СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

СПОСОБЫ СБОРКИ И РАЗБОРКИ СОЕДИНЕНИЙ

В машиностроении используют механический, термиче­ский и гидропрессовый способы сборки. Механическую запрессовку выполняют на прессах, некоторые из них снабжают записывающими приборами, контролирую­щими величины усилий и процесс формирования. Характерная диаграмма запрессовки приведена на рис. 1.4. На характер диаграммы и величину конечного усилия запрессовки влияют натяг, шероховатость сопря­гаемых поверхностей, механические свойства мате­риала, форма заходного конуса и фасок, скорость плун­жера пресса, вид и количество подаваемой смазки, состояние поверхностного слоя (наклеп,-термообработка и др.), перекосы деталей и деформации узлов пресса и т. п. Это обусловливает значительное рассеяние максимальных усилий запрессовки. Для уменьшения рассеяния должен быть обеспечен контроль за соблю­дением технологии изготовления элементов, однако и в этом случае усилия запрессовки и распрессовки могут иметь значительный разброс.

Основным преимуществом механической запрес­совки является ее высокая производительность. К числу недостатков этого способа сборки относятся: возмож­ность повреждений сопрягаемых поверхностей (риски, задиры), значительное рассеяние значений усилий за­прессовки и распрессовки, практическая невозможность Применения эффективных антикоррозионных покрытий.

При тепловом методе сборки сту­пицы нагревают индукционным мето­дом, в камерных электропечах, с по­мощью горелок, в ваннах с жидкостью. Температура нагрева зависит от натя­га, но не должна, как правило, превы­шать температуры, при которой проис-

Рис. 1.4. Характерная диаграмма механической запрессовки
Ходит структурное изменение Материала. В производст­венных условиях температура нагрева должна нахо­диться в определенном интервале, нижний предел кото­рого t= - f-Лt, где а — коэффициент линейного

Ad

Расширения материала, At — дополнительная темпера­тура, обеспечивающая монтажный зазор при надевании детали. С экономической точки зрения температура нагрева должна быть минимальной и контролироваться. При налаженном поточном производстве температуру контролируют временем нагрева, которое определяют опытным путем. При единичном производстве исполь­зуют термопары. Наиболее стабильным является нагрев в горячих жидкостях, однако этот метод из-за неболь­ших температур можно использовать лишь для посадок со сравнительно малыми натягами. Наиболее рацио­нально применение индукционного нагрева [1], который обеспечивает высокую производительность.

Основными достоинствами теплового метода сборки являются: высокая прочность соединения, исключение повреждений поверхностей при формировании, возмож­ность применения эффективных антикоррозионных по­крытий, лучшая, чем при механическом способе, воз­можность автоматизации сборки. К недостаткам этого метода относятся: необходимость естественного или принудительного охлаждения узла перед последующей обработкой, образование в ряде случаев зазора между торцами смежных деталей, расположенных на одном валу.

Все большее распространение получает гидропрессо­вый способ сборки и разборки соединений, осуществляе­мый с помощью нагнетания масла в зону соедине­ния [51]. Давление масла должно превосходить вели­чину среднего контактного давления на сопрягаемых поверхностях; тогда между деталями образуется пленка масла, которая во много раз снижает коэффициент тре­ния. В результате этого для смещения деталей требуется заметно меньшее усилие, чем при механической запрес­совке и распрессовке. Для равномерного распределения масла по соединяемым поверхностям во втулке или на валу делают кольцевую маслораспределительную канавку (рис. 1.5). Ее расположение должно предусмат­ривать равномерное распространение масла по обе сто-

Рис. 1.5. Конструкция соединения с натягом для распрессовки гидропрессовым способом и диаграммы распрессовки

Роны канавки. Для узлов со втул­ками постоянной жесткости канав­ку можно располагать на расстоя­нии 0,5.. .0,3 / от торца. Для втулок сложной конфигурации канавку, как правило, следует располагать в месте наибольшей жесткости втул­ки и в ряде случаев подбирать опытным путем.

При механической разборке ци­линдрических соединений диаграм­ма распрессовки (см. рис. 1.5,а) име­ет два участка: на первом усилие постоянное и минималь­ное, на втором, когда канавка вышла из зоны сопря­жений, оно увеличивается, а затем плавно снижается до момента полного разъединения деталей. Увеличение усилий на втором участке объясняется переходом про­цесса трения преимущественно из жидкостного в гра­ничное. С целью уменьшения максимальных усилий и соответственно сокращения мощности механических прессов целесообразно выполнять две (см. рис. 1.5,6) и более распределительных канавок. Масло нагнетают сначала в основную канавку, а после выхода ее из со­пряжения в следующую. Во время - нагнетания масла в основную канавку подводящие отверстия у остальных канавок должны быть плотно закрыты.

Для обеспечения минимальных усилий распрессовки применяют способ, указанный на рис. 1.6. Используется фалынвал 5, диаметр которого меньше вала соединения на 6+0,15 мм, где б — натяг. Между торцом вала 5 и валом соединения / имеется уплотнение 4; во втулке 3

Расположены манжеты 2, Которые помещены в пазы во время запрессовки и по­стоянно находятся внутри соединения. При разборке

Рис. 1.6. Распрессовка цилиндри­ческого соединения с помощью фальшвала

Масло нагнетают под давлением, которое на 25—30% больше среднего расчетного. После этого прикладывают осевую нагрузку. При продвижении вала / даже после выхода канавки из сопряжения в зоне напрессовки по­стоянно присутствует пленка масла под давлением, что обеспечивает небольшие усилия при демонтаже и со­хранность сопрягаемых поверхностей.

Другой способ снижения усилий при демонтаже — торцовый подвод масла. На рис. 1.7 приведена схема подвода смазки, применяемая шведской фирмой СКФ для снятия подшипников. Приспособление состоит из механической части, которая служит для обеспечения сдвигающих усилий, а также из упорной шайбы а, через которую подводят смазку под торец подшипника. Снятие происходит при постоянном усилии на всем участке смещения.

Когда требуется не полный съем охватывающей детали, а лишь ее ограниченное осевое смещение, при­меняют конструкцию, показанную на рис. 1.8. Уплотне­ния у этой конструкции позволя­ют повышать давление масла л соединении, существенно превы­шающее величину контактного

__ давления, в результате чего со-

единяемые детали разделяются

Достаточно толстым слоем смаз-

Рис. 1.8. Конструкция соединения для ограниченного смещения деталей

Рис. 1.9. Сборка цилиндрического соединения с помощью нагнетания масла

Ки. Это гарантирует полную сохранность сопрягаемых поверхностей и возможность многократных смеше­ний.

С помощью нагнетания масла возможна также сбор­ка цилиндрических соединений с натягом, которую можно выполнить по схеме рис. 1.9. При распрессовке втулка упирается в неподвижную станину, а при фор­мировании должна быть зафиксирована ось. При мон­таже указанным способом усилие в 10—15 раз меньше, чем при механической запрессовке. Необходимое усло­вие этого способа монтажа — применение очищенных нейтральных сортов масла. В противном случае поса­дочные поверхности будут корродировать.

Наиболее эффективен этот способ для сборки и раз­борки конических соединений. Подача масла в зону конических поверхностей во много раз снижает коэф­фициент трения, вследствие чего даже при малых углах конуса нарушается условие самоторможения и соеди­нение разбирается без приложения внешних сдвигаю­щих усилий. Опыты показали, что соединения с конус­ностью до 1 : 100 включительно могут быть разобраны таким путем. Разборка происходит с резким относитель­ным смещением одной из деталей, в связи с чем необ­ходимо принимать меры по технике безопасности. Установлено, что конические соединения со шпоночным пазом также можно разбирать этим способом. Для этого маслораспределительную канавку необходимо

Выполнять незамкнутой, а отверстие для подвода масла размещать на стороне, противоположной шпоночному пазу. Масло целесообразно подводить к втулке, так как при этом нет концентратора напряжения на валу в виде поперечного отверстия. Если втулка тонкая и не позво­ляет выполнять в ней отверстие с нарезкой, масло нагнетают при помощи приспособления, показанного на рис. 1.10. Когда на одном валу на конической посадке закрепляют две детали, а масло через их ступицы под­вести невозможно, то раздельную разборку соединений производят с помощью сменных штуцеров (рис. 1.11). Для снятия левой детали используют штуцер 3 со сквоз­ным отверстием, а другую деталь снимают с помощью штуцера /. Для предотвращения пропуска масла через резьбу при снятии второй детали в отверстие оси закла­дывают резиновые кольца 2. При снятии более двух деталей с подачей масла через вал съем можно произ­водить нагнетанием жидкости одновременно во все зоны соединения, при этом сначала, как правило, демонтируется лишь одно соединение, после чего по­перечное отверстие вала у этой посадки плотно закры* вают, а затем аналогично снимают другие детали. Этот прием можно применять в случаях, когда демонтируе­мая деталь может быть передвинута на расстояние, допускающее постановку заглушки в поперечные отвер­стия оси.

Конические соединения с помощью гидропрессового способа собирают следующим образом. Охватывающую деталь надвигают на вал с небольшим усилием, затем в зону соединения нагнетают масло и создают осевое усилие на незакрепленную деталь. Сборка соединений возможна при одновременном нагнетании смазки и при­ложении усилий. Тогда по мере перемещения детали давление масла необходимо увеличивать, растет при этом и осевое усилие. Наибольшее усилие сборки соеди­нения при этом будет меньше, чем при механической запрессовке, в (/ - f tgа)/(/м - f tgа) раз, где — коэффициент трения при наличии масла в соединении. Например, для конусности 1:50 при /[=0,15 ... 0,20 и /и=0,01 ... 0,025 указанное отношение будет рав­но 7—10.

Достоинствами гидропрессового метода сборки яв­ляются: высокая производительность процесса, возмож­ность получения сопряжений с любым, определяемым давлением масла натягом, отсутствие повреждений сопрягаемых поверхностей. К недостаткам следует от­нести несколько меньшую прочность соединений по сравнению с тепловыми соединениями при равных натягах.

Развитие холодильной техники предопределяет воз­можность расширения применения посадок с помощью холода. В зависимости от требуемых натягов вал охлаждают жидким азотом, температура кипения кото­рого —196° С, или твердой углекислотой, которая испа­ряется при —78° С. Применение жидкого кислорода и воздуха, смесей сухого льда с бензином, ацетоном и др. не рекомендуется в связи с повышенной взрыво - и по- жароопасностью. Детали охлаждают путем соприкосно­вения с хладоагентом или без их контакта. Наиболее экономичным является бесконтактный способ охлажде­ния, при котором деталь помещают в камеру, воздуш­ное пространство которой охлаждается хладоагентом, проходящим через змеевик. В этом случае обеспечи­вается равномерное охлаждение объекта, что особенно важно для закаленных деталей. Следует иметь в виду, что процесс остывания происходит медленно, а темпе­ратура охлаждения детали при этом способе будет на 25—30% выше [35], чем у хладоагента. Там, где кон­такт деталей с хладоагентом допустим, охлаждение производят в ваннах или камерах. При этом время охлаждения существенно сокращается, однако на 40—60% увеличивается расход жидкого азота или сухого льда по сравнению с бесконтактным методом.

Уменьшение первоначальных размеров охлаждаемых де­талей подсчитывается по формуле Ad=—DH(T+H)А, Где DH — первоначальный размер; T и Tz— температуры окружающей среды и хладоагента соответственно; а — коэффициент линейного расширения.

При подсчетах по этой формуле следует иметь в виду, что значения а при положительных и отрица­тельных температурах отличаются.

Преимуществами холодного способа являются: высокая прочность соединений и отсутствие поврежде­ний сопрягаемых поверхностей. К недостаткам отно­сятся: невозможность осуществления посадок с боль­шими натягами и значительный расход охлаждающих материалов.