Центрирующие соединения

Центрирующие соединения

Центрирующие соединения.

Цилиндрические поверхности обычно центрируют по посадкам с зазором: H/g, H/h и переходным посадкам: H/js, Н/k, Н/m. На рис. 546 приведены средние зазоры и натяги для различных видов посадок в зависимости от диаметра центрирующих поверхностей.

При посадке H/h зазор равен нулю только в предельном случае, когда отверстие и охватываемая поверхность выполнены по номиналу. В большинстве случаев в соединении имеется значительный зазор, особенно при низких квалитетах. Следовательно, посадки H/h точного центрирования не обеспечивают.

Зазоры получаются и при посадке H/js. Беззазорной является посадка Н/k, которую следует применять при необходимости точного центрирования. Посадка Н/m обеспечивает в соединении незначительный натяг.

Посадки Н/m и Н/k можно применять для точного центрирования без усложнения сборки и разборки, если центрирующие поверхности имеют незначительную длину (например, буртики фланцев). Детали с длинными центрирующими поверхностями (типа ступиц) лучше устанавливать по посадкам H/h и H/js, если не предъявляются повышенные требования к точности центрирования и нет опасности разбивания посадочных поверхностей под действием нагрузок.

Средние зазоры и натяги для различных видов посадок в зависимости от диаметра центрирующих поверхностей

Средний зазор зависит от типа посадки и от квалитета. Посадка H6/g5 практически эквивалентна посадке Н7/h6 (если не считать более узкого поля допусков), посадка H6/h5 — посадке Н7/js6, а посадка H7/g6 — посадке Н8/h7.

При назначении посадок следует учитывать температурный режим работы соединения. Первоначальная (холодная) посадка может сильно измениться при нагреве, особенно если охватывающая и охватываемая детали выполнены из материалов с различным коэффициентом линейного расширения. В таких случаях обязателен тепловой расчет соединения.

Если при нагреве охватывающая деталь расширяется больше, чем охватываемая, то следует назначать более плотные посадки (H/js, Н/k, Н/m); если же больше расширяется охватываемая деталь, то посадки H/h, H/g, H/f.

Пусть диаметр центрирующей поверхности d = 200 мм. Охватывающая деталь выполнена из легкого сплава (α2 = 24·10–6 1/°С), охватываемая из стали (α1 = 11·10–6 1/°С). Рабочая температура соединения 120°С. Соединение выполнено по посадке Н8/h7 (диаметральный зазор Δ = 0—0,12 мм). При нагреве зазор становится Δ = Δ + d·(α2 – α1)·Δt = (0 … 0,12) + 200·(24 – 11)·10–4 = 0,26 … 0,38 мм

Точность центрирования нарушается. Назначение посадки Н7/m6 несколько улучшает положение. Максимальный зазор при этой посадке 0,056 мм; максимальный натяг 0,064 мм. Следовательно, при нагреве в соединении получается зазор от 0,26 – 0,064 = 0,196 мм до 0,26 + 0,056 = 0,316 мм.

При больших радиальных размерах соединения и высоких рабочих температурах первоначальная посадка нередко изменяется настолько значительно, что приходится отказываться от центрирования по цилиндрическим поверхностям и применять температуронезависимое центрирование.

Правила конструирования. Для повышения точности центрирования и уменьшения влияния температурных деформаций выгодно центрировать детали по наименьшему допускаемому конструкцией диаметру (рис. 547, а—д).

Уменьшение центрирующего диаметра

Показателен пример привертного кронштейна (рис. 547, е). При центрировании по большому диаметру, равному, допустим, 200 мм, максимальный зазор при посадке Н8/h7 равен 0,12 мм. При центрировании по минимальному диаметру зазор уменьшается до 0,037 мм, т. е. примерно в 3 раза. Центрирование резко улучшается и становится практически температуронезависимым.

При центрировании деталей типа фланцев следует обеспечивать достаточную длину центрирующих буртиков, имея в виду, что заходные фаски в отверстии и на охватываемой поверхности, а также прокладки существенно уменьшают фактическую длину центрирующих поверхностей.

Высоту буртика Н выбирают так, чтобы обеспечить уверенное центрирование на пояске h (рис. 548):

Н = h + 2с + ΔН + 2Δc + s,

где с — катет заходных фасок при наиболее неблагоприятном сочетании производственных отклонений; s — толщина прокладки (в сжатом состоянии); Δс — плюсовое отклонение размеров заходных фасок от номинала; ΔН — минусовое отклонение высоты центрирующего буртика от номинала.

Центрирующие буртики

Размеры центрирующего пояска h и фасок (в отверстии и охватываемой детали) в рядовых соединениях можно принимать равными:   

Размеры центрирующего пояска и фасок (в отверстии и охватываемой детали) в рядовых соединениях

Для практических целей высоту буртика Н (при обычных толщинах прокладки s = 0,1—0,2 мм) можно определять из соотношения Centrir soed 5 где D — диаметр центрирующей поверхности, мм.

Для выхода режущего инструмента при обработке торца фланца и центрирующей поверхности, а также во избежание защемления прокладки во входящем угле соединения центрирующую поверхность отделяют от поверхности стыка радиальными, торцовыми или диагональными канавками (рис. 548).

В корпусных деталях (рис. 549) центрирующие поверхности следует выполнять в виде отверстий, без труда обрабатываемых на расточных станках (рис. 549, б, д). Особенно важно соблюдение этого правила при центрировании по соосным поверхностям, расположенным по разные стороны корпуса. Конструкция на рис. 549, е крайне нетехнологична. Центрирующие буртики на такой детали обрабатывают с разных установок; обеспечить их соосность возможно только с помощью специальных приспособлений. В правильной конструкции (рис. 549, ж) центрирующие отверстия корпуса обрабатываются напроход с одной установки, что обеспечивает их соосность.

Расположение центрирующих буртиков

Следует избегать центрирования одновременно по двум поверхностям (рис. 550, 1). Центрировать необходимо только по одной поверхности, оставляя на другой гарантированный зазор s (2, 3).

Центрирующие соединения

В узле соединения на торцовых шлицах (4) центрирование фланца n на валу не только излишне (центрирование осуществляют сами шлицы), но и вредно, так как оно мешает правильной беззазорной затяжке шлицев. В целесообразной конструкции (5) между деталями предусмотрен зазор s.

На виде 6 показана неправильная конструкция узла установки шарикового подшипника в гильзе с двойным центрированием, являющейся в то же время втулкой уплотнения разрезными пружинными кольцами. Правильные конструкции представлены на видах 7, 8.

Установка направляющего хвостовика клапана по посадке H7/h6 (9) может помешать плотному прилеганию клапана к седлу. В целесообразной конструкции (10) применена посадка H9/d9, достаточная для направления клапана при притирке и в то же время допускающая самоцентрирование клапана в седле.

Частой ошибкой начинающих конструкторов является введение центрирования там, где оно не требуется условиями работы. В узле установки подшипника (11, 12) центрирование боковых щек не продиктовано необходимостью. Достаточно ограничиться фиксацией щек в радиальном направлении крепежными болтами (13). В конструкции упорного подшипника (14, 15) можно обойтись без центрирования упорной шайбы m, зафиксировав ее установочными штифтами n (16), так или иначе необходимыми для предупреждения поворота шайбы.

В узлах, состоящих из нескольких концентричных деталей, необходимо сокращать число центрирующих поверхностей, так как наслоение производственных неточностей на каждом центрирующем поясе уменьшает точность центрирования в целом. В конструкции 17 подшипник качения установлен на двух промежуточных втулках. Центрирующих поверхностей четыре (не считая зазоров между телами качения и беговыми дорожками). При сокращении числа центрирующих поверхностей (18) до двух точность центрирования возрастает примерно вдвое.

При центрировании на цилиндрическом штифте (19), запрессованном в деталь р и входящем по посадке Н7/h6 в отверстие детали q, суммируются неточности посадки по двум поверхностям. В узлах, требующих точного центрирования, следует или обрабатывать центрирующую часть штифта после запрессовки концентрично с точными поверхностями детали, или выполнять центрирующий шип как одно целое с деталью (20).

На виде 21 показан пример нерационального центрирования по двум поверхностям (t — на валу, u — на отъемном диске). Центрирование по поверхности u или фиктивно (если диск посажен на центрирующую деталь с зазором), или нарушает центрирование по поверхности t (если диск посажен на вал с натягом). Целесообразнее деталь центрировать на валу, а диск устанавливать свободно (22).

Как правило, цилиндрические поверхности следует центрировать по полной окружности. Наличие местных выборок небольшой протяженности не отражается существенно на точности центрирования. В отдельных случаях, когда этого требует конструкция, детали центрируют по неполной окружности при условии, если дуга центрирующей окружности имеет угол не менее 270° (23) и деталь обладает достаточной радиальной жесткостью.

На практике иногда применяют центрирование по отдельным выступам v (24), если их число не менее трех, и они расположены симметрично по окружности, а также центрирование по зубьям (25) и шлицам (26).