Изобретение относится к машиностроению, в частности, к соединениям с натягом деталей типа вал-втулка, и может быть использовано при создании неподвижных конических соединений. The invention relates to mechanical engineering, in particular, to connections with interference fit parts such as a shaft-sleeve, and can be used to create fixed conical joints.
Известен способ соединения деталей с натягом, включающий выполнение рельефа в виде выступов и впадин, причем выступы в виде конусов, а впадины - в виде охватывающих основание конусов и плавно сопряженных с ними усеченных торов, объемы которых равны объемам конусов (см., например, авторское свидетельство СССР N 1199558, кл. В 23 P 11/02, 1985). A known method of connecting parts with an interference fit, including the relief in the form of protrusions and depressions, the protrusions in the form of cones and depressions in the form of cones covering the base and truncated tori smoothly conjugated with them, the volumes of which are equal to the volumes of the cones (see, for example, USSR certificate N 1199558, class B 23 P 11/02, 1985).
Использование в этом способе соединения одновременно выступов, которые внедряются в одну из поверхностей, и углублений, которые заполняются материалом, повышает надежность соединения с натягом. Однако формирование выступа и впадины на небольшой площади поверхности детали с диаметром пятна не более 2 мм снижает достоинства способа. Пластичный материал не заполняет полностью торообразную впадину из-за малого поперечного размера, а на конусообразных выступах возникают напряжения, превышающие пределы текучести материала, что снижает нагрузочную способность соединения при циклических нагрузках. The use in this method of connecting simultaneously the protrusions that are embedded in one of the surfaces, and the recesses that are filled with material, increases the reliability of the connection with an interference fit. However, the formation of the protrusion and the depression on a small surface area of the part with a spot diameter of not more than 2 mm reduces the advantages of the method. The plastic material does not fill the completely toroidal cavity due to the small transverse size, and stresses occur on the cone-shaped protrusions that exceed the yield strengths of the material, which reduces the load capacity of the joint under cyclic loads.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ соединения деталей с натягом, включающий выполнение на сопрягаемой поверхности одной из соединяемых деталей впадин и выступов по периметрам впадин методом пластического деформирования телами качения, установленными в сепараторе (см. патент N 2096157, кл. В 23 P 11/02, 1997). Пластическое деформирование осуществляется при радиальном перемещении тел качения при воздействии на них опорной поверхности подвижного элемента инструмента. Способ позволяет увеличить площади поверхностей формируемых впадин, длину параметров выступов и этим повысить несущую способность соединения. Однако, при этом увеличиваются поперечные размеры эллипсообразных впадин, перемещения пластичного материала происходит в углубления в зонах выступов. Это приводит к снижению "сцепления" охватывающей и охватываемой поверхностей деталей в средней зоне углублений, уменьшению площади контакта, а это, в свою очередь, снижает несущую способность соединения. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение нагрузочной способности соединения охватываемой и охватывающих деталей с натягом. The closest in technical essence to the invention is a method of connecting parts with an interference fit, comprising performing on the mating surface of one of the connected parts of the depressions and protrusions along the perimeters of the depressions by plastic deformation of rolling elements mounted in a separator (see patent N 2096157, class B 23 P 11/02, 1997). Plastic deformation is carried out during the radial movement of the rolling elements when exposed to the supporting surface of the movable element of the tool. The method allows to increase the surface area of the formed depressions, the length of the parameters of the protrusions and thereby increase the bearing capacity of the connection. However, this increases the transverse dimensions of the ellipsoidal depressions, the movement of plastic material occurs in the recesses in the zones of the protrusions. This leads to a decrease in the "adhesion" of the female and male surfaces of the parts in the middle zone of the recesses, a decrease in the contact area, and this, in turn, reduces the bearing capacity of the connection. The problem to which the invention is directed, is to increase the load capacity of the connection of the male and female parts with interference.
Для решения поставленной задачи в известном способе соединения деталей с натягом, включающем выполнение на сопрягаемой поверхности одной из соединяемых деталей впадин и расположенных по периметру впадин выступов, образование между сопрягаемыми деталями сборочного зазора, сопряжение деталей и последующую выборку указанного зазора, при этом впадины и выступы выполняют методом пластического деформирования инструментом, содержащим сепаратор с телами качения и подвижный элемент с опорной поверхностью, взаимодействующей при перемещении подвижного элемента с телами качения для обеспечения пластического деформирования ими сопрягаемой поверхности детали, впадины и выступы выполняют кольцевой формы на сопрягаемой поверхности охватываемой детали, для чего сепаратору с телами качения сообщают вращательное движение и используют инструмент с подвижным элементом, имеющим опорную поверхность, концентричную сопрягаемой поверхности охватываемой детали, которому сообщают радиальное перемещение, а глубину впадин в процессе их выполнения ограничивают посредством кольцевого упора с торцевой поверхностью, которую вводят в конце процесса деформирования в контакт с поверхностью охватываемой детали. To solve the problem in the known method of connecting parts with an interference fit, including performing on the mating surface of one of the connected parts of the troughs and protrusions located along the perimeter of the troughs, the formation of an assembly gap between the mating parts, the pairing of parts and the subsequent selection of the specified gap, while the troughs and protrusions plastic deformation by an instrument containing a separator with rolling elements and a movable element with a supporting surface that interacts when moving a movable element with rolling bodies to ensure plastic deformation by them of the mating surface of the part, troughs and protrusions perform a ring shape on the mating surface of the part to be covered, for which a separator with rolling bodies is informed of rotational motion and a tool is used with a movable element having a supporting surface concentric with the mating surface of the male parts to which radial movement is reported, and the depth of the depressions during their execution is limited by an annular emphasis with the end surface, which is introduced at the end of the deformation process into contact with the surface of the covered part.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез инструмента для выполнения кольцевых впадин на охватываемой поверхности детали; на фиг. 2 - фрагмент поперечного сечения соединения с натягом; на фиг. 3 и 4 - схемы расположения кольцевых впадин на развернутых охватываемых поверхностях деталей: продольное, шахматное. The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is a longitudinal section through a tool for making annular depressions on a male surface of a part; in FIG. 2 is a fragment of the cross section of the interference fit; in FIG. 3 and 4 - location diagrams of annular depressions on the unfolded covered surfaces of the parts: longitudinal, staggered.
При выполнении кольцевых впадин к посадочной поверхности охватываемой детали подводится сепаратор 1 с телами качения 2, подвижному элементу 3 сообщают радиальное перемещение. Опорная поверхность 4 подвижного элемента 3 усилием Р вдавливает тела качения 2 в поверхность охватываемой детали 5, при этом шпинделю 6 инструмента придают вращательное движение. В результате контактных давлений на тела качения и их перемещения с сепаратором на поверхности детали 5 формируется впадина 7, при этом материал поверхности под телами качения уплотняется, а за счет действия касательных сил сдвигается к периферии кольцевой впадины, образуя кольцевые выступы 8 и 9 по внутренней и наружной окружности впадины. Глубина деформирования впадин фиксируется кольцевым упором 10. Ориентацию кольцевых впадин и выступов на поверхности охватываемой детали относительно инструмента обеспечивают соответствующим поворотом детали вокруг своей оси и перемещением в направлении, перпендикулярном оси (см., например, фиг. 3 и 4). When performing annular depressions, a separator 1 with rolling bodies 2 is supplied to the seating surface of the part to be covered, the radial displacement is reported to the movable element 3. The supporting surface 4 of the movable element 3 by a force P presses the rolling bodies 2 into the surface of the male part 5, while the spindle 6 of the tool is imparted a rotational movement. As a result of contact pressures on the rolling bodies and their movement with a separator, a cavity 7 is formed on the surface of the part 5, while the surface material under the rolling bodies is compacted, and due to the action of tangential forces it is shifted to the periphery of the annular cavity, forming ring protrusions 8 and 9 along the inner and the outer circumference of the cavity. The depth of deformation of the depressions is fixed by an annular stop 10. The orientation of the annular depressions and protrusions on the surface of the male part relative to the tool is ensured by the corresponding rotation of the part about its axis and its movement in the direction perpendicular to the axis (see, for example, Figs. 3 and 4).
Соединение с натягом (см. фиг. 2) осуществляют тепловой деформацией деталей. Первоначальное контактирование соединяемых деталей в процессе сборки происходит по выступающим над посадочной поверхностью кольцевым контурам, образованными выступами 8 и 9. Выступы деформируют материал охватывающей поверхности, при этом за счет натяга материал охватывающей поверхности перемещается в кольцевые углубления. The interference fit (see Fig. 2) is carried out by thermal deformation of the parts. The initial contacting of the parts to be joined during the assembly process takes place along the ring contours protruding above the landing surface, formed by the protrusions 8 and 9. The protrusions deform the material of the female surface, and due to the interference, the material of the female surface moves into the annular recesses.
Выполнение впадин в виде кольцевых углублений позволяет оптимизировать ширину впадин и создавать напряженное состояние по всей ширине углублений, а выступы по периметру внутренних окружностей кольцевых углублений обеспечивают дополнительное сопротивление перемещению контактирующим поверхностям. Это способствует повышению нагрузочной способности соединения. Кроме этого, кольцевые углубления обеспечивают более рациональное расположение опорных поверхностей при посадке с натягом, то есть способствуют меньшим деформационным искажениям наружных поверхностей охватывающей детали 11 из-за углубления на охватываемой детали 7.1 The implementation of the depressions in the form of annular recesses allows you to optimize the width of the depressions and create a stress state along the entire width of the recesses, and the protrusions along the perimeter of the inner circles of the annular recesses provide additional resistance to movement of the contacting surfaces. This helps to increase the loading capacity of the compound. In addition, the annular recesses provide a more rational arrangement of the supporting surfaces during interference fit, that is, contribute to less deformation distortion of the outer surfaces of the enclosing part 11 due to the recess on the covered part 7.1