Порядок выполнения задания

Цель задания

Изучение методики определения допустимых значений минимального и максимального натяга, исходя из конструктивных особенностей и условий эксплуатации соединения, расчет и выбор стандартной посадки с натягом.

Общие сведения

Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъемных (или разбираемых лишь в отдельных случаях при ремонте) соединений деталей, как правило, без дополнительного крепления винтами, штифтами, шпонками и т. п. Соединения деталей с натягом способны передавать значительные эксплуатационные нагрузки. Относительная неподвижность деталей при этих посадках достигается за счет контактного давления и силы трения, возникающих при сборке с натягом.

Различают следующие основные способы сборки деталей с натягом:

1. Сборка под прессом за счет осевого усилия при нормальной температуре (продольная запрессовка).

2. Сборка с предварительным нагревом охватывающей детали (отверстия) или охлаждением охватываемой детали (вала) до определенной температуры (поперечная запрессовка).

Сборка под прессом – наиболее известный и несложный процесс, применяемый преимущественно при относительно небольших натягах. Недостатками такого способа являются: недопустимая деформация тонкостенных и нежёстких деталей при запрессовке, возможность схватывания и повреждения поверхностей деталей, потребность в мощных прессах, более высокие требования к шероховатости сопрягаемых поверхностей.

Сборка поперечным способом (за счёт термических деформаций) применяется в широком диапазоне натягов и обеспечивает более высокое качество соединения (при одинаковом натяге прочность соединения в 1,5-2,5 раза выше, чем при продольной сборке) при снижении требований к шероховатости сопрягаемых поверхностей.

Расчет посадок с натягом выполняется с целью обеспечения прочности соединения (отсутствие относительного смещения сопрягаемых деталей под действием эксплуатационных нагрузок), а также прочности сопрягаемых деталей (отсутствие недопустимых деформаций).

Посадки с натягом установлены в относительно точных кавалитетах IT5…IT8.

Порядок выполнения задания

1 Изучение области применения посадок с натягом, методики расчёта и способов сборки деталей с натягом [1,2].

2 Описание и характеристика (назначение и условия работы) соединения с натягом в заданной конструкции.

В данной конструкции с натягом соединяются втулка 1 (рисунок 2.1), выполненная из термообработанной стали 40Х (на сборочном чертеже – позиция 11) и шестерня 2 (на сборочном чертеже – позиция 10), выполненная из стали 45. Соединение передает крутящий момент от вала на шестерню М _кр = 180 Нм. Основная цель применения соединения с натягом – это установка втулки из более прочного материала для повышения надежности шпоночного соединения. Соединение с натягом собирается поперечным методом с предварительным охлаждением охватываемой детали.

Рисунок 2.1 – Эскиз соединения с натягом

3 Выбор физико–механических свойств охватываемой (1) и охватывающей (2) деталей по таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Физико–механические свойства материалов

Марка материала	Коэффициент линейного расширения α, ^0С^-1	Модуль упругости Е, Па	Коэффициент Пуассона µ	Предел текучести σт, МПа
Сталь 45	11,65×10^-6	2,04×10^11	0,3
Сталь 40Х	12,0×10^-6	2,0×10^11	0,3
Чугун СЧ15	11,0×10^-6	1,23×10^11	0,25
Чугун СЧ18	11,0×10^-6	1,23×10^11	0,25
Чугун СЧ28	11,0×10^-6	1,23×10^11	0,25
Бронза БрА9Ж4	16,2×10^-6	1,16×10^11	0,35
Бронза БрО10Ф1	17,0×10^-6	1,0×10^11	0,35

В данном случае:

µ₁ = 0,3;

µ₂ = 0,3;

Е ₁ = 2,0×10¹¹ Па;

Е ₂ = 2,04×10¹¹ Па;

= 786 Мпа;

= 353 Мпа.

4 Опредение значения минимального контактного давления Р _min в соединении из условия его неподвижности при действии крутящего момента [1, 2].

В рассматриваемом варианте:

Коэффициент трения сцепления f _кр в данном соединении с натягом при поперечной сборке с охлаждением вала равен 0,25.

5 Определение значения максимально допустимого контактного давления в соединении Р _max из условия отсутствия пластической деформации охватываемой и охватывающей деталей.

при d ₂ = ∞:

Для дальнейшего расчета необходимо выбрать меньшее значение (относящееся к менее жесткой детали)

Р _max= 204,7 МПа.

6 Определение минимального и максимального натягов по формуле [1, 2]:

где С ₁ и С ₂ – коэффициенты, определяемые по формулам:

и

При d ₂ = ∞, С ₂ = 1 + µ₂ = 1 + 0,3 = 1,3.

7 Определение поправки ∆ N_R, учитывающей срез и смятие неровностей, по формуле [1, 2]:

∆ N_R = 5 .

Для деталей, соединяемых поперечным методом, выбираем

= 1,6 мкм; = 1,6 мкм.

∆ N_R = 5(1,6 + 1,6) = 16 мкм.

8 Определение минимального и максимального расчетного натягов:

= + ∆ N_R = 3,2 + 16 = 19,2 мкм;

= + ∆ N_R = + 16 = 169 мкм,

где – коэффициент, учитывающий увеличение контактного давления в соединении у торцов охватывающей детали (равен 0,9).

9 Определение среднего квалитета посадки:

,

где i – единица допуска, выбираемая по таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Значение единицы допуска для интервалов размеров

Интервалы размеров, мм	До 3	Свыше 3 до 6	Свыше 6 до 10	Свыше 10 до 18	Свыше 18 до 30	Свыше 30 до 50	Свыше 50 до 80
i, мкм	0,55	0,73	0,90	1,08	1,31	1,56	1,86
Интервалы размеров, мм	Св. 80 до 120	Св. 120 до 180	Св. 180 до 250	Св. 250 до 315	Св. 315 до 400	Св. 400 до 500
i, мкм	2,17	2,52	2,89	3,22	3,54	3,89

По таблице 2.3 ближайший квалитет в сторону повышения точности – IT9.

Таблица 2.3 – Значение среднего квалитета посадки для квалитетов

Квалитет

а

В стандарте ГОСТ 25347–82 посадки с натягом в IT9 не предусмотрены, поэтому выбираем IT8.

10 Выбор стандартной посадки в системе отверстия по таблице 2.4, в соответствии с условиями и .

Для посадки Ø 52 = 41 мкм, = 133 мкм, т.е. условия выбора выполняются.

11 Построение схемы расположения полей допусков выбранной посадки представлено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема расположения полей допусков посадки с натягом

12 Нахождение максимального усилия запрессовки при продольной сборке деталей, необходимого для выбора прессового оборудования:

где .

В данном варианте для поперечного метода сборки этот пункт не выполняется.

13 Определение необходимой температуры нагрева или охлаждения деталей для осуществления поперечной сборки. В случае сборки с охлаждением охватываемой детали

при сборке с нагревом охватывающей детали

где t_сб – температура помещения сборки; S_сб – минимальное необходимый зазор при сборке (соответствует S _min в посадках ).

Для Ø52 S _min = S_сб = 10 мкм = 0,01 мм.

Таким образом, при t_сб ≈ 20^◦ C

Вывод. Выбранная стандартная посадка обеспечивает запас прочности как по минимальному = 21,8 мкм, так и по максимальному = 36 мкм натягам. Посадочные размеры деталей выполняются по 8–му квалитету с шероховатостью = 1,6 мкм; = 1,6 мкм, что технологически вполне достижимо. При сборке необходимо применить средства охлаждения, обеспечивающие температуру ниже – 209^◦ C (например, жидкий азот).

Таблица 2.4 – Предельные натяги в посадках с натягом мкм

Номиналь-ные размеры d, мм

Посадки в системе отверстия

H6 p5

H6 r5

H6 s5

H7 r6

H7 s6

H7 t6

H7 s7

H7 u7

H8 s7

H8 u8

H8 x8

H8 z8

от 10 до 18

-

18…24

-

24…30

30…40

40…50

50…65

65…80

80…100

100…120

120…140

140…160

160…180

180…200

200…225

225…250

400…450

450…500

2.2 Выбор посадок с зазором и переходных посадок

Дата добавления: 2015-07-18