Способ термической сборки с натягом деталей типа вал-втулка

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ СБОРКИ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛВТУЛКА , включающий установку втулки с зазором в наружную оправку, изготовленную из материала, коэффициент термического расширения которого меньше, чем. у материала втулки, установку втулки с оправкой на вал и последующее деформирование втулки путем совместного нагрева вала, втулки и оправки, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и улучщения качества соединения , перед установкой втулки с оправкой на вал их устанавливают с зазором на внутреннюю оправку, изготовленную из материала , коэффициент термического расширения которого больше, чем у материала втулки , втулку и оправки нагревают до исключения зазора между ними,а затем втулку 1уг./ правки охлаждают до появления зазомежду втулкой и внутренней оправкой, е чего внутреннюю оправку удаляют, ку с наружной оправкой устанавливана вал и производят дальнейщее охлаже , при этом размеры втулки и оправок деляют из соотношений РбТВН Реал.- NI DBTBM - внутренний диаметр втулки, Свад диаметр вала; М - гарантированный натяг; Родр вн. fPBT-OH-N.)(t,-t)1 H-rt-onpsH () п„„в„аг - (P6TKap-Kt)U+o.BT(-ti--t2) Р- -1+W-vCtj-tz) IWpsap:-внутренний диаметр наружной оправки; Воярвн - наружный диаметр внутренней оправки; IaTHap-наружный диаметр втулки; NX, - натяг, создающий упругое последействие; , оСпарна| гсоответственно коэффициенты оар.вя термическогорасширения, втулки, наружной и внутренней оправок, t.- температуры нагрева узла; tj- температурыокружающей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„1155407 A

4(59 В 23 P 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Ф ййй% и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1,, )

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЮМ Ь ЗЮ. В ЭВВ ВВА Э: (21) 3688494/25-27 (22) 13.01.84 (46) 15.05.85. Бюл. № 18 (72) М. И. Оленин и Д. П. Антипов (53) 621.792 (088.8) (56) Берникер Е. И., Посадки с натягом в машиностроении. М., «Машиностроение», 1966, с. 138.

Авторское свидетельство СССР № 1031711, кл. В 23 P 11/02, 1982. (54) (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ СБОРКИ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛВТУЛКА, включающий установку втулки с зазором в наружную оправку, изготовленную из материала, коэффициент термического расширения которого меньше, чем у материала втулки, установку втулки с оправкой на вал и последующее деформирование втулки путем совместного нагрева вала, втулки и оправки, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и улучшения качества соединения, перед установкой втулки с оправкой на вал их устанавливают с зазором на внутреннюю оправку, изготовленную из материала, коэффициент термического расширения которого больше, чем у материала втулки, втулку и оправки нагревают до исключения зазора между ними,а затем втулку и оправки охлаждают до появления зазора между втулкой и внутренней оправкой, после чего внутреннюю оправку удаляют, втулку с наружной оправкой устанавливают на вал и производят дальнейшее охлаждение, при этом размеры втулки и оправок определяют из соотношений

Рвтвн = Рва . 4 где 0втъм — внутренний диаметр втулки, 1)вд„— диаметр вала; м гарантированный натяг;

g,„(1)вт вк Яа (.1+ссвт (ts-tt))

1+ 4-оир вн (t tg) р -Р 3 1 (Ы

1 + <(1ер >8p (

Dorp sa — наружный диаметр внутренней оправки;

Рвтвар — наружный диаметр втулки;

M — натяг, создающий упругое последействие;

4,вт,4оюрнар; — соответственно коэффициенты ф термического расширения, втулки, наружной и внутренней оправок, lsaek

t, — температуры нагрева узла; >ы температуры окружающей среды.

О

1155407

Оправки

Втулка тренняя Наружная

Ст У10

Ст 40Х

Материал к 10 град 129

6,5 4,3

17,5

D внутренний, мм

100 71

99,9

D наружный, мм 100

99,67

130

100,5

Толщина стенки,мм

0,3

0,1

N>, мм

0,1

Ng, мм

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам сборки с натягом деталей типа вал-втулка, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, например, при восстановлении изношенных валов, а также для установки на изношенные поверхности тонкостенных втулок.

Цель изобретения — расширение технологических воэможностей и улучшение качества соединения путем обеспечения возможности сборки вала со втулкой выполненных из материалов, коэффициент термического расширения которых отличается незначительно, а также возможности сборки вала и тонкостенной втулки.

На фиг. 1 — 5 представлен процесс сборки вала со втулкой с помощью наружной и внутренней оправок.

Процесс сборки вала 1 осуществляется следующим образом.

Первоначально (фиг. 1) втулка 2 наде- 0 вается на внутреннюю оправку 4 с зазором и помещается с зазором в наружную оправку 3. При помещении узла в печь и повышении температуры происходит увеличение размеров всех перечисленных элементов.

При этом (фиг. 2) вследствие малого коэффициента термического расширения увеличение внутреннего диаметра оправки 3 меньше увеличения наружного диаметра втулки 2 и оправки 4. Это приводит к упругому обжатию втулки 2 до соприкосновения 30 с наружной поверхностью внутренней оправки 4. После завершения нагрева собранный узел извлекают из печи. В процессе охлажПараметры Вал соединения после переточки дения внутренняя оправка, имеющая наибольший коэффициент термического расширения в собираемой группе деталей, быстрее уменьшает свои размеры, чем наружная оправка и втулка и между внутренней оправкой и втулкой возникает зазор. Зазор должен был бы возникнуть и между наружной оправкой и втулкой ввиду различия их в коэффициентах термического расширения.

Однако это не происходит. Вследствие того, что втулка в процессе нагрева упруго сжимается, а в процессе охлаждения происходит ее упругое последействие, она в течение времени, необходимого для установки вала во втулку, находится в контакте с наружной оправкой. В результате образовавшегося зазора (фиг. 3) между втулкой и внутренней оправкой, внутренняя оправка легко извлекается из втулки и на ее место устанавливается вал (фиг. 4). В процессе дальнейшего охлаждения втулка с натягом садится на вал (фиг. 5) .

Пример. Соединяли вал из стали 40Х с втулкой из стали У10 с помощью внутренней оправки, изготовленной из стали

08Х18Н10Т и наружной оправки, изготовленной из стали 29НК (ковар). Втулку из стали первоначально закаливают и затем отпускают при 420 С, при этом твердость материала после отпуска, для обе печения необходимых эксплуатационных свойств, составляет HRC45. (Для сохранения заданной твердости температура нагрева под запрессовку не должна превышать 420 С).

Параметры соединения приведены в таблице.

Ст.08Х18Н10Т 29HK(KDBap) 1155407

Внутренний диаметр втулки определяем по формуле:

Dà вн.= 1)»>

100 — 0,1=99,9 мм

Внутренний диаметр наружной оправки и наружный диаметр внутренней оправки определяем соответственно по формулам: (Ов . ать-Ь(д}И+с(ву (, - гг) о"Р в" . + оп) .вм (, 1

Овюмар Mq) (,1+aC И -М

ВЬа1 вар. = — ——

1+ ®Олаф.ядр (tg 2)

У где 4 †температу нагрева узла, равная 420 С;

Й. — температура окружающей среды, 20 С;

Яв — величина натяга между наружной поверхностью втулки и внутренней поверхностью наружной оправки, которая обеспечивает надежный контакт между ними при удалении внутренней оправки и установки вала, в процессе из совместного охлаждения на температуру t .

Mz= К Ьв нар (о вы — aos1 ap)4> где Х -коэффициент надежности, равный 2; — Ь, где — падение температуры узла до момента удаления внутренней оправки; в — падение температуры за время установки вала в оправку с втулкои.

1.= (+-ол) ° в к — d оаэи нар о Р Р где h — зазор между внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью внутренней оправки, необходимой для свободного удаления внутренней оправки 0,05 мм;

Р— ориентировочный внутренний диаметр наружной оправки, принятый равным диаметру вала. (1 — 0--Ц-Ф) —.«Р о = 45 С. и

В результате опытов устайовлено, что падение температуры за время (С=50 с) установки вала в оправку с втулкой tp не превышает 20 С для температурного диапазона 400 †3 С, тогда

t =45+20=65 С

N 2.100,5 (14,5 — 6,5).10 65=0 1 мм

Зная N, находим диаметры оправок р оар.,„— (99 ) 4 42 ) 1

=99,67 мм, (100>6-О>1)11+ 14 3 10 (430-20)1

f + 6,5 (420- 20Г10

= 100,71 мм.

При установке вала в оправку с втулкой необходимый зазор между валом и втулкой составляет (SJ =0,05 мм.

В рассматриваемом примере зазор может быть определен по формуле:

25 З= Ьопр.нар.(1+с(опр-нар- (4 в И) 28 D . где д — тол щи на стенки вал а

S= 100,71 (1 + 6,5.10 (420-65-20) )-2х0,3-100= 0,33 мм

Таким образом, зазор между втулкой з0 и валом значительно превышает наименьший допустимый зазор, что обеспечивает свободную установку наружной оправки с втулкой на вал, позволяет при замене допуска на диаметр вала создавать в соединении вал-втулка различные посадки и облегчает процесс механизации и автоматизации процесса сборки и восстановление деталей.

1155407

Редактор И. Воловик

Заказ 3003/13

Составитель С. Солочкин

Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4