Выбор посадок в сопряжениях деталей

Размещено на http://allbest.ru

Расчет и выбор посадок в сопряжениях деталей

1. Расчет посадки подшипников скольжения, работающих со смазочным материалом

Наиболее распространенным типом ответственных подвижных соединений являются подшипники скольжения, работающие со смазочным материалом. Для обеспечения наибольшей долговечности таких соединений необходимо, чтобы при работе в установившемся режиме износ подшипников был минимальным. Это достигается применением жидкостной смазки, когда поверхности цапфы и вкладыша подшипника полностью разделены слоем смазочного материала. Наибольшее распространение имеют гидродинамические подшипники, в которых смазочный материал увлекается вращающейся цапфой в постепенно сужающийся (клиновый) зазор между цапфой и вкладышем подшипника, в результате чего возникает гидродинамическое давление, превышающее нагрузку на опору и стремящееся расклинить поверхности цапфы и вкладыша. При этом вал отделяется от поверхности вкладыша и смещается по направлению вращения. При определенной частоте вращения вала (остальные факторы считаются постоянными) создается равновесие гидродинамического давления и сил, действующих на опору. Положение вала в состоянии равновесия определяется абсолютным е и относительным Х=2е/S эксцентриситетами. Поверхности цапфы и вкладыша подшипника при этом разделены переменным зазором, равным h_min, в месте их наибольшего сближения и h_max = S - h_min на диаметрально противоположной стороне. Наименьшая толщина масляного слоя связана с относительным эксцентриситетом е зависимостью:

.(5)

Для обеспечения жидкостной смазки необходимо, чтобы микронеровности цапфы и вкладыша подшипника не зацеплялись, т.е. чтобы масляный слой не имел разрывов. Это возможно при толщине масляного слоя в самом узком месте, равном

,(6)

где h_мс - толщина масляного слоя, при котором обесценивается роль жидкостной смазки в узле трения (иногда толщину h_мс называют критической и обозначают h_кр);

- высота неровностей вкладыша подшипника и цапфы вала;

- поправки, учитывающие влияние погрешностей (формы и расположения поверхностей цапфы и вкладыша);

- поправка, учитывающая влияние изгиба вала и других деформаций деталей подшипникового узла;

- добавка, учитывающая отклонения нагрузки, скорости, температуры от расчетных, а также механические включения в масле и другие неучтенные факторы.

Для выбора оптимальных посадок необходимо знать зависимость толщины масляного слоя в месте наибольшего сближения цапфы и вкладыша подшипника от зазора S. Гюмбелем получена соответствующая зависимость h_min =f(S) при постоянных значениях отношения l/d и угла охвата подшипника, показанная на рис. 8 (здесь l - длина цапфы, d - диаметр вала).

Рис. 8. Зависимость наименьшей толщины масляного слоя h_min от диаметрального зазора S

Посадку Н5/h4 (S_min = 0, S_max = TD+Td) назначают для пар с точным центрированием и направлением, в которых допускается проворачивание и продольное перемещение деталей при регулировании. Эту посадку можно использовать вместо переходных посадок (в том числе для сменных частей). Для вращающихся деталей ее применяют только при малых скоростях и нагрузках в сопряжениях или узлах.

Посадку Н6/h5 назначают при высоких требованиях к точности центрирования (например, при установке пиноли в корпусе задней бабки токарного станка, измерительных зубчатых колес на шпинделях зубоизмерительных приборов); посадку Н7/h6 (предпочтительную) - при менее жестких требованиях к точности центрирования (например, при установке сменных зубчатых колес в станках, корпусов под подшипники качения в станках, автомобилях и других машинах, поршня в цилиндре пневматических инструментов, сменных втулок кондукторов и т.п.).

Посадку Н8/h7 (предпочтительную) назначают для центрирующих поверхностей, когда можно расширить допуски на изготовление деталей при несколько пониженных требованиях к их соосности.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) допускает в сопряжениях деталей применение посадок типа Н/h, образованных из полей допусков квалитетов 9-12 в случае соединения их при низких требованиях к точности центрирования (например, для посадки шкивов, зубчатых колес, муфт и других деталей на вал с креплением шпонкой при передаче вращательного движения, при невысоких требованиях к точности механизма в целом и небольших нагрузках).

Посадки Н5/g4, Н6/g5 и Н7/g6 (последняя предпочтительная) имеют наименьший гарантированный зазор из всех посадок с зазором. Их применяют для точных подвижных соединений, требующих гарантированного, но небольшого зазора для обеспечения точного центрирования (например, золотника в пневматической сверлительной машине, шпинделя в опорах делительной головки, в плунжерных парах и т.п.).

Из всех подвижных посадок наиболее распространены Н7/f7 (предпочтительная), Н8/f - и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 6, 8 и 9. Например, посадку H7/f7 применяют в подшипниках скольжения малых и средних по мощности электродвигателей, поршневых компрессорах, в коробках скоростей станков, центробежных насосах, в двигателях внутреннего сгорания и других машинах.

Посадки Н7/е8, Н8/е8 (предпочтительные), Н7/е7 и посадки, подобные им, образованные из полей допусков квалитетов 8 и 9, обеспечивают легкоподвижное соединение деталей при жидкостной смазке. Их применяют для быстровращающихся валов больших тяжелонагруженных машин. Например, первые две посадки применяют для валов турбогенераторов и электромоторов, работающих с большими нагрузками. Посадку Н9/е9 применяют для крупных подшипников в тяжелом машиностроении, например, для свободно вращающихся на валах зубчатых колес и других деталей, включаемых муфтами сцепления, для центрирования крышек цилиндров.

Посадки Н8/d9, H9/d9 (предпочтительные) и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 7, 10 и 11, применяют сравнительно редко. Например, посадку Н7/d8 применяют при большой частоте вращения и относительно малом давлении в крупных подшипниках, а также в сопряжении поршень - цилиндр в компрессорах, посадку Н9/d9 - при невысокой точности механизмов.

Посадки H7/с8 и Н8/с9 характеризуются значительными гарантированными зазорами, поэтому их используют для соединений с невысокими требованиями к точности центрирования. Наиболее часто эти посадки назначают для подшипников скольжения (с различными температурными коэффициентами линейного расширения материалов вала и втулки), работающих при повышенных температурах (в паровых и газовых турбинах, двигателях, турбокомпрессорах, турбовозах и других машинах, в которых при работе зазоры значительно уменьшаются вследствие того, что вал нагревается и расширяется больше, чем вкладыш подшипника).

Переходные посадки типа Н/j_s, Н/k, Н/m, Н/n с разными квалитетами точности используют в неподвижных разъемных соединениях для центрирования сменных деталей или деталей, которые при необходимости могут передвигаться вдоль вала. Эти посадки характеризуются малыми зазорами и натягами, что, как правило, позволяет собирать детали при небольших усилиях (вручную или с помощью молотка). Для гарантии неподвижности одной детали относительно другой соединения дополнительно крепят шпонками, стопорными винтами и другими крепежными средствами.

Переходные посадки предусмотрены только в квалитетах 4-8. Точность вала в этих посадках должна быть на один квалитет выше точности отверстия.

Посадки типа Н/n характеризуются наибольшими средними натягами из всех переходных посадок. Их назначают для соединений, передающих значительные силы, при наличии ударов и вибрации, а также для тонкостенных втулок, не позволяющих применять крепежные детали. Соединения собирают с помощью пресса. Эти посадки назначают преимущественно для соединений, разбираемых только при капитальном ремонте изделия.

Посадки типа Н/m характеризуются меньшими средними натягами, чем посадки типа Н/n, но для разъема соединений с этими посадками необходимы значительные усилия, поэтому их назначают при высоких статических или небольших динамических нагрузках, когда разборка-сборка соединения производится редко.

Посадки типа Н/k характеризуются средними зазорами, близкими к нулю, что обеспечивает хорошее центрирование. Их назначают, например, для шпоночных соединений, применяемых для крепления на валах шкивов, зубчатых колес, муфт сцепления.

Посадки типа Н/j_s дают в соединении преимущественно зазор. Их применяют для часто разбираемых соединений, а также в случаях, когда сборка узла затруднена. Иногда эти посадки применяют вместо посадок типа Н/h с целью повышения точности центрирования, а также когда при пониженной точности изготовления соединяемых деталей необходимо получить такую же точность центрирования в сопряжении. На практике эти посадки используют редко, в основном в ремонтном производстве.

Посадки с натягом предназначены в основном для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей. Иногда для повышения надежности соединения при передаче больших мощностей дополнительно используют шпонки, штифты и другие средства крепления, как, например, при креплении маховика на коническом конце коленчатого вала двигателя. Относительная неподвижность деталей обеспечивается силами сцепления (трения), возникающими на контактирующих поверхностях деталей вследствие их деформации, создаваемой натягом при сборке соединения. Благодаря надежности и простоте конструкции деталей и сборки соединений эти посадки применяют во всех отраслях машиностроения (например, при сборке осей с колесами на железнодорожном транспорте, венцов со ступицами червячных колес, втулок с валами, составных коленчатых валов, вкладышей подшипников скольжения с корпусами и т. д.).

Для заданных материалов и размеров соединяемых деталей величина натяга зависит от давления р_min, которое определяют из условия обеспечения неподвижности соединяемых деталей при эксплуатации, т. е. из условия прочности соединения. Относительного смещения деталей в соединении при нагружении осевой силой Р не произойдет, если расчетное усилие равно или меньше возникающих на поверхности сил трения, т.е. при условии, что

; откуда ,(7)

где l - длина соединения;

f₁ - коэффициент трения (сцепления) при продольном смещении деталей;

рDl - номинальная площадь контакта сопрягаемых деталей.

Фактическая площадь контакта зависит от натяга, физико- механических свойств материалов сопрягаемых деталей и других факторов.

При нагружении соединения крутящим моментом это условие имеет вид

; откуда , (8)

где f₂ - коэффициент трения (сцепления) при относительном вращении деталей;

D - диаметр сопряжения.

Наиболее часто используют посадки типа Н/р, N/s, H/r 5 - 9 квалитетов точности. При этом необходимый натяг создают либо способом запрессовки одной детали в другую, либо охлаждением охватываемой детали и нагрева охватывающей.

2. Взаимозаменяемость, методы и средства контроля зубчатых передач и резьбовых соединений

По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отчетные, скоростные, силовые и общего назначения. К отчетным относят зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счетно-решающих механизмов и т. п. В большинстве случаев колеса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчетных передач является высокая кинематическая точность, т. е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес передачи. Для реверсивных отчетных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолетов и др. Окружные скорости зубчатых колес таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (более 40 кВт). Их основной эксплуатационный показатель - плавность работы, т. е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибрации, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжелонагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота бокового контакта зубьев. Колеса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т. п.

К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестеренных клетей прокатных станов, подьемно-транспортных механизмов и др.). Колеса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точностное требование к ним - обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т. е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

Зубчатые передачи общего назначения применяют в автомобильной, тракторной промышленности и сельхозмашиностроении. К ним предъявляются требования кинематической точности и контактной прочности в зависимости от условий эксплуатации.

Точность зубчатого зацепления (передачи) характеризуется следующими показателями: кинематической погрешностью, суммарным пятном контакта и плавностью работы.

Кинематическая погрешность передачи - разность между действительными и номинальными углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи.

Допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса следует определять как сумму допуска на накопленную погрешность шага колеса в зависимости от степени по нормам кинематической точности и допуска на погрешность профиля зуба, назначаемого конструктором в зависимости от степени точности по нормам плавности.

Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (следы надиров или краски) в собранной передаче после вращения под нагрузкой, устанавливаемой конструктором расчетным путем или в процессе проектирования передачи. Пятно контакта определяется относительными размерами (в процентах) по длине зуба - отношением расстояний «а» между крайними точками следов прилегания зубьев за вычетом разрывов к ширине зуба.

Плавность работы передачи определяется параметрами погрешностей, которые многократно циклически проявляются за оборот зубчатого колеса. Аналитически кинематическую погрешность зубчатой передачи можно представить в виде спектра всех ее составляющих, амплитуда и частота которых зависят от вида и характера составляющих погрешностей.

В машино- и приборостроении установлено 12 степеней точности зубчатых колес (передач): 1, 2, 3, ..., 12 (точность уменьшается с увеличением степени). Наиболее распространенными в машиностроении являются 6 - 10 степени точности, в приборостроении 4 - 6.

В технической документации точность изготовления зубчатых колес и передач задают степенью точности, учитывая вид сопряжения по нормам бокового зазора. Например, степень точности 8-Х означает, что все показатели точности соответствуют 8 степени точности, а зазор между боковыми поверхностями зубьев определяется посадкой Х. Степень точности 7-8-8-Х означает, что кинематическая точность должна соответствовать 7-й степени, а суммарное пятно контакта и плавность работы передачи - 8-й степени при зазоре боковых поверхностей зубьев Х.

Для контроля зубчатых колес и передач используют различные приборы и устройства. Наибольшее распространение получили эвольвентометры, шагомеры, зубомерные микрометры.

Резьбовые соединения широко распространены в машиностроении (в большинстве современных машин свыше 60 % всех деталей имеют резьбы или соединяются при помощи резьбовых изделий). По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определенного механизма. К первой группе относятся резьбы:

а) крепежные (метрическая, дюймовая), применяемые для разъемного соединения деталей машин; основное их назначение - обеспечение прочности соединений и сохранение плотности (нераскрытия) стыка в процессе длительной эксплуатации;

б) кинематические (трапецеидальная и прямоугольная), применяемые для ходовых винтов, винтов суппортов станка и столов измерительных приборов и т. п.; основное их назначение - обеспечение точного перемещения при наименьшем трении.

в) упорная резьба для преобразования вращательного движения в прямолинейное в прессах и домкратах; основное ее назначение - обеспечение плавности вращения и высокой нагрузочной способности в паре «винт - гайка» (для точных микрометрических пар применяют метрическую резьбу повышенной точности);

г) трубные и арматурные (трубные цилиндрическая и коническая, метрическая, коническая), применяемые для трубопроводов и арматуры; основное их назначение - обеспечение герметичности соединений.

Эксплуатационные требования к резьбе зависят от назначения резьбовых соединений. Общими для всех резьб являются требования долговечности и свинчиваемости без подгонки независимо от места изготовления резьбовых деталей при сохранении эксплуатационных качеств соединений.

Наибольшее распространение получили метрические цилиндрические резьбы, параметры которых следующие (рис. 9):

d₂ - средний диаметр болта;

D₂ - средний диаметр гайки;

d - наружный диаметр болта;

D - наружный диаметр гайки;

d₁ - внутренний диаметр резьбы болта;

D₁ - внутренний диаметр резьбы гайки;

Н - высота исходного треугольника резьбы;

Р - шаг резьбы.

Для многозаходной резьбы существует следующая зависимость:

Р_п = Р, п,(9)

где Р_п - ход резьбы;

п - число заходов резьбы;

Р - шаг профиля резьбы.

Для резьбовых соединений установлены различные посадки, сочетание которых обычно обеспечивает зазор между профилями резьбы.

Установлены степени точности резьбовых соединений: 3, 4, 10. Они назначаются в зависимости от условий эксплуатации резьбового соединения и практических рекомендаций.

Рис. 9. Схема резьбового соединения

Контроль резьб может быть дифференцируемым или комплексным. Дифференцируемый контроль применяют, когда допуски даны отдельно на каждый параметр резьбы. Этот метод очень трудоемкий и используется для контроля точных резьб. Наиболее часто применяют комплексный метод контроля резьбы, осуществляемый с помощью резьбовых калибров: пробок и скоб.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

посадка подшипник передача

1. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1987. - 344 с.

2. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 320 с.

3. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 420 с.

4. Тищенко О.Ф. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1977. - 235 с.

5. Зябрева Н.Н., Шегал М.Я. Пособие к решению задач по курсу ВСТИ. - М.: Высшая школа, 1977. - 108 с.

6. Суслов А.Г. Технические измерения и качество машин // Станки и инструмент, 1998. - №10. - С. 17 - 20.

7. Суслов А.Г., Корсакова И.М. Назначение и обозначение параметров шероховатости поверхностей деталей машин: Учебное пособие. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2006. - 71 с.

8. Бутенко В.И. Конспект лекций по метрологии и стандартизации. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 91 с.

Размещено на Allbest.ru