Точеные стопорные кольца

Подробности

Категория: Стопорные кольца

Просмотров: 2366

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).

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

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

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

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

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

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

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:

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

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.

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

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

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

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

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

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%.

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).

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

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

Предельная осевая сила из условия прочности стенок канавки на смятие

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

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

и

Из сопоставления формул (380) и (379) видно, что при τ ≈ σ_см (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

При обычном значении b = 0,03d

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.

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

а для наружных

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.

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.

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.

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.

• < Назад
• Вперёд >