3. Посадки с натягом

3.1. Общие сведения

Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъёмных соединений без дополнительного крепления деталей. Расчёт таких посадок выполняется с целью обеспечения неподвижности соединяемых деталей (прочности соединения) и прочности соединяемых деталей.

Порядок расчёта посадок с натягом подробно изложен в справочнике [2, т. 1] и учебных пособиях [3, 4, 5].

При расчёте посадок с натягом определяются минимальный [N_min] и максимальный [N_max] расчётные допустимые натяги. Минимальный натяг рассчитывается из условия обеспечения прочности соединения, а максимальный натяг — из условия обеспечения прочности сопрягаемых деталей.

Расчётная схема посадки с натягом приведена на рис. 1. На этой схеме указаны основные расчётные характеристики:

d_н — номинальный диаметр соединения, мм;

d₁ — размер отверстия полого вала (для сплошного вала d₁ = 0), мм;

d₂ — наружный диаметр втулки, мм;

L — длина сопряжения, мм.

Рис. 1. Расчетная схема для

посадки с натягом

Необходимые для расчётов значения: коэффициента трения f, модуля упругости Е, коэффициента Пуассона , предела текучести _т, шероховатости поверхности Rа и коэффициента линейного расширения для различных материалов приведены в табл. 1–5.

Шероховатость сопрягаемых поверхностей можно определить по формуле зависимости шероховатости от допуска IT на размер. Для нормальной относительной геометрической точности (для допуска формы или расположения) используется примерно 60% допуска размера:

Ra  0,05 IT.

При выборе стандартной посадки с натягом исходными данными являются номинальный диаметр сопряжения d_н и расчётные значения допустимых натягов [N_{min р}] и [N_{max р}]. По полученным значениям расчётных натягов выбираются стандартные посадки с предпочтительными полями допусков таким образом, чтобы их предельные табличные натяги N_{min т} и N_{max т} не выходили за пределы расчётных натягов, а надёжность соединений была максимальной. Исходя из этого, для обеспечения работоспособности стандартной посадки необходимо выполнить условия неравенства [5]:

а) N_{max т}  [N_{max р}], тогда [ N_{max р}]– N_{max т} = _сб;

б) N_{min т}  [N_{min р}], тогда N_{min т}– [ N_{min р}] = _э;

в) _сб > _э,

где _сб — запас на сборку; _э — запас на эксплуатацию.

Таблица 1

Значение коэффициента трения f

Способ соединения деталей	Сталь — сталь	Сталь — чугун	Сталь — бронза	Сталь — латунь
Механическая запрессовка При нагревании или охлаждении сопрягаемых деталей	0,15 0,20	0,17 0,15	0,07 0,20	0,1 0,17

Таблица 2

Значение модуля упругости е и коэффициента Пуассона  для различных материалов

Материал	Е, Н/м2	
Сталь Чугун Бронза	2,11011 11011 0,91011	0,3 0,25 0,33

Таблица 3

Значение предела текучести _Т для различных материалов

Материал	Т, Н/м2	Материал	Т, Н/м2
Сталь 20 Сталь 35 Сталь 40 Сталь 45 Бр.АЖ 9-4 Бр.ОФ 10-1	26107 31107 33107 36107 20107 20107	Бр.АЖН-11-6-6 СЧ 12-28 СЧ 18-36 Чугун 28-48 ЛМц ОС58-2-2-2	39107 12107 18107 27107 34107

Таблица 4

Шероховатость поверхности Ra (мкм) вала и отверстия для посадок

с натягом (в числителе для вала, в знаменателе для отверстия)

Поверхности деталей в посадках с натягом	Квалитет	Номинальные размеры, мм
		до 50	св. 50 до 120	св. 120 до 500
Собираемых под прессом	6–7	0,4/0,8	0,8/1,6	1,6/1,6
Собираемых способом термических деформаций	—	1,6/(1,6 … 3,2)

Таблица 5

Коэффициенты линейного расширения для металлов и сплавов 10^{– 6}, град^{– 1}

Металл	Температурный перепад при нагревании деталей, С
	20…100	20…200	20…300	20…400	20…500
	Значение 
Сталь углеродистая	10,6	11,3…13	12,1…13,5	12,9…13,9	13,5…14,5
Сталь хромистая	8,4…11	8,7…11,3	9,2…11,4	9,2…11,5	9,5…11,6
Чугун	8,7…11,1	8,5…11,6	10,1…12,2	11,5…12,7	12,9…13,2
Бронза алюминиевая	17,6	17,9	19,2	—	—
Бронза оловянистая	17,6	17,9	18,2	—	—

Условия а) и б) являются обязательными, условие в) в ряде случаев может не соблюдаться.

Запас на эксплуатацию _э учитывает возможность повторной запрессовки при ремонте, наличие динамических нагрузок при работе и другие условия. Чем больше запас на эксплуатацию, тем выше надёжность и долговечность прессового соединения.

Запас на сборку _сб учитывает перекосы при запрессовке и другие неучтённые в формулах условия сборки. Чем больше _сб, тем меньше усилие запрессовки, напряжения в материале деталей, приводящие к их разрушению.

Стандартные посадки набираются согласно приведённым условиям по таблицам ГОСТ 25347-82 из числа предпочтительных (см. также п. 4.1 данного учебного пособия), [2, т.1, табл. 1.49] или по прилож. 4.

При наборе стандартных посадок может возникнуть три случая.

1. Согласно условиям а) и б) подобрана только одна стандартная посадка, тогда её следует проставить на чертеже сборочного узла.

2. Согласно условиям а) и б) подобрано несколько стандартных посадок. В этом случае необходимо выбрать одну наиболее грубого квалитета, а если таких несколько, то из них выбрать ту, у которой выполняется условие в).

3. Не удаётся подобрать оптимальную посадку из стандартных полей допусков. Тогда надо применить:

1) селективную сборку;

2) дополнительные крепления;

3) изменить конструктивные параметры соединения, технологию сборки или физико-механические свойства материала.

Если студентом изменяются некоторые исходные данные, то их корректировку следует согласовать с преподавателем.

Рис. 2. Графическое оформление посадки с натягом