CC BY
23
УДК 62-25 Линейцев Владимир Юрьевич,
к. т. н., доцент кафедры «Строительство железных дорог», Забайкальский институт железнодорожного транспорта, Чита, Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. +7-914-492-5894, e-mail: Linetzev@mail.ru Ильиных Виктор Анатольевич, к. т. н., доцент кафедры «Научно-инженерные дисциплины», Забайкальский институт железнодорожного транспорта, Чита, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. + 7-924-472-8846 Ярилов Виталий Евгеньевич, аспирант кафедры «Научно-инженерные дисциплины», Забайкальский институт железнодорожного транспорта (ЗабИЖТ), Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. +7-964-464-4141, e-mail: sauron1990@bk.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНИЧЕСКИХ РК-3 ПРОФИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ТОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ
V. Yu. Lineycev, V. A. Il'inyh, V. E. Yarilov
STUDYING OF CONICAL P-3 PROFILE CONNECTIONS FOR ACCURACY AND RIGIDITY
Аннотация. В статье представлено исследование конических РК-3 профильных соединений на точность и жесткость, для чего на основе ранее построенных математических моделей РК-3 профильных поверхностей вала и отверстия втулки выполнено многократное имитационное моделирование сопряжения деталей конического соединения. Проведен анализ точности установки вала в отверстие втулки по шести координатам. Впоследствии собранное соединение было нагружено внешней силой резания и получены величины упругих отжатий (изменение положения вала в отверстии втулки) также по шести координатам. В каждом расчетном случае проведено сравнение точности взаимного положения деталей РК-3 профильного и круглого соединений, как при сборке соединения, так и при его работе под действием внешней нагрузки. Сформулированы основные выводы.
Ключевые слова: РК-3 профиль, имитационная модель, натяг, механические системы.
Abstract. The article presents research of conical P-3 profile connections for accuracy and rigidity. On the basis of previously constructed mathematical models of P-3 profile surfaces of shaft and the sleeve's holes multiple simulations of coupling of the conical connection details are performed. Analysis of precision of installation of shaft in a hole of the sleeve is carried out on six coordinates. Subsequently, the collected compound was loaded by an external force and the values of elastic deformation (a change in the position of the shaft in hole of the sleeve) were also obtained on six coordinates. In each case, accuracy of mutual position ofparts of P-3 and round profile connections were compared in the assembly of the compound as well as during its operation under the influence of an external force. The main conclusions were also formulated.
Keywords: P-3 profile, simulation model, interference, mechanical systems.
В настоящее время известны примеры применения конических РК-3 профильных соединений в различных узлах и механизмах машин, как например: карданные и коленчатые валы, компрессорные установки, глухие втулочные муфты.
До недавнего времени внедрение данных соединений сдерживалось в основном технологией изготовления деталей соединений необходимого качества. Исследования, проведенные в работах Н. В. Зенина [1], позволили решить данную задачу, а именно: изготовление деталей конического соединения 6-8-го квалитета точности.
Целью данной работы является обеспечение требуемого качества соединения конических РК-3 профильных валов и втулок на основе расчета упругих отжатий соединения при его сборке и после приложения внешней нагрузки. Общий подход к определению точности положения деталей соединения на основе имитационного моделирова-
ния процесса сопряжения изложен в работах [2, 4, 9, 10] применительно к коническим соединениям круглой формы поперечного сечения с учетом погрешности формы, сборочной силы, угла уклона конуса и других факторов.
Применительно к коническим РК-3 профильным соединениям [3, 5-7] данная методика расчета претерпела изменения в части учета некруглой формы поперечного сечения собираемых деталей. Поскольку исследования касаются прецизионного узла машины, точность которого определяется каждый раз на этапе его сборки и последующей эксплуатации, то потребовалось провести ряд имитационных экспериментов с целью оценки влияния факторов, а именно: сборочной силы, внешних нагрузок, угла уклона конуса и погрешности формы - на точность положения собираемых деталей.
Машиностроение и машиноведение
Использование методики расчета и проведения имитационных экспериментов, разработанных в работах [9-14], позволило установить, что при сборочном усилии, равном 900 Н, обеспечивается более точное положение деталей соединения при конусности 1/10. При этом отжатия в сравнении с круглым сечением имеют один порядок.
Влияние внешней нагрузки на отжатия при постоянной сборочной силе Р8 = 700 Н для разной конусности деталей соединения показано на рис. 1, 2. Отжатия показаны по 6 координатам пространства: 3 линейным и 3 угловым.
В процессе имитационного моделирования дополнительно указаны следующие параметры:
- сборочная скорость 0,033 м/с;
- погрешность формы о = 0,4 мкм.
При этом сборочная сила направлена по оси Ъ в сторону вершины конуса, а внешняя нагрузка Бо задавалась пространственным 6-мерным вектором: 3 силы и 3 момента.
На рис. 1, 2 на большинстве графиков показано сравнение упругих отжатий для РК-3 профильной и круглой поверхностей. При этом четыре последних графика рис. 2 показаны отдельными линиями ввиду того, что упругие угловые отжатия относительно продольной оси конического соединения имеют разный порядок значений: небольшие упругие отжатия для РК-3 профильной кривой и достаточно большие отжатия для круглого профиля.
Из диаграмм видно, что при возрастании внешней нагрузки упругие отжатия увеличиваются и при этом носят нелинейный характер.
Конусность 1/10
Конусность 7/24
Рис. 1. Результаты имитационного эксперимента. Упругие линейные отжатия центра масс вала
Конусность 1/10
Конусность 7/24
Рис. 2. Результаты имитационного эксперимента. Упругие угловые отжатия вала относительно втулки
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Дальнейшим этапом работы явилась оценка смещений и поворотов деталей сопряжения «вал -втулка» конического профиля с РК-3 формой поперечного сечения от действия различной по величине сборочной силы.
Влияние сборочной силы на положение вала с погрешностью формы относительно идеального отверстия втулки для разной конусности деталей соединения приведено на рис. 3, 4. Положение вала показано по 6 координатам пространства: 3 линейных Z, X, Y центра масс вала и 3 угла поворота Pz, Px, Py вала в отверстии.
В результате исследований было установлено, что с увеличением силы сборки линейные и угловые смещения вала относительно втулки при конусности 7/24 незначительно больше, чем при конусности 1/10.
РК-3 профиля, величина которого определяется,
например, для отверстия по формуле:
Б = Б, - 2 ■ е, т Ь
где Бт - средний диаметр РК-профиля; -
диаметр описанной окружности; e - величина эксцентриситета РК-3 профиля.
Полученная априорная информация на первом этапе расчета позволит разработать методику расчета определения контактной жесткости стыков для конического равноосного контура с числом граней, равным трем.
Конусность 1/10
Конусность 7/24
Рис. 3. Результаты имитационного эксперимента. Линейные смещения центра масс вала
Расчеты были проведены в первом приближении для круглых конических соединений по формулам М.И. Тёплого [8] по среднему диаметру
Рис. 4. Результаты имитационного эксперимента. Угловые отклонения вала относительно осей втулки
Заключение
По результатам работы можно сделать следующие выводы.
1) Установлено, что при величине сборочной силы 900 Н обеспечивается более высокая точность положения собираемых деталей конического РК-3 профильного соединения.
2) Установлено, что при увеличении внешней нагрузки упругие отжатия конического РК-3 профильного вала возрастают нелинейно.
3) Установлено, что линейные и угловые смещения РК-3 профильного конического вала незначительно меньше при конусности 1/10, чем при конусности 7/24.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зенин Н.В., Камсюк М.С. Технологические методы формообразования поверхностей бесшпоночных соединений // Сборка в машиностроении приборостроении. 2005. № 9. С. 35-40.
2. Ильиных В.А. Расчет и выбор конструктивных параметров профильных соединений с равноосным контуром : автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1987. 16 с.
3. Индаков Н.С. Технологическое управление эксплуатационными свойствами РК - профильных соединений : автореф. дис. ... канд. техн. техн. наук. Брянск, 1979. 21 с.
4. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования : автореф. дис. ... докт. техн. наук. М., 1986. 24 с.
5. Тимченко А.И. Профильные бесшпоночные соединения с равноосным контуром, их достоинства, недостатки, область применения и этапы внедрения // Вестн. машиностроения. 1990. № 11. С. 43-50.
6. Тимченко А.И. РК-профильные соединения и их применение в различных отраслях промышленности // СТИН. 1993. № 2. С. 13-18.
7. Тимченко А.И. Перспективы изготовления и применения профильных бесшпоночных соединений в машиностроении. М., 1988. С. 4-27.
8. Тёплый М.И. Контактные задачи для областей с круговыми границами. Львов : Высш. шк., 1983. С. 77-80.
9. Линейцев В.Ю. Контактная прочность, жесткость и точность разъёмных неподвижных конических соединений в инструментальных системах : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2006. 23 с.
10. Линейцев В.Ю. Контактная прочность, жесткость и точность разъемных неподвижных конических соединений в инструментальных системах : дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2006. 184 с.
11.Ильиных В.А., Линейцев В.Ю., Рожкова Е.А. Расчет напряженно-деформированного состояния ступицы с РК-профильным отверстием // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2010. № 3. С. 69-73.
12. Рожкова Е.А., Ильиных В.А., Линейцев В.Ю. Расчет на прочность РК-3-профильных соединений с натягом // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 2. С.17-20.
13. Линейцев В.Ю., Ильиных В.А. Имитационное моделирование деталей конического соединения на основе РК-3 профильных кривых // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 2 (46). С. 51-55
14. Максютин А.М., Линейцев В.Ю. Обработка результатов имитационного моделирования сопряжения РК-3 профильных конических поверхностей // Молодой ученый. 2016. № 26 (130). С. 58-63.
