Соединения с гарантированным натягом (прессовые соединения)

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 гарантиро­ванным натягом или переходных посадок.

Прочность прессового соединения зависит от многих факторов, в том числе от натяга, качества сборки и состояния сопрягаемых поверхностей.

Принцип сборки прессовых соединений основан на пластиче­ском деформировании соединяемых деталей. Сборка достигается за счет создания в соединяемых деталях напряжений, превышаю­щих предел упругости материала этих деталей. Поэтому методом пластического деформирования могут быть собраны только дета­ли, изготовленные из пластичных материалов. В прессовых соеди­нениях нельзя применять детали из таких хрупких материалов, как бронза, чугун и т.п.

Соединения с гарантированным натягом (прессовые соединея) 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 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 упругопластичными. 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;
• оборудование должно 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 (винтовых или гидравлических), 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 сульфид молибдена и машинное масло, наносимые на поверхности сопрягаемых деталей. Приме­нение смазки обеспечивает при разборке прессового соединения отсутствие задиров на сопрягаемых поверхностях. Кроме того, применение молибденовой смазки позволяет уменьшить усилие запрессовки приблизительно на 30 %.

Запрессовку следует производить осторожно, 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 задиров и заусен­цев);
• производят смазывание сопрягаемых поверхностей;
• устанавливают охватываемую деталь на охватывающую так, чтобы оси деталей совпадали (в случае необходимо­сти применяют центрирующие приспособления);
• осуществляют процесс прессования.

Метод термического воздействия.

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 1,5 — 2 раза превышает прочность соеди­нения, собранного на прессе, так как при использовании теплово­го воздействия микронеровности на сопрягаемых поверхностях не сглаживаются, а обеспечивают лучшее удерживание охватываемой детали в охватывающей. Кроме того, 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). В зависимости от требуемого натяга температура нагрева колеблется в пределах 75…400°C. 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 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 °C) или в твердой углекислоте (-78,5°C). При работе с охлаждающими средами следует строго соблюдать меры безопас­ности. Для охлаждения деталей жидким азотом применяют специ­альные металлические сосуды — 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 и задиров;
• загружают детали в емкость с хладоносителем, исполь­зуя специальные клещи (детали типа валов загружают вертикально; при загрузке деталей массой более 10 кг сле­дует пользоваться специальными приспособлениями — хомутами, струбцинами, рым-болтами, облегчающими последующее извлечение детали из емкости с хладоно­сителем) ;
• заполняют сосуд хладоносителем так, чтобы он полно­стью покрывал детали (при использовании в качестве хладоносителя жидкого азота его заливают в емкость таким образом, чтобы уровень жидкости был выше деталей на 80…100 мм; по мере испарения жидкость необходимо доливать, поддерживая ее уровень постоянным).

Время выдержки деталей в охлаждающей жидкости зависит от их размеров и массы. Примерное время выдержки деталей, мин, в жидком азоте следующее:

Тонкостенные детали с толщиной стенки 7… 10 мм…………………. 8… 10

Втулки с толщиной стенки 20.,,30 мм………………………………………… 15…20

Толстостенные детали с толщиной стенки 40.„50 мм……………….. 35.„50

Если выдержка деталей (при охлаждении до -195,6 °C) состав­ляет 25…35 мин, то количество жидкого азота выбирают из рас­чета 0,6 л на 1 кг охлаждаемых деталей. Если температура, до кото­рой охлаждают детали, выше -195,6 °C, то количество жидкого азота определяют из того расчета, что для охлаждения 1 кг дета­лей на 1 ’С требуется 3 мл жидкого азота или пользуются справоч­ными таблицами.

При использовании твердой углекислоты («сухой лед») охлаж­дение производится в специальном термосе. Для улучшения охлаждения «сухой лед» помещают в жидкую среду, например в метиловый или в денатурированный спирт. 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 ре­комендуется 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. Такое деформирование обеспечивает получение гарантированного натяга в результате возвращения размеров к исходным величинам после снятия давления.