять сборку методом термического воздействия с общим и местным подогревом охватывающей детали. Этим методом пользуются при соединении деталей большого диаметра с малой площадью сопряжения. Нагрев деталей небольших и средних размеров производится в масляных и водяных ваннах. Для крупногабаритных деталей применяют местный подогрев участков, примыкающих к посадочному отверстию. Местный подогрев может быть осуществлен при помощи газовой горелки, устройств со спиралью или индуктора токов высокой частоты (ТВЧ). При автоматической сборке нагрев деталей производится в специальных тоннельных печах. Для нагрева деталей типа колец применяют специальные индукционные устройства.
Нагрев деталей для выполнения соединений с гарантированным натягом осуществляют в следующей последовательности:
- проверяют соответствие размеров соединяемых деталей требованиям чертежа;
- помещают охватывающую деталь в масляную ванну для нагрева;
- устанавливают нагретую охватывающую деталь на охватываемую и выдерживают соединение до достижения им комнатной температуры.
Метод глубокого охлаждения - метод, применяемый при поперечной сборке соединений с гарантированным натягом, но по сравнению с методом термического воздействия имеет ряд преимуществ:
- обеспечивает высокую прочность соединения;
- уменьшает деформацию охватываемой детали;
- уменьшает возможные изменения формы, возникающие при сборке с термическим воздействием.
Глубокое охлаждение деталей производится в жидком азоте (-195,6℃) или в твердой углекислоте (-78,5℃). При работе с охлаждающими средами следует строго соблюдать меры безопасности. Для охлаждения деталей жидким азотом применяют специальные металлические сосуды Дьюара. Сосуды имеют двойные стенки, уменьшающие интенсивность теплообмена с окружающей средой, и отверстия в крышке для выхода газа, образующегося в результате испарения хладоносителя.
Охлаждение деталей, подлежащих сборке, осуществляется следующим образом:
- очищают детали от грязи и масла, промывают и протирают насухо;
- оценивают состояние поверхностей, соединяемых деталей, убеждаясь в отсутствии заусенцев;
- загружают детали в емкость с хладоносителем, используя специальные клещи;
- заполняют сосуд хладоносителем так, чтобы он полностью покрывал детали.
Если выдержка деталей (при охлаждении до -195,6℃) составляет 30 мин, то количество жидкого азота выбирают из расчета 0,6 л на 1кг охлаждаемых деталей. Если температура, до которой охлаждают детали, выше -195,6℃, то количество жидкого азота определяют из того расчета, что для охлаждения 1 кг деталей на 1℃ требуется 3 мл жидкого азота.
При использовании твердой углекислоты охлаждение производится в специальном термосе. Для улучшения охлаждения «сухой лед» помещают в жидкую среду. При этом в сосуд сначала заливают жидкость, а потом добавляют «сухой лед».
Наиболее существенным недостатком метода глубокого охлаждения является уменьшение ударной вязкости деталей, подвергшихся охлаждению, что необходимо учитывать при выборе посадок в соединениях, собираемых методом глубокого охлаждения.
Если в соединении предусмотрены значительные натяги, то советуется применение комбинированного метода — нагрев охватывающей детали и охлаждение охватываемой.
Метод гидропрессовой сборки. Гидропрессовая сборка представляет собой комбинацию продольной и поперечной сборки и находит все большее применение. Сущность этого метода, схематически показанного на рис. 1, состоит в том, что под воздействием высокого давления (до 200 МПа) масла, подводимого в зону соединения через специальные каналы в валу или во втулке, происходит упругое деформирование деталей соединения.
Рис. 1. Схема гидропрессовой сборки при подводе масла через отверстие во втулке (а) и в валу (б)
Такое деформирование обеспечивает получение гарантированного натяга в результате возвращения размеров к исходным величинам после снятия давления.
Понравилась статья? Задавайте вопросы или ваши пожелания в этот раздел? Хотел вам порекомендовать заглянуть на наш YouTube канал, где выходят обучающие ролики по чертежам.