размеры: отверстия + 30 мкм; вала - нижний + 43 мкм, верхний +62 мкм. Коэффициент трения / = 0,1.

Номинальные натяги: максимальный 62 - О = 62 мкм, минимальный 43 - 30 = = 13 мкм. При коэффициенте смятия микронеровностей 0,5 поправка иа смятие 6,4 мкм. Фактический максимальный натяг равен 62 - 6,4 = 55,6 мкм, минимальный 13 - 6,4 = = 6,6 мкм. Для вероятностного расчета примем z=0,6 (процент риска 0,517). Величина 0,5(1 -z) = 0,2. Вероятностные отклонения размеров: отверстия - минимальное О + 30-0,2 = = 6 мкм, максимальное 30 - 30-0,2 =24 мкм; вала - максимальное 62 - 19 - 0,2 = 58,2 мкм, минимальное 43 + 19 0,2 = 39,2 мкм. Вероятностные натяги: максимальный 58,2 - 6 = = 52,2 мкм; минимальный 39,2 - 24 = 15,2 мкм. С поправкой на смятие микронеровностей максимальный натяг 52,2 - 6,4 = 45,8 мкм; минимальный 15,2 - 6,4 = 8,6 мкм. Результаты расчета приведены в табл. 7.

7. Параметры соединения с натягом

Расчет по вероятностной методике приводит к более благоприятным показателям, которые вместе с тем ближе к истинным параметрам фактически получаемых соединений.

Закономерность нормального распределения справедлива в области большого числа явлений и, следовательно, действительна в условиях массового производства и притом при обработке по настроенным операциям. В единичном и мелкосерийном производстве наблюдаются значительные отклонения от этой закономерности: во-первых, в силу малого числа явлений, а во-вторых, в силу особенностей процесса обработки. При индивидуальной

Рнс. 533. Кривые распределении со см центром группирования

обработке оператор невольно придерживается нижнего предела допуска для отверстия и верхнего предела для вала, ориентируясь на непроходную сторону калибров. Вследствие этого размеры отверстия в среднем получаются более близкими к миниму-м у (номиналу), а размеры вала - к максимуму (верхнему пределу допуска). Центры группирования на кривых распределения смещаются (рис. 533), и вероятность получения максимальных натягов возрастает.

Асимметрия распределения размеров периодически наступает и в массовом производстве при обработке по настроенньЕМ операциям. По мере износа режущего инструмента размеры отверстий становятся все ближе к минимуму, а размеры вала - к максимуму. Периодичность явления зависит от частоты перенастройки операций и отсутствует только при автоматической подналадке. Установить в общей форме закономерности изменения рассеивания затруднительно.

Следует отметить, что вероятностный расчет дает средние цифры ожидаемого распределения размеров за длительный промежуток времени для больших партий изделий. Не исключается возможность временного увеличения маловероятных сочетаний размеров, результатом чего будет появление относительно больших партий дефектных соединений, хотя средний уровень риска, отнесенный к очень большим партиям, останется в пределах расчетного.

Правильнее при конструировании соединений с натягом соблюдать в узких пределах натяг, обеспечивающий работоспособность соединения и вместе с тем не вызывающий высоких напряжений в охватывающей и охватываемой деталях. При существующих системах посадок с натягом с рекомендуемыми квалитетами это нетрудно обеспечить.

Как правило, целесообразно применять предпочтительные посадки по 6-му и 7-му квалитету.

ТЕПЛОВАЯ СБОРКА

Сила запрессовки может быть значительной, особенно при больших натягах и размерах посадочных поверхностей. Она последовательно возрастает по мере продвижения запрессовываемой детали в отверстие и достигает максимума к концу прессования. Максимальную силу запрессовки можно определить по формуле (113).

Найдем силу, необходимую для запрессовки массивного стального вала (о, = 0) диаметром

= 100 мм в чугунную ступицу длиной I = = 150 мм и наружным диаметром = = 165 мм (2 = 0,6) при посадке H7/s6 (А = = 93 мкм).

По диаграмме на рис. 526 для о, = О и 02 = = 0,6 величина = 0,39. Давление

8 10*-93

0,39-ттг:т:г= 29 МПа.

d 1000-100

Максимальная сила запрессовки Р = kindf = = 29-150я100-0,1 = 135 кН.

В целях облегчения запрессовки применяют тепловую сборку: нагрев охватывающей или охлаждение охватываемой детали, а также то и другое вместе. При запрессовке в крупные корпусные детали практически применим только метод охлаждения охватываемой детали.

Тепловая сборка существенно (в среднем в 1,2 - 1,5 раза) увеличивает несущую способность соединений с натягом. Это объясняется тем, что при сборке под прессом микронеровности сминаются, в то время как при тепловой сборке они, смыкаясь, заходят друг в друга, что повышает коэффициент трения и прочность сцепления. Следовательно, в неразборных соединениях можно снизить натяг, необходимый для передачи заданного крутящего момента, с соответствующим уменьшением напряжений в охватьшающей и охватываемой деталях.

Если же соединение в дальнейшем подвергается переборкам с применением пресса, натяг следует, независимо от вида первоначальной сборки, назначить исходя из обычных значений коэффициента трения.

При достаточно высоком нагреве охватывающей детали (или глубоком охлаждении охватываемой) можно получить нулевой натяг или обеспечить зазор при сборке соединения. Это исключает опасность перекоса соединяемых деталей и допускает сборку деталей в произвольном угловом положении относительно друг друга.

Температура нагрева охватьшающей детали, необходимая для получения зазора h в соединении.

A + h

lo-"

где Д - максимальный натяг в соединении; d - диаметр соединения; а2 - коэффициент линейного расширения материала охватывающей детали.

Для случая охлаждения охватываемой детали

ДЧ-й

-t = -.--tn

(130)

где а, - коэффициент линейного расширения материала охвать[ваемой детали при минусовых температурах. Для охлаждения применяют твердую углекислоту (температура испарения-80 °С); при более глубоком охлаждении-жидкий кислород (-183°С), азот (-196°С) и в отдельных случаях водород (-252 "С).

Следует учитывать, что нагретые детали остывают при их переносе из печи и установке под пресс. Во время запрессовки температура нагретой ступицы быстро падает в результате соприкосновения с холодным валом. Поэтому расчетные температуры нагрева надо повысить на величину, зависящую от времени переноса детати и быстроты операций запрессовки (в среднем 30-50°С).

Температуру охлаждения следует назначать с учетом нагрева детали при переносе и запрессовке.

Температуру охлаждения можно регулировать продолжительностью выдержки в охлаждающей среде или (способ более технологичный) продолжительностью нагрева.

Пример. Соединение с натягом диаметром Н7

100 мм; посадка-(максимальный натяг 73 мкм);

вал и ступица стальные. Определить температуру нагрева ступицы, необходимую для получения при запрессовке нулевого натяга (А = 0) и зазора Л = = 50 мкм.

Коэффициент линейного расширения стали в интервале 0-100°С а« 12-10* 1/°С. Принимая температуру сборки to = 20 "С, получаем

А 73

t = -г- + t„= .. , -Ь 20 = 80°С.

10da.

10-100-12-10-*

С учетом охлаждения детали при переносе (At = 30"С) f = 110С.

Для получения зазора 50 мкм необходим нагрев до температуры

73-ь50

lO-100-12-10-

-Ь20° = 120°С.

С учетом охлаждения прн переносе i = 150°С Определим температуру t" охлаждения вала, необходимую для получения нулевого натяга.

СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

Коэффициент линейного расширения стали в интервале от О до -200°С равен ~8-101/°С. Температура охлаждения вала

- f =

10-100-8-10-

-20°--72 °С.

С учетом нагрева t= -102 °С. Для получения зазора 50 мкм необходимо охлаждение до температуры

t =-

73 + 50

-20°= -134°С.

10-100-8-10" С учетом нагрева t= -164 "С

СОВДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЬГГИЯМИ

Несущую способность соединений с натягом можно значительно повысить нанесением гальванических покрытий на посадочные поверхности. На рис. 534 показаны результаты сравнительного испытания соединений с натягом. На посадочные поверхности наносили гальванические покрытия толщиной 0,01-0,02 мм. Соединения собира-хи двумя способами: под гидравлическим прессом (зачерненные колонки) и с охлаждением вала в жидком азоте (заштрихованные колонки). В последнем случае между соединяемыми поверхностями при сборке образовывался зазор ~ 0,05 мм "на сторону. За единицу сравнения принята сила сдвига для контратьного соединения без покрытия, собранного под прессом (без охлаждения вала).

Как видно из графика, нанесение покрытий в 2 - 4,5 раза увеличивает силу сдвига. Несущая способность соединений, собранных с ох-

Р/Ро

Cd Си Zn Ni Cr

Рис. 534. Несущая способность соединений с натягом с гальваническим покрытием

лаждением вала, превышает прочность сборки под прессом: в 2 раза для соединений без покрытия и в 1,2-1,3 раза для соединений с мягкими покрытиями (Cd, Си, Zn). Для соединений с твердыми покрытиями (Ni, Сг) несущая способность при сборке с охлаждением ниже, чем при сборке под прессом.

Увеличение сцепления при гальванических покрытиях, по-видимому, обусловлено происходящей при повышенных давлениях взаимной диффузией атомов покрытия и основного металла, сопровождающейся образованием промежуточных структур (холодное спаивай и е). Этим и объясняются высокие, приближающиеся к единице значения коэффициента трения в подобных соединениях (правая ордината диаграммы). Понятие коэффициента трения в его обычной механической трактовке в этих условиях утрачивает смысл; коэффициент трения здесь отражает не столько сопротивление перемещению поверхностей относительно друг друга, сколько сопротивление сдвигу промежуточного слоя металла.

Пониженная прочность соединений, собранных под прессом, объясняется тем, что при запрессовке сминаются и срезаются гребешки микронеровностей. При сборке с охлаждением гребешки не повреждаются и после нагрева заходят в углубления микропрофиля, повышая прочность сцепления.

При распрессоике соединений с мягкими покрытиями поверхности деталей не повреждаются; при распрессовке соединений с твердыми покрытиями наблюдаются задиры, царапины и глубокие вырывы основного металла, иногда на значительных участках контактных поверхностей, вследствие чего повторная сборка соединения затрудняется, а часто даже становится невозможной. Кроме того, твердые гальванические покрытия снижают сопротивление усталости соединения.

Применение мягких покрытий и сборка с охлаждением вала повышают несущую способность соединений в 3-4 раза по сравнению с соединениями без покрытий, собираемыми под прессом. Следовательно, при заданной несущей способности появляется возможность применять меньшие натяги с соответственным уменьшением растягивающих напряжений в охватывающей детали и напряжений сжатия в охватываемой. Кроме того, гальванические покрытия предохраняют контактные поверхности от коррозии и предотвращают сваривание.

Несущую способность соединений с натягом можно повысить также металлизацией и термодиффузионным насыщением (например, горячим цинкованием), которое в отличие от гальванических покрытий не вызывает водо-