В конструкциях машин неподвижные неразъемные соединения имеют широкое применение. Разборка этих соединений обычно связана с нарушением состояния сопрягаемых поверхностей, а нередко и с порчей одной или нескольких деталей сборочной единицы. Лишь некоторые виды из них, так называемые условно неразъемные, могут быть разобраны, но число разборок строго ограничивается.
Конструктивных разновидностей неподвижных неразъемных соединений чрезвычайно много. Большинство из них может быть отнесено к одной из трех групп:
¨ соединения с силовым замыканием, относительная неподвижность деталей в которых обеспечивается механическими силами, возникающими в результате пластических деформаций;
¨ соединения с геометрическим замыканием, осуществляемым благодаря форме сопрягаемых деталей;
¨ соединения, в основе которых лежат молекулярные силы: сцепления или адгезия (рисунок 23).
Рис. 23 Примеры соединений, осуществляемых способом пластической деформации.
К наиболее распространенным в машиностроении относятся соединения с гарантированным натягом, сварные, паяные, склеиваемые и заклепочные. По способу получения нормальных напряжений на сопрягаемых поверхностях соединения с гарантированным натягом условно делят на поперечно-прессовые и продольно-прессовые.
В поперечно-прессовых соединениях сближение сопрягаемых поверхностей происходит радиально или нормально к поверхности; такие соединения осуществляют одним из следующих способов:
¨ нагреванием охватывающей детали перед сборкой;
¨ охлаждением охватываемой детали;
¨ путем пластической деформации (например, развальцовки);
¨ приданием упругости охватываемой детали.
При продольно-прессовом соединении охватываемая деталь под действием прикладываемых вдоль оси сил запрессовывается в охватываемую с натягом, в результате чего возникают силы трения, обеспечивающие относительную неподвижность деталей.
Сборку с нагревом охватывающей детали осуществляют чаще всего в тех случаях, когда в соединении предусмотрены конструкцией значительные натяги. При тепловых посадках создаются натяги, средняя величина которых примерно в 2 раза больше натягов при обычных посадках.
Нагрев применяют при сборке тяжело нагруженных соединений, требующих высокой прочности, а также когда охватывающая деталь выполнена из материала, имеющего высокий коэффициент линейного расширения, а соединение подвергается в машине воздействию повышенных температур. Если такое соединение собрать без нагрева, то в процессе эксплуатации прочность его, очевидно, значительно снизится. Нередко нагрев деталей применяют и при сравнительно небольших натягах. Тогда это облегчает процесс сборки и способствует сохранению качества поверхностей сопрягаемых деталей.
В одних и тех же условиях прочность тепловых посадок при передаче крутящего момента в 2—3 раза больше прочности обычных посадок.
Объясняется это тем, что при тепловых посадках микронеровности сопрягаемых поверхностей не сглаживаются, как при холодной запрессовке, а как бы сцепляются друг с другом. Время на запрессовку крупногабаритных деталей с нагревом или охлаждением сокращается в 2—4 раза. Кроме того, часто упрощается и удешевляется сборочное оборудование, ибо отпадает надобность в тяжелых прессах. Пластическую деформацию используют
при сборке соединений, натяг в которых создается радиальным расширением охватываемой или сжатием охватывающей детали.
Основное назначение соединений, получаемых таким способом, — обеспечить неподвижность и герметичность от проникновения газов или жидкостей. Они относятся к числу редко демонтируемых, так как их разборка во многих случаях сопровождается порчей одной или обеих деталей. В конструкциях машин соединения этого типа имеют большое распространение
Распространенными видами пластической деформации, используемыми в конструкциях машин для создания неподвижности и плотности, являются вальцевание, раздача, бортование, осадка, формирование, обжатие.
Пластическую деформацию используют при сборке соединений, натяг в которых создается радиальным расширением охватываемой или сжатием охватывающей детали. Трудоемкость сборки их составляет 10—12% от общей трудоемкости сборочных работ.
Процесс сборки продольно-прессовых соединений состоит в том, что к одной из двух деталей, охватываемой или охватывающей, прикладывается осевая сила надвигающая детали друг на друга. Сила запрессовки растет от нуля до некоторого максимального значения (рис. 24 а).
Охватываемая деталь имеет наружный диаметр больший, чем диаметр отверстия охватывающей детали, и соединение их при относительном продольном перемещении в процессе сборки происходит с деформированием металла (явления механического и молекулярного характера), в результате чего на поверхности контакта возникают значительные нормальные давления и силы трения, которые препятствуют сдвигу этих деталей. Необходимость в дополнительных конструктивных креплениях деталей в таких соединениях обычно отпадает (рис. 24 б).
а б
Рис. 24 а) Теоретическая диаграмма запрессовки: I - ориентация деталей; I -II - наживление; II -III – запрессовка б) Схема продольно- прессового соединения
Способность прессовых соединений выдерживать значительные нагрузки зависит от натяга.
Требуемый для данного соединения натяг определяется в процессе конструирования сборочной единицы при расчете посадок. В настоящее время для повышения долговечности и надежности соединений расчет посадок ведут по наибольшему допустимому натягу, что увеличивает прочность соединения.
Вследствие натяга на поверхности контакта возникает удельное давление, величина которого определяет характер деформации охватываемой и охватывающей деталей. Эти деформации могут быть либо упругими для обеих деталей, либо упругими для одной из них и упругопластическими для другой.
Необходимо отметить, что величина натяга в продольно-прессовых соединениях влияет также на износостойкость деталей. В частности, возникающие в напрессованных на вал или запрессованных в корпус кольцах тангенциальные напряжения растяжения и сжатия способствуют уменьшению износа этих деталей.
По мере уменьшения шероховатости посадочных поверхностей деталей, выполненных из одного и того же материала, диаметры отверстия и вала изменяются меньше. При равных условиях абсолютные значения этих изменений у деталей из разнородных материалов больше, чем из однородных.
Операции запрессовки втулок, особенно с тонкими стенками, во избежание их деформации целесообразно выполнять с помощью оправок, центрирующихся в отверстии (рис. 25 а). Нижняя часть стержня 1 оправки имеет диаметр, равный диаметра отверстия, в которое должна быть запрессована втулка.
В ряде случаях направление детали при запрессовке удобно придавать путем базирования охватывающей и охватываемой детали на оправках приспособления (рис. 25 б) или у специальной направляющей стойке (рис. 25 в).
Рис. 25 Приспособление для направления деталей при запрессовке и выпрессовке.