CC BY
12
УДК 621.882:623.438.3
А.П. Моргунов, Д.В. Погодаев, Р.О. Светлов
Омский государственный технический университет, г. Омск
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ПАЛЬЦА С ГАЙКОЙ ТРАКА ТАНКА
Трак с метрической резьбой танка Т-72 является одним из слабых элементов ходовой части вследствие того, что выход его из строя происходит чаще, нежели других деталей и узлов.
На рис. 1, 2 представлены конструкции с улучшенным распределением нагрузки между витками резьбы.
Рис. 1. Способы улучшения распределения нагрузки между витками резьбы с помощью гаек растяжения
Рис. 2. Конструкции с улучшенным распределением нагрузки между витками резьбы: а - сжато-растянутая гайка, Ь/ё=1; б - гайка с поднутреннем, Ь/ё=0,47; в - гайка со скошенными витками; г - болт со скошенными витками
Для соединения типа стяжки (рис. 3):
q(z) =
Qm Г ch(mz)
I +
ch(m(H
(1)
psh(mH) [
Еб Еб
- z)) 1
ErFr j
причем в зависимости от соотношения жесткости тел болта и гайки максимальное напряжение будет либо в сечении z=0, либо в сечении z=H.
При практическом выполнении соединения типа стяжки нецелесообразно стремится к увеличению площади охватываемой детали, так как это приведет к снижению прочности соединения.
13
Рис. 3. Схема соединения типа стяжки
Распределение нагрузки по виткам резьбы оказывает влияние на несущую способность резьбы при статических нагрузках и особенно существенно влияет на сопротивление усталости соединений. На основании анализа многочисленных экспериментальных исследований установлено, что снижение нагрузки на нижнем витке приводит к пропорциональному повышению предела выносливости соединений (табл.1).
Конструктивно улучшить распределение нагрузки между витками можно путем увеличения податливости витков у и уменьшения податливости тел болта и гайки соответственно при растяжении и сжатии р. Последнее может быть достигнуто введением в соединение резьбовой спиральной вставки, применением гаек растяжения (рис. 1) и другими методами (рис. 2).
Распределение нагрузок между витками резьбы М10 (радиус скругления впадин R=0,108P) Таблица 1
номер витка от опорного торца гайки Нагрузки на отдельные витки, % от общего усилия, полученные
по формуле из решения контактной задачи
1 36,5 37,35
2 23,75 22,83
3 16,5 16,78
4 12,75 13,40
5 10,50 9,64
Влияние концентрации напряжений на прочность учитывают теоретическим коэффициентом концентрации напряжений:
ст
о , (2)
ном
где отах - максимальное растягивающее напряжение в зоне концентрации, оном - номиналь-
ное напряжение в сечении по внутреннему диаметру резьбы.
На рис.4 приведены результаты численного расчета напряжений во впадинах соединения с резьбой М10 при высоте гайки И=0,8ё и радиусе скругления во впадинах резьбы Я=0,108Р. Наибольшие напряжения действуют во впадине под первым рабочим витком, а
14
максимальные напряжения на контуре концентрируются не в центре впадины, а в точке, смещенной к рабочей грани. Последнее связано с тем, что во впадинах имеет место концентрация напряжений от общего потока растягивающих усилий и от изгиба витка. Напряжения во впадине под вторым рабочим витком почти в 3 раза ниже, чем под первым витком из-за разгрузки.
Рис. 4. Распределение напряжений во впадинах резьбы
Можно использовать следующую приближенную зависимость для вычисления теоретического коэффициента концентрации напряжений в резьбовом соединении типа болт-гайка:
а = 1 + 1,1
Р Я
(3)
Расчеты показывают, что концентрация напряжении в соединении может быть снижена на 20% простым увеличением радиуса скругления от Ятт=0,108Р (по ГОСТ 9150-81) до Ятт=0,114Р при Ятах=0,18Р.
Один из предлагаемых вариантов конструкции гайки с поднутреннем (рис.5) позволяет обеспечить распределение нагрузки по виткам с уменьшением от первого и до последнего витка.
Рис. 5. Гайка с поднутрением 15
Дальнейшие исследования технологического обеспечения прочности винтового соединения направлены на оценку влияния формы выемки и угла в на распределение нагрузки, достижения технологичности конструкции и экономической целесообразности разработки технологических методов изготовления гайки.
Библиографический список
1. Расчет на прочность деталей машин : справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1993. - 640 с.: ил.
2. Эксплуатация бронетанковой и автотракторной техники : учебник / под ред. А. Г. Рымаренко. - М. : Военное издательство министерства обороны СССР, 1974. - 368 с. : ил.
3. Устройство бронетанковой техники : учеб. пособие : в 2 ч. / И. Ю. Лепешинский [и др.]. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - Ч. 2. - 144 с. : ил.
