Введение к работе
l
Актуальность темы. В любых механических устройствах, в том числе и в конструкциях автомобилей, весьма широко используются фрикционно-винтовые (клеммовые) соединения типа вал-ступица, обеспечивающие передачу вращательного движения между этими деталями От качества -этих соединений во многом зависит надёжность машин, стоимость их производства и эксплуатации. Качество соединения вал-ступица в каждом конкретном случае зависит от выбора типа соединения, от правильности определения параметров этого соединения Известны и широко используются различные типы этих соединений
Используемые до сих пор в инженерной практике методы расчетов клеммовых соединений базируются на грубых допущениях и носят проверочный характер и позволяют провести лишь приближенную оценку прочности клеммовых винтов В настоящей работе приводятся и обосновываются методы расчета клеммовых соединений, позволяющие определять более точно размеры всех элементов деталей соединения и, при необходимости, оценивать их прочность с достаточно высокой степенью достоверности.
Разработка научно обоснованных рекомендаций и соответствующих методов расчётов клеммовых соединений является одной из актуальных задач практически для всех отраслей машиностроения и особенно для автомобилестроения
Цель диссертационной работы заключается в разработке научно обоснованных методов сравнительного анализа, расчета и проектирования клеммовых соединений, широко применяемых в узлах и агрегатах автомобильной техники.
Задачи исследования. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследования диссертационной работы:
провести сравнительный анализ существующих в автомобильной технике конструкций клеммовых соединений и выявление резервов улучшения их технических характеристик;
разработать методы расчёта и проектирования клеммовых соединений с одной симметричной прорезью, с накладкой и с боковой прорезью;
выявить характер силового взаимодействия элементов в различных клеммовых соединениях и факторы, влияющие на работоспособность соединения;
разработать методику экспериментального исследования клеммовых соединений различных типов и комплекс для ее реализации.
Объект исследования. Клеммовые соединения, используемые в различных автомобильных конструкциях и в машиностроительных конструкциях, в частности.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением методов механики машин, сопротивления материалов и теории упругости Экспериментальные исследования реальных изделий проведены по разработанной методике с примуениш ТЕНТОметрирования с использованием уни-
Ю( -, (ЬНАЯ
'А
версальной испытательной машины «HOFMAN-212» и тензометрической системы «СИИТ-3» с блоком дистанционного релейного переключения.
Достоверность и обоснованность. Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается корректным применением основных положений механики машин, согласованностью результатов теоретических исследований с результатами экспериментов на натурных образцах
Научной новизной диссертационного исследования являются:
- графо-аналитический метод определения силовых соотношений в раз
личных конструкциях клеммовых соединений, заключающийся в разбиении
конструкции клеммы на отдельные участки и рассмотрении их равновесия с
учетом внешних и внутренних силовых факторов Расчет силовых соотношений
в сопряжении с учетом сил давления отдельных участков и отклонения их от
нормали к поверхностям трения позволяет более точно рассчитывать и проек
тировать элементы клеммовых соединений по критериям работоспособности;
- расчетно-экспериментально установленные факторы и степень их влияния на несущую способность клеммовых соединений. В частности, определено влияние сдвигу, взаимной ориентации осей приложения внешней нагрузки и оси болтов крепления в клеммовом соединении с одной прорезью; геометрических размеров и материала клеммового рычага на силовые соотношения в соединении. Установлено: наличие масла на сопрягающихся стальных поверхностях снижает несущую способность соединения по сравнению с соединением с сухой поверхностью;
- методика экспериментального исследования клеммовых соединений раз
личных типов и комплекс для ее реализации, включающий, в отличие от из
вестных, универсальную пару вал-стойка, в которую монтируются исследуемые
объекты, включающий универсальное приспособление для монтажа исследуе
мого соединения, сервогидравлическую нагружающую машину, измерительно-
расчетную аппаратуру, позволяющие с необходимой точностью установить си
ловые соотношения в клеммовых соединениях
Практическая ценность. Разработанные методы проектирования и расчета клеммовых соединений позволяют создать агрегаты автомобилей с необходимой надежностью Метод расчета клеммовых соединений был использован при проектировании картера переднего ведущего моста полноприводных автомобилей КамАЗ Замена фланцевых соединений на клеммовое в конструкции картера переднего моста позволила снизить себестоимость изготовления на 235,3 рубля, массу моста - на 8,8 кг. Экономический эффект от внедрения клеммового соединения в конструкцию моста на годовую программу в объеме 6 тысяч полноприводных автомобилей составил 1412 тыс. рублей
Апробация работы. Диссертация рассмотрена на международных научно-технических конференциях' «Технико-экономические проблемы промышленного производства» (Набережные Челны, 2001 г); «Перспективы развития автомобилей и двигателей в Республике Татарстан» (Набережные Челны, 2001 г.) Результаты исследований докладывались на выездном заседании экспертного совета ВАК «Машиностроение» (Набережные Челны, 2001 г ); на расширенном заседании Научно-технического совета ОАО «КАМАЗ» с участием ведущих
ученых КамПИ (Набережные Челны, 2004 г.); на расширенном заседании кафедры «Сопротивление материалов и технология металлов» Казанской государственной сельскохозяйственной академии (Казань, 2002 г.) Результаты работы использованы при проектировании передних ведущих мостов перспективных полноприводных автомобилей семейства КамАЗ, а также в учебном процессе в КамПИ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных рабо г, в том числе одна монография в соавторстве.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов. Общий объем диссертационной работы 122 страницы машинописного текста, включающего 52 рисунка, 16 таблиц и список использованной литературы из 103 наименований.
