СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

Влияние способа сборки на работу стыка

Результаты исследования влияния способа сборки на характеристики пластичности и прочности стыка соеди­нений с натягом представлены на рис. 4.12, 4.13. Зави­симости крутящих моментов Му и Мск от давления рт являются практически прямыми линиями [22]. Их про­должение при рт = 0 определяет моменты МУо и Мск0, которые передаются на вал при свободной сборке, ког­да сопрягаемые поверхности приведены в соприкоснове­
ние. В этом случае момент передается за счет микроне­ровностей профиля, играющих роль механического за­цепления. Отклонение от прямолинейной зависимости наблюдается только при гидропрессовой сборке с масла­ми, имеющими вязкость vioo°^15 мм2/с при 50 МПа. Сказанное относится и к величинам ту и ттах-

Коэффициенты /у и / ск с увеличением давления в соединении незначительно снижаются, и для инженер­ных расчетов считаются независимыми от давления. Их

Средние значения и доверительные интервалы с вероят­ностью 0,95 для п опытов приведены в табл. 4.3. Вели­чины коэффициентов трения на торце FCK очень близки к коэффициентам трения /кр, определенным при относи­тельном провороте втулки и вала для этих же образцов.

Соотношение между коэффициентами fy и fCK определяет зону пластической работы стыка [43]; оно практически не зависит от давления и колеблется в пределах 0,65— 0,75.

Коэффициенты касательной контактной податливости при упругом и пластическом деформировании стыка свя­заны с давлением на торце зависимостью, близкой к ли­нейной, и с увеличением давления незначительно умень­шаются. Это объясняется тем, что с ростом давления увеличивается контактное сближение сопряженных по­верхностей и возрастает жесткость стыка за счет уве­личения фактической площади касания. Для практи­ческих целей при р=20 ... 110 МПа коэффициенты Кх И Лтпл можно считать независимыми от давления. Наи­большую податливость имеет стык при гидропрессовой сборке (Кх =0,226 мкм/МПа, АГтпл = 2,0 мкм/МПа^ а при сборке с охлаждением — наименьшую (Кх • = 0,184 мкм/МПа, /Сил = 1,75 мкм/МПа). При тепловой сборке коэффициенты касательной контактной податли­вости стыка занимают промежуточное положение (Кх = = 0,207 мкм/МПа, /Стал —1.83 мкм/МПа). В соединениях с натягом коэффициенты касательной контактной подат­ливости стыка при пластическом деформировании в среднем в 8—12 раз выше, чем при его упругом дефор­мировании.

Величины xz, которые являются универсальными ха­рактеристиками стыка, следует сопоставлять при одина­ковых давлениях р. Так как экспериментальные значе­ния т2 обычно определяли во всем диапазоне давления р=20 ... 110 МПа, то необходимо их пересчитать на фиксированные значения давления, в качестве которых приняты р=40 и 100 МПа, как наиболее характерные границы диапазона давлений в машиностроении. Такой пересчет осуществляли посредством корреляционных уравнений вида (4.30) и вычислением значений ху и Tmai и их доверительного интервала с вероятностью 0,95 при фиксированных значениях р.

Аналогично пересчитывали значения т2 и во всех по­следующих случаях при сравнении различных способов технологической подготовки сопрягаемых поверхностей соединений с натягом. При сборке с охлаждением кор­реляционные уравнения имеют вид ту=0,3+0,18 р, Ттах=0,9+0,27 р. Здесь и далее размерность давления р Дана в МПа. При тепловой сборке несколько изменяются коэффициенты линейного уравнения: ту= 1,1 +0,16 р, Тшах=0,9+0,24р. При гидропрессовой сборке с маслом МС-20 нарушается линейная зависимость тг от р и урав­нения принимают вид ту=—23,6 + 8,236 In р, ттах= =—37+12,76 In р.

Результаты вычислений xz у торца при давлениях 40 и 100 МПа приведены в табл. 4.4. Наибольшие значения ту и Тшах наблюдаются при сборке с охлаждением. Как уже отмечалось, это результат внедрения более твердых

Микронеровностей охлажденного вала в сопрягаемую поверхность втулки. Однако увеличение крутящих мо­ментов Му и МСк при сборке с охлаждением выражено в меньшей степени, чем ту и ттах, что обусловлено увели­чением жесткости стыка. Вследствие этого уменьшаются его компенсирующие свойства, что находит свое отраже­ние в снижении коэффициентов Кх и Кхпл и вызывает увеличение концентрации нагрузки по длине соединения, которая отрицательно сказывается на увеличении кру­тящих моментов Му и Мск.

Наименьшие значения ту и ттах наблюдаются при гидропрессовой сборке с маслом вязкостью vioo° > ^ 15 мм2/с.

Влияние смазки особенно существенно при р^ 50 МПа, что вызывается возникновением в контакте замкнутых микрообъемов масла. Однако с увеличением податливо­сти стыка снижение величин Му и Мс„ происходит в меньшей мере, чем снижение напряжений ту и ттах.

§ 8. жесткость стыка в соединениях с оксидированными валами

Результаты исследования работы соединений с оксиди­рованными валами представлены на рис. 4.14, 4.15. При тепловой и гидропрессовой сборках с использованием масел малой вязкости типа турбинное Т22 наблюдалась практически прямолинейная зависимость Му, Мск, ту, Ттах от давления рт. Некоторое отклонение от прямоли­нейности наблюдалось при р>50 МПа в соединениях,

О W 80Рт, МПа О 40 80 рТ)МПа

Ь)

Рис. 4.14. Зависимость крутящих моментов Му, МСк н касательных контактных напряжений ту, Ттах от давления в соединениях с окси­дированными валами при сборке: тепловой (а), гидропрессовой с маслом Т22 с маслом МС-20 (в)

Р ЬО SO рг, МПа 0 40 80 Рт, МПа

В)

Рнс. 4 15. Зависимость коэффициентов fy, fCH, Кх, Кхпл от давле­ния в соединениях с оксидированными валами при сборке: тепло­вой (а), гидропрессовой с маслом Газ (б), с маслом МС-20 (в)

Формируемых с применением вязкого масла МС-20. Коэффициенты /у и f ск так же, как и при исследовании влияния различных способов сборки, незначительно уменьшались с ростом давления. Для практических це­лей в исследованных пределах их можно считать незави­симыми от давления в соединении. Средние величины их приведены в табл. 4.5.

Табднца 4.5

При прочих равных условиях оксидирование валов способствовало повышению коэффициентов /у и FcК в 1,3—1,5 раза. Как и в соединениях без оксидирования валов разница между коэффициентами трения скольже­ния на торце и по всей поверхности незначительна: от­ношение /у//Ск так же, как и в последующих опытах, почти не изменилось.

Коэффициенты касательной контактной податливо­сти стыка Кх и Кхпл зависят от давления аналогично ко­эффициентам /у и /ск- Их средние значения составляют: при тепловой сборке Кх =0,287±0,02 мкм/МПа, Кхпл — =2,07 ±0,36 мкм/МПа; при_гидропрессовой сборке с маслами МС-20 или Т22 Кх =0,301 ±0,016 мкм/МПа, /Спи =2,05±0,34 мкм/МПа. По отношению к обычным соединениям наличие мягкой оксидной пленки вызывает увеличение упругой податливости стыка в 1,39 раза при тепловой и в 1,33 раза при гидропрессовой сборках, что благотворно отразилось на снижении концентрации

Таблица 4.6

Нагрузки по длине соединения. Характер корреляцион­ных уравнений для касательных контактных напряжений и их абсолютные значения с доверительной вероятностью 0,95 приведены в табл. 4.6.

По сравнению с обычным контактом шлифованных поверхностей в стыке с оксидированной поверхностью уровень реализуемой нагрузки в соединениях при тепло­вой сборке возрастает в 1,3 раза при упругом деформи­ровании стыка ив 1,45 при пластическом; при гидропрес­совой сборке соединений с маслом Т22— в 1,5 раза при обоих видах деформирования стыка. Рост ту и тШах практически отсутствует лишь при гидропрессовой сбор­ке с маслом МС-20 при р>50 МПа из-за образования замкнутых микрообъемов масла.