Расчет конических соединений

Широкое распространение конических соединений объясняется их положительными свойствами, среди них: герметичность, высокая прочность, возможность легкого регулирования зазора и натяга с помощью изменения осевого расположения деталей, способность конической пары к быстрой разборке и сборке, самоцентрируемость.

При обработке реальной конической детали возникают различные отклонения от номинального конуса, т.е. конуса, определяемого номинальной поверхностью и номинальными размерами - диаметром, длиной, углом.

Для нормальной эксплуатации необходимо, чтобы отклонения действительных размеров конуса находились в пределах заданных допусков. Допуски и посадки для конических соединений устанавливает ГОСТ 25307-82. Этот стандарт распространяется на гладкие конусы диаметрами до 500 мм и конусностью от 1: 3 до 1: 500. Коническое соединение характеризуется конической посадкой и базорасстоянием соединения.

По способу фиксации осевого расположения сопрягаемых конусов посадки подразделяют:

1) путем совмещения конструктивных элементов конусов (базовых плоскостей) (см. рис. 9.1 и 9.5); при этом возможно получение посадок с зазором, переходных и с натягом;

2) по заданному осевому расстоянию Z_pf между базовыми плоскостями (см. рис. 9.2 и 9.6); при этом возможно получение посадок с зазором, переходных и с натягом;

3) по заданному осевому смещению E_ конусов от их начального положения (см. рис. 9.3, 9.4, 9.7 и 9.8); при этом обеспечивается получение посадок с зазором и с натягом;

4) по заданному усилию запрессовки F_S, прилагаемому в начальном положении сопрягаемых конусов; при этом возможно получение посадок с натягом.

Для конусов устанавливают допуски: диаметра конуса в любом сечении Т_D, в заданном сечении Т_DS; угла конуса АТ, формы конуса (допуск круглости Т_FR и допуск прямолинейности образующей Т_FL).

Допуски конусов нормируют двумя способами:

1) совместным нормированием всех видов допусков: допуском диаметра Т_D, одинаковым в любом поперечном сечении конус (этот допуск ограничивает не только отклонение диаметра, но и отклонения угла и формы конуса, если эти отклонения не ограничены меньшими допусками);

2) раздельным нормированием каждого вида допусков: Т_DS - допуском в заданном сечении конуса (по ГОСТ 25307-89); АТ – допуском угла конуса (в угловых АТ_ или линейных АТ_D единицах) - по ГОСТ 8908-81; Т_RF и Т_FL – допусками формы (по ГОСТ 24643-81).

В посадках с фиксацией путем совмещения конструктивных элементов и по заданному осевому расстоянию между базовыми плоскостями (рис. 9.1 и 9.2) допуски конусов предпочтительно нормировать 1-м способом, поскольку в этих посадках величины зазоров или натягов зависят от предельных отклонений диаметров сопрягаемых конусов. В посадках с фиксацией по заданному осевому смещению или заданному усилию запрессовки допуски конусов предпочтительно нормировать 2-м способом, так как в этих посадках величины зазоров или натягов определяются условиями сборки. На неравномерность зазоров или натягов и на длину контакта оказывают влияние только допуски угла и формы конуса, а допуски диаметра влияют на базорасстояние соединения.

Предельные значения и допуск осевого смещения в посадках по заданному осевому смещению сопрягаемых конусов от их начального положения определяются: в посадках с зазором как

(9.1)

, , , ;

в посадках с натягом

(9.2)

, ;

, .

Здесь С – конусность,

Значения предельных зазоров или натягов либо принимаются такими же, как в аналогичных посадках цилиндрических соединений, либо ими задаются, исходя из назначения конструкции, либо рассчитываются по приведенным выше формулам по известным предельным значениям осевых смещений зазора или натяга.

Расчетные соотношения между допусками диаметра, угла и формы конуса приведены в ГОСТ 25037-82. В табл. 1 приложения VIII или [8] указаны наибольшие отклонения угла конуса в пределах или для приведенных там квалитетов допуска Т_D. Если при заданном допуске Т_D необходимо назначить дополнительно допуск угла конуса АТ, то соотношения между этими допусками должны удовлетворять ряду условий. При назначении односторонних предельных отклонений угла конуса (+АТ или -АТ)

;

При назначении симметричных предельных отклонений угла конуса (АТ/2)

; .

При заданном допуске Т_DS рекомендуется соблюдать следующие соотношения между допусками угла и диаметра конуса:

Значения допусков угла конуса, рассчитанные по приведенным выше формулам, округляют до ближайшего меньшего значения допуска по ГОСТ 8908-81, приложению VIII (табл. 3) или [8].

В табл. 2 приложения VIII или [8] приведены наибольшие отклонения формы и , возможные при полном использовании допуска Т_D для указанных там квалитетов. При заданном допуске Т_DS рекомендуется соблюдать При задании допусков угла и формы конуса необходимо, чтобы при односторонних предельных отклонениях угла конуса (+АТ или -АТ) было

а при симметричных предельных отклонениях угла конуса -

Значения допусков формы конуса, рассчитанные по формулам, должны быть округлены до ближайшего меньшего значения допуска по ГОСТ 24643-81, табл. 4, 5 приложения VIII или [8].

Допуск Т_FR определяется по номинальному диаметру большого основания конуса, а допуск Т_FL - по номинальной длине конуса.

В табл. 4.10 [8] приведены формулы для определения предельных и средних значений разности углов сопрягаемых конусов и данные о характере их контакта в начальном положении при различных сочетаниях расположения предельных отклонений углов.

В сочетаниях, в которых в начальном положении необходимо обеспечить контакт у больших оснований конусов, следует назначать односторонние предельные отклонения: для наружного конуса в плюс (+АТ_е), для внутреннего конуса - в минус (-АТ_i). В соединениях, в которых в начальном положении необходимо обеспечить контакт у малых оснований конусов, следует назначать односторонние предельные отклонения: для наружного конуса в минус

(-АТ_е), для внутреннего конуса - в плюс (+АТ_i). В соединениях, в которых характер контакта в начальном положении не имеет значения; важно лишь обеспечить наименьшие различия между углами сопрягаемых конусов, для наружного и внутреннего конусов следует назначать одинаковое расположение предельных отклонений углов: либо симметричное и

либо одностороннее, но с одинаковыми знаками для обоих конусов (+АТ_е и +АТ_i или -АТ_е и -АТ_i ).

В табл. 4.11 [8] приведены расчетные формулы для определения предельных осевых отклонений каждого из сопрягаемых конусов в зависимости от предельных отклонений диаметра конуса в основной плоскости. Предельные осевые отклонения конуса могут быть использованы для определения предельных значений базорасстояний соединения.