Выбор посадки для группы соединений с натягом

Цель работы: изучить конструкции соединений деталей посадкой с натягом, для группы соединений с одинаковыми размерами определить экспериментальные значения силы запрессовки валика во втулку на определённую глубину и подобрать общую стандартную посадку.

Оборудование и инструмент: стенд ДМ 37, сконструированный на базе червячно-винтового пресса (рис. 5.1); набор лабораторных образцов стальных валиков и втулок одинаковых размеров; штангенциркуль; набор эталонов для определения шероховатости поверхностей.

 

Рис. 5.1. Конструктивная схема лабораторного стенда

для исследования соединения с натягом

 

1 – верхний штурвал управления винтовой передачей; 2 – динамометрическое кольцо

для измерения силы запрессовки; 3 – часовой индикатор; 4 – вертикально передвижной

стол; 5 – нижний штурвал управления червячно-винтовым механизмом подачи стола;

6 –соединение с натягом валика и втулки.

Теоретические основы работы

Соединения деталей посадкой с натягом относятся к неразъёмным соединениям и предназначены, в основном, для передачи вращающего момента с вала на ступицу сидящей на нём детали (например, зубчатого колеса, полумуфты и т.п.) и наоборот, а также – для восприятия осевой или изгибной нагрузки.

Натяг – это положительная разность диаметров вала и отверстия в ступице (втулке). После сборки соединения вследствие упругих и пластических деформаций его деталей диаметр посадочных поверхностей вала и ступицы становится общим. При этом на поверхности посадки возникает удельное давление и соответствующие ему силы трения при попытке относительного сдвига деталей, которые обеспечивают прочность соединения, т.е. неподвижность валика и ступицы (втулки) друг относительно друга, и возможность воспринимать вращающие, осевые и изгибные нагрузки (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Соединение деталей посадкой с натягом

Сборку соединений деталей посадкой с натягом выполняют одним из трёх способов: прессованием (механическая сборка с использованием осевой нагрузки), нагрев втулки до 200…400^оС, охлаждение вала до -79…-196^оС (может быть использована и комбинация двух последних способов). При любом способе сборки и разборки соединения происходит смятие, а при первом способе и срез, микро- и макронеровностей контактирующих поверхностей вала и втулки, т.е. их частичное разрушение. Это позволяет отнести соединения деталей посадкой с натягом к группе неразъёмных соединений.

Расчёт исследуемых соединений при заданных размерах и материалах деталей и известной нагрузке сводится к определению посадки, обеспечивающей прочность соединения, и выполняется по следующему алгоритму:

1. Требуемое нормальное давление на цилиндрической поверхности контакта валика и втулки определяют из условия относительной неподвижности деталей соединения при действии нагрузки, например осевой силы (рис. 5.2),

или , (5.1)

где - суммарная сила трения в контакте, Н; - посадочный диаметр, мм; - глубина запрессовки валика во втулку, мм; - коэффициент трения на контактной поверхности стальных деталей соединения при сборке прессованием; - коэффициент запаса [1].

Решив (1), получают

, МПа (5.2)

2. Расчётный натяг в соединении вычисляют [1] как

, мкм (5.3)

где ; ; (5.4)

и , и - модули упругости первого рода и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки (для стали МПа и [1]); - диаметр отверстия в полом вале, мм; - внешний диаметр втулки, мм.

3. Учитывая поправку [1] на срез и смятие микронеровностей при запрессовке, рассчитывают требуемый действительный натяг в соединении.

, мкм (5.5)

где и - параметры шероховатости посадочных поверхностей вала и втулки, мкм (при сборке соединения тепловым способом ).

4. Используя справочные данные [2], выборка из которых приведена в табл. 5.1, и рис. 5.3, подбирают требуемую посадку в соединении из условий

и , (5.6)

где и - верхние и нижние предельные отклонения полей допусков валика и втулки, мкм; и - максимальный и минимальный табличные натяги стандартной посадки.

Рис. 5.3. Схема полей допусков валика и втулки для выбора посадки

Таблица 5.1

Предельные отклонения (ПО) полей допусков в посадках с натягом

Номинальный размер , мм	ПО, мкм	Основные отверстия
H7 (ES=+21)	H8 (ES=+33)
валы в системе отверстия
p6	r6	s6	s7	u7	u8	x8	z8
св. 24 до 30	es	+35	+41	+48	+56	+69	+81	+97	+121
ei	+22	+28	+35	+35	+48	+48	+64	+88

5. Проверяют условия прочности деталей соединения при выбранной посадке

, (5.7)

где - максимально возможное давление на контактной поверхности, рассчитываемое по (5.2…5.5) в обратном порядке при ; - предел текучести материала (стали 45) валиков и втулок.

2. Порядок выполнения работы и оформление её результатов

1. Изучают теоретические основы работы.

2. Получают не менее трёх комплектов одинаковых по номинальным размерам валиков и втулок, образующих при запрессовке соединения с натягом.

3. Используя штангенциркуль, линейку и наборы эталонов шероховатости поверхностей, путем опытных замеров определяют геометрические характеристики исследуемых деталей (рис. 5.2) и заносят полученные результаты в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Геометрические параметры исследуемого соединения

4. На лабораторном стенде ДМ 27М (рис. 5.1), осуществляют запрессовку валиков во втулки на заданную глубину . В ходе опытов глубину запрессовки определяют по вертикальной измерительной шкале стенда, а величину силы запрессовки валика во втулку – по показаниям часового индикатора 3 (рис. 5.1) в делениях этого прибора. Эксперимент проводят для всех комплектов валиков и втулок с одинаковыми геометрическими параметрами (табл. 5.2). Реальные значения сил запрессовки в Ньютонах рассчитыают как

, (5.7)

где 311,1 Н/дел - коэффициент пропорциональности. Полученные результаты записывают в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Результаты эксперимента

Номер соединения
Показания индикатора , дел.
Значение силы , Н

5. Используя зависимости 5.2…5.5 и данные табл. 5.4, рассчитывают действительные натяги для каждого из полученных соединений, приняв в (5.2) коэффициент запаса . Результаты расчёта сводят в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Результаты расчётов

Номер соединения

6. Определяют общую для исследуемой группы соединений стандартную посадку с натягом в соответствии с условиями (5.6), принимающими в данном случае вид

и , (5.8)

где и - максимальное и минимальное значения действительных натягов, полученных для исследуемой группы соединений (табл. 5.4).

7. По условию (5.7) проверяют прочность деталей соединения при выбранной посадке.

Выводы

В выводах указывают основные результаты работы, сопоставляют полученные результаты с данными учебной литературы [1, 2], дают оценку работоспособности исследованных соединений и корректности проведённых исследований.

4. Контрольные вопросы

1. К какому типу соединений деталей машин относятся соединения деталей посадкой с натягом?

2. Что такое посадка деталей?

3. Что такое натяг?

4. В чём заключается основное назначение соединений деталей посадкой с натягом?

5. Какие способы используются для получения соединений с натягом?

6. Каковы критерии работоспособности соединений с натягом?

7. За счёт чего обеспечивается взаимная неподвижность детлей при эксплуатации соединений с натягом?

8. От каких факторов зависит величина нормального давления на контактной поверхности соединения с натягом?

9. Чем действительный натяг в соединнии отличается от расчётного натяга?

10. Как проверить прочность деталей соединения при заданной посадке с натягом?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6