Способ сборки соединений типа вал-втулка

(71) Самарский политехниим. В. В, Куйбышева и Самаститута машиноведения и деталеи. Сущность изобретения; цен вание вала при установке его во втул ществляют со смещением оси относительно оси отверстия на базов це втулки на величину, которая равн вине величины неперпендикулярнос отверстия втулки базовому торцу. На подают продольные электрозвуковы бания и производят сборку переме одной детали относительно друго этом к валу прикладывают силу для к сации его упругих обжатий, возник вследствие пластической деформаци ческии институт рский филиал инм. А.А.Благонраков, Е,Е.Еливо СССР2,1986,ЕДИНЕНИествляют подбор втомой в первой таким шность изготовления алась погрешностью см. Б.С,Балакшин, Теологии машиностроеиностроение, 1982, -указанного способа зводительность иэ-эа нных с подбором деотклонения от формы аковы, а также их пои для взаимной комей,собранном узле осущ рой детали, соединяе образом, чтобы погре первой компенсиров изготовления второй ( ория и практика техн ния Кн 1 - М.: Маш с.68-78,) Недостатком является низкая прои затрат времени, связа талей, вала и втулки. которых были бы один следующей ориентац пенсации погрешност ковой оя. ы способ цилиндр нения от мы, Талонения звестен также способ ультразви, повышающей качество соедив, М". 1344566, кл, В 23 Р 11/02),роизводят центрирование осейи, прилагают статическое усилищаемой детали и воздействуют у сбор (а вт ром втулповышения точности ических деталей, имеправильнсй геометридля компенсации формы одной детали в ии котоала и ме льтра ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ СБОРКИ СОПА ВАЛ-ВТУЛКА(57) Использованиепроизводстве, для Изобрет рочному про сборки прец по переходн тягам,Надежн пени опред достигнутых кулярность базовому то потере точн тановки соб таж на име зубчатого к му зацеплен ду его из стр Известн соединения ющих откло ческой фо влияния откние относится к механосбозводству и предназначено для зионных деталей с зазором и м посадкам с небольшим наость машин в значи гельнои стееляется точностью:оединений,при сборке. Тк, неперпендиоси отверстия вту) ки (кольца) рцу приводит при сборке вала кости положения вала после усранной единицы в корпус. Монющем такие погрешности вале олеса приводит ь неправильноию и преждевременному выхотрироку осувала ом тора полоти оси втулку е колещением й, при омпен- ающих, Е - текущая координата осевого положения вала относительно базового торца втулки;б - номинальный диаметр вала; 45 Ь - ширина кольца;- длина вала от места закрепления в установочно-зажимном приспособлении;11 - расстояние от места закрепления вала до места приложения силы; 50К - коэффициент, учитывающий снижение коэффициента трения и предела текучести под воздействием ультразвуковых колебаний (К = 0,0610,14), причем наибольшая допустимая величина смещения 55 вала относительно оси отверстия втулки зависит от геометрических характеристик цилиндрической поверхности вала и определяется из соотношения; звуковыми колебаниями на соединяемые детали.Недостатком этого способа является то, что рассматриваемую погрешность перпендикулярности оси отверстия базовому тор цу способ исправляет незначительно, что приводит к низкой точности соединений по данному параметру,Целью изобретения является повышение точности и качества соединения путем 10 компенсации неточности изготовления втулок. Указанная цель достигается тем, что центрирование вала при установке его во втулку осуществляют со смещением оси вала относительно оси отверстия на базовом 15 торце втулки на величину, равную половине величины проекции неперпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец, под- . ают на втулку продольные ультразвуковые колебания и производят сборку перемеще нием одной детали относительно другой под воздействием статического усилия, при этом прикладывают переменную силу к цилиндрической поверхности вала для компенсации его упругих отжатий, 25 возникающих вследствие пластической деформации в виде микрорезания части объема металла с внутренней поверхности втулки, причем закон изменения силы и место приложения относительно установочно зажимного приспособления связаны следующим соотношением: К 1о,лб(1 - ц)га(Е) -д 4/ЧпахЯВ/Ьгде Л - величина смещения оси вала относительно оси отверстия базового торца, равная половине величины проекции неперпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец;В/аах - максимальная величина волнистости вала;Яуу - шаг волнистости вала.Существенным отличием, по мнению авторов. является смещение оси вала относительно оси отверстия втулки на базовом торце на величину, равную половине величины неперпендикулярности оси отверстия на базовый торец втулки и приложение к цилиндрической поверхности вала в рассчитываемом месте силы, изменяющейся по определенному закону, предназначенной для компенсации упругих отжатий вала, возникающих при соединении со втулкой, вследствие пластической деформации последней в виде микрорезания части объема с внутренней поверхности. Причем, применение этого способа зависит от геометрических показателей волнистости вала. Вывод формул приводится ниже, Именно такие действия позволяют повысить точность соединения, исправив неперпендикулярность оси отверстия втулки базовому торцу. На фиг.1 представлена схема сборки по предлагаемому способу, где 1 - вал, 2 - втулка,З - концентратор ультразвукового преобразователя, 2 Л - величина проекции неперпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец; на фиг.2 - продольное сечение вала с параметрами волнистости; на фиг.З - схема к расчету объема материала втулки, удаляемого в процессе соединения; на фиг,4 - схема к расчету силы 0 Д и места ее приложения; на фиг,5 - развертка площа. ди контакта вала и втулки при предлагаемом способе соединения; на фиг.6 - пример рас. чета изменения силы 0 (Е),Нашими исследованиями установлено что введение в зону соединения вала сс втулкой ультразвуковых колебаний транс формирует процесс упругого и пластическо го формообразования в микрорезание микронеровностями более твердой детал поверхности другой даже при небольши глубинах внедрения неровностей. Физиче ская природа этого явления с точки зрени теории дислокаций подробно описана в ра боте Северденко В.ПКлубович В.В., Степа ненко А.В, Обработка металлов давлениел с ультразвуком Минск; Наука и техника1973, где отмечается снижение предела текучести металлов о под воздействием ультразвука в 3,54 раза и коэффициент трения в 24 раза.Кажущееся на первый взгляд снижение прочности соединения на самом деле места не имеет. Так прочность соединений при сдвиге в осевом направлении увеличилась после сборки с ультразвуком в 1,2,1,6 раза, а жесткость при нагружении сосредоточенной силы в диаметральном сечении в 1,61,8 раза. Разборка таких соединений тепловым методом показала, что впадины микронеровностей поверхности более твердой детали заполнены плотно спрессованной стружкой, что увеличивает фактическую площадь контакта соединения деталей, Аналогия; повышение прочности посадок с натягом при нанесении на сопрягаемую поверхность абразивных порошков (например, Гречишев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом - М,; Машиностроение, 1981 - С. 92 - 96). При необходимости авторы готовы представить подробные результаты этих исследований.Последовательность действий и их сущность при предлагаемом способе соединения состоит в следующем.1, Определяется величина проекции не- перпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец (обозначим - 22, Снимаются профилограммы с образующей вала и определяют по ним максимальную величину волнистости В/вах и средний шаг волны Яв 1 (фиг.2).Это необходимо в связи с тем, что фактором, ограничивающим применение предлагаемого способа, является условие размещения микростружки, в которую перейдет объем Ч (фиг.3), во впадинах волны поверхности вала, В противном случае (при превышении объема стружки, заключенного между впадиной волны и поверхностью втулки) ухудшается поверхность втулки и втулка деформируется. Расчет произведен из условия возникновения наихудшего случая, когда вся микростружка может оказаться в первой впадине волны (на фиг,2 этот объем заштрихован),Из математических соотношений следует, что условие размещения микростружки в первой впадине волны выразится следующим соотношением;4 йпахЯй(1)Ьгде Ь - ширина кольца.3. Ось вала, закрепленного в установочно-зажимном приспособлении, устанавливают относительно оси отверстия набазовом торце втулки со смещением на величину Л, равную половине величины проекции неперпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец.5 4. Втулку закрепляют в приспособлении, являющемся частью ультразвуковой колебательной системы, подают на нее продольные ультразвуковые колебания и производят, соединение вала со втулкой под 10 действием статического осевого усилия,причем в момент соприкосновения вала со втулкой к цилиндрической поверхности вала со стороны противоположной возникающей при соединении силе Р, определяемой 15 возникающим микрорезанием объема Ч,прикладывают силу О на определенном расстоянии 1 от места закрепления вала (фиг.4,а). Величина силы О в зависимости от места ее приложенияопределяется из 20 следующих соображений, На фиг.4,6 приведена схема расчета. Исходя из нее, определим прогиб в любой точке х от действия сил РиО. 2 Р 3 - Й(5) Найдем закон изменения силы Р при перемещении вала по поверхности втулки. Сила Р зависит от напряжений в контакте, площади контакта Е и коэффициента трения 1Р=1 ит Е (6)Для определения площади Е сделаем развертку площади контакта вала со втулкой до середины втулки (фиг.5). Рассмотрим изменение площади контакта при перемещении вала по координате 2Е =22(4 + 2 ст 9 а) (7) 5 1 (О) - Р 1 х (О РхЕ 1( 2 6(2)6где : - модуль упругости 1 - момент инерции сечения вала.В связи с поставленной задачей необходимо, чтобы на свободном конце вала(х=) прогиб был равен нулю, т.е. у =О. Тогдауравнение (2) примет вид(8)Подставляя (8) в (7), получим2 (" Ь) (9)В связи с тем, что под воздействиемультразвука при соединении происходитмикрорезание, а предел текучести снижается в 3,64 раза, то в зоне контакта напряжегЛния составляют - , где К 1 - коэффициентК 1снижения предела текучести в 3.54 разапри воздействии ультразвуковых колебаний,Коэффициент трения при соединениисоставляет - , где К 2 - коэффициент сниК 2жения коэффициента трения под воздействием ультразвука в 2.4 раза,Таким образом, сила возникающая присоединении деталей, зависит от текущей координаты положения вала относительновтулки 2 и определяетсяР = К О,2 - (1 - ),7 тс 1 7где К = - 0,061,0,14 - коэффициент1К 1К 2снижения механических характеристик подвоздействием ультразвука;с 1 - номинальный диаметр вала;Ь - ширина кольца,Подставляя значение Р из (10) в (5),получим закон изменения силы 0 в зависимости от места ее приложения 11 и координатыположения вала и втулки 2Ко, 2 лс 1(1 - ф20(4 - . (11)( - ) (3 - ,)5. Действие силы 0(2) снимают после прохождения валом всей ширины втулки. Досылку втулки до требуемой координаты взаимного расположения вала и втулки производят под действием статического осевого усилия.Производилась сборка валов со втулками. Обе детали были изготовлены из стали 45 (0 = 36 кг/мм ), окончательная обработка2валов и отверстий - плосковершинное шлифование,Валы имели следующие геометрические характеристики: с 1 = 10мм; Ь = 15 мм Япах = 0,015 мм; Яв 1 = 3 мм, Втулки: б = :10мм, величина проекции неперпенди-Ь,оокулярности оси отверстия на базовый торец 2 Л = 0,02 мм. ( Ь = 0,01 мм).1) Определяем возможность применения данного способа сборки по формуле (1)( - ) (3 -- )е 0(2) - сила, прикладываема- коэффициенттрения прила и втулки;Ут- предел текучести матер к валу;оединении ла втулки; Ь((0,012 мм.4 0,015 3Следовательно, данный способ можно использовать для сборки,5 2) Определяем закон изменения силы0(2) по формуле (1). Длина вала до местазакрепления = 100 мм, место приложенияСилы 1 = 70 мм,2=0 0(0)=010 2=1 мм 0(1) =18,7 кгс2=3 мм; 0(3)=48 кгс;2=5 мм; 0(5) =66,7 кгс;2 =7;5 мм; 0(7,5) = 75,0 кгс;2=10 мм; 0(10) = 66,7 кгс;15 2 = 12 мм; 0(12) = 48 кгс;2 = 14 мм; 0(14) = 18,7 кгс;2=15 мм; 0(15) = 0График изменения 0(2) приведен нафиг.б, Изменение на микроскопе УИМ - 2320 неперпендикулярности вала базовому торцу показало, что эта средняя величина составила 0,006 мм (выборка составляла 10штук).При сборке обычным методом средняя25 неперпендикулярность вала базовому торцу втулки составила 0,0223 мм, Т.е, применение предлагаемого способа повысилоточность в 3,7 раза.Формула изобретения30 Способ сборки соединений типа валвтулка, включающий центрирование соединяемых деталей, приложение усилия кодной из соединяемых деталей и воздействие на них ультразвуковыми колебаниями,35 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и качества соединений, центрирование вала при его запрессовке во втулку осуществляют со смещениемоси вала относительно оси отверстия втулки40 на ее базовом торце на величину, равнуюполовине величины проекции неперпендикулярности оси отверстия втулки на базовый торец, подают на втулку продольныеультразвуковые колебания, а при переме 45 щении одной детали относительно другой кобразующей цилиндрической поверхностивала прикладывают силу, определяемую изсоотношения2 - текущая координата осевого положения вала относительно втулки;б - номинальный диаметр вала;Ь - ширина втулки;1 - длина вала от места закрепления в установочном зажимном приспособлении;11 - расстояние от места закрепления вала до места приложения силы 0(2);К - коэффициент, учитывающий снижение коэффициента трения и предела текучести под воздействием ультразвуковых колебаний (К = 0,061 - 0,14), причем величину смещения оси вала относительно оси отверстия базового торца определяют из соотношения(4 ВЬакс ЯюЬ5 где Ь - величина смещения оси вала относительно оси отверстия базового торца, равная половине величинынеперпендикулярности оси отверстия втулки базовому торцу;10 И/щах - максимальная величина волнистого вала;Яа - шаг волнистого вала.1761426 едак Тираж Подписное рственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5при ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 3217 ВНИИПИ Гос Составитель В, НикоТехред М.Моргентал в Коррект