Поперечно-прессовые соединения

В поперечно-прессовых соединениях сближение сопрягаемых поверхностей происходит радиально, т.е. нормально к поверхностям. Это осуществляется либо нагреванием охватывающей, либо охлаждением охватываемой детали перед сборкой.

В одних и тех же условиях прочность тепловых посадок при передаче крутящего момента в 2...3 раза выше, чем у продольно-прессовых соединений. Это объясняется тем, что в процессе сопряжения микронеровности сопрягаемых поверхностей не сглаживаются, а как бы сцепляются между собой, что увеличивает фактическую площадь контакта.

При сборке с тепловым воздействием необходимо рассчитать температуру, время нагрева или охлаждения и ряд других данных.

Для облегчения процесса сборки температурные деформации сопрягаемых деталей должны не только превышать максимальный натяг d в соединении, но и создавать монтажный зазор D_о, облегчающий выполнение соединений. Максимальный зазор D_о рекомендуется выбирать равным 0,0006... 0, 0007 d для диаметров 30...40 мм и 0,0007... 0,0011d для диаметров 40...100 мм. При автоматической сборке соединений монтажный зазор D_о должен быть не менее 0,03 мм, чтобы обеспечить безотказное соединение простыми по конструкции и надежными в работе исполнительными механизмами.

Температуру нагрева или охлаждения собираемых деталей определяют по формуле

t_a =(D_о+d)/a₁d,

где D_о, d – монтажный зазор и максимальный натяг соединения соответственно, мм; a₁ – коэффициент линейного расширения (сжатия), °С^-1; d – диаметр соединения, мм.

При перемещении детали из нагревающего или охлаждающего устройства неизбежны ее охлаждение или нагрев. Приближенно можно считать, что эта температура составляет 25..30 °С, тогда формула принимает вид

t_a =(D_о+d)/a₁d ± 25... 30 °С.

Несмотря на бесспорные преимущества тепловых методов сборки, их технологические возможности ограничены рядом причин.

Обычно температуру нагрева охватывающей детали ограничивают 350 °С, так как дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, ибо ведет к снижению твердости, появлению окалины (оксидных пленок). При значительной разнице коэффициентов линейного расширения нагрев в процессе сборки охватываемой детали от охватывающей может быть причиной возникновения остаточных напряжений. Температура охлаждения ограничивается температурой хладоагента: -78,5 °С для твердой углекислоты, -182,5 °С для жидкого кислорода и -195,8 °С для жидкого азота.

У сталей аустснитного класса (У7, У12, ХГ, 9ХС, ШХ15 и др.) при охлаждении до низких температур и последующем быстром нагреве аустенит переходит в мартенсит с резким увеличением объема. Эта особенность сохраняется во времени (эффект памяти формы) и может вызвать перенатяг в соединении. Например, у валов диаметром 50 мм из стали ХВГ с содержанием аустенита от 13 до 45 % увеличение диаметра составляет от 0,07 до 0,25 мм, что недопустимо, так как возникающее от натяга в сопряжении напряжение s должно быть меньше предела текучести.

При использовании охлаждающих сред необходимо соблюдать меры предосторожности вследствие их токсичности и взрывоопасности.

Тепловая сборка не дает нужного эффекта, если диаметр соединения d £ 15 мм (увеличения или уменьшения размера детали недостаточно, чтобы вместо посадки с натягом получить посадку с зазором), а при 15 мм < d < 40 мм необходимо подвергать тепловому воздействию обе сопрягаемые детали. Поэтому поперечно-прессовую сборку рекомендуется применять при диаметрах сопряжения d ³40...50 мм с тепловым воздействием на одну из собираемых деталей. При этом необходимо учитывать, что сборка с охлаждением охватываемой детали обеспечивает прочность соединения на 10...15 % выше, чем сборка с нагревом охватывающей детали. Применение гальванических покрытий толщиной ~20 мкм из таких металлов, как Рв, Zn, Си, повышает прочность соединения в 1,4...1,7 раза, так как этот слой заполняет все микронеровности и площадь контакта сопрягаемых поверхностей возрастает (оптимальная шероховатость Ra = 2,5...3,2 мкм). Вследствие того, что эти металлы обладают хорошими антикоррозийными свойствами, снижается фреттинг-коррозия сопрягаемых поверхностей. При распрессовке таких соединений разрушение происходит по слою гальванического покрытия и основной металл не повреждается.

Увеличение прочности таких соединений позволяет уменьшить расчетный натяг на 10...30 %. что снижает напряжения растяжения и повышает усталостную прочность особенно у деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

Сборку как продольно, так и поперечно-прессовых соединений достаточно легко механизировать и автоматизировать, первые как соединения с натягом, вторые – с зазором (тепловым). Причем расчет условий собираемости по формулам (6.8) и (6.9) в последнем случае надо вести на минимальный тепловой зазор.

При автоматической сборке для нагрева охватывающих деталей вместо электропечей и масляных ванн целесообразно использовать индукционные нагревательные устройства (время нагрева до 300 °С составляет 10... 12 с на каждый килограмм массы детали), позволяющие нагревать деталь прямо на сборочной позиции перед выполнением соединения.

Для автоматизации процесса охлаждения охватываемых деталей разработаны установки для поштучной выдачи охлажденных деталей прямо на сборочную позицию. В противном случае необходимо применять роботы-манипуляторы или специальные механизмы для переноса охлажденных деталей из сосудов Дьюара на сборочную позицию.