Давайте начнем с азов. В институтах и техникумах есть дисциплина, которая называется детали машин. И библией для инженеров являются не «то как рекомендуют на ВАЗе и ГАЗе», а как написано в науке «о допусках и посадках». Сия дама является очень консервативной, и за последние, лет этак 50 в данной области практически ничего не поменялось. В классической механике, было 3 основных группы посадок: с зазором, переходные и с натягом. Нас интересует последняя группа.
Ну очень кратко
Натяг – это разница между диаметром вала и диаметром отверстия. В нашем конкретном случае, валом является полуось, отверстием является запорная втулка подшипника. Для упрощения подачи материала, я чуть изменю святому слову ГОСТ, ибо в нем разница в диаметрах дана в микронах, я с переведу ее в сотые доли миллиметра.
- H7\p6, натяг 2-5 соток, шкивы и ненагруженные шестерни
- H7\k6, натяг 5-10 соток, нагруженные шестерни и массивные детали
- H7\n6, натяг 10-15 соток, высокая прочность, детали с осевыми усилиями
- H7\m6, натяг 15-20 соток, экстремальные нагрузки (скажу честно, за мою инженерную практику, данную посадку ни разу не встречал).
Еще добавлю, что соединение деталей может происходить двумя способами: прессованием и термической посадкой. Это важно для дальнейшего повествования. Конечно, при инженерных расчетах, нам нужно знать несколько начальных параметров: модуль упругости материала, геометрические размеры деталей, нужная сила сцепления, коэффициент Пуассона. Но перед нами гораздо более простая задача, правильно посадить на «стандартную» полуось, «стандартную» запорную втулку. Я не зря взял слово «стандартную» в кавычки. Берешь в руки стандартную японскую или европейскую брендовую запчасть, вынимаешь ее из коробочки и пускаешь в дело. Когда речь идет о ВАЗовских, ГАЗовских и уж не дай бог УАЗовских запчастях, в правой руке у вас должен быть штангенциркуль, а в левой руке твердомер, или его подобие. Возвращаемся к натягу и подумаем, какую нагрузку испытывает запорная втулка? Там, где она играет роль поверхности под манжету, есть минимальные нагрузки на проворачивание (полуось Волги), а вот там, где она выступает чистым замком, речь идет исключительно об осевых усилиях. Тогда из приведенной выше таблицы, становится понятно, что нам нужна посадка с натягом 10-15 соток.
Работа
Давайте сразу оговорим один момент. Я рассказываю, как я бы провел данную операцию, опираясь на инженерное образование и реалии жизни. Карту работ выдаю, как для сервисов, с которыми я работал, и пытался внедрить культуру производства.
Как уже было сказано выше, работа с запорной втулкой зависит от того, что за запчасть перед нами. Если речь идет о иномарке, данный абзац можно пропустить. А ежели перед нами ВАЗ или ГАЗ, то берем в руки штангенциркуль. Несмотря на то, что я всех испугал микронами, нам вполне подойдет китайский, но обязательно металлический штангенциркуль, его погрешности в сотку нам будет вполне достаточно. Итак, мы измеряем два размера с точностью до второго знака, после запятой. И наша простая задача, чтобы разница между ними составила от 10 до 15 соток. То есть, если диаметр полуоси, в посадочном месте втулки 40,00мм, то внутренний диаметр втулки должен быть от 39,90 до 39,85. Если такого не случилось и запчасть принес клиент, то пишете краткую записку о том, что геометрические размеры запорной втулки не выдержаны и дальнейшие действа лежат на совести и кошельке клиента. Ради справедливости скажу, что у нас осталось по одному заводу выпускающих запорные втулки хорошего качества для ВАЗа и ГАЗа, но найти их даже в фирменных магазинах или красивых коробочках это проблема. Будем считать, что случился счастливый миг, и вы обрели «вал и отверстие» совпавшие по допуску.
Далее нам очень понадобится еще один инструмент, который обзывается по-простому инфракрасный термометр. Зачем он нам нужен? Возвращаемся к первому абзацу данной статьи. Прессование и термическая посадка. Если бы вы знали, чего я только не насмотрелся в папуас-сервисах при запрессовке втулок. От заколачивания холодной втулки с огромным усилием, до разогревания ее до температуры плавления. Ни то, ни другое правильным не является. Если объяснять по-простому, сталь и чугун очень похожи на тесто, по работе с ними. То есть у них есть разные состояния, которые зависят от температуры. Попробую перевести на научно популярный язык. Вы купили хлеб, который только что испекли, и он еще горячий, пышный и легко прожимается. Внутренняя структура очень пористая. Прошел один день. Хлеб начал черстветь, стал усыхать, внутренняя структура стала уплотняться. В любой булочной знают секрет, как сделать вчерашний хлеб «свежим». Засовываем его в микроволновку на определенное время и перед нами снова мягкая структура. Но если в микроволновке его передержать, то мы можем вынуть оттуда камень, которым можно гвоздики заколачивать. Структура очередной раз измениться. У каждой стали есть так называемые критические точки, в которых в зависимости от следующих действий, как и в хлебе, будет меняться структура. Например, разогреем втулку до красна, то есть 630-650 градусов, напрессуем ее на полуось и оставим на воздухе, можем получить напряжения в металле, которые приведут к последующей деформации детали. А если резко охладим, например, водой, то по сути дела проведем примитивную закалку, но существенно уменьшим пластичность, а это как раз то что нам надо от запорной втулки. И как обычно правда где-то посередине. Первая критическая точка у стали 40х находится в районе 325-350 градусов, в этом диапазоне втулка расширяется, но после охлаждения на воздухе, не меняет свою первоначальную структуру. Вот чтобы засечь эту температуру, нам и нужен простенький инфракрасный термометр. Процесс запрессовки ничем не отличается от общепринятого. Берем трубу и с веселым русским матерком, парой ударов, делаем "свадьбу". После того как конструкция остынет, обычно беру фетровый круг, посту ГОИ, и несколько минут прошлифовываю посадочное место под мажету, особенно это важно для "несущих" запорных втулок.
Материал
Конечно запорная втулка должна быть из чего-то «приличного». Как правило в литературе по данной тематике указывается или сталь45 или 40Х, но самое главное это правильная термообработка. Я отдавал в лабораторию тойотовские втулки. Результаты показали, что для стали 40Х, они были подкалены до 30 единиц. Что вытворяют наши производители запчастей? У нас есть посадочное место на полуоси и допустим, мы ограничены по длине, но если на втулке не сидит манжета, то по наружному диаметру мы не ограничены ничем. Значит, втулку можно сделать из «соломы» (сталь Ст3), но компенсировать это тем, что, по диаметру дать больше металла и он плотнее обхватит полуось. Яркий пример семейство Нива. Сначала делались тонкие втулки из хорошей стали, которые при правильном монтаже ходили, пока не разваливался подшипник, но с выходом Шнивы, конструкторы увеличили втулки по высоте, и появилась возможность делать их из чего угодно. И понеслась арба по кочкам)).
Изготовление под заказ
А зачем вообще это нужно, начнут в истерике вопить набежавшие Д*Артаньяны? История из жизни. Представим себе внедорожник, хозяин которого захотел и поставил большие большие колесики. Нагрузка на подшипники и СТАНДАРТНУЮ запорную втулку очень сильно возросла. Хватило одного «вылезания» полуоси из моста, чтобы понять, наверное, что-то не так. Места для изменения габаритов детали хватало. Чуть увеличили размер и преднатяг, и больше данная проблема не возникала. Втулки заказываю на заводе из материала 40Х и подкалом до 30 единиц.