CC BY
29
УДК 656.088
НАДЕЖНОСТЬ ПОСАДКИ С НАТЯГОМ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ КРЫШКИ
КОРПУСА ТУРБОКОМПРЕССОРА
Г. В. Редреев1, В. В. Евстифеев2, А. Н. Русанов1, Ю.А. Евсеев3 1 ОмГАУ им. П.А. Столыпина, Россия, г. Омск; 2 ФГБОУ ВПО «СибАДИ», Россия, г. Омск;
3 НПО «Микроникс», Россия, г. Омск.
Аннотация. Представлена модель нагружения крышки корпуса турбокомпрессора, восстановленной ремонтной втулкой с натягом, позволяющая прогнозировать распределение напряжений в материале втулки и крышки в зависимости от размеров соединения, вида нагрузки на втулку и определять допуски на ремонтные размеры втулки и крышки, обеспечивающие неподвижность получаемого соединения, а также гарантировать отсутствие трещинообразования в крышке, изготавливаемой из чугуна.
Ключевые слова: ремонтная втулка, соединение с натягом, распределение напряжений, допуски на размеры, трещинообразование.
Введение
Одним из наиболее изнашивающихся сопряжений турбокомпрессора является «крышка корпуса подшипников - кольца маслоотражателя». При ремонте сопряжений способом вставки ремонтной втулки возникают проблемы, связанные с качеством посадок с натягом.
Условия работоспособности
сопряжения
При запрессовке во фланец II (чугун) втулки I (чугун) (рис. 1 а) в соединении возникают контактные напряжения q. Для обеспечения неподвижности соединения
номинальные контактные напряжения должны быть такими, чтобы силы трения превышали внешние сдвигающие силы. При нагружении крутящим моментом:
Чк ^
2Мкк ц.пй21'
(1)
где к - коэффициент запаса сцепления (обычно к=1,5^2); ц - коэффициент трения; d и I - диаметр и длина посадочной поверхности. Значения коэффициентов трения в прессовых соединениях сталь-чугун принимают ц = 0,12.
а)
Рис. 1. Соединение фланец (11)-втулка (I), (а); эпюры напряжений в соединении с натягом (б)
В соответствии с традиционным решением задачи Ламе [1, 2, 3] величину контактного давления определяют из условия совместности деформации колец 1 и 2:
и2-и1 = 5/2,
где 8 - диаметральный натяг. Радиальные перемещения колец:
(2)
и1 = -дХ1; и2=цХ2, (3)
где q - контактное давление; X/ -коэффициент радиальной податливости кольца.
Коэффициент радиальной податливости определяется:
Е-, Л,
(4)
где R/ - радиус срединной поверхности кольца толщиной ^ (h1=h2=l); Е/ - модуль упругости материала кольца.
Из соотношения (2) и (3) следует:
2(Х1+Х2)
ЕлКл Е?к
(5)
а изменение радиуса кольца после запрессовки
= и1 = --
2 (Х±+Х2) '
АИп =и7 = --
(6)
2 (Х1+Х2)
Изменение диаметров свободной поверхности сопрягаемых деталей необходимо учитывать, так как излишний натяг может привести к разрушению чугунного фланца. Наиболее опасными в этом соединении оказываются окружные напряжения (рис. 1 б), которые во фланце оказываются положительными (растягивающими), что крайне неблагоприятно для чугуна.
Х^
2Я1(Х1+Х2) ' Е28 Х2 (7)
2К2 (Хг+Х2) '
где е-ь е2 - относительная деформация
колец.
= /д..
(8)
Тогда допустимый натяг в соединении из условия появления допустимых пластических деформаций
К; х1+х2
= 2 ап-
х,-
(9)
ремонтные необходимые возможным оборудования.
где стТ/ - наименьшее значение предела текучести материала сопрягаемых деталей. Поскольку сопрягаемые детали имеют размеры, выдержать
допуски не представляется в силу существующего Селективные же методы сборки невозможны из-за малых объемов производства. Поэтому допустимый натяг в соединении (8тах) бывает превышен в 15^20% случаев и это приводит к разрушению чугунного фланца.
Для уменьшения контактных напряжений при запрессовке были предложены разгрузочные канавки как на втулке (рис. 2 а) [4], так и на торцовой поверхности фланца (рис. 2 б).
а) б)
Рис. 2. Разгрузочные канавки на втулке (а); разгрузочная торцовая канавка на фланце (б)
Заключение
Предварительные исследования показали эффективность этих мероприятий. На соединение с натягом по схеме в соответствие с рисунком 3 получен патент на полезную модель [4,5]. В условиях ремонтного предприятия определялись фактические размеры конструктивных элементов крышки корпуса турбокомпрессора [6, 7, 8]. Предметом дальнейших исследований являются отыскание
оптимальных размеров и формы канавок на крышке и ремонтной втулке, а также создание удобной для инженерных расчетов регрессионной модели такого соединения.
Библиографический список
1. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. - 2-е изд. перераб. и доп. - Киев: Наук. думка, 1988. -736 с.
2. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений / Б.С. Касаткин, А.Б. Кудрин, Л.М. Лобанов, и др. - Киев: Наук думка, 1981. - 583 с.
3. Перин, А.П. Расчет посадок с натягом при овальности и эксцентриситете соединяемых деталей на основе ПК ANSYS / А. П. Перин, А. Г. Андреев // Вестник ХПИ. - 2007. - № 38. - С. 117-123.
4. Пат. 142382 РФ: Соединение с натягом/ Г.В. Редреев, А.Н. Русанов; ОмГАУ. - № 2013149186/12; заявл. 05.11.2013; опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18.
5. Редреев, Г. В. Русанов А. Н. Соединение с натягом. Информационный листок №55-001-15, Омский ЦНТИ.
6. Редреев, Г.В. Повышение надежности посадок с натягом при восстановлении деталей типа «втулка» / Г. В. Редреев, А. Н. Русанов // Перспективы технического сервиса для предприятий АПК - Матер. региональн. науч.-практ. конф., посвящ. 95-летию ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А.Столыпина. - Омск, ОмГАУ, 2013. - С. 57-59
7. Аршинов, В. Д. Ремонт двигателей ЯМЗ-240, ЯМЗ-240Н, ЯМЗ-240Б. / В. Д. Аршинов, В. К. Зорин, Г.И.Созинов. - М.: Транспорт, 1978. - 310 с.
8. Автомобильные двигатели с наддувом / Н.С. Ханин, Э.В. Аболтин, Б.Ф. Лямцев и др. - М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.
RELIABILITY OF INTERFERENCE FIT AT RESTORATING CLOSURE HEAD OF A TURBOCHARGER
G. V. Redreev, V. V. Evstifeev, A. N. Rusanov, Y. A. Evseev
Abstract. There is presented a model of loading closure head of a turbocharger, restorated by repair bush with interference, allowing to predict the distribution of stresses in the material of the bush and closure head depending on the sizes of a junction, kind of a load on the bush and to determine tolerances on oversizes of bushes and closure heads to ensure the immobility of receiving junction as well as guarantee absence of cracking in a closure head, made of iron.
Keywords: repair bush, interference coupling, stress distribution, dimensional tolerances, cracking.
References
1. Spravochnik po soprotivleniju materialov [Reference book on strengh of materials]. Kiev, Nauk. dumka, 1988. 736 p.
2. Jeksperimental'nye metody issledovanija deformacij i naprjazhenij [Experimental methods for studying deformations and stresses]. Kiev: Nauk dumka, 1981. 583 p.
3. Perin A.P., Andreev A. G. Raschet posadok s natjagom pri oval'nosti i jekscentrisitete soedinjaemyh detalej na osnove PK ANSYS [Calculation of interference fits at ovality and eccentricity of connected details based on PC ANSYS. Bulletin HPI]. Vestnik HPI, 2007, no 38. pp. 117-123.
4. Redreev G.V., Rusanov A.N. Soedinenie s natjagom [Connection with interference] Pat. RF, no 142322, 2014.
5. Redreev G. V. Rusanov A. N. Soedinenie s natjagom. Informacionnyj listok №55-001-15 [Connection with interference. Infosheet №55-001-15]. Omskij CNTI
6. Redreev G.V., Rusanov A. N. Povyshenie nadezhnosti posadok s natjagom pri vosstanovlenii detalej tipa «vtulka» [Improving the reliability of interference fits when restoring parts of the "bush" type]. Perspektivy tehnicheskogo servisa dlja predprijatij APK - Mater. regional'n. nauch.-prakt. konf., posvjashh. 95-letiju FGBOU VPO OmGAU im. P.A.Stolypina. Omsk, OmGAU, 2013. pp. 57-59.
7. Arshinov V. D., Zorin V. K., Sozinov G.I. Remont dvigatelej YMZ-240, YMZ-240N, YMZ-240B. [Repair of ЯМЗ-240, ЯМЗ-240Н, ЯМЗ-240Б engines]. Moscow, Transport, 1978. 310 p.
8. Avtomobil'nye dvigateli s nadduvom [Automobile supercharging engines]. Moscow, Mashinostroenie, 1991. 336 p.
Редреев Гоигорий Васильевич (Россия, г. Омск)
- кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Технический сервис, механика и электротехника» ОмГАУ им. П. А. Столыпина. (644008, г. Омск, ул. Институтская площадь,1, email: [email protected]).
Евстифеев Владислав Викторович (Россия, г. Омск) - доктор технических наук, профессор кафедра «Автомобили, конструкционные материалы и технологии», ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: VladEvst@mail. ru).
Русанов Анатолий Николаевич (Россия, г. Омск)
- аспирант кафедры «Технический сервис, механика и электротехника» ОмГАУ им. П. А. Столыпина (644008, г. Омск, ул. Институтская площадь,1, e-mail: e-mail: [email protected]).
Евсеев Юрий Андреевич (Россия, г. Омск) -инженер НПО «Микроникс» (644007, г. Омск, ул. Третьяковская, 69, e-mail: [email protected]).
Redreev Grigory Vasilievich (Russian Federation, Omsk) - candidate of technical sciences, associate professor, head of the department "Technical service, mechanics and electrical engineering", Omsk State Agrarian University (644008, Omsk, Institutskaya Square St. 1, e-mail: [email protected]).
Evstifeev Vladislaw Victorovich (Russian Federation, Omsk) - doctor of technical sciences, professor of the department "Automobiles, construction materials and technologies", Siberian State Automobile and Highway academy (SibADI). (644080, Omsk, Mira Ave. 5, e-mail: 5, e - mail: VladEvst@mail. ru).
Rusanov Anatoliy Nikolaevich (Russian Federation, Omsk) - graduate student of the department "Technical service, mechanics and electrical engineering" of Omsk State Agrarian University (644008, Omsk, Institutskaya Square St. 1, e-mail: [email protected]).
Evseev Yuriy Andreevich (Russian Federation, Omsk) - engineer of NPО «Mikroniks» (644007, Omsk, Tretst. Tretyakovskaja, 69, e-mail: [email protected]).
