Соединение деталей с натягом (прессовые соединения)

Соединение деталей с натягом

(прессовые соединения)

1.  Общие сведения

Для рассматриваемого типа соединений относительная неподвижность сопрягаемых деталей (прочность связи) при передаче нагрузки обеспечивается силами трения, обусловленными сборкой деталей соединения с натягом. Натягом  называют положительную разность размеров охватываемой 1 и охватывающей 2 деталей, т.е.  (рис. 1). Принято охватываемую деталь называть валом, а охватывающую – отверстием.

Рис. 1. Схема к определению натяга посадки N

При сборке деталей с натягом вследствие упругих деформаций диаметр dпосадочных поверхностей становится общим (рис. 2). Натяг деталей вызывает появление на посадочных поверхностях давления , а при приложении к деталям соединения внешней нагрузки – сил трения, пропорциональных этому давлению.

Основными достоинствами соединений с натягом являются: простота конструкции соединения, хорошее центрирование деталей (например, при установке зубчатых колес на вал), отсутствие люфтов (дает возможность использовать соединения с натягом для динамически нагруженных систем, в том числе для передачи реверсивной нагрузки), не требует специальной осевой фиксации устанавливаемых на вал деталей.

Рис. 2. Соединение деталей по посадке с натягом

Основные недостатки: относительная сложность сборки (требуется специальное сборочное оборудование), большое рассеяние сил сцепления, обусловленное, с одной стороны, рассеянием действительных посадочных размеров сопрягаемых деталей в пределах допусков на размер, а с другой – рассеянием реализуемых коэффициентов трения, возможность ослабления натяга, наличие больших сборочных напряжений в деталях соединения, высокий уровень концентрации напряжений, повреждение посадочных поверхностей при сборке.

2.  Характеристика применяемых посадок

Основная задача расчета соединений с натягом состоит в выборе посадки, обеспечивающей требуемый натяг в деталях соединения. Наиболее широкое применение находят следующие посадки (в порядке возрастания натяга):     

Численное значение натяга при выбранной посадке находят на основе рассмотрения полей допусков размеров отверстия и вала (рис. 3).

Отметим, что каждой посадке с натягом (ГОСТ 25347-82) соответствует множество возможных значений натягов  ,  лежащих в пределах от  (минимально возможный натяг) до  (максимально возможный натяг), т.е. – случайная величина.

Рис. 3. Поля допусков отверстия (T_D) и вала (T_d)

В системе отверстия предельные натяги ( и ) определяются  отклонениями размеров отверстий и валов:

где  и  - верхнее отклонение размеров отверстия и вала,  и - их нижние отклонения. В системе отверстия .

Численные значения отклонений размеров отверстия  и вала  от номинальных зависят от выбранного уровня точности – квалитетов, с цифровыми обозначениями: 0, 1, 2…17 (в порядке понижения точности).

В пределах полей допусков размеры отверстия и вала распределяются по закону, близкому к распределению Гаусса. В соответствии с этим  натяг посадки – случайная величина также с нормальным распределением.

Отмеченное обстоятельство позволяет при оценке работоспособности соединения вести расчет с вероятностных позиций. Суть этих расчетов состоит в том, что определяется интервал, в пределах которого с заданной вероятностью  находится действительное значение  натяга посадки, т.е. .

При нормальном законе распределения отклонений размеров отверстия и вала от номинальных вероятностное значение натяга  определяется следующей зависимостью:

                                                                        (1)

где знаки «-» и «+» относятся соответственно к минимальному и максимальному натягам, среднее значение натяга  допуски на размеры отверстия и вала

Численное значение коэффициента  принимается в зависимости от принятой вероятности  того, что фактическое значение натяга располагается в пределах :

В качестве иллюстрации в табл. 1 приведены значения  (числитель) и  (знаменатель) для наиболее распространенных посадок с натягом при вероятности .

Из приведенной таблицы, в частности, следует, что даже при вероятности  (только 14 возможных значения натягов из 10000 не укладываются в доверительный интервал ) наблюдается заметное сужение интервала вероятных натягов () по сравнению с табличными (неусеченными) значениями (). Так, например, для посадки ¯63 табличные значения (ГОСТ 25347-82) предельных натягов:    в то время как с вероятностных позиций при  т.е. минимальное значение натяга изменилось более, чем в 1,6 раза, что, как будет показано ниже (см. пример 1), может существенно сказаться на оценке работоспособности соединения.

Таблица 1

Значения (числитель) и  (знаменатель) для цилиндрических посадок с натягом ()