Посадка
– это характер соединения деталей,
определяемый значениями получившихся
в ней зазоров или натягов.
Зазор
– разность размеров отверстия и вала,
если размер отверстия больше размера
вала.
Натяг
– разность размеров вала и отверстия,
если размер вала больше размера отверстия.
Все размеры деталей
определяются до сборки.
1) Посадки с зазором;
2) Посадки с натягом;
3) Переходные посадки.
Графическое изображение размеров и отклонений. Нулевая линия. Поле допуска.
Нулевая линия
— линия, соответствующая номинальному
размеру, от которой откладываются
отклонения размеров при графическом
изображении полей допусков и посадок.
Обычно нулевая линия располагается
горизонтально и положительные отклонения
от нее откладываются вверх, а
отрицательные—вниз.
Поле допуска
— поле, ограниченное наибольшим и
наименьшим предельными размерами,
определяемое значением допуска и его
положением относительно номинального
размера. Практически поле до пуска
заключено между двумя линиями,
соответствующими верхнему (ES
и es)
и нижнему (EI
и ei)
отклонениям относительно нулевой линии.
Поле допуска в ЕСДП
образуется сочетанием основного
отклонения(h,
d,
e)(H,D,E)
и квалитета(7,8,11)
Для валов: h7,
d8, e11
Для отверстий:
H7, D8,
E11
Обозначение
номинального размера и поля допуска:
Æ40H7,
Æ30h8
В ЕСДП нормируется
одно отклонение(основное),а другое
находится добавлением значения допуска
к этому отклонению.
Для тех полей допусков
,у которых основным
является
верхнее
отклонение
вычисляют
нижнее отклонение: валы:
ei=es-IT
отверстия: EI=ES-IT
Для тех полей допусков
,у которых основным
является
нижнее
отклонение вычисляют
верхнее отклонение: валы:
es=ei+IT
отверстия: ES=EI+IT
В формулы
–
основные отклонения подставляют с их
знаками.
Основное отверстие и основной вал. Принцип нормирования их основных отклонений.
Основным
отверстием
называется отверстие, нижнее отклонение
которого равно нулю и наименьший размер
равен номинальному(EI=0
Dmin=D)
Основным валом
называется вал, верхнее отклонение
которого равно нулю и наибольший
предельный размер равен номинальному(es=0
dmax=d)
Основные отклонения.
Основное отклонение
— одно из двух отклонений (верхнее или
нижнее), используемое для определения
положения поля допуска относительно
нулевой линии.
В ЕСДП для
указания положения
относительно номинального значения
нормируются значения основных
отклонений,
которые обозначаются латинскими буквами
прописными для отверстий и строчными
для валов.
В качестве основного
отклонения нормируются отклонения,
ближайшие к нулевой линии.
Для полей допусков,
расположенных ниже
нулевой линии,
основным отклонением, нормируется
верхнее
отклонение (es-для
валов,ES-для
отверстий).
Для полей допусков,
расположенных выше
нулевой линии,
основным отклонением, нормируется
нижнее отклонение
(ei-для
валов,EI-для
отверстий).
Соседние файлы в предмете Метрология
Посадкой называется соединение двух деталей характеризующееся наличием либо зазора, либо натяга. Зазором S называется разность между диаметром отверстия и диаметром вала, когда диаметр отверстия больше диаметра вала. Натягом N называется разность между диаметром отверстия и диаметром вала, когда диаметр отверстия меньше (до соединения деталей) диаметра вала. При сборке партии деталей, размеры которых близки друг к другу, возможно появление как зазора, так и натяга поэтому при сборке таких деталей возникает посадка называемая переходной. Если размеры отверстий в партии деталей всегда больше размеров валов, то при сборке возникает посадка с гарантированным зазором. Если размеры отверстий в партии деталей всегда меньше размеров валов, то при сборке возникает посадка с гарантированным натягом
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК ДЛЯ ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.
Допуски и посадки в системе ИСО регламентированы ДСТУ ИСО 286-1-2002; ДСТУ ИСО 286-2:2002
Системой допусков и посадок называют совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов (ИСО – InternationalOrganizationStandardization (международная организация по стандартизации. Создана в 1926 году. Разрабатывает рекомендации и международные стандарты. Пользуется консультативным статусом ООН), ЕСДП -единая система допусков и посадок).
Система предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых деталей машин, дает возможность стандартизировать режущие инструменты и калибры, облегчает конструирование, производство и достижение взаимозаменяемости изделий и их частей, а также обусловливает повышение их качества. В настоящее время большинство стран мира применяет системы допусков и посадок ИСО.
Механизмы машин состоят из взаимосоединенных деталей, в зависимости от функционального назначения детали они могут свободно перемещаться или быть закреплены неподвижно, но при ремонте перемещаться без повреждений. Прочность соединения двух деталей определяется посадкой.
Посадкой называют характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.
Зазор S – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей.
S max = D max – d min; S max = ES – ei
S min = D min – d max; S min = EI – ei
Натяг N – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки.
Посадки делятся в зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала:
а) Посадки с зазором – вид соединения, в котором при любом сочетании диаметров отверстия и вала получается зазор (поле допуска вала расположено под полем допуска отверстия).
б) Посадка с натягом – вид соединения, в котором при любом сочетании диаметров отверстия и вала получается натяг (поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия).
в) Переходная посадка – вид соединения, в котором возможно получение как зазоров, так и натягов (поля допусков вала и отверстия перекрываются частично или полностью).
В системе ИСО и ЕСДП предусмотрены:
а) Посадки в системе отверстия – посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием (которое обозначают Н).
б) Посадки в системе вала – посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом (который обозначают h).
Для всех посадок в системе отверстия нижнее отклонение отверстия EI=0, т. е. нижняя граница поля допуска основного отверстия, всегда совпадает с нулевой линией. Для всех посадок в системе вала верхнее отклонение основного вала es=0, т. е. верхняя граница поля допуска вала совпадает с нулевой линией. Поле допуска основного отверстия откладывают вверх, поле допуска основного вала – вниз от нулевой лини, т. е. в материал детали.
По техническим соображениям система отверстия более предпочтительна, т. к. в системе отверстия различных по предельным размерам отверстий меньше, чем в системе вала, а следовательно меньше номенклатура режущего инструмента, необходимого для обработки отверстий (точные отв-я обр-ют дорогостоящими зенкерами, развертками, протяжками, а валы разных размеров одним и тем же резцом или шлиф.кругом). Система вала применяется: 1) когда вал – готовая деталь (подшипник); 2) в технологически и экономически обоснованныхслечаях.
Внесистемные посадки – посадки, в которых ни отверстие, ни вал не являются основными. Применяются в экономически обоснованных случаях: при ремонте, при работе по формулярам.
Комбинированные (смешанные) посадки – посадки, в которых и отверстие и вал являются основными.
Допуски и посадки гладких цилиндрических соединений. Допуски, посадки и технические измерения.
Посадки в системе отверстия и в системе вала. Система допусков по образованию различных посадок подразделяется на систему отверстия и систему вала.
Система отверстия — это совокупность посадок, в которых при одном классе точности и одном номинальном размере предельные отклонения отверстий одинаковы, а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений валов (рис. 43, а).
Во всех стандартных посадках системы отверстия нижнее отклонение отверстия равно нулю: в этом случае наименьший предельный размер отверстия равен номинальному. П-ле допуска такого отверстия называется основным.
Система вала — это совокупность посадок, в которых предельные отклонения ва-лов одинаковы (при одном номинальном размере и одном классе точности), а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений отверстий (рис. 43, б). Во всех стандартных посадках системы вала верхнее отклонение вала равно нулю. После допуска такого вала называется основным.
Рис. 43. Эскизы посадок
а — в системе отверстия (I, II, III — эскизы валов с разными предельными размерами под посадки), б — в сис-теме вала (I, II, III, IV — эскизы отверстий с разными предельными размерами под посадки)
Общие сведении о системах допусков и посадок. С 1980 г. в странах — членах СЭВ введена единая система допусков и посадок (ЕСДП СЭВ) всех типовых соединений в маши-ностроении. Допуски и посадки системы регламентируются стандартами СЭВ (ОСТ СЭВ), которые составляются на основе стандартов международной системы (ИСО), и в СССР дей-ствуют в качестве государственных стандартов. Это приводит к возможности применения в разных странах единой технической документации и стандартной технической оснастки, повышает уровень взаимозаменяемости в машино- и приборостроении и обеспечивает взаимовыгодную торговлю.
Система допусков и посадок СЭВ распространяется на размеры до 10000 мм (нижний предел — менее 1 мм — неограничен). Указанный диапазон размеров разбит на три группы: до 500 мм, свыше 500 до 3150 мм и свыше 3150 до 10000 мм. Перечисленные группы размеров подразделены на основные и промежуточные интервалы. Для размеров до 500 мм установлено 13 основных интервалов. Начиная с 10 мм основные интервалы дополнительно разбиты на промежуточные. Размеры свыше 500 до 3150 мм разбиты на 8 основных и 16 промежуточных интервалов, а свыше 3150 мм — на 5 основных и 10 промежуточных. Промежуточные интервалы введены для отклонений, образующих посадки с большими натягами и зазорами для получения более равномерных зазоров и натягов.
Обозначение посадок на чертежах в системе СЭВ выполняется следующим образом. За номинальным размером проставляется буква, обозначающая назначенную посадку, а по-сле нее дается цифра, которая указывает номер квалитета, например: 25H7 — для отверстия и 25h7 — для вала. Система СЭВ предусматривает также обозначение посадок на чертежах деталей с помощью числовых значений предельных отклонений — 25+0,021, 25 или комбинированным способом — 25Н7(+0,021), 25.
На чертежах изделий сопряжения обозначаются разными способами: 5, или 25Н7/g6, или 25Н7—g6, где 25Н7 — отверстие, 5g6 — вал. Стандарт СТ СЭВ 145-75 содержит таблицы (для отверстий и валов), в которых указаны 28 рядов (по числу посадок) значений основных отклонений. В табл. 9 приведены предпочтительные посадки системы СЭВ и примерные рекомендации по замене посадок системы ОСТ посадками по системе СЭВ в диапазоне от менее 1 до 500 мм.
НАТЯГ
НАТЯГ — разность между диаметрами вала и сопряжённого с ним отверстия, если диаметр вала превышает диаметр отверстия; служит для получения неподвижных соединений (тугих, напряжённых, прессовых и т.п. посадок (см.)).
Большая политехническая энциклопедия. – М.: Мир и образование.
.
.
Смотреть что такое “НАТЯГ” в других словарях
Соединения и посадки
Детали в изделиях не являются изолированными, а сопрягаются друг с другом отдельными поверхностями или их фрагментами. Характер этого взаимодействия, определяющий эксплуатационные свойства сопрягаемой пары, называется посадкой.
По характеру соединения различают посадки с зазором, с натягом и переходные.
Предметом курса «основы взаимозаменяемости» является выяснение условий обеспечения взаимозаменяемости при конструировании приборов и решении других задач, связанных с обеспечением высококачественной работы изделий.
Соединение деталей может происходить с зазором, если размер отверстия больше размера вала, или с натягом, если размер вала до сборки больше размера отверстия.
Предельные зазоры и натяги в посадках. Допуск посадки
Из-за неточности выполнения размеров сопрягаемых деталей, требуемые зазоры или натяги в соединениях не могут быть выдержаны абсолютно точно. Действительные значения зазоров или натягов будут колебаться в зависимости от сочетаний действительных размеров сопрягаемых деталей, выполненных в пределах допусков (TD, Td1, Td2 на рис. 13), т.е. рассеяние значений зазоров или натягов зависит от рассеяния размеров отверстия и вала.
В подвижных посадках (посадки с зазором) зазор может изменяться от наименьшего до наибольшего предельного значения.
Наименьший (гарантированный) зазор Smin (рис. 14) есть положительная разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала, или между нижним отклонением отверстия и верхним отклонением вала:
Наибольший зазор Smax есть положительная разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала, или между верхним отклонением отверстия и нижним отклонением вала:
Средний (наиболее вероятный) зазор Sm есть положительная разность между средними размерами или средними отклонениями отверстия и вала, или среднее арифметическое наибольшего и наименьшего зазора:
Допуск зазора Ts (допуск посадки) определяет возможное (или допустимое) колебание величины зазора в соединении, т.е. определяет точность посадки. Чем меньше допуск посадки, тем она точнее. Разность предельных значений зазора (наибольшего и наименьшего) или сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение (рис. 14) и есть допуск зазора или допуск посадки:
Расположение полей допусков при сопряжении деталей с гарантированным зазором представлено на рис. 15.
К посадкам с зазором относится также посадка, у которой наименьший зазор
Для посадок с натягом предельные и среднее значения натяга Nmax, Nmin, Nm (рис. 17) и допуск натяга (допуск посадки) могут быть определены по формулам:
У переходных посадок поля допусков частично или полностью совпадают, что приводит к возможности получения в соединениях реально изготовленных сопрягаемых деталей как зазоров, так и натягов. Расположение полей допусков, при котором возможно образование соединений, как с зазором, так и с натягом, представлено на рис. 18.
Изменение характера сопряжения в зависимости от взаимного расположения полей допусков представлено на рис. 19.
Стандартизация соединений гладких элементов деталей (принципы организации единой системы допусков и посадок – ЕСДП)
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.
Соединения
деталей с натягом бывают по цилиндрическим
и коническим поверхностям.
Для
обеспечения возможности сборки на валу
и отверстии ступицы делают фаску.
3
Способы получения соединений с натягом
21 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
При
нагружении соединения осевой силой
При
нагружении соединения вращающим моментом
При
одновременном нагружении соединения
вращающим моментом
и осевой силой
(рис. 2.38в)
расчет ведут по равнодействующей
окружной и осевой силе
Эти
формулы без коэффициента концентрации
распространимы на обычные соединения,
у которых
Коэффициент
трения в соединениях собранных нагревом:
детали
стальные шлифованные, чисто точеные –
вал
оцинкован или оксидирован –
покрытие
абразивным микропорошком –
Коэффициент
запаса сцепления обычно рекомендуется
При
нагружении соединения изгибающим
моментом
(мкм) связан с посадочным давлением
– диаметр
отверстия охватываемой детали (для
сплошного вала
– коэффициенты Пуассона материалов
соответственно вала и ступицы: для стали
=
0,3; для чугуна
,
измеряемый по вершинам микронеровностей,
должен быть больше расчетного натяга
на величину обмятия микронеровностей
Rz1,
Rz2,
Ra1,
Ra2
– параметры шероховатости поверхностей
деталей.
Если
соединение работает при температуре,
значительно отличающейся от температуры
сборки (
– рабочая температура деталей.
Максимальный
натяг, при котором будет возникать
пластическая деформация:
– предел текучести материала ступицы.
По
рассчитанному натягу подбирается
стандартный табличный натяг:
Ряд
посадок с натягом в порядке возрастания
натяга:
Шпоночное
соединение – разъемное соединение,
которое образует вал, шпонка и ступица
(зубчатого колеса, шкива, звездочки и
др.). Шпонка представляет собой
соединительную деталь, устанавливаемую
в пазы вала и ступицы. Она служит для
передачи вращающего момента между валом
и ступицей. Основные типы шпонок
стандартизованы. Шпоночные пазы на
валах получают фрезерованием дисковыми
или концевыми фрезами, в ступицах –
протяжками.
Шпоночные
соединения подразделяют на напряженные
и ненапряженные.
Клиновые
шпонки
(рис. 2.40) имеют уклон верхней грани 1:100.
Такую шпонку устанавливают в паз и
ударным способом загоняют на место,
обеспечивая напряженное соединение.
Клиновая шпонка распирает соединение,
вызывая силу прижатия N
(рис. 2.40в),
которая обеспечивает совместное вращение
вала и ступицы за счет сил трения
.
Рабочими гранями являются верхняя и
нижняя грани клиновой шпонки.
Основные
недостатки клиновых шпонок: обязательная
индивидуальная подгонка, что недопустимо
при массовом производстве; наличие
радиального смещения оси насаживаемой
детали по отношению к оси вала, что
вызывает дополнительное биение. Поэтому
они применяются сравнительно редко –
в основном в тихоходных передачах низкой
точности и только для неподвижных
соединений.
Клиновые
шпонки бывают врезные (рис. 2.40в),
на лыске (рис. 2.40г)
и фрикционные (рис. 2.40д).
По форме торцов шпонки бывают без головки
(рис. 2.40а)
и с головкой (рис. 2.40б),
для облегчения демонтажа.
Призматические
шпонки
(ГОСТ 23360-78) (рис. 2.41) имеют параллельные
грани. Они закладываются в паз на валу
и не удерживают ступицу от осевого
смещения. Рабочими гранями призматической
шпонки являются боковые грани. Соединение
является ненапряженным, поэтому для
обеспечения центрирования и исключения
контактной коррозии рекомендуется
ступицы устанавливать на вал с натягом.
Призматические
шпонки выполняют с плоскими или
скругленными концами (рис. 2.41б).
При этом в качестве длины рабочей
поверхности принимается только длина
прямого участка. Паз на валу обычно
выполняют концевыми (пальцевыми) фрезами
и его делают несколько длиннее шпонки
для исключения пригонки ее торцов. Пазы
на валу не рекомендуется доводить до
ступенек вала, так как их врезание в
галтель увеличивает концентрацию
напряжений. Сквозные пазы на ступице
выполняют протяжками, глухие пазы –
долблением.
Ширина
шпонки b
выполняется с отклонением h9.
Ширину
шпоночного паза вала рекомендуется
выполнять по P9,
ширину шпоночного паза ступицы:
При
неподвижном соединении нереверсивной
передачи – Js9;
При
неподвижном соединении реверсивной
передачи – P9;
При
подвижном соединении – D10.
При
передаче крутящего момента боковая
поверхность паза вала давит на боковую
поверхность шпонки (рис. 2.42), которая в
свою очередь передает давление на
боковую поверхность паза ступицы. При
этом шпонку испытывает сдвиг в сечении
по границе вала и ступицы.
Сила,
которую вызывает крутящий момент:
Площадь
поверхности смятия и среза соответственно:
Напряжения
смятия и среза соответственно:
для
шпонок с прямыми концами
,
для шпонок со скругленными концами
При
использовании подвижных шпоночных
соединений (например, для подвижных
блоков колес в коробках передач), шпонку
прикрепляют к валу с помощью винтов
(рис. 2.43) во избежания перекоса шпонки
в пазе. Расчетная длина шпонки в этом
случае будет определяться длиной
ступицы:
Порядок
подбора стандартных шпонок:
Назначается сечение
шпонки (b×h)
в зависимости от диаметра
вала.
Размеры сечения стандартных шпонок
подобраны таким образом, что если шпонка
выдержит смятие, то она выдержит и срез.
Поэтому минимальную рабочую длину
шпонки lр
определяют по критерию прочности на
смятие:
Сегментные
шпонки
(ГОСТ 24071-80) (рис. 2.44) представляют собой
сегментную пластину, закладываемую в
паз на валу соответствующей формы,
выполненный с помощью фрезерования.
Сегментные шпонки удобны при сборке и
разборке, просты в изготовлении, менее
чувствительны к точности изготовления
из-за большей, чем у призматических
шпонок глубины паза. В то же время большая
глубина паза сильнее ослабляет вал,
поэтому их применяют при сравнительно
небольших крутящих моментах и только
для неподвижных соединений.
Сегментные
шпонки имеют фиксированную длину,
поэтому на длинных ступицах можно
устанавливать несколько шпонок, при
условии, что пазы будут располагаться
в одной плоскости.
Толщина
шпонки b
выполняется с отклонением h9.
Ширину
шпоночного паза вала рекомендуется
выполнять по N9,
ширину шпоночного паза ступицы: для
нереверсивной передачи – Js9,
для реверсивной передачи – P9.
Сегментные
шпонки работают на смятие и срез.
Напряжения смятия и среза соответственно:
Цилиндрические
шпонки
(ГОСТ 3128-70, ГОСТ 12207-79) представляют собой
цилиндрические штифты (рис. 2.45а),
устанавливаемые с натягом, отверстия
под которые высверливаются на торце
вала при сборке. Их можно использовать,
только если ступица располагается на
конце вала. Обычно это валы малой длины.
К недостаткам следует отнести неудобство
демонтажа.
.
Посадка с натягом, например
.
Если прочности одной шпонки недостаточно,
то устанавливают 2-3 шпонки, равномерно
распределяя их по окружности (рис.
2.45б).
Цилиндрические
шпонки работают на смятие и срез.
Напряжения смятия (с учетом серпообразной
эпюры распределения давления) и среза
соответственно:
где z
– число шпонок.
Подбор
шпонки осуществляют по критерию прочности
на смятие. Длина шпонки
(и необходимое число шпонок
2.5.4
Материал шпонок и допускаемые напряжения
В
качестве материала шпонок обычно
применяют среднеуглеродистые стали.
Призматические шпонки изготавливают
из чистотянутой стали в соответствии
с ГОСТ 8787-68. Допускается применение
других сталей с
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОСАДОК С НАТЯГОМ
к лабораторно-практической работе по дисциплине «Взаимозаменяемость и технические измерения»
МОСКОВСКИЙ АВТОМОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Кафедра «Технология конструкционных материалов»
Утверждаю Зав. кафедрой профессор
_____________ Л. Г. Петрова
«____» __________ 2017 г.
ББК 34.417 Р248
А. И. Аристов, Е. Б. Малышева, О. В. Селиверстова, И. Д. Сергеев, Д. С. Фатюхин, А. Е. Шеина, О. В. Яндулова
М.: МАДИ, 2017. – 28 с.
Методические указания предназначены для самостоятельного выполнения лабораторно-практической работы и подготовки работы к защите. Они содержат теоретические сведения о принципах расчета посадок с натягом, а также методические указания по выполнению лабораторно-практической работы и пример ее выполнения.
Методические указания используются при изучении дисциплины «Взаимозаменяемость и технические измерения» и предназначены для специалистов по направлениям подготовки «Технология транспортных процессов», «Транспортные средства специального назначения», «Наземные транспортные технологические средства».
В машиностроении широко используются соединения деталей с натягом. Они предназначены для передачи крутящих моментов и осевых сил, а иногда для создания предварительного напряженного состояния у сопрягаемых деталей. Посадки с натягом обеспечивают высокую нагрузочную способность сопряжения, которая резко возрастает с увеличением диаметра сопряжения. Они часто используются для сопряжения зубчатых и червячных колес с валами, установки втулок и колец в корпуса и т.п.
Посадки с натягом применяют в автотракторной и строительнодорожной технике.
Одним из важных факторов, определяющих надежность соединений с натягом является грамотный и технически обоснованный выбор характеристик посадок.
Цель настоящей лабораторно-практической работы – показать студентам механизм расчета посадки с натягом, влияние на неё физи- ко-механических свойств материалов сопрягаемых деталей, шероховатости поверхностей деталей машин и режимов эксплуатации.
Исходя из поставленных задач, студент должен освоить методы расчета посадок с натягом деталей машин, работающих в различных условиях эксплуатации, закрепить навыки использования ГОСТ 253462015, а также полученные в других разделах дисциплины знания при выборе стандартных значений допусков и предельных отклонений на основе результатов расчёта.
1. О БЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Посадки с натягом предназначены для получения неподвижных неразъемных соединений и нашли широкое применение в машиностроении. Это объясняется простотой конструкций соединения.
Относительная неподвижность деталей обеспечивается силами трения, возникающими на контактирующих поверхностях вследствие их деформации, создаваемой натягом при сборке соединения. На прочность соединения с натягом оказывают влияние различные факторы, среди которых можно выделить следующие:
размеры геометрических параметров деталей и соединения: диаметр, длина соединения, точность геометрической формы деталей
параметры шероховатости, величина натяга;
свойства материалов соединяемых деталей (модуль упругости, предел текучести, коэффициент Пуассона, релаксация напряжений, коэффициент линейного расширения материала детали);
условия нагружения (величина передаваемых усилий, моментов, скорость вращения и масса вращающихся деталей);
технология сборки соединения (условия запрессовки, усилие запрессовки, скорость запрессовки, форма фасок соединяемых деталей).
По способу сборки различают цилиндрические соединения с натягом, собираемые запрессовкой и с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали. Надежность соединения, собираемого с нагревом или охлаждением, примерно в 1,5 раза выше, чем у соединения, собираемого запрессовкой, так как при запрессовке неровности контактных поверхностей деталей частично срезаются и сглаживаются, что ослабляет прочность соединения. Значение натяга
соответственно вид посадки соединения с натягом определяются в зависимости от требуемого давления на посадочной поверхности соединяемых деталей. Давление (рис. 1) должно быть таким, чтобы силы трения, возникающие на посадочной поверхности соединения, полностью противодействовали внешним силам, действующим на детали соединения (осевой силой , крутящим моментом ).
2. Р АСЧЕТ ПОСАДОК С НАТЯГОМ
Рассмотрим расчет и принципы выбора посадки с натягом.
Верхнее предельное отклонение вала es
Нижнее предельное отклонение вала ei
Верхнее предельное отклонение отверстия ES
Нижнее предельное отклонение отверстия EI
Рис. 2. Расположение интервалов допусков в посадке с натягом
Посадка с натягом это соединение размерных элементов двух деталей (отверстия и вала), в котором действительные размеры любого из отверстий меньше действительных размеров любого вала до их сборки. При графическом изображении допусков (рис. 2) такой по-
садки интервал допуска отверстия всегда расположен ниже интервала допуска вала.
Минимальный допускаемый натяг определяется исходя из возможных наибольших сил, действующих на сопряжение (прочности соединения), а максимальный натяг рассчитывается из условий прочности деталей.
Рассмотрим общий случай расчета посадок с натягом, когда соединение состоит из полого вала и втулки (рис. 3).
Рис. 3. Соединение полого вала и втулки, образующих посадку с натягом:
а – до сборки; б – после сборки
Разность между действительным (полученным измерением) диаметром вала и действительным внутренним диаметром втулки до сборки определяет натяг . При запрессовке деталей происхо-
дит растяжение втулки на величину и одновременно сжатие вала на величину , причем
В результате упругой деформации на контактных поверхностях сопрягаемых деталей возникают напряжения, пропорциональные натягу. Передаваемое таким соединением усилие или крутящий момент стремятся в процессе эксплуатации узла сместить или повернуть одну деталь относительно другой. Этому усилию или крутящему моменту противодействуют силы трения (сцепления), возникающие на контактных поверхностях и обеспечивающие относительную неподвижность деталей, т.е. ≤ , где – момент трения, зависящий от натяга, размеров соединяемых деталей, шероховатости поверхностей и т.п.
Используя известные зависимости для определения напряжений и перемещений в толстостенных полых цилиндрах (задачи Ляме):
где – расчетный натяг; – давление на поверхности контакта вала и втулки, возникающее под влиянием натяга, Н/м; = – номинальный диаметр сопрягаемых поверхностей (– охватываемой, – охватывающей поверхностей), мм; , – модули упругости материала втулки и вала, Н/м(см. табл. 1 приложения); , – коэффициенты, определяемые по формулам:
где – внутренний диаметр вала (при сплошном вале = 0), мм; – наружный диаметр втулки, мм; (см. рис. 3, а); μи μ— коэффициенты Пуассона материалов охватывающей и охватываемой деталей (табл. 2 приложения).
– это отношение относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению, который зависит от природы материала, из которого изготовлен образец.
Возможны три вида нагрузок, передаваемых неподвижным соединением: осевая (сдвигающая) сила , крутящий момент , равнодействующая (при одновременном нагружении крутящим моментом и осевой силой ).
2.1. Расчет минимально допустимого натяга
Для заданных материалов и размеров соединяемых деталей натяг зависит от минимального давления , которое определяют из условия обеспечения неподвижности соединяемых деталей при эксплуатации, т.е из условия прочности соединения.
1. Для исключения относительного смещения деталей в соединении при нагружении максимальной осевой силой необходимо, чтобы расчетное усилие не превышало сил трения, возникающих на поверхности:
где πA – фактическая площадь контакта сопрягаемых деталей (зависит от натяга, физико-механических свойств материалов сопрягаемых деталей и других факторов), мм; – длина соединения, мм; – коэффициент трения.
2. При нагружении соединения максимальным крутящим моментом это условие имеет вид:
ментом и осевой силой расчет следует выполнять по формуле
Значение минимального расчетного натяга определяется по формуле
Коэффициент трения (сцепления) в соединениях с натягом зависит от материала сопрягаемых деталей, шероховатости их поверхностей, величины натяга, направления смещения деталей, способа сборки и других факторов. Поэтому точное значение коэффициента трения может быть определено только испытаниями при заданных конкретных условиях. Для предварительных расчетов посадок с натягом коэффициент трения (сцепления) принимается равным коэффициенту трения скольжения для различных материалов по табл. 3 приложения.
В процессе запрессовки неровности на поверхностях деталей (шероховатость) сминаются и в соединении создается меньший натяг, поэтомуследуетрасчетныйувеличитьназначениепоправки, мкм:
где и – параметры шероховатости – средние арифметические отклонения профиля поверхностей отверстия втулки и вала, мкм; и – параметры шероховатости – сумма средних арифметических абсолютных значений высот пяти наибольших выступов и глубин пяти наибольших впадин профиля поверхностей отверстия втулки и вала, мкм.
Рекомендуемые значения параметров для использования в формуле 7 приведены в табл. 4 приложения.
Поэтому наименьший расчетный натяг , при котором обеспечивается прочность соединения, определяется выражением
Соседние файлы в папке метода
Сборка соединения с натягом производится запрессовкой или температурным деформированием.
В зависимости от относительной величины натяга, пластичности материалов, качества поверхности запрессовка производится с различными усилиями и на различном оборудовании.
Сборка температурным деформированием
Позволяет произвести сборку наименьшими усилиями (свободное соединение) и минимальными повреждениями. Это достигается нагревом отверстия (но ниже температуры структурных изменений) и (или) охлаждением вала (сухой лёд −79 °C, жидкий азот −198.6 °C). Или тем и другим одновременно. При сильном нагреве охватывающей детали при сборке может возникнуть “спекание”, при котором соединение окажется неразборным.
Сборка стеклянного импеллера (Cruo-Lock) на стеклянный вал в стеклянном химическом реакторе (стекло в виде стеклоэмалевого покрытия на металл) с помощью охлаждения вала жидким азотом. Азот подаётся по каналу внутри вала.
Разборка соединения производится в обратной последовательности в направлении рассоединения деталей распрессовкой или температурным деформированием.
При расспресовке можно применить гидростатическую расспресовку как дополнительное средство для более лёгкого снятия детали. Для этого необходимо подать гидравлическое масло под давлением по каналу (предусмотренному конструкцией вала или ступицей) под место соединения. Под действием гидравлических сил масло раздвигает соединение образуя зазор и в дополнении вымывает и смазывает его, что позволяет выпрессовывать с меньшими усилиями и с меньшими повреждениями.
Расчёт соединения с натягом
Для этого способа необходимо рассчитать разность температур
— натяг посадки;
— минимальный зазор необходимый для свободного соединения деталей,
— коэффициент линейного расширения;
— номинальный диаметр.
Расчёт соединения с натягом втулки и вала. При этом втулка и вал (если в нём имеется отверстие) считается толстостенным цилиндром (то есть толщина стенки которых не более чем в пять раз меньше радиуса цилиндра.
Исходя из сил действующих на соединение находим контактное давление
— коэффицент запаса сцепления
— осевая сила;
— крутящий момент;
— номинальный диаметр;
— длина соединения;
Далее находим расчётный натяг
— модуль упругости;
— коэффицент Пуассона (см. Пуассона коэффициент).
Так как имеются неровности профиля которые деформируются и затрудняют продвижение запрессовки, полученное значение увеличиваем на величину поправки и получаем практический натяг:
— среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей посадочных поверхностей (см. шероховатость).
Если сборка производится температурным деформированием, то нет необходимости вводить поправку.
Посадки подшипников на вал или в корпус, соединение импеллера с валом в химическом реакторе и т. д.
Считается одной из наидревнейших технологических операций, как операция насаживания каменного топора на топорище.
СОПРЯЖЕНИЯ, ПОСАДКИ: ПОНЯТИЕ; ВИДЫ; УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Сопряжения: понятие; виды
Посадки: понятие; виды; условия образования.
Зазор: понятие; виды; условия образования.
Натяг: понятие; виды; условия образования.
Две детали, подвижно или неподвижно соединенные друг с другом, образуют соединение.
Поверхности, по которым происходит соединение деталей, являются сопрягаемыми поверхностями.
Разнообразные виды соединений деталей, применяемые в машиностроении и приборостроении, целесообразно для удобства рассмотрения классифицировать на группы.
По форме сопрягаемых охватывающей и охватываемой поверхностей деталей различают:
а) гладкие цилиндрические соединения (к этой группе можно отнести соединения подшипниковых колец с валами и с отверстиями в корпусах, штифтовые соединения и т.д.);
б) конические соединения (например, соединения конусов режущего инструмента со шпинделем станка);
в) соединения призматических элементов деталей, состоящие из охватывающей и охватываемой поверхностей, образованных плоскостями (например, призматические прямоугольные направляющие, направляющие типа «ласточкин хвост», соединение шпонки с поверхностями пазов вала и втулки и т.п.);
г) шлицевые соединения, состоящие из охватывающей и охватываемой поверхностей, имеющих продольные закономерно расположенные по окружности шлицы прямобочного, эвольвентного или другого профиля;
д) сферические соединения, состоящие как правило из двух неполных сферических поверхностей;
е) резьбовые соединения (цилиндрические, конические), состоящие из охватывающей и охватываемых винтовых поверхностей, имеющих в нормальном сечении треугольный, трапецеидальный или иной профиль;
Кроме того, к соединениям относят зубчатые цилиндрические, конические, винтовые, реечные и червячные передачи. В них взаимодействующие элементы сложных поверхностей (поверхности зубьев колес, имеющих эвольвентный, циклоидальный или другой профиль) периодически контактируют друг с другом.
По степени свободы взаимного перемещения деталей различают:
· неподвижные неразъемные соединения,
· неподвижные разъемные соединения,
· подвижные соединения,
В неподвижных неразъемных соединениях сопрягаемые детали не перемещаются относительно друг друга в течение всего срока эксплуатации механизма. Такие соединения деталей получают сваркой, пайкой, склеиванием, соединением заклепками, а также применяя соединения с гарантированным натягом.
Неподвижные разъемные соединения характеризуются неподвижностью одной сопрягаемой детали относительно другой в период работы механизма. Однако при этом предусматривается возможность взаимного перемещения деталей при разборке соединения с целью регулировки, ремонта и т.д. К таким соединениям относятся, например, крепежные резьбовые соединения, штифтовые соединения и т.д. Для достижения таких целей применяют соединения с небольшим натягом или с гарантированным зазором. При необходимости неподвижность таких соединений обеспечивается дополнительными конструктивными элементами (стопорные кольца, штифты, шплинты и др.)
В подвижных соединениях одна сопрягаемая деталь во время работы механизма перемещается относительно другой в определенных направлениях. Например, в шлицевых соединениях полумуфты с валом полумуфта подвижна в осевом направлении. В подшипнике скольжения вал вращается в отверстии втулки, а в винтовой передаче винт может перемещаться в продольном направлении при вращении его в неподвижной гайке.
В каждый из рассмотренных видов соединений может входить множество разновидностей, имеющих свои конструктивные особенности и свою область применения (например, прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения), в соответствии с которыми осуществляют их группирование. Для кинематических пар применяются зубчатые, червячные и винтовые соединения, основное требование к которым – высокая точность взаимного перемещения сопрягаемых деталей. Для обеспечения герметичности применяются конические гладкие и конические резьбовые соединения, основное требование к которым – максимально полное прилегание сопрягаемых поверхностей.
Для центрирования деталей применяют цилиндрические и конические соединения, основное требование к которым – точность взаимного расположения поверхностей и осей сопрягаемых деталей. Для обеспечения движения в заданном направлении применяют цилиндрические, шлицевые, призматические направляющие основное требование к которым – точность взаимного расположения поверхностей и осей сопрягаемых деталей при их перемещении и остановках.
Сохранение постоянства высоких эксплутационных качеств соединений в процессе длительной работы, простота изготовления, сборки, измерения и эксплуатации являются общими требованиями для всех соединений.
В зависимости от различных эксплутационных требований сборка соединений осуществляется с различными посадками.
Посадка – характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки.
Номинальный размер посадки – номинальный размер, общий для отверстия и вала, составляющих соединение.
Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительно перемещения или степень сопротивления взаимному смещению соединяемых деталей. Вид посадки определяется взаимным расположением полей допусков отверстия и вала и их размерами.
Посадка с зазором – посадка, реализация которой всегда приводит к образованию зазора в соединении, т.е. наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему.
Зазор (S) – разность между размерами отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала (рис.).
Рис. Графическая интерпретация понятия «зазор»
При графическом изображении посадки с зазором поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис.1.17 а, б). Различают наименьший S min и наибольший S max зазоры.
Рис. 1. Графическая интерпретация понятия «зазор»
При графическом изображении посадки с зазором поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис.2 а, б). Различают наименьший S min и наибольший S max зазоры
Наименьший зазор – разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала в посадке с зазором.
S min = D min – d max
Наибольший зазор – разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала в посадке с зазором или в переходной посадке. S max = D max – d min.
Рис. 2. Примеры расположение полей допусков посадок с зазором
Иногда, для количественной характеристики посадки прибегают к расчету среднего зазора (Sm) (рис. 3)
Рис. 3. Графическая интерпретация максимального (S max)
минимального (S min) и среднего (Sm) зазоров
Натяг (N) – разность между размерами вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия (рис. 4).
Рис. 4. Графическая интерпретация понятия «Натяг»
Посадка с натягом – посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т.е. наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала. При ее графическом изображении поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рис.5).
Наименьший натяг – разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом. N min = d min – D max.
Наибольший натяг – разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом или в переходной посадке. N max = d max – D min.
Рис. 5. Расположение полей допусков посадок с натягом
Средний натяг Nm равен полусумме наибольшего и наименьшего натягов (рис.).
Рис. 6. Графическая интерпретация максимального (N max),
минимального (N min) и среднего (Nm) зазоров
Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга в соединении в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или (рис.).
Рис. Графическая интерпретация переходной посадки
Переходная посадка представляет собой характеристику партии сопряжений с большей или меньшей вероятностью зазоров и натягов. В конкретном сопряжении двух деталей может быть либо зазор, либо натяг.
В связи с имеющим место рассеиванием размеров сопрягаемых валов и отверстий введем понятие допуск посадки, как сумму допусков отверстия и вала, составляющих соединение. Допуск посадки численно равен разности наибольшего и наименьшего зазоров (натягов) в посадках. T = TD + Td