Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Посадка с натягом (прессовая посадка) -- тип соединения, при котором размер вала до сборки всегда больше размера отверстия. Согласно ГОСТ 25346-2013, это означает, что наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему.
При сборке такого соединения материал охватывающей детали (втулки, ступицы) подвергается упругому растяжению, а охватываемой (вала) -- упругому сжатию. На контактной поверхности возникает давление, создающее силы трения, которые обеспечивают неподвижность соединения и передачу крутящего момента, осевого усилия или их комбинации без дополнительных крепёжных элементов.
Прессовые соединения широко применяются в машиностроении: посадка зубчатых колёс на валы, установка подшипников, соединение бандажей, маховиков, муфт, кулачков и втулок. Нагрузочная способность такого соединения определяется величиной натяга, геометрией деталей, свойствами материалов и способом сборки.
Система допусков и посадок в Российской Федерации регламентируется комплексом стандартов, гармонизированных с международными нормами ISO 286:
Для расчёта прочности и деформаций прессовых соединений применяются формулы Ляме из теории упругости толстостенных цилиндров, изложенные в справочниках Анурьева, Орлова, учебниках Иванова-Финогенова, а также в Shigley "Mechanical Engineering Design" и Roark "Formulas for Stress and Strain".
Выбор конкретной посадки зависит от передаваемой нагрузки, условий эксплуатации (вибрации, удары, температура) и способа сборки. Ниже приведены наиболее распространённые посадки с натягом в системе отверстия (основное отверстие H).
Ниже приведены числовые значения предельных отклонений (мкм) для основного отверстия H7 и полей допусков валов p6, r6, s6 по ГОСТ 25347-2013. Натяги рассчитаны как разность размеров вала и отверстия.
Nmin = ei - ES; Nmax = es - EI. Отрицательный Nmin означает возможность получения зазора (переходная область посадки).
Предельные натяги определяются по предельным отклонениям вала и отверстия:
При механической запрессовке происходит частичное сглаживание (смятие) микронеровностей контактных поверхностей. Это уменьшает действительный натяг. Поправка на шероховатость:
Расчётный натяг при механической запрессовке: Nрасч = Nтабл - u. При тепловой сборке (нагрев или охлаждение) сглаживания микронеровностей не происходит, поэтому u = 0, и расчётный натяг равен табличному.
Допуск посадки с натягом: TN = Nmax - Nmin = ITD + ITd, где ITD и ITd -- допуски отверстия и вала соответственно.
Связь между натягом и контактным давлением на сопрягаемых поверхностях устанавливается решением задачи Ляме для толстостенных цилиндров:
Контактное давление должно обеспечивать передачу заданной нагрузки с запасом прочности K = 1,5...2:
Средние расчётные значения для стальных деталей: f = 0,08 при механической запрессовке; f = 0,14 при тепловой сборке.
Усилие, необходимое для запрессовки деталей с натягом, определяется произведением контактного давления на площадь контакта и коэффициент трения при запрессовке:
Коэффициент трения при запрессовке принимается на 15-20% выше эксплуатационного значения, поскольку в процессе осевого перемещения деталей происходит срезание микронеровностей, что увеличивает сопротивление.
Значения p и Fзап приведены ориентировочно для сплошного стального вала с d2/d ≈ 1,6, fп = 0,10, без поправки на шероховатость. Для точного расчёта необходимо учитывать конкретную геометрию деталей.
Тепловая сборка обеспечивает более высокую прочность прессового соединения по сравнению с механической запрессовкой, поскольку микронеровности не сминаются, а контактная поверхность остаётся неповреждённой. Применяются два метода:
Нагрев охватывающей детали (втулки, ступицы) -- деталь расширяется, что обеспечивает свободную посадку на вал. После остывания образуется натяг. Температура нагрева:
Температура нагрева не должна превышать 250-300 °C для конструкционных сталей (во избежание структурных изменений и окисления поверхности). Нагрев обычно производится в масляных ваннах или индукционными нагревателями.
Охлаждение охватываемой детали (вала) -- вал уменьшается в размерах при охлаждении жидким азотом (-196 °C) или сухим льдом (-78 °C). Этот метод применяется при больших натягах, когда нагрев охватывающей детали до необходимой температуры недопустим.
При максимальном натяге необходимо убедиться, что напряжения в деталях не превышают допускаемых. Наиболее опасными являются точки внутренних поверхностей обеих деталей.
Пластическая деформация отсутствует, если контактное давление не превышает:
где σT1, σT2 -- пределы текучести материалов вала и втулки.
Условие прочности: pmax ≤ min([pmax]вал, [pmax]втулка). Давление pmax определяется по максимальному натягу Nmax.
Рассмотрим полный расчёт прессового соединения зубчатого колеса с валом.
Для интервала св. 30 до 50 мм по ГОСТ 25347-2013:
Отверстие ø50H7: EI = 0, ES = +25 мкм → Dmin = 50,000 мм, Dmax = 50,025 мм.
Вал ø50p6: ei = +26 мкм, es = +42 мкм → dmin = 50,026 мм, dmax = 50,042 мм.
Nmin = 50,026 - 50,025 = 0,001 мм = 1 мкм.
Nmax = 50,042 - 50,000 = 0,042 мм = 42 мкм.
u = 5 × (1,6 + 1,6) = 16 мкм.
Nmin,расч = 1 - 16 = -15 мкм (отрицательное значение -- натяг слишком мал).
Nmax,расч = 42 - 16 = 26 мкм = 0,026 мм.
C1 = 1 - 0,3 = 0,7 (сплошной вал).
C2 = (802 + 502) / (802 - 502) + 0,3 = (6400 + 2500) / (6400 - 2500) + 0,3 = 8900/3900 + 0,3 = 2,282 + 0,3 = 2,582.
pmax = Nmax,расч / (d × (C1/E1 + C2/E2)).
Для одинаковых материалов: C1/E1 + C2/E2 = (C1 + C2) / E = (0,7 + 2,582) / (2,1 × 105) = 3,282 / (2,1 × 105) = 1,563 × 10-5 мм/МПа.
pmax = 0,026 / (50 × 1,563 × 10-5) = 0,026 / 7,815 × 10-4 = 33,3 МПа.
[pmax]втулка = 360 × (802 - 502) / (2 × 802) = 360 × 3900 / 12800 = 109,7 МПа.
33,3 МПа < 109,7 МПа -- условие прочности выполнено.
pmin,необх = (2 × 1,8 × 200) / (π × 0,052 × 0,06 × 0,08) = 720 / (3,14159 × 0,0025 × 0,06 × 0,08).
= 720 / (3,77 × 10-5) = 19,1 МПа.
Расчётный минимальный натяг Nmin,расч = -15 мкм -- это означает, что при неблагоприятном сочетании размеров натяг может оказаться недостаточным.
Fзап = π × 0,05 × 0,06 × 33,3 × 106 × 0,10 = 3,14159 × 0,003 × 33,3 × 106 × 0,10 ≈ 31,4 кН.
С учётом запаса 25%: Fпресс ≈ 39 кН.
Выбор посадок подшипников качения на валы и в корпуса регламентируется ГОСТ 3325-85 и зависит от характера нагружения колец (циркуляционное, местное, колебательное), типоразмера подшипника и условий эксплуатации.
Особенность подшипниковых посадок: допуски посадочных поверхностей подшипников определяются классами точности подшипника (0, 6, 5, 4, 2 по ГОСТ 520-2011), а не общими полями допусков ГОСТ 25347.
ГОСТ 25346-2013 Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки.
ГОСТ 25347-2013 Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Ряды допусков, предельные отклонения отверстий и валов.
ГОСТ 25348-82 ЕСДП. Ряды допусков, предельные отклонения (для размеров свыше 3150 мм).
ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов.
ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия.
ISO 286-1:2010 Geometrical product specifications -- ISO code system for tolerances on linear sizes -- Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits.
ISO 286-2:2010 Part 2: Tables of standard tolerance classes and limit deviations for holes and shafts.
DIN 7190:2017 Pressverbände -- Berechnungsgrundlagen und Gestaltungsregeln.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. -- М.: Машиностроение.
Орлов П.И. Основы конструирования. -- М.: Машиностроение.
Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. -- М.: Высшая школа.
Решетов Д.Н. Детали машин. -- М.: Машиностроение.
Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. -- М.: Машиностроение.
Shigley J.E. Mechanical Engineering Design. 11th ed. -- McGraw-Hill.
Roark R.J. Formulas for Stress and Strain. -- McGraw-Hill.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.