Содержание к диссертации
Введение
1. Предпосылки развития, современное состояние теории и практики калибровки отверстий в режиме жидкостного трения 11
1.1 Управление НДС - эффективный способ повышения нагрузочной способности соединений с натягом 11
1.2 Факторы, определяющие НДС, роль и место смазки при калибровке охватывающих деталей соединений с натягом 19
1.3 Процессы, происходящие в зоне контакта при калибровке отверстий в режиме жидкостного трения 28
1.4 Современные теоретические методы исследования гидродинамических эффектов в смазке 32
1.5 Постановка задач исследования 36
2. Математическое моделирование калибровки отверстий в режиме жидкостного трения 39
2.1 Особенности моделируемого объекта 40
2.2 Расчет НДС инструмента и деформируемой заготовки методом конечных элементов 48
2.3 Математическая модель нестационарного контактного взаимодействия в системе заготовка-смазка-инструмент 60
2.4 Программная реализация математической модели контактного взаимодействия в процессе калибровки 74
2.5 Технологические параметры процесса калибровки и макрогеометрия калибруемого отверстия 83
Выводы 89
3. Экспериментальная проверка адекватности разработанной математической модели 91
3.1 Планирование вычислительного эксперимента 91
3.2 Моделирование процесса калибровки отверстия с предварительно смазанной поверхностью 97
3.3 Моделирование процессов гидрозапрессовки с подводом смазки от внешнего источника 101
Выводы 104
4. Практическая реализация результатов исследования 106
4.1 Анализ объектов внедрения 107
4.2 Особенности процесса калибровки отверстия промежуточной втулки 110
4.3 Определение условий, обеспечивающих эффективную калибровку отверстия втулки 114
Выводы 121
Основные выводы и результаты 123
Библиографическое описание 125
Приложение 1 136
- Факторы, определяющие НДС, роль и место смазки при калибровке охватывающих деталей соединений с натягом
- Расчет НДС инструмента и деформируемой заготовки методом конечных элементов
- Моделирование процесса калибровки отверстия с предварительно смазанной поверхностью
- Особенности процесса калибровки отверстия промежуточной втулки
Введение к работе
В настоящее время в конструкции машин для передачи крутящих моментов и осевых нагрузок широко используются неподвижные соединения с гарантированным натягом (СН), отличающиеся простотой конструкции, лёгкостью центрирования, надёжной работой и высокой технологичностью. Примерами СН являются соединения венцов зубчатых и червячных колёс со ступицами, ступиц колёс с валами, соединения водила планетарной передачи с осями сателлитов и валом, и др.
Эксплуатация соединений в условии постоянно возрастающих нагрузок предъявляет повышенные требования к их нагрузочной способности и прочности. Выход из строя ответственных и крупногабаритных соединений, простой оборудования даже в течение нескольких часов, как правило, оборачивается для предприятия большими материальными потерями.
Проблемы нагрузочной способности (НС) СН и её повышения отражены в работах отечественных ученых А.А. Ильяшенко, Г.А. Бобровникова, А.Г. Рохлина, И.В.Абрамова, Г.Я. Андреева, Н.СБеляева, И.С. Гречищева, А.В.Щенятского, B.C. Клековкина, Н.С. Сивцева, и зарубежных И. Молера, Б. Парсона, Р. Коха и др. Анализ работ перечисленных авторов показал высокую эффективность технологических методов, основанных на создании выгодной макрогеометрии посадочной поверхности и повышении предела упругого сопротивления охватывающих деталей. Особого внимания заслуживает предварительная калибровка отверстий охватывающих деталей методом упруго-пластического деформирования (УПД) коническим пуансоном. В результате пластического деформирования, на внутренних слоях охватывающей детали образуются остаточные сжимающие напряжения, повышается порог её упругого сопротивления, что позволяет повысить НС проектируемого СН в 1,6-2 раза [3, 56, 58]. Осуществление процесса калибровки в режиме жидкостного трения (РЖТ) позволяет снизить энергозатраты, исключить повреждения поверхности отверстия и повысить фактическую площадь контакта в результирующем соединении. К прочим достоинствам процесса калибровки относится возмож- ность применения совместно с ним любых других технологических методов повышения НС СН.
Процесс калибровки отверстий охватывающей детали сопряжен с пластическими деформациями последней. В результате этого изменяется макрогеометрия посадочной поверхности охватывающей детали и, как следствие, распределение величин натяга и контактного давления по длине проектируемого соединения.
Осуществление процесса калибровки в режиме жидкостного и смешанного видов трения значительно изменяет характер распределения давлений, под действием которых деформируется заготовка, по сравнению с калибровкой всухую. Накопленный экспериментальный опыт свидетельствует, что при калибровке конических отверстий с предварительно смазанной поверхностью [101] зачастую возникает эффект обратного выталкивания пуансона после снятия нагрузки. Этот факт указывает на возникновение гидродинамического эффекта, за счет которого сближаемые поверхности разделяются устойчивым к высоким давлениям слоем смазки и обеспечивается режим жидкостного трения по всей длине сопряжения или её части.
Исследование деформирования материалов в условиях жидкостного трения проводили отечественные ученые В.Л. Колмогоров, Г.Л. Колмогоров, В.И. Казаченок, Е.И. Исаченков, И.Б. Покрас и зарубежные Дж. X. Таттерсола, Б. Парсонс, X. Найлор и др. В большинстве из них параметры смазочного слоя рассчитывались с использованием допущения о постоянной форме контактных поверхностей. Но в процессе калибровки форма поверхностей, ограничивающих смазочный слой, непрерывно изменяется по всей длине зоны контакта, что в значительной степени влияет на распределение давлений в смазочном слое. Научным коллективом под руководством профессора Г.Л. Колмогорова проводились исследования процесса волочения прутка в режиме гидродинамического трения. Исследования проводились на основе численных методов, с учетом не-изотермичности процесса, деформаций волоки и охватывающего инструмента. При исследовании процесса калибровки отверстий в режиме жидкостного трения численные методы не позволяют получить устойчивое решение для гидро- динамических давлений в очень тонком и длинном смазочном слое. Кроме того, в большинстве случаев этот процесс имеет явно выраженный нестационарный характер и связанные с этим специфические особенности протекания, отсутствующие в процессах волочения.
Проведённый анализ показал, что использование при осуществлении процесса калибровки различных уровней входных технологических параметров (скорость калибровки, реологические свойства смазки, натяг), геометрии заготовки и инструмента, варьирование шероховатости их поверхностей, значительно влияет на условия трения, ряд выходных технологических параметров, и характеристики проектируемого соединения (пятно контакта, нагрузочная способность). В исследовании [53] убедительно показано, что гидродинамическим эффектом можно управлять через режимы процесса. Используя различные режимы процессов обработки металлов давлением, можно получать различные формы поверхности заготовки, включая выпуклые.
Также на процесс калибровки, результирующую макрогеометрию и НДС детали в значительной степени влияют и, следовательно, должны учитываться следующие факторы: неравномерная толщина заготовки, способ её закрепления, особенности подвода смазки в зону контакта, контролируемое изменение макропрофиля инструмента, изменение вязкости используемой смазки в зависимости от давления.
В результате анализа был сделан вывод, что разработка математического аппарата и инженерной методики, которые позволят определять оптимальные параметры нестационарного процесса калибровки отверстий в РЖТ с учетом всех перечисленных факторов, приведёт к значительному повышению эффективности процесса, позволит исключить проведение опытов, что в совокупности способствует научно-техническому прогрессу в машиностроении.
По технологии исполнения и физике сопутствующих явлений процесс калибровки отверстий в РЖТ аналогичен процессу гидропрессовой сборки СН. В работах [1, 9, 31, 35, 92, 104, 111, 114] рассмотрен и обобщён значительный экспериментальный и теоретический опыт в этой области, разработан математический аппарат на основе метода конечных элементов (МКЭ) и инженерная методика, дающие возможность на этапе проектирования соединения провести качественный анализ процесса сборки с учетом влияния смазки, её реологических свойств и способа подвода в зону контакта. Но в отмеченных исследованиях давление в смазочном слое принималось гидростатическим или рассчитывалось при установившемся движении жидкости в одну сторону. В то же время, без исследования двустороннего течения жидкости из зоны контакта нельзя получить адекватного представления о гидродинамических эффектах в процессе калибровки. Теми же недостатками объясняется неприменимость к моделированию процессов КО в РЖТ результатов теоретических исследований в области дорнования отверстий [8].
Целью данной диссертационной работы является повышение эффективности процесса калибровки отверстий в режиме жидкостного трения на основе математического моделирования многосвязных систем механики.
Для достижения поставленной цели в ходе исследования были решены следующие задачи:
Сформирована математическая модель процесса КО в РЖТ, учитывающая сложную геометрию заготовки и инструмента, гидродинамические эффекты в тонком смазочном слое (СС) с изменяющейся формой, переменную вязкость смазки и особенности её подвода в зону контакта.
Разработаны математическая модель и алгоритм, позволяющий получать устойчивое, быстрое и точное решение для распределения гидродинамических давлений в тонком смазочной слое сложной формы, при переменном распределении вязкости смазки, для случаев её предварительного нанесения на поверхность отверстия, принудительного подвода с торца либо через одну или несколько маслораспределительных канавок.
Разработаны ММ и алгоритм анализа контактного взаимодействия системы заготовка-смазка-инструмент в нестационарном процессе КО с учетом границ зон жидкостного и граничного трения, деформаций поверхностей инструмента и заготовки, зависимости вязкости смазки от давления, изменения объёма смазки в зоне контакта.
Осуществлена программная реализация созданной математической модели процесса КО в РЖТ, позволяющая заранее прогнозировать результаты процесса, определять условия, обеспечивающие РЖТ и способствующие приданию калибруемой детали требуемых свойств и геометрии.
Проведена экспериментальная проверка адекватности разработанной математической модели с использованием созданной на её основе программы, путём исследования процессов КО с различными способами подвода смазки в зону контакта и сопоставлением расчетных данных с данными натурных экспериментов.
На защиту выносятся следующие результаты исследования:
Математическая модель процесса калибровки отверстий в РЖТ, основанная на совместном решении взаимосвязанных задач: расчета УП деформаций заготовки и упругих деформаций инструмента, определения границ жидкостного и граничного видов трения, определения гидродинамических давлений в тонком длинном СС изменяющейся формы, зависимости вязкости смазки от давления при заданной температуре.
Математическая модель, позволяющая получить устойчивое решение для распределения гидродинамических давлений в тонком длинном СС сложной формы с переменным распределением вязкости.
Результаты численного эксперимента, согласующиеся с полученными ранее опытными данными.
Условия перехода гидродинамических граничных условий в гидростатические.
В разделе «Математическое моделирование калибровки отверстий в режиме жидкостного трения» рассмотрены особенности объекта моделирования, указывающие на нестационарность процесса КО в РЖТ и многосвязность рассчитываемых параметров моделируемой системы. К последним относятся: вязкость и давление смазки, НДС заготовки, физико-механические свойства материала (ФМСМ), объём смазки в зоне контакта, геометрия поверхности калиб- руемого отверстия, условия трения инструмента с заготовкой. Переменная жесткость заготовки и инструмента по длине соединения не позволяет получить точных результатов при расчете НДС классическими методами. Используемые в настоящее время при решении прикладных инженерных задач численные методы [9, 26, 30, 36, 41, 42, 45, 46, 72, 90, 91, 98, 111, 107, 112, 113, 114], в частности - МКЭ, позволяют рассмотреть процесс деформирования заготовки инструментом как контактную задачу с переменными граничными условиями, обусловленными физикой взаимодействия сопрягаемых поверхностей со смазочным слоем и друг с другом. Но при расчете гидродинамических параметров в тонком смазочном слое большой длины МКЭ, равно как и другие численные методы, даёт неточный и неустойчивый результат, и слишком требователен к вычислительным ресурсам. Для вычисления распределения скоростей и давлений в СС переменной толщины разработан оригинальный алгоритм, основанный на уравнениях О. Рейнольдса для смазочного слоя. Для моделирования нестационарного процесса калибровки отверстий в РЖТ разработан алгоритм, объединяющий в себе: анализ нестационарного контактного взаимодействия и условий трения; оригинальный алгоритм расчета гидродинамических давлений в тонком СС сложной формы и переменной вязкости при различных способах подвода смазки; вариационный метод расчета гидростатических и контактных давлений; учет изменения вязкости смазки и физико-механических свойств материала заготовки в процессе калибровки.
На основе математической модели и её программной реализации были выявлены закономерности и особенности возникновения гидродинамического эффекта при калибровке в РЖТ, изменения макрогеометрии заготовки в зависимости от технологических параметров.
В третьей главе «Экспериментальная проверка адекватности разработанной математической модели» описан численный эксперимент процессов калибровки и гидрозапрессовки при различных схемах подвода смазки в зону контакта. Результаты численных экспериментов сопоставлялись с результатами соответствующих натурных экспериментов, полученных ранее другими авторами. Расхождение результатов для отверстий различных размеров и разных типов смазок не превысило 9%.
В четвёртой главе «Практическая реализация результатов исследования» показана возможность применения результатов теоретического и экспериментального исследований в процессе сборки ответственных узлов в промышленных условиях. Объектом внедрения были выбраны узлы нефтяных насосов.
Теоретическое и экспериментальное исследования представляемой диссертационной работы выполнены на кафедре «Мехатронные системы» Ижевского государственного технического университета, при поддержке гранта имени Н,В. Воробьёва.
Факторы, определяющие НДС, роль и место смазки при калибровке охватывающих деталей соединений с натягом
В результате многочисленных исследований [3, 8, 13, 14, 29, 32, 39, 51, 53, 61, 62, 63, 64, 106, 109, 111, ] были выявлены основные факторы, определяющие процесс обработки металлов давлением и получаемое в результате него НДС заготовки. К ним относятся: внешнее трение или контактные условия на границе «деформируемый материал инструмент». Как убедительно показано в [51], на процесс деформирования большое влияние оказывают граничные условия, в частности, вид и физико-механические свойства среды, расположенной между деформируемым изделием и инструментом; скорость деформирования. Она оказывает особенно большое влияние на изменение условий на границе «металл - инструмент»; исходная форма заготовки, присутствие в ней тех или иных конструктивных элементов; температура формоизменения, в значительной степени определяемая скоростью деформирования, - следовательно, незначительна в процессе калибровки.
Обширные теоретические и практические исследования показали, что из всех перечисленных факторов главнейшим является фактор внешнего трения. Внешним или контактным трением называют явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей, сопровождающееся диссипацией энергии.
Условия протекания и параметры любого процесса обработки металлов давлением определяются, в конечном счете, видом напряженно-деформированного состояния, зависящим от схемы приложения деформирующих сил и контактного трения [51, 53]. Действие сил контактного трения сильно проявляется в процессах штамповки тонкостенных изделий и калибровки отверстий, в результате чего происходит быстрый износ или разрушение инструмента. В свою очередь, при калибровке отверстий контактное трение способствует возникновению на их поверхности царапин и задиров. Помимо этого, в [51] убедительно показано, что контактные силы трения могут интенсифицировать процесс деформации в заданном направлении, затормозить его или полностью исключить возможность протекания пластической деформации.
В настоящее время калибровку детали осуществляют в условиях сухого, жидкостного и граничного видов трения. По классификации видов трения И. В. Крагельского [69], сухое трение наблюдается при отсутствии какой-либо смазки между трущимися поверхностями. Значение коэффициента сухого трения находится в интервале 0,15-=-0,23.
Полусухое и полужидкостное трение относятся к граничному виду трения. Полусухое трение твердых поверхностей происходит при нанесении на поверхность некоторого количества смазки. Коэффициент полусухого трения равен 0,05-5-0,15. При полужидкостном трении слой смазки недостаточен, или микронеровности на трущихся поверхностях настолько ощутимы, что кроме сопротивления при сдвигах слоев смазки, происходит частичное твердое трение от взаимного контакта гребешков трущихся поверхностей. Коэффициент полужидкостного трения колеблется от 0,01 до 0,05.
Жидкостное трение наблюдается при условии, когда трущиеся поверхности тел совершенно разъединены, и трение происходит в смазочной прослойке. Коэффициент жидкостного трения меньше 0,01. При калибровке в условиях сухого трения наблюдается контакт детали с пуансоном по всей калибруемой поверхности, происходит формирование её микро- и макропрофиля. При этом получаемый в результате макропрофиль детали соответствует профилю пуансона. В процессе деформирования в зоне контакта происходит износ, смятие микронеровностей посадочной поверхности детали, что нежелательно.
При калибровке отверстий в режиме жидкостного трения их микропрофиль остаётся неизменным, механические повреждения калибруемой поверхности отсутствуют.
При использовании любого из указанных способов создания жидкостного трения наблюдается сложное взаимодействие деформируемой заготовки, смазки и инструмента. По существу, калибровка отверстий в режиме жидкостного трения представляет собой сложный нестационарный процесс взаимодействия многокомпонентной системы инструмент - смазка - деталь - технологическая оснастка. При этом смазка находится в режиме вязкого течения, деталь и инструмент деформируются под действием давления в смазочном слое, а технологическая оснастка служит для обеспечения качественного протекания процесса при заданных условиях.
Расчет НДС инструмента и деформируемой заготовки методом конечных элементов
Нестационарность процесса, многообразие геометрии, форм инструментов и заготовок, в совокупности с нелинейностью изменения свойств материалов требуют вариационного подхода для получения реальной картины об изменениях напряженно-деформированного состояния заготовки в зависимости от совокупности внешних воздействий на неё, изменяющихся в процессе калибровки. Наиболее распространенным и широко освоенным методом реализации вариационного подхода является метод конечных элементов.
Для определения напряженно-деформированного состояния детали и инструмента воспользуемся методом перемещений [45, 90, 78] и известными зависимостями между напряжениями и деформациями [21, 49, 54, 74].
В соответствии с МКЭ, представим рассматриваемые области интегрирования (заготовка и инструмент) в виде конечного числа непересекающихся подобластей (конечных элементов), на которых производится аппроксимация искомых функций.
Принцип виртуальных перемещений обеспечивает выполнение условий равновесия в определенных пределах и зависит от выбрашюй формы описания перемещений по интегрируемой области. Условие равновесия будет полным тогда, когда виртуальные работы равны при произвольных вариациях перемещений, удовлетворяющих только граничным условиям (кинематически допустимые перемещения).
Если количество параметров [S], описывающих перемещение, неограниченно возрастает, то условия равновесия полностью удовлетворяются. Следовательно, напряжения и деформации в калибруемой детали и инструменте, определенные через перемещения узлов, будут близки к истинным значениям.
В заготовке и инструменте под действием внешних нагрузок возникают напряжения. При малых величинах натяга они не превышают предела текучести материала заготовки. Однако в процессе калибровки отверстия в заготовке могут возникнуть напряжения, превышающие данный і редел. Для получения результатов, адекватных реальному процессу, НДС і;;\ !:"русмой заготовки необходимо определять с учетом реальных свойств м:п .:;" ":ла. Поэтому, при решении задач об определении НДС однородного изотропного тела, нагружешого за пределами упругости, применяют уравнения связи между напряжениями и деформациями или между напряжениями и скоростями деформаций. Так как деформирование деталей осуществляется при незначительных скоростях (до четырех метров в минуту), то целесообразным будет применение уравнений связи между напряжениями и деформациями.
Компоненты упругой деформации связаны с компонентами напряжений обобщенным законом Гука. Увеличение нагрузок приводит к тому, что зона пластического деформирования материала деталей соединения начинает возрастать. Зависимость между напряжениями и деформациями становится нелинейной. Напряженно-деформированное состояние в этом случае описывается физическими уравнениями теории пластичности. Для их решения применяют различные приближенные методы [77]. В этой связи решения задач теории пластичности обычно сводятся к последовательному решению линейных задач, каждая из которых может быть интерпретирована как некоторая задача теории упругости. Данная идея впервые была применена А. А. Ильюшиным [4S], а затем развита И. А. Биргером и другими авторами.
Примем предположение, что при малых упругопластических деформациях для каждого элемента материала между интенсивностью напряжений и деформаций существует функциональная взаимосвязь, соответствующая диаграмме растяжения и имеющая вид: (7,=(%). (2.26)
Скорости калибровки незначительны. Величины накопленной пластической деформации [21, 61, 68] и ресурса пластичности далеки от предельных значений. Следовательно, с позиций механики деформируемого твердого тела, напряжения, возникающие в детали во время процесса калибровки и после него, в большей степени зависят от величины деформации и в меньшей от скорости процесса.
В соответствии с условием несжимаемости материала необходимо учесть, что в (2.27) 0 = 0.
При калибровке в режиме жидкостного трения заготовка деформируется под действием переменных по времени давлений и фрикционных сил в очаге деформации. При этом в областях с жидкостным трением смазочное вещество передает и перераспределяет нагрузку, возникающую при сближении поверхностей заготовки и инструмента. В общем случае процесс КО в РЖТ сопровождается изменением условий трения в очаге деформации. При определенной величине осевого натяга в зоне контакта, наряду с жидкостным, может появиться граничное трение инструмента с заготовкой, гидродинамическое давление может перейти в гидростатическое. Изменение гидродинамических давлений и условий трения в зоне контакта ведёт к изменению формы контактных поверхностей, распределения вязкости смазки и формы смазочного слоя, которые, в свою очередь, влияют на величины гидродинамических давлений.
Анализ объекта моделирования показал, что рассматриваемая задача является нестационарной упругопластической и гидростатодинамической контактной задачей. В настоящее время при решении нестационарных задач гидродинамики и гидроупругости успешно применяется подход, который состоит в рассмотрении искомых параметров как функций пространственных координат в каждый фиксированный момент времени [42].
Моделирование процесса калибровки отверстия с предварительно смазанной поверхностью
При общем планировании эксперимента по методике [11] был определён порядок проведения опытов. Для получения уравнения регрессии, в соответствии с выбранным набором факторов и полученными в результате расчета данными, была построена расширенная матрица планирования первой серии эксперимента (таблица 3.1).
После статистической обработки данных методом наименьших квадратов получены зависимости исследуемых параметров Yj (3.3) и Y2 (3.4) от скорости калибровки и осевого натяга.
Сила калибровки имеет практически линейную зависимость от натяга (рис. 3.5). В нулевой точке диаграммы сила калибровки не равна нулю, т.к. на инструмент действуют гидродинамические давления в смазочном слое. Полученную кривую условно можно разделить на два участка. Первый (при натяге до 1,1 мм) отражает линейную зависимость силы калибровки от натяга. На этом участке происходит деформирование заготовки в режиме жидкостного трения; главным фактором, определяющим величину силы калибровки, является осевая составляющая действующих на инструмент сил гидродинамического давления смазки. На оставшемся участке диаграммы наблюдается незначительное ускорение роста силы калибровки при увеличении натяга, что объясняется возникновением и постепенным расширением зон граничного трения.
Проведённые исследования показали, что при увеличении скорости калибровки происходит повышение силы калибровки в зоне жидкостного трения (на первом участке), т.к. при этом возрастают гидродинамические давления. В то же время, при увеличении скорости процесса, сила калибровки в конечной точке диаграммы будет ниже. Это связано с меньшей протяженностью области граничного трения, что вызвано более высоким давлением в смазочном слое.
Численный эксперимент с использованием разработанной модели КЖТ позволил проследить характер деформирования отверстия колеса на протяжении всего процесса, что даёт возможность рассчитать остаточную макрогеометрию отверстия при калибровке на любую глубину. На рис. 3.7 приведена диаграмма зависимости остаточных радиальных перемещений от натяга во всех четырёх исследуемых сечениях. Из зависимостей видно, что максимальные ос таточные деформации заготовки возникают в средней части зоны контакта.
Разный наклон кривых свидетельствует о неравномерной жёсткости детали, влияющей на характер деформирования. Результаты в таблице 3.1 согласуются с полученными ранее опытными данными, где при скорости калибровки 1 мм/с и осевом натяге, равном 5 мм, сила калибровки колебалась в интервале от 2300кН до 2600 кН. Таким образом, максимальное расхождение величин FK в данном вычислительном эксперименте и полученных ранее результатов не превышает 8%, и объясняется погрешностью измерений в натурном эксперименте и принятыми допущениями при проведении расчета.
Особенности процесса калибровки отверстия промежуточной втулки
Конические соединения находят всё большее применение в различных отраслях машиностроения. Но стремление конструкторов к более широкому применению конических соединений сдерживается рядом причин, основной из которых является технологическая трудность получения конусного отверстия в пределах допусков.
Для повышения усталостной прочности пальца в зоне напрессовки, увеличения пятна контакта втулки с пальцем и повышения нагрузочной способности соединения необходимо осуществить калибровку втулки. Метод калибровки представляет собой процесс окончательного формирования конусного отверстия (предварительно смазанного) с помощью инструмента в виде конического пуансона с требуемым макропрофилем, изготовленного из инструментальной стали (например, Р18), и закалённого. Калибровкой отверстий можно увеличить пятно контакта до 65-75 % [47, 51, 53], и в случае излома пальца есть возможность расформировать соединение методом гидрораспора без применения дополнительных осевых сил [111].
Таким образом, для обеспечения качества посадочного отверстия втулки с учетом особенностей процесса сборки результирующего полисоединения, она предварительно вставляется в кривошип, после чего осуществляется калибровка её отверстия в режиме жидкостного трения. Такой подход позволяет обеспечить повышение пятна контакта с учетом погрешности изготовления отверстия в кривошипе, так как втулка калибруется упруго-пластически.
Результаты расчетов, проведённых с использованием разработанной математической модели и её программной реализации, могут показать, какова должна быть степень деформации, и какой уровень НДС при этом должен быть достигнут для получения требуемого пятна контакта. С учетом переменной жесткости инструмента и детали, можно выбрать тип смазки, режимы и величины глубины запрессовки, необходимые для обеспечения пятна контакта. Для этого, с помощью разработанной математической модели и конкретных деталей соединений, размеры которых представлены на рис. 4.6, были проведены расчеты, которые позволили определить величину осевого натяга инструмента конической формы с заготовкой, и показали, что управление макрогеометрией инструмента может обеспечить более высокую площадь пятна контакта.
Таким образом, выбор режимов процесса калибровки и конструкции инструмента с учетом гидродинамических эффектов, которые могут возникнуть при калибровке отверстия в режиме жидкостного трения, позволяет управлять геометрией поверхности отверстия детали, и тем самым увеличить площадь пятна контакта в результирующем соединении.
Как показано в п. 2.5, варьирование различных технологических параметров при использовании тех или иных способов подвода смазки сопровождается значительным изменением макрогеометрии отверстия, получаемой в процессе калибровки в режиме жидкостного трения.
При исследовании возможности усовершенствовать рассматриваемое соединение ставилась задача определить рациональные условия процесса калибровки, которые позволят повысить площадь контакта в соединении пальца шатуна и промежуточной втулки, с учетом погрешности изготовления отверстия в кривошипе и допусков на размер втулки.
