Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние исследуемого вопроса. обзор существующих способов достижения прочности неподвижных неразъемных соединений. цели и зада чи исследования 10
1.1 Стандартные соединения с натягом 10
1.2 Прочность соединений с натягом 11
1.2.1 Прочность при упругих деформациях. 12
1.2.2 Прочность соединений при упруго-пластических деформациях 15
1.3 Технологические методы повышения прочности соединений с натягом 17
1.4 Прочность соединений достигаемых специальными средствами 18
7.3 Профильные неподвижные неразъемные соединения (ПННС) 23
1.5.1 Методы получения профильных соединений 23
1.5.2 Конструкционное и технологическое обеспечение ПННС. 24
1.6 Цели и задачи исследования 28
Глава 2. Теоретическое обоснование конструкторско-технологического обеспечения прочности и устойчивости охватываемого элемента профильно го соединения при сборке 30
2.1 Определение перемещений и деформаций в точках упругого охватывающего элемента 32
2.2 Осесимметричная задача при постоянных напряжениях в поперечных сечениях 36
2.3 Осесимметричная задача при постоянных деформациях вдоль оси 28
2.4 Определение напряжений и деформаций элементов цилиндрического соединения 44
2.5 Определение радиальных перемещений втулки при осесимметричной неравномерной распределенной нагрузке 49
Выводы 59
Глава 3. Создание конструкции профильных неподвижных неразъемных соединений с оптимальным рельефом сопрягаемой поверхности 60
3.1 Аналитические предпосылки прочности ПННС 60
3.1.1 Влияние микро- и макроотклонений сопрягаемых поверхностей на прочность соединений 61
3.1.2 Влияние толщины стенки охватываемой детали на прочность соедине ния 69
3.1.3 Устойчивость охватываемого элемента профильного неподвижного соединения 74
3.1.4 Определение допустимого натяга и контактного давления 79
3.2 Расчет усилий при дорновании 84
3.3 Технологическое обеспечение и нормирование образования рельефа по верхности охватывающего элемента 90
3.3.1 Особенности регулярных микрорельефов 90
3.3.2 Расчетные зависимости образования регулярных микрорельефов поверхности 94
3.4 Технологическое обеспечение прочности ПННС 100
3.5 Определение размеров охватываемого элемента до дорнования 105
Выводы 109
Глава 4. Экспериментальные исследования прочности ПННС. Рекоменда ции по проектированию конструкций, технологии сборки, увеличению проч ности и контролю ПННС 110
4.1 Исследование прочности ПННС 110
4.1.1 Изготовление образцов ПО
4.1.2 Исследование процесса формирования профиля соединения 111
4.1.3 Исследования процесса сборки ПННС 118
4.1.4 Испытания ПННС осевой нагрузкой и крутящим моментом 120
4.1.5 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 121
4.2 Методика проектирования ПННС 127
4.3 Метод неразрушающего контроля прочности и надежности ПННС 128
4.4 Рекомендации по проектированию конструкций, технологии сборки, увеличению прочности и контролю ПННС 131
4.4.1 Рекомендации по проектированию конструкций ПННС 131
4.4.2 Рекомендации по технологии сборки ПННС 132
4.4.3 Рекомендации по увеличению прочности ПННС 133
4.4.4 Рекомендации по контролю 134
Заключение 135
Список использованных источников 137
Приложения 151
- Технологические методы повышения прочности соединений с натягом
- Осесимметричная задача при постоянных напряжениях в поперечных сечениях
- Определение допустимого натяга и контактного давления
- Метод неразрушающего контроля прочности и надежности ПННС
Введение к работе
Профильные неподвижные неразъемные соединения (далее ПННС) являются результатом мнэгочисленных исследований, проведенных в области соединений е натягом. Применение их в различных областях техники позволяет получить преимущества как в надежности и работоспособности так и, в большинстве случаев, существенную экономию материальных и энергетических ресурсов. Однако для этого требуются планомерные исследования влияние на прочность соединений геометрических параметров, физико-механических свойств сопрягаемых материалов при различных требованиях к надежности и работоспособности ПННС. Предлагаемая работа является продолжением исследовательских работ проводимых на кафедре "Технология машиностроения" в ОмГТУ.
Проведенные раннее исследования ПННС выявили перспективные направления в области повышения эксплуатационных свойств этих соединений. Используя в совокупности "шпоночный" эффект, контактное давление, площадь фактического контакта и специальные методы создания натяга можно повысить прочность ПННС. Использование упорядоченного микрорельефа и процесса сборки дорнованием обеспечивает достаточный уровень контактного давления и коэффициента трения.
Цель работы заключается в следующем: исследование технологического обеспечения прочности ПННС, имеющих упорядоченный микрорельеф на внутренней поверхности корпуса и созданных методом дорнования.
В работе использовались общепринятые и подтвержденные практикой научные представления и положения технологии машиностроения, теории упругости, пластичности, теории прессовых посадок, закономерности процесса дорнования е большим натягом, устанавливающих связь между технологическими параметрами образования рельефа и процесса сборки, металлоемкостью и прочностью ПННС.
Научная новизна работы состоит в установленных зависимостях влияния техно- логических пара метров образования рельефа и процесса сборки на металлоемкость и прочность ПННС;
использовании в качестве математической модели для определения устойчивости охватываемого элемента теории тонкостенной оболочки с подкреплением;
предложенной методике расчета технологических параметров образования ПННС при заданных силовых воздействиях и конструкторских размерах;
предложенной методике неразрушаюшето контроля прочности ПННС по косвенным признакам, изменяющимся по величине под действием внешних нагрузок. Положения, выносимые на защиту:
1. Обоснование и разработка математической модели охватываемого элемента ПННС.
2. Методика расчета технологических параметров обеспечивающих требуемую прочность и работоспособность ПННС.
3. Результаты исследований технологического обеспечения прочности ПННС.
4. Практические рекомендации по проектированию конструкций, технологии сборки, увеличению прочности и контролю ПННС.
Предложены технологические приемы позволяющие снизить металлоемкость конструкции ПННС за счет незначительных конструктивных особенностей.
При разработке технологических процессов изготовления элементов соединений и их сборке появляется возможность исключить дорогостоящие операции финишной обработки, а также совместить операции механической обработки и сборки. Разработанная конструкция ПННС позволяет заменить соединение с натягом менее металлоемкими профильными неподвижными неразъемными соединениями.
Разработанный метод неразрушающего контроля позволяет определить прочность соединения, как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации, а также прогнозировать работоспособность узла.
Технологические методы повышения прочности соединений с натягом
При анализе литературы выявлены следующие методы повышения прочности соединений: - применение сжимаемой промежуточной среды и абразивных порошков [8, 15, 26, 29,50,106]; - гальванические и другие покрытия соединяемых поверхностей [15, 17, 21, 22, 53, 56, 85]; - дорнование отверстий прессовых соединений [48, 58, 88, 90, 91]; - относительное вращение деталей при запрессовке конического соединения с натягом [7, 19]; - соединение деталей путем диффузии; - виброобработка сопрягаемых поверхностей соединения с нанесением регулярного микрорельефа [44, 102]; - нанесение микро- и макрорельефа на сопрягаемых поверхностях различными способами е последующей сборкой различными методами, в том числе методом дорнования; - нанесение микрошлицев и канавок на поверхность отверстия корпуса [1, 11,34,85,101]; - нанесение рельефа капел ьно-адгезионной технологией [45]; - увеличение площади опорной поверхности сопрягаемых элементов путем создания профильных соединений с упорядоченным микро- и макрорельефом поверхностей сопряжения [31, 35, 60]. В стандартных соединениях с натягом обеспечивается гарантированный натяг, т.е. перед сборкой размер охватываемой детали всегда больше внутреннего размера охватывающей. При использовании специальных способов сборки натяг либо отсутствует, либо он меньше результирующего натяга. К таким способам относятся: - соединения с использованием отпуска и структурных превращений закаленной стали [15]; - гальваническое покрытие соединяемых поверхностей; - сборка деталей с использованием высокого гидростатического давления жидкости или эластичной среды [15, 18, 43]; - сборка деталей дорнованием или редуцированием [27, 32, 57, 88, 90, 108, 109]; - сборка деталей раскатыванием или обкатыванием [ 102]; - сборка деталей импульсным электромагнитным полем [39, 51, 111]; - сборка деталей развальцовкой взрывом [54, 82]; - сборка коаксиально расположенных деталей запрессовкой вставки из более мягкого материала [6] или впрыском расплавленного металла [105]; - сборка осевым сжатием деталей соединения [9]. Каждый из методов, в силу своей специфики, предназначен для сборки определенных соединений с натягом. В предлагаемой работе исследовался метод сборки дорнованием. Деформирующее протягивание повышает прочностные характеристики металла [10, 27, 57], обеспечивая наибольшее упрочнение деформированной поверхности с образованием остаточных сжимающих на пряжений, что существенно увеличивает работоспособность деталей- Кроме того, при обработке исправляются макронеровности предыдущих видов обработки за счет больших пластических деформаций, возникающих в металле при скольжении инструмента по обробатываемой поверхности. Метод сборки дорнованием заключается в следующем:
Втулка (охватываемая деталь) вставляется в корпус (охватывающая деталь), далее дорн (однозубый или многозуб ый), проходя сквозь отверстие втулки, вследствие разности диаметров (dd df), пластически деформирует ее и формирует натяг. Благодаря этому металл втулки, в области контакта сопрягаемых поверхностей, частично заполняет микровпадины и соответствует негативному изображению поверхности отверстия корпуса (рис. 3). Исследования, проведенные В.М. Роговым, показали, что после дорнования прочность соединений значительно возрастает, даже если после этого оно подвергается механической обработке (растачивание) (рис. 4) [91]. Существенное значение на прочность оказывает и натяг при дорновании [90].
Ввиду снижения затрат на производство, сборку и дальнейшую обработку неподвижных соединений становится очевидным применение метода дорнования для определенной группы подобных соединений. Наряду с этим прочность соединений обычно выше, чем у прессовых соединений, при снижении требований к шероховатости посадочных поверхностей.
Среди разновидностей соединений без шпонок широкое распространение получили профильные неподвижные неразъемные соединения. Сопряжения деталей, у которых контактирование элементов осуществляется по поверхностям отличным от цилиндрических (рис. 5) принято называть профильными,
Современное машиностроение использует различные методы сборки неразъемных соединений. Одним из производительных методов, обеспечивающих качественную сборку, является дорнование с большим натягом [57]. Создание профильных соединений этим методом не требует значительных затрат при одновременном повышении качества сборки.
В ходе процесса сборки материал втулки подвергается пластической деформации за счет чего и появляется натяг в сопряжении.
Прочность и надежность неподвижных соединений складывается из следующих факторов: фактической площади контакта, физико-механических свойств материалов сопрягаемых поверхностей, натяга [49, 40, 80].
Очевидно, что увеличение площади контакта зависит от приложенного усилия для сближения поверхностей. Под воздействием приложенной нагрузки происходит пластическое смятие неровностей, перераспределение материала в зависимости от физико-механических свойств материалов деталей. На площадь контакта также существенно влияют геометрические и физико-механические свойства поверхностей.
Пластичность задает распределение в контактируемых поверхностях деформаций и как следствие - появляются сжимающие или растягивающие напряжения.
Сборка ПННС осуществляется методом несвободного дорнования, сущность которого заключается в следующем. Бронзовая или латунная втулка, являясь охватываемым элементом, вводится в отверстие обоймы (корпуса) с гарантированным регламентированным зазором и подвергается дорнованию, обеспечивающему необходимый натяг в соединении. Увеличение фактической площади контакта осуществляется за счет деформаций неровностей поверхности втулки и копирования поверхности более твердого охватывающего элемента. Кроме того дорнование оказывает положительный эффект на такие показатели качества обработанной поверхности как: заданный микрорельеф, точность формы и устойчивость охватываемого элемента соединения, что в конечном счете повышает несущую способность и прочность ПННС.
Натяг создает необходимое усилие для сцепления материала. Он назначается так, чтобы возникающие остаточные деформации материала втулки, во первых, превысили величину зазора между деталями соединения, в этом случае диаметр внешней цилиндрической поверхности втулки увеличивается до касания с поверхностью отверстия охватывающей детали; во-вторых, натяг дорно-вания выбирается таким, чтобы после касания поверхностей деталей соединения действие со стороны втулки на охватывающую деталь продолжалось, при этом диаметр отверстия охватывающей детали увеличивается, и возникают упругие деформации охватывающей детали. Величина упругих деформаций охватываемой детали превышает величину упругих деформаций втулки при ее разгрузке после прохождения дорна, вследствие чего возникают натяг между деталями соединения и контактные напряжения.
В зависимости от величины натяга дорнования при сборке профильного соединения дорнованием с натягом, обеспечивающим упруго-пластические деформации по всему сечению охватываемого элемента, может быть обеспечена различная степень заполнения профиля и уровень контактных напряжений в зоне выступа профиля (рис. 6).
Придание поверхности основания закономерной формы (создание профильного соединения) дает дополнительные возможности для повышения прочности и надежности ПННС.
Исследования, проведенные Шнейдером Ю.Г.[25, 102], показали, что прочность неподвижных соединений с использованием упорядоченного рельефа поверхности значительно повышается.
Качество неподвижных соединений в значительной мере определяется микрорельефом поверхностей, по которым производится сопряжение. С увеличением радиуса закругления выступов и однородности неровностей вибронака-танных поверхностей по сравнению с обточенными и шлифованными при одинаковых натягах прочность (сопротивление распрессовке) значительно повышается.
Осесимметричная задача при постоянных напряжениях в поперечных сечениях
В рассматриваемой конструкции соединения цилиндрическая часть имеет определенную высоту - Н. Тогда напряжения а2 определяются по заданным граничным условиям на торцах, если Н достаточно велико, чтобы можно было пользоваться принципом Сен-Венана. При малой высоте цилиндрической части соединения задача может быть решена в предположении а2 = 0, т.е. при плоском напряженном состоянии. Таким образом, можно считать, что напряжения егг известны, тогда третье из уравнений закона Гука (13) служит для определения деформаций ez, а из второго уравнения находим
Приравнивая правые части этих выражений, получаем уравнение Таким образом, математическая модель сводится к двум уравнениям (11) и (17) с двумя неизвестными сгп а в.
Практический интерес представляет случай, когда интенсивность массовых сил пропорциональна радиусу. Поэтому в дальнейшей принимаем где к - коэффициент пропорциональности, предполагаемый извеетным по условию задачи. Интегрируя почленно (17) получим
Подставляя сюда j@ из уравнения равновесия (11) находим уравнение, содержащую одну неизвестную функцию 7г или интегрируя, получим
Деформация є2 зависит от г, значит, сечения цилиндра не остаются плоскими, они приобретают форму параболоида вращения. Постоянные С/ и С2 определяются из граничных уел опий. Исследуемая конструкция неподвижного соединения и технологический процесс сборки ее протягиванием или прошиванием осуществляется при значительной осевой нагрузке, прикладываемой к торцам
Тогда относительная деформация єг на некотором удалении от торцов будет постоянной. Принимая є? = const, из закона Гука находим
Постоянные Cj и Сг находятся из граничных условий на боковых поверхностях цилиндра, напряжение JZ - из граничных условий на торцах: Sz = (zz)o, если задано перемещение торцевого сечения, или (24) если оно свободно от закрепления.
В реальных конструкциях неподвижных соединений, получаемых методами пластического деформирования, массовыми силами можно пренебречь в виду их малости по сравнению с нагрузками, прикладываемыми при сборке. В этом случае формулы для напряжений как при ez = const, так и при ez const совпадают и приобретают вид поэтому формула (29) справедлива для цилиндрических тел, толстостенных труб, соединений с натягом и неразъемных соединений, полученных упругопласти ческим деформированием в глухих и сквозных отверстиях охватывающих деталей.
Рассмотрим вариант задачи этого типа, когда сборка соединения осуществляется прошиванием или дорнованием, или гидродинамическим воздействием на внутреннюю поверхность втулки, т.е. в том случае, когда появляются напряжения от внешней и внутренней нагрузок (рис. 12).
В соединениях с натягом наиболее опасные напряжения ив уменьшаются, так как создаются предварительные напряжения (рис 13).
Радиальные перемещения точек еедрягаемых поверхностей Uj и U2, натяг У(разноеть начальных радиусов) связаны равенством Uj-fy, при помо 44 щи которого можно найти контактные давления Р. По формулам (36) и (37) при новых обозначениях находим
Очевидно, рассматривая множество вариантов конструкций неподвижного неразъемного соединения, наиболее доступной для изучения изменений первоначальных свойств, критериев прочности соединения и его элементов является цилиндрическое соединение. Поэтому, используя наружное или внутреннее протягивание (прошивание) для получения соединения, рассматривать процесс удобно на модели цилиндрического соединения. Так как охватываемый и охватывающий элементы могут быть различного сечения, а в реальных конструкциях один из элементов, как правило, имеет меньшее сечение по сравнению с другим, то допущения при определении напряжений и деформаций более "гибкого" элемента могут быть адекватными допущениям, принимаемыми в теории пластинок и оболочек,
Во-первых, касательные напряжения в сечении оболочки любой нормальной плоскостью не оказывают влияния на нормальные напряжения в этом сечении. Во-вторых, напряжения в площадках, перпендикулярных нормали, пренебрежительно малы. В-третьих, расстояния точек от срединной поверхности не изменяется. Эти допущения значительно упрощают - теорию, поэтому весь последующий анализ проводится для соединений, у которых отсутствуют, погрешности формы, а поверхности принимаются гладкими, т.е. наличие микро- и макронеровностей не учитывается.
Однако следует внести пояснения относительно наличия мембранных усилий, имеющих большое значение для тонких цилиндрических элементов соединения. В данном случае мы рассматриваем поведение таких элементов в процессе сборки, доля которых изгибом можно пренебречь в зоне и в момент сопряжения поверхностей. Это обстоятельство вытекает из допущений, принятых выше. Срединная поверхность цилиндрического элемента образуется вращением прямой вокруг оси Z (рис. 14). Обычно такая конструкция может сочетаться по торцам с осесимметрич-ными фланцами или днищами. Меридианы цилиндрической части элемента -прямые, параллельные оси, главные радиусы кривизны г/ = «:, г2 = г = а. Угол между нормалью поверхности и осью р - 90. При заданной нагрузке qv усилие пв, параллельное оси z, можно определить непосредственно из уравнения равновесия Лапласа
Определение допустимого натяга и контактного давления
Удельная нагрузка (давление в стыке) обеспечивается натягом т.е. разностью размеров сопрягаемых поверхностей для соединений собранных запрессовкой либо тепловым методом, при сборке деформирующим протягиванием разностью размеров инструмента (дорна) и внутреннего диаметра втулки. Натяг в соединении регламентируется стандартами. Для сокращения трудоемкости изготовления и повышения эксплутационных свойств прессовых соединений необходимое удельное давление на сопрягаемых поверхностях можно получить путем нагружения втулки распределенной радиальной нагрузкой, например, в процессе дорнования ее внутреннего диаметра. В этом случае монтажный натяг запрессовки должен быть равен или близок нулю и на сопрягаемых поверхностях деформации отсутствуют или появляются весьма малые (только упругие). Взаимосвязь между натягом запрессовки и натягом при дорновании для гладких соединений приведена в работе В.М. Рогового [90, 91] и определяется их равенством.
Сборка ПННС предполагает пластическое заполнение материалом втулки профиля охватывающего элемента. С увеличением степени деформации натяг дорнования растет. Верхней границей роста величины натяга при дорновании является тот момент, когда наступает разрушение деформируемого материала втулки и упругого деформирования материала обоймы. Формообразование сложных профилей, форма и размеры сечений которых препятствуют «свободному» затеканию металла в соответствующие полости обоймы, дорнование производится с ограничением осевого течения металла, что улучшает заполнение и формообразование профильных полостей обойм (см. рис. 28). Процесс обработки заключается в том, что заготовка 1 устанавливается в обойму 2, контур отверстий которой соответствует наружному профилю детали. При деформировании отверстия дорном происходит последовательное пластическое перемещение наружной поверхности металла заготовки до контакта с обоймой и затекание его в полости последней. Происходит также исправление макроне ровностей поверхностей втулки между обоймой и дорном посредством смятия и перемещения объемов металла выступов во впадины. Диаметр отверстия и длина заготовки увеличиваются, а ее сечение уменьшается. Увеличение наруж ного диаметра ограничено размерами отверстия обоймы.
Изготовление ПННС дорнованием и формообразование сложной наружной поверхности обеспечивается ограничением «свободного» течения металла, надежностью и точностью перемещения дорна относительно отверстия обоймы.
При дорновании в обоймах цилиндрических поверхностей втулок снижается на 20 - 40% металлоемкость, в 2 - 5 раз трудоемкость изготовления и обеспечивается точность отверстий За - 2 кл., высокая прямолинейность и К&-1,25..Д16мкм[53],
Для лучшего заполнения металлом полостей обойм следует скруглять острые углы и переходы [53]. Это требование наилучшим образом реализуется получением вибронакатыванием полностью регулярного микрорельефа (ПРМР) либо частично регулярного микрорельефа (ЧРМР) поверхности охватывающего элемента [102].
При сборке ПННС пластическим деформированием размеры и форма деталей получаются перемещением металла заготовки под действием деформирующего инструмента в направлении, заданным конструкцией оснастки. Изменение размеров заготовки определяется конструкцией детали, схемой обработки и величиной полной деформации (натяга).
Условие совместности перемещений охватывающего и охватываемого элементов Для реальных конструкций подшипников скольжения, как правило, обоймой является деталь, у которой d2 - а , например корпусная деталь. Очевидно, что если di -+ оо, то Д сб -+ О,
Окружное напряжение в соединении определяется по формулам 83 пластических деформаций:
Тяговые усилия при сборке ПННС являются важной характеристикой процесса пластического деформирования цилиндрических поверхностей. Определение величены усилий необходимо для: выбора оборудования требуемой мощности, расчета инструмента, рационального распределения полного натяга между деформирующими элементами, расчета на устойчивость и прочность тонкостенных деталей, выбора рациональных смазок и ряда других характеристик.
Усилия при дорновании отверстий в осесимметричных втулках одним дорном можно выразить суммой четырех слагаемых (рис. 30) [57]: где рд - усилие на деформацию при формообразовании отверстия; рт - усилие на преодоление трения по конической поверхности дорна; рл - усилие на преодоление трения по цилиндрической ленточке дорна; рпот - усилие на преодоление внутреннего трения, сдвиговые деформации и перегибы в сечении втулки. В.П. Монченко [57], проведя анализ слагаемых, вывел общее уравнение усилия свободного дорнования однозубым дорном: при этом автор отмечает хорошую сходимость с результатами экспериментальных исследований.
Тяговое усилие при дорновании отверстий деформирующими протяжками увеличивается пропорционально числу одновременно работающих дорнов; где/?„ - усилие на каждом из одновременно работающих дорнов; к 1,0 - 0,85 -коэффициент, учитывающий одновременность достижения максимальных усилий на выходе и входе дорна в отверстия; определяется экспериментально и зависит от шага между дорнами на протяжке, длины детали и числа одновременно работающих дорнов.
Дорны располагают на протяжках с постепенно уменьшающимися натягами от первого к последнему дорну, поэтому расчет максимального тягового усилия производят для первой группы одновременно работающих дорнов, исключая направляющие кольца, диаметр которых равен среднему диаметру отверстия заготовки.
Схема распределения полного натяга между рабочими дорнами и число их существенно влияют на результаты обработки отверстий. Исследования показывают [18, 57, 88, 92], что интенсивность устранения дефектов, точность дорнования отверстий и стабильность процесса обеспечивается меньшим чис щ лем лерше нрн рштрвттмт шянеге мадяра ш уввдвия равештйа уєнлий на каждом дерне,
Для практических расчетов значений натягов В.П. Монченко [57] рекомендует упращенные зависимости:
Из экспериментальным и теоретическим исследованиям [57, 88, 89, 92, 102] тяговых усилий следует, что метод совместного решения приближенных уравнений равновесия и пластичности не обеспечивает достаточную сходимость расчетных и опытных данных при одновременной обработке в замкнутых объемах цилиндрических поверхностей втулок пластическим деформированием. При выводе зависимостей для расчета тяговых усилий при дорновании в обойме в работе [57] был принят метод баланса работ, разработанный Е.А, По-новым для решения задачи вытяжки с утонением [32, 33].
Обработка цилиндрических поверхностей с ограничением радиального течения металла оправками происходит в условиях, близких к объемной деформации, когда главные деформации не равны нулю. При этом относительные окружные деформации на дорн не превышают Є 0,1, что позволяет в первом приближении считать деформированное состояние плоским. Деформирующая обработка осуществляется с применением смазки, что обуславливает наличие гидродинамического или граничного трения при коэффициенте трения 0,05 -0,2. Поэтому можно принять, что нормальные напряжения на контактных поверхностях блиэки к главным радиальным (рнс. 31). возрастает пропорционально натягу и коэффициенту трения. Однако в диапазоне малых углов возникает эффект гидродинамического трения, что уменьшает коэффициент трения и приводит к смещению значений оптимального угла в меньшую сторону. При дорновании отверстий с в = 2 - 6% и коэффициенте трения ju =0,08-0,15 расчетная величина оптимального угла (X колеблется в пределах 3 - 8.
Метод неразрушающего контроля прочности и надежности ПННС
Методика проектирования ПННС бала разработана на основе теоретических и экспериментальных исследованиях проведенных в представленной диссертационной работе. Она может быть использована как для проектирования ПННС, расчета технологических параметров, назначения размеров заготовки охватываемого элемента так и для проверки принятых решений. Алгоритм методик проектирования представлен на рис. 48. Суть методики заключается в следующем: 1. Исходные данные. В качестве исходных данных вводятся величина и вид нагружения, материалы пары сопряжения, геометрические параметры соединения. Эти сведения назначает конструктор исходя из требований предъявляемых к механизму, в который входит проектируемое соединение. 2. Производится расчет для определения напряжений в соединении, уточнения геометрических параметров, расчет количества подкрепляющих элементов и толщины охватываемого элемента. Расчет проводится на основе математической модели, тонкостенной оболочки с подкреплением, предложенной в работе. 3. Назначение параметров рельефа согласно ГОСТ 24773-81, в котором для ЧРМР предусмотрены следующие параметры: h, FH! а . Назначение параметра рельефа h производят путем сопоставления размеров подкрепляющих элементов, FH должно соответствовать суммарной площади подкрепляющих элементов, а- назначают в пределах рекомендованных [1 4. Расчет технологических параметров образования регулярного микрорельефа, с учетом используемого оборудования в конкретном производстве. Граничными условиями для расчета будут являться назначенные параметры рельефа h, FH, а с одной стороны и технологические возможности существующего на данном предприятии оборудования с другой стороны. 5. Расчет и назначение технологических параметров сборки ПННС 6. Проверка соединения на прочность с учетом назначенных технологических параметров. Проверка осуществляется с использованием зависимости (97). При необходимости производится корректировка технологических параметров начиная с этапа 2. 7. Вывод результатов. Размеры заготовки охватываемого элемента, технологические параметры образования регулярного микрорельефа и сборки соединения. 4.3 Методика неразрушающего контроля прочности и надежности ПННС. Особое внимание в последнее время уделяется методам безаппаратного контроля, так как аппаратный контроль достаточно сложен, трудоемок и дорог, а во многих случаях неосуществим без разрушения контролируемых соединений. К таким соединениям относятся малогабаритные соединения, соединения с труднодоступными поверхностями. Трудности аппаратного контроля связаны также с недостаточной обеспеченностью многих предприятий соответствующими приборами. В этих условиях безаппаратный контроль весьма эффективен и при определенных условиях достаточно надежен. Контроль технологического процесса обработки поверхностей, процесса сборки соединения — метод, который в последнее время начинает применяться все более широко, в особенности, в зарубежных промышленных странах. Это обусловлено следующими основными его достоинствами: простота, высокая надежность и экономичность, при возможности безразрушающего контроля микрогеометрии практически любых поверхностей, в том числе труднодоступных.
Сущность этого метода состоит в том, что контролируется технологический процесс, все условия и режим обработки и сборки контролируемого соединения. В этом случае последовательность обработки, ее условия и режим должны быть выявлены на основе тщательно выполненного, чаще всего экспериментального (реже — теоретического) исследования с установлением всех факторов и численных значений параметров режима, определяющих микрогеометрию, а в большинстве случаев и физико-механические параметры качества деталей соединения. Всю эту информацию получают при нормировании качества поверхности на основе данных экспериментальных исследований. Такой контроль осуществляется при настройке станка и оснастки, а затем периодически, с целью профилактики брака, так как по тем или иным причинам может произойти сбой первоначальной настройки. Контроль технологического процесса, настройки, режима и других условий обработки производится работниками ОТК. В основу методики неразрушаюшето контроля прочности и надежности ПННС заложены предположения о влиянии технологических параметров нанесения рельефа поверхности, процесса сборки и толщены стенки охватываемого элемента. Это нашло отражение в предлагаемой теоретической формуле (97) для расчета усилия распрессовки. Анализ экспериментальных исследований, приведенный в пункте 4.1.5 настоящей главы и дальнейшая обработка результатов с помощью уравнений работоспособности по закону Вейбулла-Гнеденко, доказали адекватность сделанного предположения. 2. Площадь вибронакатанного профиля по отношению к номинальной площади соединения должна находится в пределах 45 - 50%. 3. Высота впадины профиля в охватывающей детали должна составлять 10 - 20% от толщины стенки охватываемого элемента. 4. При выборе параметров профиля ЧРМР необходимо руководствоваться ГОСТ 24773-81. 5. При расчете посадок отверстие - вал для профильного соединения, формируемого дорнованием, следует учитывать явление уменьшения диаметра отверстия втулки после дорнования по отношению к диаметру дорнования. 1. Обработку внутренней дорнуемой и внешней сопрягаемой поверхности втулки проводить за одну установку с целью обеспечения соосности. 2. Натяг дорнования при сборке ПННС должен составлять не менее 25% от толщины стенки втулки. В частности, натяг дорнования выбирать в пределах 0,15.. .0,5 для диаметров сопрягаемых поверхностей от 20 до 60 мм. 3. При сборке дорнованием ПННС необходимо учитывать явление изменения длины втулки. 4. Применят сборку дорнованием с заполнением вибронакатанного профиля для соединения деталей малой жесткости, 5. Зазор между обоймой и втулкой до дорнования должен составлять от 0,05 до 0,07 мм (H7/f7) для диаметров от 20 до 60 мм. 6. Применять схему сборки дорнованием с плавающей опорой, как наиболее универсальную при сборке соединения, и позволяющую осуществить сборку втулок без фланца в корпусных деталях (рис. 50). 7. Учитывать при расчетах остаточные деформации охватывающей детали после сборки ПННС дорнованием. 8. При необходимости возможна повторная сборка после выпресовки изношенного в процессе работы элемента (втулки). 1. Применение ПННС по сравнению с гладким соединением с натягом позволяет увеличить прочность соединения до 3 раз. 2. Для обеспечения максимальной прочности ПННС необходимо применять вибронакатанный профиль. 3. Наиболее рациональной является общая площадь вибронакатаного профиля 45 - 50% от номинальной. 4. Вид рельефа выбирать согласно ГОСТ 24773-81 и определять как ЧРМР с касающимися канавками вогнутой формы. Для соединений применяемых в авиакосмической технике необходимо применять двух уровневый рельеф поверхности. В качестве 1 уровня РМР четырехугольный или шестиугольный тип, в качестве 2 уровня ЧРМР с касающимися канавками вогнутой формы (рис- 51). 5. При сборке дорнованием предполагаемый натяг в сопряжении должен быть от 0,1 до 0,5 соответственно для диаметров от 20 до 60 мм, что соответствует максимальной прочности соединения. Обязателен учет толщины стенки втулки.
