Узлы, используемые для передачи вращающих, осевых или радиальных нагрузок от вала к ступице (или наоборот), подразделяются на четыре категории:
Жесткое механическое соединение (например, шлицевое)
Соединение трением (например, прессовая посадка)
Сварка или пайка
Клеевое соединение
Категории 3 и 4 иногда объединяются в одну и упоминаются как соединение по контактируемым поверхностям.
1.1. Жесткое механическое соединение
Это наиболее распространенный метод кинематической связи на основе стандартных шпоночных соединений, включающий шлицы, пальцы и зубья. Они относительно просты для сборки и демонтажа и могут передавать достаточно большие крутящие моменты. Однако, наряду с этими преимуществами, имеется ряд недостатков типа возникновения высоких нагрузок из-за "эффекта зазубривания", который возникает непосредственно в местах фиксации, высокой стоимости механической обработки, а также необходимости устранения осевых перемещений и люфта, присущих большинству конструкций.
Шпоночным соединениям также свойственно неравномерное распределение массы, отсутствие равновесия, что может повлечь за собой возникновение дисбаланса и вибраций при высоких скоростях вращения.
1.2. Соединение трением
Наиболее распространенные соединения трением включают в себя зажимные муфты и детали, собранные с применением прессовой, горяче-прессовой и конусной посадок.
Применение этого способа соединения может быть очень экономичным, обеспечивающим хорошую балансировку и не требует дополнительной осевой фиксации.
Однако, эти методы имеют свои недостатки: передача крутящего момента основываются только на трении, поэтому для них имеются ограничения в применяемых материалах, форме поверхностей, а также необходимость точной механической обработки, что приводит к высокой себестоимости производства. Демонтаж таких сборок, за исключением конусных посадок и развальцованных втулок, может быть затруднен или вообще невозможен из-за внедрения друг в друга материала контактных поверхностей. Напряжения, возникающие при прессовых посадках, могут привести к усталостному разрушению соединяемых деталей, особенно при значительных эксплуатационных нагрузках.
1.3. Сварка и пайка
Основными преимуществами этих методов соединений являются высокая прочность, тепло- и электропроводность и устойчивость к коррозионному износу. Однако, имеется ряд ограничений для их применения. Например, как правило, соединению подлежат только однородные металлы, при этом воздействие высоких температур может привести к ухудшению структуры, остаточным напряжениям и деформированию деталей. Демонтаж при этом также может быть затруднен или невозможен.
2.1.4. Клеевое соединение
Существуют два различных типа склеивания цилиндрических деталей:
Склеивание деталей с зазором - полимеризованный в зазоре клей передает все нагрузки.
Склеивание деталей с натягом, как с нагревом, так и без него - нагрузка передается как через полимеризованный клей, так и трением между деталями благодаря натягу.
В обоих случаях применяется жидкий герметик, который полностью покрывает контактируемые поверхности соединения, и, отверждаясь до состояния жесткой пластмассы, склеивает обе поверхности.
2. Примеры применения герметиков для соединения деталей цилиндрической формы
Установка подшипников в корпуса или на валы
Фиксация роторов, шестерен, звездочек и шкивов на валах
Установка цилиндрических втулок и гильз в корпуса
Герметизация заглушек в двигателях внутреннего сгорания
Возможность отказа от применения шпоночных и резьбовых соединений
Отсутствие необходимости в использовании точных инструментов или станков
Использование специальных приспособлений для установки втулок
Фиксация маслозаливных трубок в литых корпусах
Ремонт изношенных станков
3. Преимущества склеивания деталей цилиндрической формы
Применяются в качестве дополнения или полной замены механических типов соединения
Получение прочных и более жестких соединений
Устраняют люфт в шпонках и шлицах
Снижают необходимость в дополнительных фиксирующих элементах
Уменьшают размеры соединения
Снижают требование к допускам
Возможен демонтаж склеенных деталей путем нагрева с целью ослабления прочности клея
Возможно использование разнородных материалов для соединения
Достигается равномерное распределение давления по всей площади склеивания и уменьшение внутреннего напряжения в деталях
Снижается стоимость механической обработки
Возможность соединения как твердых, так и мягких поверхностей без их деформации
Получение полностью герметичного соединения, что предотвращает возникновение коррозии в зазоре
Склеивание позволяет упростить конструкцию, производство и процесс сборки деталей. Например, при монтаже подшипников, клей, в пределах допустимых ограничений, компенсирует отсутствие точного центрирования деталей. Валы и подшипники, смонтированные без нагрузок и нарушения центрирования, имеют более длительный срок эксплуатации и могут многократно использоваться после их демонтажа и очистки. Клеевые соединения, в отличие от прессовых посадок, дают возможность использовать тонкостенные конструкции сопрягаемых деталей.
4. Применение анаэробных герметиков серии «Анаэроб» для соединений деталей цилиндрической формы
4.1. Жесткое механическое соединение
Применение шлицев, шпонок и т.п. влечет за собой наличие люфта и склонность деталей к коррозионному износу. Герметик серии «Анаэроб», используемый для монтажа вышеперечисленных деталей, способен заполнять все имеющиеся пустоты в соединении, а затем, полимеризовавшись, устранять перемещения деталей относительно друг друга, повышая при этом способность узла выдерживать длительные нагрузки.
Способность герметика противостоять осевым нагрузкам позволяет в некоторых случаях отказаться от применения таких элементов крепления, как запорные кольца, втулки, пальцы и т.д.
4.2. Склеивание деталей с натягом
Прочность соединения по посадке в натяг без применения герметика определяется следующей формулой:
Прочность = Напряжение втулки х Коэффициент трения х Площадь контакта
Значения переменных зависят от следующих факторов:
Напряжение посаженной в натяг втулки зависит от величины натяга, модуля упругости материалов и конструкции деталей. Чем больше величина натяга, тем выше напряжение.
Коэффициент трения зависит от типа материала, его обработки и состояния поверхности.
Контактируемая площадь: исследования показали, что максимальный контакт между соединяемыми металлическими поверхностями вала и втулки составляет 25-30% от площади поверхности даже при соединении деталей по прессовой или горячей посадке.
При применении герметиков серии «Анаэроб» контактируемая площадь увеличивается до 100%, позволяя нагрузкам на сдвиг и на сжатие равномерно распределяться по всей поверхности соединения.
При использовании герметиков серии «Анаэроб» для соединения деталей цилиндрической формы старые конструкции могут быть модернизированы (усилены), а новые - выпускаться более компактными, легкими и дешевыми.
Существует два метода сборки по посадкам в натяг с использованием герметика:
Соединение по прессовой посадке:
Герметик наносится в виде пленки на одну или обе поверхности, затем детали соединяются. Очень важно в момент сборки избегать стирания клея с поверхностей деталей или выдавливания его наружу
Соединение деталей по прессовой посадке с нагревом:
Детали имеют определенное напряжение при рабочих температурах, хотя во время монтажа собираются с определенным зазором. Предпочтительной методикой для клеевых соединений по горячей посадке является нанесение герметика на внутреннюю деталь и нагрев внешней для получения необходимого зазора. Технологии соединения деталей по горячей посадке дают оптимальную прочность соединения, поскольку нагревание помогает достичь высокую скорость полимеризации, а усадка внешней детали вызывает нагрузки на сжатие на отверждающийся клей. В результате полученная общая прочность соединения намного выше прочности клея на сдвиг и выше прочности при посадке в натяг без клея.
5. Конструкторские приемы
5.1. Окончательная обработка поверхностей
Рекомендуется окончательная обработка поверхностей до уровня шероховатости от 0.8 до 3.2 микрон. Необходимо избегать очень гладких поверхностей, так как они уменьшают коэффициент "сцепления" материалов.
5.2. Применение фасок
Для минимизации возможности схода герметика с поверхностей деталей в момент сборки желательно на торцевых краях соединяемых деталей выполнять фаски шириной 1.0 мм под углом от 15 до 35° к осевой линии детали.
5.3. Конусные соединения
Использование герметиков серии «Анаэроб» для соединения конусных деталей устраняет коррозию и увеличивает способность сборки выдерживать продолжительные нагрузки. Конусные соединения обеспечивают точную концентричность и, благодаря форме деталей, позволяют обеспечить хорошую эффективность работы герметика на больших сопрягаемых поверхностях, подвергнутых обдирочной операции, например шабрению.
5.4. Герметизация с помощью герметиков серии «Анаэроб»
Герметики серии «Анаэроб» для соединения деталей цилиндрической формы одновременно служат идеальным герметизирующим материалом.
6. Выбор герметика для соединения деталей цилиндрической формы
Для ориентировочного выбора нужного герметика в ниже следующие таблицы были включены только основные характеристики продуктов. Таблицы дают только рекомендации, поэтому до принятия окончательного решения необходимо изучить технические характеристики герметиков.
Выбор герметика зависит от:
материалов сопрягаемых деталей
величины зазора между деталями
температуры эксплуатации изделия
механической нагрузки
Наименование
Степень фиксации
Внешний вид
Кажущаяся вязкость, мПа*с при 20 об/мин
Момент отвинчивания на образцах из конструкционной стали без покрытия при t=(20-25)°С,Н м, через 4 часа
Прочность при аксиальном сдвиге через 24 часа, МПА, не менее
Анаэроб-304
высокая
Тиксотропная окрашенная жидкость
500-1500(10об)
20
15
Анаэроб-304В
высокая
2000-3500(10об)
30
15
Анаэроб-308
высокая
2000-6000
20
15
Анаэроб-309
высокая
900 - 2000
20
15
Наименование
Степень фиксации
Внешний вид
Кинематическая вязкость при температуре (20,0±0,1)0С, м2/с
Момент отвинчивания на образцах из конструкционной стали без покрытия при (20-25)°С,Н м, через 4 часа
Соединения цилиндрических деталей
1. Методы сборки цилиндрических деталей
Узлы, используемые для передачи вращающих, осевых или радиальных нагрузок от вала к ступице (или наоборот), подразделяются на четыре категории:
1.1. Жесткое механическое соединение
Это наиболее распространенный метод кинематической связи на основе стандартных шпоночных соединений, включающий шлицы, пальцы и зубья. Они относительно просты для сборки и демонтажа и могут передавать достаточно большие крутящие моменты. Однако, наряду с этими преимуществами, имеется ряд недостатков типа возникновения высоких нагрузок из-за "эффекта зазубривания", который возникает непосредственно в местах фиксации, высокой стоимости механической обработки, а также необходимости устранения осевых перемещений и люфта, присущих большинству конструкций.
Шпоночным соединениям также свойственно неравномерное распределение массы, отсутствие равновесия, что может повлечь за собой возникновение дисбаланса и вибраций при высоких скоростях вращения.
1.2. Соединение трением
Наиболее распространенные соединения трением включают в себя зажимные муфты и детали, собранные с применением прессовой, горяче-прессовой и конусной посадок.
Применение этого способа соединения может быть очень экономичным, обеспечивающим хорошую балансировку и не требует дополнительной осевой фиксации.
Однако, эти методы имеют свои недостатки: передача крутящего момента основываются только на трении, поэтому для них имеются ограничения в применяемых материалах, форме поверхностей, а также необходимость точной механической обработки, что приводит к высокой себестоимости производства. Демонтаж таких сборок, за исключением конусных посадок и развальцованных втулок, может быть затруднен или вообще невозможен из-за внедрения друг в друга материала контактных поверхностей. Напряжения, возникающие при прессовых посадках, могут привести к усталостному разрушению соединяемых деталей, особенно при значительных эксплуатационных нагрузках.
1.3. Сварка и пайка
Основными преимуществами этих методов соединений являются высокая прочность, тепло- и электропроводность и устойчивость к коррозионному износу. Однако, имеется ряд ограничений для их применения. Например, как правило, соединению подлежат только однородные металлы, при этом воздействие высоких температур может привести к ухудшению структуры, остаточным напряжениям и деформированию деталей. Демонтаж при этом также может быть затруднен или невозможен.
2.1.4. Клеевое соединение
Существуют два различных типа склеивания цилиндрических деталей:
Склеивание деталей с зазором - полимеризованный в зазоре клей передает все нагрузки.
Склеивание деталей с натягом, как с нагревом, так и без него - нагрузка передается как через полимеризованный клей, так и трением между деталями благодаря натягу.
В обоих случаях применяется жидкий герметик, который полностью покрывает контактируемые поверхности соединения, и, отверждаясь до состояния жесткой пластмассы, склеивает обе поверхности.
2. Примеры применения герметиков для соединения деталей цилиндрической формы
3. Преимущества склеивания деталей цилиндрической формы
Склеивание позволяет упростить конструкцию, производство и процесс сборки деталей. Например, при монтаже подшипников, клей, в пределах допустимых ограничений, компенсирует отсутствие точного центрирования деталей. Валы и подшипники, смонтированные без нагрузок и нарушения центрирования, имеют более длительный срок эксплуатации и могут многократно использоваться после их демонтажа и очистки. Клеевые соединения, в отличие от прессовых посадок, дают возможность использовать тонкостенные конструкции сопрягаемых деталей.
4. Применение анаэробных герметиков серии «Анаэроб» для соединений деталей цилиндрической формы
4.1. Жесткое механическое соединение
Применение шлицев, шпонок и т.п. влечет за собой наличие люфта и склонность деталей к коррозионному износу. Герметик серии «Анаэроб», используемый для монтажа вышеперечисленных деталей, способен заполнять все имеющиеся пустоты в соединении, а затем, полимеризовавшись, устранять перемещения деталей относительно друг друга, повышая при этом способность узла выдерживать длительные нагрузки.
Способность герметика противостоять осевым нагрузкам позволяет в некоторых случаях отказаться от применения таких элементов крепления, как запорные кольца, втулки, пальцы и т.д.
4.2. Склеивание деталей с натягом
Прочность соединения по посадке в натяг без применения герметика определяется следующей формулой:
Прочность = Напряжение втулки х Коэффициент трения х Площадь контакта
Значения переменных зависят от следующих факторов:
При использовании герметиков серии «Анаэроб» для соединения деталей цилиндрической формы старые конструкции могут быть модернизированы (усилены), а новые - выпускаться более компактными, легкими и дешевыми.
Существует два метода сборки по посадкам в натяг с использованием герметика:
5. Конструкторские приемы
5.1. Окончательная обработка поверхностей
Рекомендуется окончательная обработка поверхностей до уровня шероховатости от 0.8 до 3.2 микрон. Необходимо избегать очень гладких поверхностей, так как они уменьшают коэффициент "сцепления" материалов.
5.2. Применение фасок
Для минимизации возможности схода герметика с поверхностей деталей в момент сборки желательно на торцевых краях соединяемых деталей выполнять фаски шириной 1.0 мм под углом от 15 до 35° к осевой линии детали.
5.3. Конусные соединения
Использование герметиков серии «Анаэроб» для соединения конусных деталей устраняет коррозию и увеличивает способность сборки выдерживать продолжительные нагрузки. Конусные соединения обеспечивают точную концентричность и, благодаря форме деталей, позволяют обеспечить хорошую эффективность работы герметика на больших сопрягаемых поверхностях, подвергнутых обдирочной операции, например шабрению.
5.4. Герметизация с помощью герметиков серии «Анаэроб»
Герметики серии «Анаэроб» для соединения деталей цилиндрической формы одновременно служат идеальным герметизирующим материалом.
6. Выбор герметика для соединения деталей цилиндрической формы
Для ориентировочного выбора нужного герметика в ниже следующие таблицы были включены только основные характеристики продуктов. Таблицы дают только рекомендации, поэтому до принятия окончательного решения необходимо изучить технические характеристики герметиков.
Выбор герметика зависит от: