СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ-ВТУЛКА
METHOD OF CONNECTION OF SLEEVE-BUSHING-TYPE PARTS WITH INTERFERENCE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механосборочном производстве для соединения с натягом деталей типа вал-втулка.
Известен способ соединения деталей с натягом путем запрессовки одной из деталей в другую продольным перемещением [1, с. 9].
Способ характеризуется высокой вероятностью повреждения (риски, задиры) сопрягаемых поверхностей деталей и значительным рассеянием усилий запрессовки, что зачастую не обеспечивает требуемой прочности соединения.
Известен способ соединения деталей с натягом, включающий запрессовку одной из деталей в другую путем передачи запрессовываемой детали усилия от ползуна пресса, при этом в процессе запрессовки периодически осуществляют срывы полученного соединения путем продольного относительного перемещения запрессовываемой детали [2].
Недостатками такого способа соединения деталей с натягом являются ограничение технологических возможностей и недостаточная прочность получаемого соединения.
Ограничение технологических возможностей способа связано с тем, что для каждого вида собираемого соединения требуется свой упругий элемент (пружина) между ползуном и запрессовываемой деталью, а также своя технологическая оснастка сборочного оборудования, кроме того, отсутствует регулирование параметров упругого элемента.
Недостаточная прочность соединения деталей с натягом обусловлена значительными (до 500 мкм) неконтролируемыми перемещениями запрессовываемой детали в период срывов.
Известен также способ соединения деталей с натягом, включающий запрессовку одной из деталей в другую путем передачи запрессовываемой детали усилия от ползуна пресса, при этом в процессе запрессовки периодически осуществляют срывы полученного соединения путем продольного относительного перемещения запрессовываемой детали, при этом в качестве привода для создания усилия на ползуне используют гидравлический цилиндр, с поршнем которого связан ползун, усилие на ползуне создают путем сжатия жидкости в рабочем объеме гидравлического цилиндра, а срывы полученного соединения производят при сжатии жидкости в упомянутом рабочем объеме до получения усилия, превышающего силу сопротивления перемещению поршня гидравлического цилиндра, при этом гидравлический цилиндр выполнен с возможностью предварительного изменения величины его начального рабочего объема и максимального давления жидкости для обеспечения переналадки на сборку соединений деталей других размеров и прочности [3].
Недостатками такого способа соединения деталей с натягом являются: ограничение технологических возможностей и недостаточная прочность получаемого соединения, так как способ обеспечивает срывы соединения с неконтролируемыми перемещениями только в направлении запрессовки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому является способ соединения деталей с натягом, при котором после запрессовки одну из деталей сдвигают относительно другой до наступления срыва соединения в направлении, противоположном ее движению при запрессовке [4].
Известный способ сложен в реализации, так как требует выполнения операции сборки за два перехода с переустановкой собираемого соединения, что ограничивает технологические возможности способа, снижает производительность и не обеспечивает заметного повышения прочности соединения, так как срыв неуправляемый и производится однократно.
Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа и повышение прочности собираемого соединения.
Поставленная задача решена за счет того, что используют пресс, содержащий противоположно расположенные относительно запрессовываемого вала главный цилиндр и вспомогательный цилиндр, при этом запрессовку вала во втулку осуществляют пуансоном главного цилиндра, а сдвиг вала относительно втулки осуществляют пуансоном вспомогательного цилиндра посредством создания гидравлического удара в поршневой полости вспомогательного цилиндра и в штоковой полости главного цилиндра.
На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - выделенный элемент А сопрягаемых поверхностей деталей при запрессовке, до срыва соединения; на фиг. 3 - выделенный элемент А сопрягаемых поверхностей деталей после срыва соединения.
Способ осуществляют следующим образом.
Для соединения с натягом вала 1 и втулки 2 используют пресс (фиг. 1), содержащий противоположно расположенные относительно запрессовываемого вала главный цилиндр 3 и вспомогательный цилиндр 4, при этом запрессовку вала во втулку осуществляют пуансоном 5 главного цилиндра, а сдвиг вала относительно втулки осуществляют пуансоном 6 вспомогательного цилиндра посредством создания гидравлического удара в поршневой полости вспомогательного цилиндра и в штоковой полости главного цилиндра.
Перед сборкой соединения вал и втулку соосно устанавливают на опорной плите 7 приспособления.
З
При включении гидравлического привода пресса жидкость подается в поршневую полость главного цилиндра и создает силу F запрессовки на пуансоне 5 и валу 1. Жидкость из штоковой полости главного цилиндра отводится в поршневую полость вспомогательного цилиндра и далее, через распределитель 8 на слив в бак.
Штоковая полость вспомогательного цилиндра сообщается с атмосферой и в работе не используется. Пружина 9 обеспечивает постоянный контакт пуансона 6 с запрессовываемым валом.
Для срыва соединения распределитель «мгновенно» закрывают, что приводит к полному или прямому гидравлическому удару в поршневой полости вспомогательного цилиндра, в штоковой полости главного цилиндра и в сливных линиях до распределителя.
C
З
Резкое увеличение давления жидкости в поршневой полости вспомогательного цилиндра создает силу F срыва соединения собираемых деталей. Одновременно рост давления в штоковой полости главного цилиндра создает силу, превышающую силу F запрессовки, что допускает сдвиг вала относительно неподвижной втулки в направлении, противоположном его движению при запрессовке, то есть срыв соединения.
Полный или прямой гидравлический удар возникает только при «мгновенном» перекрытии сливной линии пресса распределителем, то есть для случая, когда время t перекрытия меньше значения, так называемого периода трубопровода (фазы удара) τ, под которым понимается время пробега ударной волной двойной длины рассматриваемого участка гидросистемы (от распределителя до источника расхода и обратно) [5, с. 104]
где L - длина гидравлических линий от главного цилиндра (источника расхода) до распределителя.
Скорость ударной волны в упругой жидкости, заключенной в упругий трубопровод, определяют по уравнению
9
11
где ρ - плотность жидкости; d и s - внутренний диаметр и толщина стенки трубы; K - объемный модуль упругости жидкости; для минерального масла можно принять K=1,6×10 Па; Е - модуль упругости материала трубы; для труб из стали можно принимать Е=2×10 Па.
При условии t<τ перекрытие трубопровода заканчивается до того, как обратная ударная волна, отраженная от источника расхода жидкости, вернется к распределителю. Гидравлический удар определится полной потерей жидкостью скорости, а повышение давления будет максимальным.
Величину ударного давления определяют, пользуясь уравнением живых сил, согласно которому кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в работу упругой деформации стенок труб, цилиндров и сжатия жидкости. Для случая мгновенного полного перекрытия прямолинейного отрезка простого трубопровода, заполненного движущейся жидкостью, ударное повышение давления вычисляют по уравнению Н.Е. Жуковского
0
где ρ - плотность жидкости; V - скорость движения жидкости до начала перекрытия трубопровода, V - скорость ударной волны (скорость распространения импульса давления) в жидкости, заключенной в трубе.
На фиг. 2 показан элемент А сопрягаемых поверхностей деталей из разнородных материалов при запрессовке, до срыва соединения, а на фиг. 3 - после срыва.
При сборке соединения деталей из разнородных материалов, например, латунного вала и стальной втулки, происходит срез и налипание частиц латуни во впадинах неровностей поверхности втулки (фиг. 2).
При срыве соединения происходит дополнительное заглубление неровностей поверхности стальной втулки в более мягкий материал латунного вала и большее заполнение впадин неровностей поверхности втулки материалом вала (фиг. 3).
После срыва соединения площадь фрикционного взаимодействия собираемых деталей увеличивается, следовательно, увеличивается прочность полученного соединения.
Пример осуществления изобретения.
На гидравлическом прессе собрано десять соединений типа «вал-втулка» с геометрическими параметрами: диаметр сплошного вала 25 мм, наружный диаметр втулки 45 мм, длина соединения 20 мм. Материал вала - латунь ЛС59, втулки - сталь 45. Сопрягаемые поверхности обрабатывались точением с шероховатостью Ra 2 мкм. Натяг выдерживался в пределах 25…30 мкм.
При сборке пяти соединений деталей с натягом срыв соединения не производился. Другие пять сборок производились со срывами соединений через каждые 10 мм перемещения вала в отверстии втулки.
Разборка полученных соединений на прессе с регистрацией усилия показала, что соединения, собранные с продольными перемещениями вала в моменты срывов имеют прочность на 30…40% выше.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей способа, что обеспечивается возможностью получения срывов, в том числе многократных, без переустановки собираемых деталей, и повышение прочности собираемого соединения деталей с натягом за счет увеличения площади контактирующих поверхностей деталей собираемого соединения.
Источники информации
1. Гречищев, Е.С. Соединения с натягом: расчеты, проектирование, изготовление [Текст] / Е.С. Гречищев, А.А. Ильяшенко. - М: Машиностроение, 1981. - 247 с.
2. Авторское свидетельство СССР №1171265, Кл. В23Р 11/02, F16B 4/00, 12.04.1983.
3. Патент РФ №2522070, МПК В23Р 11/02, В23Р 19/027, 03.12.2012.
4. Авторское свидетельство СССР №1034866, Кл. В23Р 11/02, F16B 4/00, 22.02.1982 (прототип).
5. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика [Текст]: справочное пособие / Т.М. Башта. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1971. - 672 с.