Глава 5 Соединения с натягом

5.1. Общие сведения

Натяг в соединении создают необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна (втулка) на другую (вал) деталей. При этом диаметр вала несколько больше диаметра отверстия втулки. Вза­имная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей вследствие их упругого деформирования. Увеличению коэффициента трения (сцеп­ления) способствует химико-термическая обработка поверхности вала или нанесение различных покрытий: оксидирование, цинкование, азотирование; покрытие абразивным микропорошком (карбид бора, карбид кремния).

Наибольшее распространение получили цилиндрические соедине­ния, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности, а требуемый натяг обеспечивают подбором соответству­ющей стандартной посадки. С натягом можно соединять детали и по другим поверхностям, например по конической, призматической и др.

Соединения с натягом применяют для соединения с диском венцов зубчатых и червячных колес (рис. 5.1), для соединения с валом зубча­тых (см. рис. 19.3) и червячных колес, шкивов, звездочек, внутренних колец подшипников качения (рис. 5.2), роторов электродвигателей и т. д. Их используют при изготовлении составных коленчатых валов, звеньев приводных цепей (см. рис. 26.2), для соединения железнодорожного колеса с осью, бандажом.

Соединения деталей с натягом относят к неразъемным соединениям условно, так как они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

Цилиндрические соединения по способу сборки разделяют на соби­раемые запрессовкой и температурным деформированием.

Запрессовку деталей производят на гидравлических, винтовых или рычажных прессах. Для предупреждения задиров и уменьшения сил запрессовки сопрягаемые поверхности смазывают маслом. Скорость запрессовки не более 5 мм/с.

Рис. 5.1. Червячное колесо с напрессованным зубчатым венцом

Рис. 5.2. Крепление внутреннего

кольца подшипника на валу

посадкой с натягом

Сборку температурным деформированием производят с предвари­тельным нагревом охватывающей (втулки) или охлаждением охваты­ваемой (вала) детали. Температура нагрева должна быть ниже темпе­ратуры низкого отпуска, чтобы не происходило структурных изме­нений в металле. Для сталей допускаемая температура нагрева |t| = 230...240 ⁰С, для бронз [t] - 150...200 °С. Охватывающую деталь нагревают в масле (до 130 °С), в электрической или газовой печи (до 240 °С). Охватываемую деталь охлаждают сухим льдом (-80 °С) или жидким воздухом (-190 °С). Применение жидкого воздуха требует со­блюдения норм безопасности, при этом детали должны быть тщатель­но обезжирены.

Несущая способность соединений со сборкой температурным де­формированием выше, чем собранных запрессовкой (~ в 2 раза).

Для сборки соединения применяют также гидропрессование, заклю­чающееся в подводе к поверхности контакта через специальные свер­ления и кольцевую канавку масла под давлением.

В последнее время появились так называемые термомеханические соединения, в которых натяг создают применением конструкционных элементов с «памятью формы». Это свойство присуще, например, никель-титановому сплаву, обладающему обратимым мартенситным превращением. Деталь из сплава радиально деформируют (втулку — дорном, вал — фильерой) в мартенситном состоянии при низких тем­пературах (-196 °С). После сборки соединения в процессе последующе-ю нагрева до рабочей температуры деталь восстанавливает прежние (до деформирования) размеры, создавая на поверхности контакта давление до 200...400 Н/мм².

Достоинства соединений с натягом.

1. Простота и технологичность конструкции, точное центрирова­ние соединяемых деталей.

Высокая нагрузочная способность.

2. Надежная работа при переменных и ударных нагрузках.

Недостатки.

1. Сложность сборки и особенно разборки.

2. Рассеивание нагрузочной способности в связи с нестабильностью коэффициента трения (сцепления) и отклонениями действительных сопрягаемых размеров.

3. Высокая концентрация напряжений.

4. Снижение натяга с течением времени от истирания и контактной коррозии при микропроскальзываниях поверхностных слоев вала и втулки.