2.3.6 Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения для сварных швов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей:

	Шов	Способ сварки
	Стыковой	Дуговая автоматическая и полуавтоматическая, под флюсом и в CO2 Дуговая ручная, контактная, электронно-лучевая, диффузионная
	Угловой	Дуговая автоматическая и полуавтоматическая, под флюсом и в CO2	0,8
	Стыковой		0,65
	Угловой	Дуговая ручная	0,6

2.4 Соединения с натягом

2.4.1 Общие сведения

Соединения деталей с натягом – это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна на другую деталей (рис. 2.36а). Насаживаемая деталь (ступица) имеет посадочное отверстие меньшего диаметра, чем диаметр вала, на который насаживается деталь. В процессе посадки вал сжимается, а ступица растягивается, т.е. диаметры посадочных мест становятся равными. Возникающая упругая деформация создает на поверхности соединения силы трения (рис. 2.36б), которые удерживают детали от проворачивания и осевого смещения.

	а	б
Рис. 2.36. Соединение деталей с натягом

Соединения деталей с натягом бывают по цилиндрическим и коническим поверхностям.

Для обеспечения возможности сборки на валу и отверстии ступицы делают фаску.

2.4.2 Достоинства и недостатки соединений с натягом

Достоинства соединений с натягом

• дешевы в изготовлении, имеют простую форму и не требуют дополнительных соединительных деталей;

• обеспечивают хорошее центрирование насаживаемых деталей (отсутствие биения);

• хорошо воспринимают большие, в том числе и ударные, нагрузки.

Недостатки соединений с натягом

• относительная сложность сборки и разборки (особенно внутри неразъемных корпусов);

• возможность ослабления посадки и повреждения посадочных поверхностей при разборке;

• большое рассеяние сил сцепления в связи с рассеянием действительных посадочных размеров в пределах допусков и коэффициентов трения;

• трудность неразрушающего контроля.

Область применения соединений с натягом:

• посадка деталей на высокоскоростные валы – благодаря хорошему центрированию и отсутствию биения;

• посадка деталей при больших динамических нагрузках;

• в массовом производстве при сборке деталей, не требующих разборки в процессе всего срока эксплуатации.

Характерными примерами применения соединений с натягом могут служить: детали составных коленчатых валов (рис. 2.37а), венцы зубчатых и червячных колес (рис. 2.37б), роторы электродвигателей, подшипники качения (рис. 2.37в) и скольжения (рис. 2.37г) и т.д.

	а	б	в	г
Рис. 2.37. Соединения с натягом по цилиндрической поверхности

Характер соединения определяется натягом (разницей диаметров), который выбирают в соответствии с посадками, установленными стандартной системой предельных допусков и посадок. Наиболее распространены следующие посадки с натягом квалитетов 6 и 7 (в порядке убывания натяга): горячепрессовая – H7/u7; прессовая – H7/s6; промежуточная между прессовой и легкопрессовой – H7/r6; легкопрессовая – H7/p6. Сопротивление сдвигу при больших натягах достигает 12 МПа.

Для соединения тонкостенных деталей большие натяги недопустимы.

2.4.3 Способы получения соединений с натягом

• Запрессовкой – простейший и высокопроизводительный способ, обеспечивающий возможность удобного контроля измерением силы, но связанный с опасностью повреждения поверхностей и затрудняющий применение покрытий. Для снижения риска повреждения поверхности применяют специальные оправки и направляющие, исключающие возможность перекоса. Запрессовку производят, прилагая статическую нагрузку, с помощью прессов или домкратов.

• Нагревом натягиваемой детали до температуры отпуска – способ, обеспечивающий повышению прочности сцепления более чем в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой и особенно эффективный при больших длинах соединений. При нагреве тела расширяются, и диаметр посадочного отверстия ступицы становится больше диаметра вала, и соединение безо всяких усилий собирают. По мере охлаждения диаметр посадочного отверстия ступицы уменьшается и ступица плотно охватывает вал, создавая натяг.

• Охлаждением охватываемой детали – способ, преимущественно применяемый для установки небольших деталей, например втулок в массивные корпусные детали, и обеспечивающие наиболее высокую прочность сцепления. Охлаждают детали с помощью жидкого азота до температуры примерно –150°. Охлаждение, в отличии от нагрева, практически не оказывает влияния на механические свойства материала.

• Гидрозапрессовкой, т.е. нагнетанием масла под давлением в зону контакта, что резко снижает силу запрессовки. Наибольшая эффективность гидрозапрессовки и распрессовки – в подшипниковых узлах и конических соединениях.

2.4.4 Расчет соединений с натягом

Расчет соединения включает в себя определение необходимого натяга для обеспечения прочности сцепления и проверку прочности соединяемых деталей.

Необходимая величина натяга определяется потребным давлением на посадочной поверхности. Давление должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних сдвигающих сил.

При нагружении соединения осевой силой (рис. 2.38а) условие прочности:

, откуда ,

где – коэффициент трения;

и – диаметр и длина посадочной поверхности;

–коэффициент запаса сцепления.

При нагружении соединения вращающим моментом (рис. 2.38б) условие прочности:

, откуда .

	а	б
	в	г
Рис. 2.38 Расчетные схемы соединений с натягом

При одновременном нагружении соединения вращающим моментом и осевой силой(рис. 2.38в) расчет ведут по равнодействующей окружной и осевой силе :

.

Условие прочности:

, откуда .

Эти формулы без коэффициента концентрации распространимы на обычные соединения, у которых .

Коэффициент трения в соединениях собранных нагревом:

детали стальные шлифованные, чисто точеные – = 0,18;

вал оксидирован – = 0,4;

вал оцинкован или оксидирован – = 0,32;

покрытие абразивным микропорошком – = 0,48.

Коэффициенты трения при сборке запрессовкой в 1,8…2 раза ниже, при сборке с охлаждением на 10% выше, при гидрозапрессовке на 10% ниже.

Коэффициент запаса сцепления обычно рекомендуется = 2.

При нагружении соединения изгибающим моментом (рис. 2.38г) условие прочности:

.

	а	б
в
Рис. 2.39. Схема для расчета натяга

Расчетный натяг (мкм) связан с посадочным давлением(рис. 2.39в):

,

где и,

где – посадочный диаметр;

–диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала = 0);

–наружный диаметр охватывающей детали (ступицы);

и – модули упругости материала соответственно вала и ступицы;

и – коэффициенты Пуассона материалов соответственно вала и ступицы: для стали= 0,3; для чугуна= 0,25.

Минимальный натяг , измеряемый по вершинам микронеровностей, должен быть больше расчетного натяга на величину обмятия микронеровностей (рис. 2.33в):

,

где ,

Rz1, Rz2, Ra1, Ra2 – параметры шероховатости поверхностей деталей.

Если соединение работает при температуре, значительно отличающейся от температуры сборки (= 20°), при разных коэффициентах линейного расширения материалов, то посадку выбирают по натягу:

,

где – температурное изменение натяга:

; ;,

где ,– коэффициент линейного расширения;

, – рабочая температура деталей.

Максимальный натяг, при котором будет возникать пластическая деформация:

,

где – предел текучести материала ступицы.

По рассчитанному натягу подбирается стандартный табличный натяг:

, .

Ряд посадок с натягом в порядке возрастания натяга:

; ;;;;;;;;;;.