СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

Коэффициенты трения в соединениях во многом опре­деляются физико-механическими процессами, происхо­дящими на участках контактирования сопрягаемых по­верхностей. Меняя характер взаимодействия контакти - руемых поверхностей путем целенаправленной техноло­гической подготовки, можно добиться эффективного по­вышения прочности соединений.

Для этой цели применяют гальванические покрытия, эффективность которых для соединений с натягом ис­следовали [30] на образцах из стали 45 с посадочным диаметром D30 мм. Покрытия способствовали резко­му повышению (в 3—7 раз) коэффициентов трения. При распрессовке образцов наибольшее значение /р=0,75

Материал,

Обработка

Коэффи­циент трения

Способ сборки

Вала

Втулки

Покрытие

Ft, мкм

/Р=0,18 /кр=0,12

Цинк

15

/Р= 0,53

Механи­

Медь

20

FP=0,48

Ческим

Кадмий

15

FP=0,43

Хром

10

/Р=0,82

Сталь 50, нормализация,

Сталь 50, нормализация,

Никель

10

/Р=0,73

Чистовое точение (Яа=1,25 мкм)

Развертывание (Ra=1,25 мкм)

FP=0,35 /кр=0,23

Цинк

15

/Р=0,69 /кр=0,48

С охлаж­

Медь

20

/Р=0,61

Дением

Кадмий

15

FP=0,5&

Хром

10

/р=0,44 FKP=0,37

Никель

10

/Р=0,51

Сталь 18Х2Н4ВА,

Цементация

/Р=0,29

Сталь 38ХС, улучшение, НВ 3400 Н/мма шлифование,

Цинк

9

/Р=0,47

Тепловой

И закалка до HRC 58—59, шлифование

(Яа= =0,32. . . 0,63 мкм)

Цинк

14

/Р=0,45

(Яа=0,63 . . . 2,5 мкм)

Никель-J - медь

11+7

/Р=0,71

Никель

21

/р=0,21

При однослойном хромировании толщиной H = 5...8 мкм, наименьшее /р=0,37 при однослойном никелировании. При нанесении мягких покрытий меди (25—30 мкм), цинка (10—25 мкм) и олова (10—15 мкм) fp=0,48... 0,55, а в соединениях без покрытий, формируемых с применением смазки, fp=0,ll.

Результаты влияния гальванических покрытий на прочность цилиндрических соединений rf=50 мм [8J, собираемых под прессом и с охлаждением, и D=30 мм [13], собираемых тепловым способом, сведены в табл. 2.13. Применение покрытий повышает коэффициенты трения в 1,5—4 раза при всех способах сборки. Из об­щей закономерности выпадают лишь опыты с никеле­вым покрытием [13], что, однако, не подтверждается более полными исследованиями [8, 30] твердых покры­тий как никеля, так и хрома.

В качественном и количественном отношениях наи­больший эффект от гальванических покрытий получен при сборке с охлаждением. В этом случае, в отличие от механической сборки, целостность покрытия не нару­шается, и за счет внедрения микронеровностей охваты­ваемой детали в охватывающую обеспечивается допол­нительное повышение прочности соединений.

Повышение прочности соединений с гальванически­ми покрытиями авторы [13, 30] объясняют возникнове­нием металлических связей в зоне контакта и увеличе­нием фактической площади контакта. Более обстоя­тельно этот вопрос изучен Г. А. Бобровниковым [8]. Выявлено, что мягкие гальванические покрытия даже в области малых давлений (до 25 МПа) подвергаются пластическим деформациям и заполняют впадины мик­ропрофиля охватываемой детали, не вызывая его пла­стической деформации. При р>25 МПа упругопласти - ческая деформация появляется и в зоне микропрофиля охватывающей детали. Повышение прочности соедине­ний вызывается тем, что в начальный момент смещения деталей происходит одновременный срез большого ко­личества микрообъемов покрытия неровностями охваты­ваемой детали. При сборке соединений с твердыми по­крытиями валов (хром и никель) происходит односто­роннее внедрение неровностей вала во втулку и пере­формирование ее микропрофиля. Взаимное смещение деталей сопровождается одновременным срезом микро­неровностей у втулки, что, наряду с увеличением фак­тической площади контакта, является причиной повы­шения прочности соединений.

Наиболее благоприятное влияние на несущую спо­собность цилиндрических соединений с натягом оказы­вают мягкие (анодные) покрытия (цинк, кадмий и др.). Они способствуют не только повышению прочности сое­динений, но и сопротивлению усталости валов. Нанесе­ние цинкового покрытия повышает предел выносливости валов при круговом изгибе на 20% [8]. Кроме того, цинковые, как и другие мягкие покрытия, уменьшают износ поверхностей, вызываемый контактным трением.

Нами была исследована прочность конических сое­динений с цинковым и кадмиевым покрытиями при теп­ловом и гидропрессовом способах сборки. С целью сопоставления результатов исследований конструкция образцов для различных типов испытаний была приня­та одинаковой (см. рис. 2.9).

Цинковое гальваническое покрытие на валы наноси­ли в ваннах промышленного назначения в кислом элек­тролите, содержащем (г/л): сернокислый цинк ZnS04-7H20 — 250, сернокислый алюминий A12(S04)3X Xl8H20 — 30 и декстрин — 10. В процессе отладки ре­жима цинкования толщину покрытия предварительно измеряли капельным методом (ГОСТ 16875—71), окон­чательно — прибором ЭМТ-2М, шкала которого была протарирована струйно-периодическим методом для цинкового покрытия. За толщину покрытия принимали среднее значение из 12 замеров в различных точках поверхности.

Прочность соединений при передаче крутящих мо­ментов исследовали на двух партиях образцов. Толщи­на покрытия валов первой партии 23—24 мкм, второй — 4—15 мкм. За критерий оценки прочности соединений также принимали коэффициент трения в начальный мо­мент смещения, определяемый по расчетно-эксперимен - тальному давлению. Результаты опытов приведены в табл. 2.14. При первой сборке большей прочностью об­ладают образцы с ft=4... 15 мкм, у которых fKP=0,273... 0,350. У образцов с H=23...34 мкм —fItp=0,215...0,296. При толщине цинкового покрытия свыше 20 мкм коэф­фициенты трения в диапазоне р=10—70 МПа практи­чески не зависят от давлений (рис. 2.15). Средняя ве­личина /кР=0,256. При толщине покрытий 4—15 мкм с увеличением давлений от 20 до 100 МПа происходит

Образец

Л, мкы

Первая сборка (тепловая)

Вторая сборка

Р, МПа

'кр

±Л'кР

Способ сборки

Р, МПа

'кр

1

2

3

4

5

25,0 34,0 26,0 27,0 27,0

65,17 40,38 40,28 47,92 39,79

0,243 0,264 0,287 0,252 0,273

0,013 0,033 0,023 0,025 0,023

Гвдропрессовый с маслом МС-20

67,82 76,24 53,21 87,81 29,69

0,296 0,330 0,330 0,361 0,294

6

7

8 9

26,0 33,0 26,0 23,0

48,31 36,46 11,17 44,30

0,215 0,258 0,250 0,266

0,032 0,028 0,039 0,029

Тепловой

68,31 62,52 16,66

0,375 0,353 0,526

10 11 12

13

14

15

16

6,0 6,0 6,5 11,5 4,0 11,5 6,0

29,89 77,81 85,85 88,40 51,35 79,67 70,07

0,350 0,276 0,273 0,327 0,341 0,283 0,282

0,026 0,009 0,024 0,018 0,015 0,025 0,009

Гидропрессовый с маслом МС-20

36,75 77,81 85,85 97,80 51,35 79,67 70,07

0,270 0,240 0,250 0,320 0,335 0,297 0,308

17

18

19

20

14,0 6,0 8,0 15,0

38,32 94,67 50,57 45,18

0,296 0,278 0,338 0,307

0,023 0,006 0,021 0,002

Тепловой

59,98 94,67 50,57 45,18

0,318

0,320 0,316 0,304

Незначительное снижение коэффициентов трения при­мерно по линейной зависимости.

ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

0 20 40 ВО р, НПа

Для практических целей можно пользоваться их средней величиной: /кр=0,305. Цинковые покрытия при прочих равных условиях повышают прочность на круго-

Рис. 2.15. Зависимость коэффициен­тов трения при круговом смещении от давления в тепловых соединениях с цинковым покрытием толщиной: 4...15 мкм; 2—23...34 мкм

Вой сдвиг при HA... 15 мкм на 26%, при H=22>... 34 мкм на 5%.

После второй сборки тепловым способом и испыта­ний на проворот коэффициенты трения при ft=4... 15 мкм практически остались на прежнем уровне, тогда как при Л=23... 34 мкм они возросли в 1,3—1,5 раза. При второй сборке гидропрессовым способом большие значения коэффициентов трения зафиксированы при H=23... 34 мкм. Средняя величина /кр=0,322, что на 12% превышает средние величины коэффициентов тре­ния при H=4... 15 мкм, равные /кр=0,288. Независимо от толщины покрытия коэффициенты трения при гидро­прессовой сборке всего лишь на 6—10% ниже соот­ветствующих значений при тепловой сборке. Рост коэф­фициентов трения при второй сборке соединений выз­ван уплотнением цинка и уменьшением его толщины за счет износа в процессе многократных сборок и разбо­рок, которые проводили с целью замера atn-

Цинковые покрытия в конических соединениях, как и в цилиндрических, особенно эффективны при осевом сдвиге (табл. 2.15). После первой сборки тепловым спо­собом /р=0,447, гидрОпрессовым — /р=0,475. Проч­ность конических соединений с покрытиями выше в 1,57 раза при тепловой сборке и в 1,93 раза при гидро­прессовой, чем соединений без покрытия. Коэффициен­ты трения в конических соединениях, собранных тепло­вым способом, с цинковым покрытием находятся на том же уровне, что и в цилиндрических [13]. При гидропрес-

Таблица 2.15

№ образца

А, мкм

Первая сборка

Вторая сборка

Способ сборки

Р, МПа

Способ сборки

Р, МПа

1

2

3

4

20,0 20,0 15,0 17,0

Тепловой

27,5

44.2

31.3 27,9

0,462 0,448 0,402 0,477

0,008 0,021 0,018 0,012

Тепловой

> 5

29,1 44,8 29,7 26,1

0,446 0,366 0,414 0,267

- щ

Б 6

7

8

19,0 16,0 18,0 20,0

Гвдро - прессовый с маслом МС-20

47,0 64,5 49,0 35,7

0,463 0,397 0,537 0,503

0,012 0,010 0,004 0,005

ГГидро-Г прессовый с маслом

Т„

47,0 64,5

35,7

0,484 0,392

0,470

Совой сборке коэффициенты трения оказались практи­чески такими же, как и при тепловой. При повторной сборке прочность соединений остается высокой, хотя и Снижается в среднем на 20% при тепловом способе и на 6% при гидропрессовом.

Установлено, что мягкие покрытия не препятствуют гидропрессовой разборке соединений. Разъем деталей при р=20... 100 МПа протекал плавно, без ударов и рывков. После двукратных испытаний на кручение и осевой сдвиг и многократных сборок и разборок соеди­нений гидропрессовым способом даже небольшие зади­ры и продольные риски на контактных поверхностях, которые имели место в образцах, без покрытия, отсут­ствовали.

Изменение микропрофиля сопрягаемых поверхностей изучали путем сравнения профилограмм до и после на­несения цинка, а также после первого и второго испы­таний образцов на прочность. Шероховатость поверхно­сти втулки после испытаний практически осталась без изменений. Цинковое покрытие толщиной 5—15 мкм существенного влияния на исходную шероховатость не оказывает, а при увеличении толщины цинка до 23— 34 мкм она возрастает с Ra = 0,60... 1,36 мкм до Ra = = 1,1... 2,0 мкм, не искажая при этом микропрофиля основного материала. Типичные профилограммы сопря­гаемой поверхности валов показаны на рис. 2.16. После испытаний и разборки образцов параметр шероховато­сти валов за счет уплотнения цинка и заполнения им впадин микропрофиля снижается до Ra = 0,20 ... 0,50 мкм, а после вторичных испытаний и десяти сборок — разбо­рок немного возрастает до Ra=0,30 ... 0,60 мкм. На за­ключительном этапе проверки состояния микрорельефа с валов удаляли слой цинка с помощью раствора соля­ной кислоты и повторно записывали профилограммы охватываемой поверхности. Характер изменения микро­профиля и параметр шероховатости по сравнению с ис­ходными перед нанесением покрытия практически оста­лись прежними.

При нанесении покрытий натяг в соединениях воз­растает. Обычно приращение натяга принимают равным удвоенной толщине покрытия, независимо от его вида [8, 36]. В процессе прочностных испытаний образцов экспериментально определили приращение натяга от толщины цинкового покрытия, приведенное к паре

ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

Рис. 2.16. Профилограммы сопрягаемой поверхности вала в соеди­нении с р=69,2 МПа:

Л — до нанесения покрытия, Ra-= 0,85 мкм; б — после нанесення цинкового по­крытии толщиной 25 мкм, Да—1,65 мкм; в —после первичных испытаний н разборки соединений гидропрессовым способом, Да-= 0,23 мкм; 2 — после вторич­ных испытаний н разборки соединений гидропрессовым способом, Яа—0,30 мкм

Сталь — сталь. Это приращение вызывает увеличение давления аналогично слою цинка. Приведенное прира­щение натяга 6zn оценивали по разнице усредненных посадочных напряжений Да<п, замеряемых на внешних поверхностях втулок соединений с покрытием и без по­крытия при одинаковых базорасстояниях. Пересчет Aot п на 6zn проводили по зависимостям, аналогичным (2.3), (2.5).

В)

В первом приближении зависимость 6zn=qp(ft) мож­но считать линейной (рис. 2.17). При H=4 мкм слой

Рис. 2.17. Зависимость приращения на­тяга от толщины цинкового покрытия

Цинка размещается во впадинах 1е У микропрофиля и нанесение по­

Крытий не сказывается на увели­чении натягов. При H=6...40 мкм с достаточной для практики точ - о в 16 24 hZn, MHM ностью можно принимать прира­щение диаметрального натяга равным толщине покрытия. Это справедливо и для дру­гих мягких покрытий с близкими к цинку значениями модулей упругостей.

Прочность соединений с кадмиевым покрытием тол­щиной H4 ... 11 мкм исследовали при кручении. Резуль­таты экспериментов приведены в табл. 2.16. При р— =32,7... 120 МПа, как и при цинковом покрытии, на­блюдается линейной снижение коэффициентов трения. Однако их общий уровень ниже. При первой сборке тепловым способом среднее значение коэффициента тре­ния / = 0,246, что соответствует аналогичным соедине­ниям без покрытий. При второй сборке тепловым спосо­бом его уровень остался прежним, тогда как при гидро­прессовой сборке (авиамасло МС-20) он снизился в среднем на 36%. Кадмиевое покрытие, как и цинковое, обеспечило сохранность сопрягаемых поверхностей. Все же цинковое покрытие предпочтительнее, так как оно

Таблица 2.16

Первая сборка

Вторая сборка

№ образца

А, мкм

Способ сборки

Р, МПа

'кр

±Л'кр

Способ сборки

Р, МПа жид»

'кр

1

2 3

8

7

8

91,9 47,0 37,6

0,204 0,253 0,286

0,008 0,019 0,019

Тепловой

83.8

46.9

39,9

0,210 0,263 0,279

4

5

6

7

8 9

10

7 5

8 7

4

5 11

Тепловой

32,7 81,6 65,9 110,9

62.5

71.6 81,0

0,301 0,231 0,227 0,199 0,263 0,242 0,256

0,037 0,011 0,009 0,010 0,005 0,012 0,014

Гцдро - прессовый с маслом МС-20

32,9 80,6 65,9 110,9 63.6 75,8 81,0

0,230 0,139 0,161 0,103 0,171 0,151 0,150

Способствует повышению прочности соединений. Для соединений с параметром шероховатости сопрягаемых поверхностей Ra = 0,32... 1,25 мкм оптимальная толщина покрытия 10—15 мкм.

СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

ПРОЧНОСТЬ РАЗЪЕМНЫХ (КЛЕММОВЫХ) СОЕДИНЕНИЙ

Соединения, у которых охватываемая деталь представ­ляет собой сплошное (чаще цилиндрическое) тело, а охватывающая имеет разъем, называют клеммовыми. Их используют для передачи осевых сил и скручиваю­щих моментов силами сцепления соединяемых элемен­тов. …

Расчет прочности соединений при кручении с учетом жесткости стыка

При действии статических нагрузок критерием на­дежности соединения служит его запас прочности, определяемый по наибольшему усилию, которое может передать соединение из условия относительного смеще­ния сопрягаемых деталей. В этом случае, учитывая по­стоянный …

Прочность соединений при статических и динамических нагрузках

Давление в соединениях определяет их несущую спо­собность при статических и динамических нагрузках, прочность соединяемых деталей и параметры сборки и разборки соединений при нагнетании масла в зону контакта. Контактное давление для …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.