Точеные стопорные кольца

Точеные стопорные кольца

Точеные стопорные кольца

Точеные кольца изготовляют из листовых или трубчатых заготовок. После термической обработки торцы и посадочные цилиндрические поверхности колец шлифуют.

Таким способом изготовляют преимущественно кольца большого диаметра (в среднем более 50 мм). Кольца обычно делают прямоугольного сечения с фасками [с или радиусами R на кромках (рис. 828, а, б)], постоянного по окружности (рис. 829, а). Применяя трубчатые заготовки с эксцентричной расточкой, можно придать кольцам более целесообразную форму равного сопротивления изгибу (вид б).

Сечение стопорных колец

Кольца постоянной и переменной высоты

Конструктивные соотношения. На рис. 830, а, б представлены основные параметры внутренних (т. е. сажаемых в корпусе) колец.

Параметры стопорных колец прямоугольного профиля

При введении в канавку кольцо сжимают так, чтобы оно прошло через отверстие корпуса диаметром D. При этом в кольце возникают напряжения, имеющие максимум на участке, противоположном разрезу. Напряжения определяются отношением высоты h кольца к его среднему диаметру (~ D) и степенью сжатия кольца при монтаже, т. е. отношением наружного диаметра D2 кольца в свободном состоянии к диаметру D отверстия. От толщины b кольца напряжения не зависят.

Предельно допустимая из условия прочности на изгиб высота h стальных колец при обычных значениях D2/D равна 0,15D. Практически принимают

Tochenye stop kolca 4

где нижний предел относится к кольцам большого диаметра (D > 50 мм) верхний — малого (D < 50 мм).

Удовлетворительные результаты в диапазоне D = 10—200 мм дает формула

Tochenye stop kolca 5

Толщину b кольца можно варьировать в широких пределах. Обычно принимают b = 0,4h. Подставляя в эту формулу значение h из выражения (372). получаем

Tochenye stop kolca 6

где нижний предел относится к кольцам большого диаметра, верхний — к кольцам малого.

Глубину h1 канавки в корпусе делают в среднем равной (0,25—0,3)h. Наружный диаметр канавки

Наружный диаметр канавки

Подставляя в это уравнение h из формулы (372), получаем

Tochenye stop kolca 8

где нижний предел относится к кольцам большого диаметра, верхний — малого.

Для получения радиального натяга наружный диаметр D2 кольца (рис. 830, б) делают несколько большим диаметра канавки D1:

Tochenye stop kolca 9

где нижний предел относится к кольцам малого, а верхний — большого диаметров. Если в это выражение подставить значение D1 из уравнения (373), то получим

Tochenye stop kolca 10

Ширину l прорези в свободном состоянии выбирают с таким расчетом, чтобы при смыкании концов наружный диаметр D2 кольца уменьшился по крайней мере до диаметра D отверстия, т. е.

Tochenye stop kolca 11

Так как в сомкнутом состоянии кольцо не имеет правильной цилиндрической формы, то принимают с запасом

Tochenye stop kolca 12

Делать зазор больше 0,4D не рекомендуется. Неопытный сборщик может при монтаже сжать стопор до полного смыкания концов и сломать его.

После установки стопора в канавку зазор незначительно уменьшается (приблизительно в отношении D2/D1, т. е. в 1,03—1,05 раза).

Наружные (т. е. устанавливаемые на вал) кольца разжимают при монтаже так, чтобы кольцо могло пройти через диаметр d вала (рис. 830, в, г). Принимая h = (0,08—0,15)d и глубину канавки h1 = (0,25—0,3)h, получаем внутренний диаметр канавки

Внутренний диаметр канавки

где нижний предел относится к кольцам малого диаметра, а верхний — большого.

Внутренний диаметр d2 кольца в свободном состоянии (рис. 830, г) для получения радиального натяга делают равным

Tochenye stop kolca 14

где нижний предел относится к кольцам большого диаметра, а верхний — малого.

Подставляя в это выражение значение d1 из соотношения (375), получаем

Tochenye stop kolca 15

Ширина l' прорези в данном случае определяется лишь удобством демонтажа кольца. Для колец малого диаметра принимают l' = 5—10 мм, большого — l' = 10—20 мм. После установки стопора в канавку зазор увеличивается на 3—5%.

Канавки под стопорные кольца

Форма канавок под внутренние и наружные кольца показана на рис. 831. Радиус R1 у основания канавки делают максимально возможным, но меньшим катета (с) фаски или радиуса R на кромках кольца (см. рис. 828, а, б) с таким расчетом, чтобы кольцо при крайних осевых положениях плотно прилегало к стенкам канавки и лежало своей цилиндрической поверхностью на днище канавки.

Ширину канавки В выбирают в зависимости от условий работы кольца. При необходимости точной осевой фиксации в двух направлениях (рис. 832, а) кольцо сажают в канавку, обычно по H9/h8. Для колец, нагруженных односторонними силами (вид б), ширина канавки не имеет значения, так как точность фиксации детали здесь определяется не зазором в канавке, а расстоянием С между торцами канавок, воспринимающими осевые нагрузки. В этом случае ширину канавки делают на 0,2—0,5 мм больше толщины кольца. Для облегчения изготовления и удобства контроля нерабочие грани канавок иногда делают скошенными (вид в).

Зазоры в канавках

Несущая способность. Несущую способность стопорных колец (сопротивление осевым нагрузкам) определяют по элементарной схеме, предполагая, что кольцо работает на срез (рис. 833, а).

К расчету стопоров на прочность

Максимальная осевая сила, выдерживаемая кольцом,

Максимальная осевая сила, выдерживаемая кольцом

где d — диаметр вала (или для внутренних колец — отверстия в корпусе), мм; b — ширина кольца, мм; τ — предел текучести материала кольца на срез, МПа (для обычных пружинных сталей τ = 800—1000 МПа).

При среднем значении b = 0,03d

Tochenye stop kolca 20

Предельная осевая сила из условия прочности стенок канавки на смятие

Предельная осевая сила из условия прочности стенок канавки на смятие

где h1 — глубина канавки, мм; σсм — предел прочности на смятие, МПа (для улучшенных конструкционных сталей σсм ≈ 1000 МПа).

При средних значениях h1 = 0,3h и h = 0,1d

Tochenye stop kolca 22

и

Tochenye stop kolca 23

Из сопоставления формул (380) и (379) видно, что при τ ≈ σсм (стальные кольца в стальных валах) расчет на срез и смятие дает примерно одинаковые значения N.

Если канавка выполнена в мягком материале, то определяющим фактором становятся напряжения смятия на стенках канавки.

Из-за условности расчета на срез формулы (377) и (378) дают увеличенные значения N даже при введении больших коэффициентов запаса.

Опыт показывает, что решающее значение для прочности имеет перекос кольца (вначале в пределах осевого зазора в канавке), вызывающий сосредоточение нагрузки на кромке канавки (рис. 833, б). Так как сопротивление смятию закаленного кольца больше, чем материала самой детали, то кромка канавки детали сминается, и кольцо из нее выворачивается. Если даже кольцо остается в канавке, то соединение выходит из строя из-за нарушения точности фиксации.

Повреждение развивается ускоренно, если осевая нагрузка динамическая.

Для повышения прочности стопорных соединений целесообразно увеличивать твердость стенок канавки (например, цементацией или азотированием вала), уменьшать осевой зазор в канавке, увеличивать толщину кольца и глубину канавки. Однако увеличение глубины канавки ослабляет вал и повышает напряжение изгиба в кольце при монтаже.

Фаски на кромках канавки и детали, передающей осевую силу (рис. 833, в), уменьшают прочность соединения. Кромки рекомендуется делать острыми. Если кромка детали выполнена с фаской или галтелью (обоймы подшипников качения), то между деталью и стопорным кольцом целесообразно устанавливать промежуточную шайбу m (вид г) с острыми кромками.

Повышенной нагрузочной способностью обладают кольца Г-образного профиля (вид д), у которых изгибающий момент от действия осевой силы воспринимается упором цилиндрической части кольца в днище канавки.

Прочность стопорных соединений с внутренними кольцами можно увеличить, делая кольцо конусным (вид е). Под действием осевой силы кольцо раздается в радиальных направлениях и плотно прижимается к днищу и стенке канавки.

Для наружных колец этот способ применим только в том случае, если кольцо заключено в чашечную деталь (вид ж).

Как установлено опытами, стопорные кольца прямоугольного сечения работают в стальных валах вполне надежно, без признаков выворачивания (даже при больших зазорах в канавке), если условное напряжение среза по схеме (рис. 833, а) не превышает 20 МПа.

Подставляя эту величину в формулу (377), получаем допустимую нагрузку

Tochenye stop kolca 24

При обычном значении b = 0,03d

Tochenye stop kolca 25

Если нагрузка динамическая, то величину N нужно снизить примерно в 2 раза. При установке стопоров в корпуса из легких сплавов надо, учитывая пониженную прочность этих сплавов на смятие, уменьшать величину N в 3—4 раза.

Монтаж и демонтаж. Внутренние стопорные кольца при монтаже сжимают, сводя концы, и вводят в отверстие с перекосом по отношению к оси. Если канавка расположена близко от торца отверстия, то кольцо опирают в канавку в точке, противоположной разрезу (рис. 834, а), и поворачивая кольцо вокруг этой точки, как вокруг оси, вводят кольцо в канавку.

Монтаж стопоров

Аналогично монтируют наружные кольца (вид в).

Для облегчения монтажа кромки отверстий и валов заправляют пологими фасками, обычно под углом α = 30° (виды а, в). Лучше всего, если входной диаметр фаски в отверстиях равен наружному диаметру D2 кольца (вид б), а на валах — внутреннему диаметру d2 кольца в свободном состоянии (вид г).

Длина фаски равна для внутренних колец

Tochenye stop kolca 27

а для наружных

Tochenye stop kolca 28

Пользуясь соотношениями (374), (376) и принимая α = 30°, получаем соответственно s = 0,1D и s' = 0,1d. По габаритным условиям такие большие фаски иногда выполнить затруднительно.

Для монтажа колец используют приспособления типа изображенных на рис. 835. Внутренние кольца 2 (вид а) устанавливают в оправку 1 с пологим коническим отверстием, центрируемую по детали, и движением штока 3 вводят в канавку. Наружные кольца 5 (вид б) устанавливают на коническую оправку 4, центрируемую по расточке (или центровому гнезду) вала, и движением втулки 6 заводят кольцо на вал.

Приспособление для монтажа стопоров

Приспособления получаются довольно громоздкими (из-за необходимости выдерживать соотношение l1 ≥ l, где l — расстояние от канавки до кольца в исходном положении; l1 — длина заходной части штока или втулки.

Для облегчения демонтажа внутренних колец в деталях проделывают радиальные отверстия m (рис. 836, а), выфрезеровки n (вид б) или торцовые пазы q (вид в), через которые сжимают кольцо перед снятием. Для демонтажа наружных колец на валу фрезеруют канавки t (вид г), через которые разводят кольцо с помощью отвертки.

Демонтажные отверстия и пазы

Число съемных элементов (отверстий, пазов) должно быть не менее трех.

Описанные способы усложняют конструкцию и не всегда применимы по конфигурации деталей.

Для устранения специальных приспособлений и облегчения сборки в эксплуатационных условиях и при ремонте целесообразно выполнять съемные элементы на стопорных кольцах.

На внутренних кольцах делают прямые (рис. 837, а) или косые (вид б) срезы. Вводя в промежутки между срезами и стенками отверстия ручной инструмент (отвертку), отгибают концы стопоров внутрь и поворотом инструмента в осевом направлении выводят стопор из канавки.

Съемные элементы стопоров

Целесообразнее конструкции с вырезами (вид в) или отверстиями (вид г) под губки щипцов, облегчающие не только демонтаж, но и монтаж. С помощью щипцов концы стопоров сводят, после чего стопоры легко выходят из канавки (при демонтаже) или входят в нее (при монтаже).

Конструкцию с расширенным вырезом (вид б) применяют для колец большой толщины и малого диаметра, введение которых в отверстие затруднительно.

На наружных кольцах делают скосы под разводной инструмент под углом 60° для колец диаметром менее 40 мм (вид е) и 90° для колец диаметром ≥ 40 мм (вид ж). Целесообразнее конструкции с полукруглыми выборками (вид з) или отверстиями (виды и, к) под разводные щипцы, облегчающими демонтаж и монтаж.