Лабораторная работа № 2

Тема: «Исследование соединения с натягом»

Цель работы: исследование нагрузочной способности соеди­нения с натягом; опытное определение коэффициента сцепления в соединении с натягом.

Ход работы:

1. Измерить отклонения посадочных диаметров вала и втулки от номинального размера.

2. Установить, какой из числа рекомендуемых, соответствует посадка исследуемого соединения.

3. Экспериментально определить силы запрессовки, выпрессовки и вращающий момент проворота.

4. На основании расчетных зависимостей и полученных экспериментальных данных определить коэффициент сцепления при запрессовке, выпрессовке и провороте.

5. Ответить на контрольные вопросы и оформить отчет.

Порядок выполнения работы

Принцип работы соединения деталей с натягом заключается в использовании сил трения между ними. Силы трения обусловлены действием сил упругости в деформируемых при сборке деталях. В таких соединениях диаметр вала до сборки превышает диаметр от­верстия втулки на небольшую величину, называемую натягом.

Соединение с натягом может передавать осевую силу, вращающий и изгибающий моменты. Передаваемые нагрузки зависят от следующих факторов:

• размеров деталей;
• величины натяга;
• упругих свойств материалов деталей;
• коэффициента трения (сцепления) в соединении с натягом.

Значение коэффициента сцепления зависит от материалов ва­ла и втулки, наличия смазочного материала и способа сборки соединения.

Чаще всего сборку соединения с натягом выполняют запрес­совкой. При этом втулку надвигают на вал, преодолевая силу трения.

Расчетные зависимости

При запрессовке вала во втулку на посадочной поверхности деталей возникает давление, которое может быть оп­ределено по формуле

P=d*10^-3/ d*(C₁/E₁+C₂/E₂)

где Р – давление на сопряженных поверхностях, МПа; d - рас­четный натяг, мкм; d - номинальный диаметр соединения, мм;

Е₁ и Е₂ - модули упругости материалов вала и втулки, МПа;

С₁ и С₂ - коэффициенты вала и втулки, зависящие от размеров деталей и коэффициентов Пуассона материалов деталей. Их мож­но определить по формулам

C₁=(1+d₁/d)² / (1-d₁/d) -m₁

C₂=(1+d₂/d)² / (1-d₂/d) -m₁

где d₁ - диаметр отверстая вала, мм; d₂ - наружный диаметр втулки, мм; m₁ и m₂ - коэффициенты Пуассона материалов де­талей.

Расчетный натяг d связан с измеренным натягом следую­щей зависимостью, учитывающей смятие микронеровностей сопря­женных поверхностей вала и втулки:

d=N-6*(Ra₁+Ra₂)

где N - измеренный натяг, мкм; R_a1 и R_a2 - средние арифме­тические отклонения профиля поверхности вала и втулки, мкм.

Осевая сила, сдвигающая детали, и вращающий момент, необхо­димый для проворота соединения, равны соответственно

F=f*p*p*d*L

T=f*p*p*d²*L / 2000

где F - осевая сила, Н; Т - вращающий момент, Н.м; f - коэффициент сцепления; L - длина соединения, мм.

Измерение деталей и определение посадки соединения

Размеры деталей d, d₁, d₂, и L (см. рис. 2) измеря­ют штангенциркулем. Для определения поля допуска посадочного диаметра вала необходимо измерить его отклонение от номинального значения с помощью индикаторного микрометра.

рис. 2

Измерения вала выполняют следующим образом. На посадочной поверхности выбирает два поперечных сечения и в каждом из них производят два измерения во взаимно перпендикулярных направле­ниях. Среднее значение отклонения вала D₁ определяют по формуле D₁=SD_{1 i} / n где D₁ - отклонение вала в i- м замере, мкм; n - число замеров.

В соответствии со стандартом (табл. 1, прил.1) устанавливают, ка­кому полю допуска вала удовлетворяет измеренное отклонение его диаметра D₁. При выборе поля допуска должно выполняться условие ei< D₁< es

Для определения поля допуска посадочного диаметра втулки необходимо измерить его отклонение от номинального значения с помощью нутромера.

Измерения втулки выполняют следующим образом. На посадоч­ной поверхности выбирают два поперечных сечения и в каждом из них производят два измерения во взаимно перпендикулярных направлениях. Среднее значение отклонения втулки D₂ определяют по формуле

D₂=SD_{2 i} / n

где D_2i отклонение втулки в i-м замере, мкм; n – число замеров.

В соответствии со стандартом (табл. 2. прил. 1) устанавливают, ка­кому полю допуска втулки удовлетворяет измеренное отклонение ее диаметра D₂.

При выборе поля допуска должна выполняться условие EI< D₂< ES

Экспериментальное определение момента проворота, сил запрессовки и выпрессовки.

Для сборки и нагружения соединения служит пресс с индикатором усилия, в котором вал запрессовывают во втулку, затем собранное соединение нагружают вращающим моментом до появления взаимного проворота деталей и разбирают выпрессовкой. Приспособление состоит из двух частей, удерживающих вал и втулку в окружном направлении и содержащих упоры, отсто­ящие на расстоянии R от оси вала и втулки. К упорам от прес­са прикладывают окружную силу F_t и таким образом нагружают соединение вращающим моментом Т = F_t * R

С помощью имеющихся измерительных средств регистрируют усилие в конечный момент запрессовки, начальный момент проворота и начальный момент выпрессовки, которые дадут после пересчета значения сил запрессовки F₃, выпрессовки F₈, окружной силы при провороте соединения F_t.

Действительное значение момента проворота определяют по формуле

Т = F_t * R

где Т - момент проворота, Н.м; R (м) - расстояние между осью вала и линией приложения силы F_t.

Определение коэффициента сцепления в соединении

Измеренный натяг в соединении равен N=D₁-D₂ Значения параметров шероховатости посадочных поверхностей вала и втулки R_а1 и R_a2 определяют визуальным сравнением с прилагаемыми эталонными образцами шероховатости поверхностей.

Расчетный натяг d определяют по формуле d=N-6*(Ra₁+Ra₂).

Значения коэффициентов сцепления в соединении определяют по следующим зависимостям:

при запрессовке f₃=F₃/(p*p*d*L)

при провороте f_t=T*2000/(p*p*d²*L)

при выпрессовке f_B=F_B/ (p*p*d*L)

Полученные, в результате исследования значения, сравнивают между собой и с рекоменду­емыми при расчете соединений с натягом. Обычно в начальные мо­менты выпрессовки и проворота соединения коэффициент сцепления несколько выше, чем при окончании запрессовки. Это связано с эффектом повышенного трения при страгивании с места по сравнению с трением при движении. Рекомендуемые коэффициенты сцепления обычно назначают, ориентируясь на минимально возможные экспериментальные значения, что призвано обеспечивать запас несущей способности соединений. Для соединения с натягом латунного вала и текстолитовой втулки, собранного запрессовкой, рекомендуемый коэф­фициент сцепления составляет 0, 07.

Таблица 2

Сделать вывод по полученным результатам.

Ф орма отчета:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Задание на работу.

4. Результаты работы.

5. Вывод.

Контрольные вопросы:

1. Поступила партия сопрягаемых между собой деталей. Известно, что все они обеспечивают более вероятный натяг чем зазор и все могут в определенном сочетании обеспечивать соединение с натягом. Вам необходимо выявить все пары, как быть?

2. Сравните экспериментальное и рекомендуемое для расчетов значения коэффициентов трения. В случае несовпадения результа­тов объясните причины расхождения.

Список литературы:

1. Решетов Д.Н. Детали машин, - М.: Машиностроение, 1989г.