Технические науки: отраслевое машиностроение

К.т.н. Святуха А.А.

Украинская инженерно-педагогическая академия

О ВЛИЯНИИ ПОКРЫТИЙ НА СОБИРАЕМОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ С НАТЯГОМ ПРИ ТЕПЛОВОМ МЕТОДЕ СБОРКИ

Использование покрытий на валу в виде вязких композитных смесей из мелкодисперсных металлических порошков при сборке его с нагретой охваты-вающей деталью способствует существенному повышению прочности и качес-тва соединений по сравнению с обычной тепловой сборкой без покрытия, либо

с другими видами известных покрытий (гальваническими, лаковыми и др.) [1].

Кроме того, в случае необходимости соединение можно разобрать расп-

рессовкой , не вызывая повреждений посадочных поверхностей сопряженных

деталей. Это позволяет повторно использовать разобранные детали без допол-

нительной механической обработки. Следует отметить, что в результате фрик-ционного осаждения материалов композитной смеси на сопрягаемых поверх-ностях при распрессовке, повторные сборки осуществлялись без дополнитель-ного нанесения покрытий.

Однако наличие вязкого покрытия на валу при сборке его с нагретой охваты-вающей деталью обуславливает некоторое изменение теплообмена между ними по сравнению с обычной тепловой сборкой без покрытия. Усиление либо умень-шение теплообмена определяется термическим сопротивлением на границе конта-ктирующих деталей, которое в свою очередь зависит от теплофизических свойств материалов промежуточной среды, концентрации наполнителей и др. [2].

Одним из условий, определяющих качество процесса тепловой оборки явля-ется отсутствие "схватывания", то есть свободное перемещение деталей относите-льно друг друга в процессе соединения. После соединения начинается интенсив-ный теплообмен между нагретой до температуры 200-320 °С втулкой и валом, име-ющем температуру окружающей среды, а затем их скрепление.

Процесс скрепления соединения происходит в связи с уменьшением посадо-чного отверстия втулки в результате ее остывания и увеличением посадочного диа-метра вала за счет его нагрева. При этом время скрепления деталей зависит не то-лько от теплофизических свойств материалов покрытия и сопрягаемых деталей, но и в значительной степени от величины первоначального сборочного зазора ∆_сб . Это объясняется тем, что воздушная прослойка между контактирующими поверх-ностями обладает наибольшим термическим сопротивлением. Поэтому правиль-ный выбор необходимого сборочного зазора при тепловой сборке соединений с на-личием на валу вязкого покрытия имеет определяющее значение для предотвра-щения преждевременного скрепления деталей. Использование предложенных ана-литических зависимостей либо их нахождение для определения сборочного зазора из условия "несхватывания" в течение времени соединения деталей (практически 2-4 сек) с вязкими покрытиями крайне затруднительно в связи с необходимостью учета большого количества теплофизических факторов.

Общее увеличение посадочного диаметра нагреваемой охватывающей дета-ли с учетом толщины промежуточного слоя для осуществления сборки составит

где h- толщина нанесенного слоя, принимаемая как удвоенная величина дис-персности частиц композитной смеси;

максимальный натяг.

В связи с тем, что контакт вала с нагретой втулкой происходит уже в началь-ном периоде сборки, необходимо ввести некоторую поправку в общее расшире-ние посадочного диаметра втулки, а именно :

где а – дисперсность частиц

- приращение дисперсности частиц в результате контакта с нагретой охватывающей деталью при сборке соединения, которое может быть определено следующей зависимостью

где - усреднённый коэффициент теплопроводности смеси

Т - температура нагрева втулки, определяемая обычным расчетом для тепло-вой сборки соединений без покрытия.

С учетом проведенной поправки на увеличение посадочного диаметра втул-ки необходимая температура ее нагрева, для свободной сборки с валом составит

,

где T_о – температура окружающей среды, ° С

Целью данного исследования являлось экспериментальное определение из-менения температур сопрягаемых деталей, времени «схватывания» и оценка воз-можности свободного соединения деталей по всей длине их сопрягаемых поверх-ностей.

Экспериментальные исследования выполнены на соединениях с посадоч-ным диаметром 40 мм, изготовленных из стали 45. Виды покрытий, диапазон натя-гов, количество соединений и температура нагрева втулки приведены в таблице .

Параметры соединений, исследуемых на собираемость

Вид покрытия	Натяг соединения,мм	Количество соединений	Температура нагрева втулки, ˚С
Без покрытия	0,015	5	250-300
	0,035	5
	0,050	5
Глицерин	0,015	5	250-300
	0,035	5
	0,050	5
Глицерин + Cu +Al	0,015	5	250-300
	0,035	5
	0,050	5

Изменение температур деталей после их соединения определяли с помощью хромель-копелевых термопар с записью на 12-ти точечном потенциометре типа ЭПП-09. Схема расположения термопар во втулке и на валу показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема расположения термопар во втулке и на валу

Термопары устанавливались в сверления диаметром 1,2 мм, а для обеспечения надежного контакта с материалом деталей и улучшения теплопроводности отверстия плотно забивались медными опилками и заливались смесью жидкого стекла и с порошком асбеста. Нагрев втулок осуществлялся в индукционном наг-ревателе. Сборка соединений осуществлялась следующим образом . Вал устанав-ливался вертикально торцом на асбестовую плиту, имеющую продольный сквоз-ной паз для выхода термопар, которые присоединялись к потенциометру типа ЭПП-09. Нагретая в индукторе втулка с подсоединенными термопарами спе-циальным захватным устройством свободно насаживалась на вал. Сразу же после окончательной её посадки на вал, что соответствовало упору втулки в асбестовую плиту, включался секундомер для фиксации момента скрепления деталей в узел. Момент "схватывания" определялся путем периодического возвратного провора-чивания вала на 5-10°относительно втулки.

Интенсивность теплообмена существенно зависит от натяга соединения, вида покрытия и от температуры нагрева втулки, которая опре-деляет величину сборочного зазора.

Графики времени "схватывания" деталей соединения в зависимости от натя-га при начальной температуре втулки 250 °С и различных условий сборки приведе-ны на рис.2.

Рис.2. График времени срепления деталей от натяга: I - без покрытия;

2 – с покрытием глицерином; 3-с покрытием глицерин + Си +Al+Sn.

Из анализа приведенных графиков следует, что для обеспечения гаранти-рованного запаса времени свободной сборки порядка 3-5 сек, то есть сборки без "схватывания" в процессе соединения деталей с покрытием вала композитной смесью, достаточно иметь температуру охватывающей детали на 20-30 °С выше против тепловой сборки соединений без покрытий.

Литература:

1.Кравцов М.К., Святуха А.А., Чернов В.В. Промежуточные среды в соединениях с натягом. -Харьков: Изд-во Штрих. 2001.-200 с.

2.Попов В.М. Теплообмен через соединения на клеях. М.Энергия, 1974. 302с.