Введение к работе
Актуальность проблемы. Интенсификация хозяйственной деятельности
выдвигает новые требования к технике, режимы эксплуатации которой все более усложняются.
Современная техника требует решения ряда задач повышения прочности и работоспособности деталей машин и конструкций, в том числе неподвижных соединений, при одновременном снижении материалоемкости. Совместное решение этих задач требует более тщательного анализа влияния геометрических факторов, физико-механических свойств материалов сопрягаемых деталей при различных условиях сборки. Экономическое и социальное развитие нашей страны требует совершенствования конструкций проектируемой и эксплуатируемой техники, повышения производительности ее изготовлешга.
Несмотря на значительные результаты, достигнутые как в изучении природы перемещений и деформаций в контакте твердых тел, так и в расчетах соединений разнообразных форм, ряд задач, имеющих большую практическую ценность, остаются нерешенными.
Теоретические и прикладные исследования в области повышения эксплуатационной надежности неподвижных соединений - разъемных и неразъемных (прессовых, резьбовых, профильных, заклепочных и др.), выполненные в последние десятилетия, выявили перспективные пути решения этой проблемы. Одним из таких путей является разработка методов увеличения площади опорной поверхности сопрягаемых деталей соединения, методов расчета напряженно-деформировашгого состояния соединений с упругопластическим деформированием одного из сопрягаемых элементов при заданных микро- и макродискретностях рельефа поверхности другого элемента.
В диссертации представлены результаты исследований в области разработки способов определения и увеличения площади опорной поверхности, методов расчета соединений, испытывающих переменное воздействие внешних сил. В качестве объектов исследования выбраны щмшщрические соединения, пластичность охватываемых элементов которых значительно больше пластичности охватывающих элементов.
Работа входит в коорданациошгую программу "Высокопроизво-дительные экологически безопасные технологии обеспечения прочности и несущей способности деталей машин и их соединений"(г/б тема № Ф37-93, Головной Совет в МЭУ, г. Москва).
Цель работы заключается в разработке основ обеспечения прочности осесимметричных профильных неподвижных соединений и в создании методик расчета неподвижных соединений с деформируемыми охватываемыми элементами.
Общая методика исследования. Исследования основываются на научных положениях теории деформаций и напряжений, устанавливающих связь между геометрическими соотношениями микро- и макрорельефа поверхности и площадью опорной поверхности с учетом физико-механических свойств материала,
характера нагружения и совместности перемещешш на участке контактирующей поверхности и за его пределами.
В связи с этим решались следующие задачи.
-
Изучение известных и создание эффективных методов определения площади опорной поверхности (фактической площади контакта).
-
Разработка способов увеличения площади опорной поверхности сопрягаемых элементов неподвижного соединения и повышение прочности соединения за счет создания упорядоченного рельефа поверхности сопряжения одного из элементов соединения.
-
Разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния профильного неподвижного соединения при условии переменного воздействия внешних сил с учетом податливости и совместности перемещений на участке контактирующей поверхности и за его пределами.
-
Разработка и внедрение конструкции профильного неподвижного соединения с упорядоченным рельефом поверхности одного из сопрягаемых элементов.
-
Разработка и внедрение методов неразрушаюгдего контроля прочности профильных и гладких неподвижных соединений.
Научная новизна
-
Совершенствование теоретических основ контактного взаимодействия элементов неподвижного соединения с упорядоченным и стохастическим рельефом сопрягаемых поверхностей.
-
Описание влияния основных конструктивных и технологических факторов на прочность и несущую способность соединения, поверхность одного из элементов которого имеет заданный упорядоченный рельеф, отображающийся на поверхности сопряжения элемента, подвергаемого упругопластическому деформированию.
3. Предложена математическая модель преобразования поверхности сопряжения, при котором каждая точка поверхности деформируемог элемента смещается по нормали к поверхности на расстояние, ограниченное профилем опорной поверхности с учетом ее податливости в процессе деформирования элементов соединения.
-
Предложена методика расчета упругогшастических деформаций профильных неподвижных соединений с минимальной толщиной сечения одного из элементов, эквивалентных по сопротивлению внешней нагрузке соединениям с "гладкими" поверхностями сопряжения, толщина сечения одного из элементов которых многократно превышает толщину сечения элементов профильных соединений с упорядоченным рельефом поверхности.
-
Разработан способ определения величин перемещений участков поверхностей сопряжения и участков поверхностей, определяющих форму соединения, удаленных от индентора нагружения на расстояние, многократно превышающее толщину сечения элемента соединения.
6. Предложен метод неразрушающего контроля прочности профильных и цилиндрических неподвижных соединений по косвенным признакам, изменяющимся по величине под действием внешней нагрузки и других факторов. Положения, выносимые на защиту.
-
Методы создания профильных неподвижных соединений с упорядоченным микро- и макрорельефом поверхностей сопряжения, повышение прочности которых достигается увеличением площади опорной поверхности сопрягаемых элементов.
-
Методы расчета напряженно-деформированного состояния профильного неподвижного соединения при условии переменного воздействия внешних сил с учетом податливости и совместности перемещений контактирующих участков элементов соединения.
-
Обобщение решения пространственного контактного взаимодействия с учетом особенностей протекания процесса деформирования в цилиндрическом соединении и при условии замещения цилиндрического соединения плоским.
-
Результаты комплексного исследования процессов заполнения профиля поверхности сопряжения одного из элементов соединения, изменение величин площади опорной поверхности в процессе деформирования элементов соединения при асимметричном нагружении.
-
Результаты комплексного исследования определения прочности и несущей способности профильного неподвижного соединения по косвенным признакам, которыми являются площадь опорной поверхности, электрическая проводимость и отраженный ультразвуковой сигнал.
Практическая ценность работы заключается в широком применении способов создания профильных неподвижных соединений высокопроизводительными экологически безопасными технологиями. Незначительные конструктивные особенности соединений позволяют уменьшить материалоемкость деталей и соответственно затраты на материалы.
При разработке технологических процессов изготовления элементов соединения появляется возможность исключить дорогостоящие финишные операции, а совмещение операций механической обработки поверхностей и сборки деталей позволяет осуществить замену материалоемких и трудоемких соединений с натягом профильными неподвижными соединениями. Разработанный неразрупіающий контроль позволяет определить состояние соединения, как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации, а также прогнозировать уровень работоспособности узла на ближайший период эксплуатации.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный и внедренный комплекс мероприятий в условиях изготовления и ремонта авиационных двигателей, гусеничных и других машин, замена дорогостоящих подшипников качения на подшипники скольжения с профильными опорными поверхностями охватывающего элемента, внедрение неразрушающих методов контроля неподвижных соединений позволили получить достаточно большой технико-экономический эффект, заключающийся в повышении прочности и надежности соединений, и уменьшении затрат їй материалы и изготовление сборочных еди-
ниц. Результаты исследований внедрены на ОМПО им. П.И. Баранова, на Омском заводе транспортного машиностроения, Свердловском авиаремонтном заводе, Челябинском тракторном заводе.
Научные разработки диссертации внедрены в учебном процессе и используются при чтении курса "Теория надежности машин", а также в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались:
на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение долговечности и надежности машин и приборов"(Куйбьшіев, 1981 г.);
на зональном научно-техническом совещании "Расчеты на прочность деталей машин"(Омск, 1984 г.);
на республиканской конференции "Проблемы САПР и надежность ГПМ( Ленинград, 1986 г.); на межрегиональной конференции "Повышение конструкционной прочности деталей машин и режущего инструмента ЭФО и ЭХО -методами"(Омск, 1990 г.);
на научно-техническом семинаре МАМИ(Москва, 1992 г.);
на научно-техническом Совете МЭЩМосква, 1992 г.); на XXX научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов "Ресурсосберегающие технологии, проблемы высшего образова-ния"(Омск, 1994 г.);
на научно-технической конференции "Технология машинострое-ния"(Томск, 1970 г.);
на II межвузовской конференции "Температурные режимы - критерий надежности механизмов, узлов, машин"(Омск, 1972 г.);
на ХХШ научной конференции*ОмПИ(Омск, 1981г.);
на научно-техническом семинаре кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и резание" ТПИ(Томск, 1991 г.);
на научном семинаре кафедры "Автомобили и автомобильный транспорт" ОПЩОдесса, 1989 г.);
на научно-техническом семинаре Одесского отделения Инженерной академии СССР(Одесса,1989 г.);
на научно-техническом семинаре кафедр механического факультета ТИЩТюмень, 1985);
на семинарах кафедры "Технология машиностроения", "Сопротивление материалов" и научных конференциях ОмГТУ;
на научно-техническом Совете ОмГТУ.
Публикации. По тематике исследований опубликовано 35 печатных работ, включая изобретение и семь зарегистрированных отчетов по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, іеюі разделов, заключения, списка литературы из 209 наименований и приложений.
