CC BY
99
сформированного ППД при упрочнении поверхностного слоя детали.
Список литературы
1. Фёдоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. — Ташкент: Изд-во «Фан», 1985. — 166 с.
2. Осипов К.А. Некоторые активизируемые процессы в твердых металлах и сплавах. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 130 с.
3. Кудрявцев И.В. Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного наклепа. — М.: Машиностроение, 1965. — 264 с.
4. Генкин И.Д., Рыжов М.А, Рыжов Н.М. Повышение надежности тяжелонагруженных зубчатых передач. — М.: Машиностроение, 1981. — 232 с.
5. Гринченко И.Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. — М.: Машиностроение, 1971. — 120 с.
6. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. — Ташкент: Изд-во «Фан», 1979. — 168 с.
7. Иванова В.С. Усталостное разрушение металлов. — М.: Металлургиздат, 1963. — 272 с.
8. Павлов В.А. Физические основы пластической деформации металлов. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 198 с.
УДК 621-182.8
О.А. Леонов, доктор техн. наук Ю.Г. Вергазова
Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева
РАСЧЕТ ПОСАДОК СОЕДИНЕНИЙ СО ШПОНКАМИ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
Большинство мобильных уборочных и других сельскохозяйственных машин оснащены цепными передачами и редукторами. Наибольшее распространение в звездочках цепных передач получили соединения со шпонкой типа «вал-втулка звездочки», а в редукторах — «вал-втулка шестерни».
Рассмотрим подробнее процесс изнашивания и контактирования поверхностей соединения при вращении. Относительному проворачиванию препятствует шпонка, поэтому идет постоянный микросрыв шероховатостей из-за неравенства длин окружностей отверстия и вала и при каждом цикле «нагружение-вращение» встречаются те точки, которые уже были в контакте между собой. Такой процесс контактирования приводит к значительному и в то же время равномерному износу поверхностей вала и втулки [1-4].
Таким образом, на процесс изнашивания в значительной мере оказывает влияние относительное перемещение поверхностей, величина зазора или раскрытия стыка, а также наличие абразива и смазки в зоне трения: чем больше зазор, тем меньше площадь контакта, больше удельное давление, больше скорость микросрыва, больше загрязнений попадает в зону контакта, интенсивнее изнашиваются поверхности.
Особо следует рассмотреть изнашивание соединения «шпонка-паз вала-паз втулки». При увеличении зазора в соединении «вал-втулка» шпонка начинает больше перемещаться в вертикальной плоскости, что приводит к уменьшению площади
ее контакта с пазом вала и втулки. От возникающих микросрывов идет ударно-волновое нагруже-ние, что приводит к повышению износа и смятию поверхностей в соединении «шпонка-паз вала-паз втулки» в слабых элементах поверхности — углах. С увеличением размеров пазов и уменьшением размера шпонки еще больше уменьшается площадь контакта, шпонка перекашивается в пазах и начинает приобретать закругленную форму. Пазы также деформируются и увеличиваются в размерах. Данному процессу значительно способствует наличие загрязнений в зонах трения.
Раскрытие стыка от действия радиальной силы нужно компенсировать натягом в соединении, что предотвратит проникновение пыли и абразива в зону трения, снизит относительное перемещение поверхностей и значительно уменьшит износ шпонки и пазов. Но большие величины натягов здесь не приемлемы, так как конструктивной особенностью данного соединения является обеспечение условий многократной разборки-сборки с целью ремонта и технического обслуживания сопрягаемых сборочных единиц.
Таким образом, для данного соединения необходимо провести расчет оптимальных норм взаимозаменяемости [3].
Существующая методика расчета и выбора посадок с натягом не подходит для такого расчета, так как не учитывает влияния радиальной и консольной нагрузки на раскрытие стыка соединения. Авторы предлагают новую методику расчета, значительно корректирующую и развивающую старую.
Если на соединение действуют радиальная сила Рг и консольная нагрузка Рк, тогда наименьшее давление рт1п(Г) на контактируемых поверхностях, необходимое для компенсации раскрытия стыка между сопрягаемыми поверхностями, определяют по формуле
pmin(r) — pmin(Pr) + pmin(PK),
(1)
где рш;П(Рг) — давление, необходимое для компенсации раскрытия стыка от действия радиальной нагрузки; рш;П(Рк) — давление, необходимое для компенсации раскрытия стыка от действия консольной нагрузки.
Здесь (1) давления складываются векторно, потому что силы могут быть направлены под углом друг к другу, но особенность данного сложения заключается в том, что давления не могут вычитаться, так как эпюры давления рт1п(Рк) направлены под углом 180°. Из практических соображений с целью запаса прочности и при вращении соединения рекомендуется их просто линейно складывать.
Эти давления определяются следующим образом [1]:
р
(2)
— JL
Pmin(Pr) = dj '
— 3PL
Pmin( PK) = dl2 '
(3)
где dn — номинальный диаметр соединения; l — длина соединения; L — плечо действия консольной нагрузки.
При действии осевой и консольной нагрузки необходимо уменьшить наибольшее давление, определяемое по существующей методике [1], на величину pmin(r), так как иначе при нагрузке материал «потечет» из-за превышения радиального давления, т. е.
pmax — pmax — pmin(r). (4)
Иногда нельзя использовать натяг, определенный по пределу текучести, в качестве наибольшего. Из-за необходимости частой разборки-сборки нужно рассчитать такой наибольший натяг, при котором можно ручным съемником в полевых условиях впрессовать втулку с вала. Тогда наибольший натяг определяется из условия непревышения рабочего усилия съемника.
Наибольшая сила, необходимая для сдвига втулки относительно вала, определяется по зависимости [1]:
R —
QL
(5)
г^(а + ф пр) + 0,67 /К'
где 0 = 100...150 Н — наибольшая сила на рукоятке или ключе резьбового приспособления, прикладываемая рабочим; Ь — расстояние от оси винта до точки приложения силы (плечо), м; гср — средний радиус резьбы винта, м; а = 2°30'...3°30' — угол подъема винта резьбы; фпр — приведенный угол трения в резьбовой паре (фпр ~ 6°40'); /= 0,1.0,15 — коэффициент трения на торце гайки; Я — радиус опоры, упираемой в вал, м.
Предельные расчетные натяги должны быть скорректированы исходя из условий сборки. В общем виде формулу для корректировки любого предельного натяга можно записать так:
NT=x — NPmx + £ k ANi,
min min i—i
(6)
где к — коэффициент, учитывающий степень влияния 1-й поправки; ЛЛ1 — величина поправки.
В реальных условиях предельные технологические натяги определяются по выражениям:
NTmax — NPmax* + ANR + (ANt) + AN» + N
(7)
ЛТт1„ = +ЛЛК + (ЛЛ) + ЛЛп + ЛЛШ + ЛЛС + ЛЛц, (8)
где ЛРтах, ЛРт1п — предельные расчетные натяги; ЛЛК — поправка на смятие шероховатости поверхности вала и втулки при сборке; ЛЛ( — поправка на температурное расширение деталей; ЛЛП — поправка на уменьшение натяга при повторных запрессовках в процессе эксплуатации и ремонта; ЛЛШ — поправка на уменьшение натяга при действии центробежных сил; ЛЛС — поправка, учитывающая возможный сдвиг или расширение поля конструктивного допуска; х — коэффициент, учитывающий увеличение удельного давления у торцов втулки; ЛЛц — поправка на уменьшение натяга в результате действия центробежных сил.
Поправку на смятие шероховатости определяем по формуле
ANr < 2кяцТ^КфКК,
(9)
или, если параметры шероховатости известны,
ЛЛК < 2кк(Яайпа + Я^), (10)
где кК — коэффициент перевода параметра Яа в Я2; п — общий коэффициент смятия шероховатости поверхностей или отдельно вала и отверстия ^ [4]; Тк = ЛРтах — ЛРт1п — расчетный допуск посадки; Кф и КК — коэффициенты, учитывающие погрешность формы и предполагаемый квалитет; Яай, Яаа — параметры шероховатости вала и отверстия.
После математической обработки данных авторы выявили, что между параметрами Яа и Я2 существует следующая эмпирическая зависимость (коэффициент корреляции р « 1) в диапазоне Яа = 0,05.10,0 мкм:
Rz — AR0 Ra — BR.
1,02
(11) (12)
где коэффициенты А = 5,36, В = 0,18 — для регулярной и А = 4,93, В = 0,20 для нерегулярной шероховатости.
Авторы выявили, что увеличение шероховатости поверхности приводит к уменьшению фактической площади контакта и дестабилизации самой посадки, поэтому они ограничивают значение поправки на смятие шероховатости:
[длу < 10п([^аа] + Ш), (13)
где [Яай] и [Я^] — предельно допустимые параметры шероховатости поверхности. Для наиболее используемых размеров (от 18 до 120 мм) при прессовании (продольный метод соединения) можно принять [Яай] = 1,25 мкм и [ЯаЕ>] = 2,5 мкм. При нагреве или охлаждении деталей (поперечный метод) значения [Яай] и [Я^] увеличивают в два раза.
Поправку на температурное расширение определяют по формуле [4]:
ДЛ = [а(Ъ - 0 - а^ - ОК, (14)
где ай и ^ — коэффициенты линейного расширения материала вала и втулки; td и ^ — рабочие температуры отверстия и вала (подставляется поочередно верхнее и нижнее значение диапазона); t = 20 °С — температура сборки [2].
Еще одна корректировка методики заключается в том, что в формулах (7) и (8) параметр ДМг приведен в скобках, так как нужно учитывать рабочий диапазон температур и рассчитывать ДЛ для верхнего и нижнего значений диапазона, и следующее:
1) если значение ДЛ положительное, то можно подставить его только в формулу для определения ЛТт1п, потому что отверстие расширится больше вала и необходимо компенсировать данное уменьшение натяга, а если еще подставить ДЛ{ (как предлагалось ранее) в формулу для определения ЛТтах, то до теплового рабочего расширения при сборке из-за увеличения натяга произойдет выход за границу предела текучести;
2) если отрицательно, то в формулу ЛТтах, так как вал расширится больше и необходимо компен-
сировать увеличение натяга, а если еще подставить отрицательное ДЛ1 (как предлагалось ранее) в формулу для определения ЛТт1п, то до выхода на рабочую температуру, но уже при рабочей нагрузке возможен выход за границу наименьшего давления, что приведет к потере относительной неподвижности элементов.
Таким образом, существенно дополнена методика расчета и выбора посадок с натягом для соединения «вал — втулка со шпонкой». В новой методике учтены все виды нагружения (крутящий момент, радиальная, осевая и консольная нагрузки), получены зависимости для определения наибольшего натяга из условия быстрой разбираемости соединения. Корректировка натягов проводится с ограничением величины сминаемой шероховатости поверхностей вала и втулки и учетом отклонений формы поверхностей. Разработана методика анализа тепловых деформаций элементов при различных условиях хранения и эксплуатации, что учитывается при расчете предельных натягов.
Список литературы
1. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие / О.А. Леонов [и др.]; под ред. О.А. Леонова. — М.: КолосС, 2009. — 568 с.
2. Леонов О.А., Бондарева Г.И., Шкаруба Н.Ж. Оценка качества измерительных процессов в ремонтном производстве // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. — 2013. — № 2 (58). — С. 36-38.
3. Леонов О.А., Темасова Г.Н., Шкаруба Н.Ж. Экономика качества, стандартизации и сертификации: учебник. — М.: ИНФРА-М, 2014. — 252 с.
4. Якушев А.И., Бежелукова Е.Ф., Плуталов В.Н. Допуски и посадки ЕСДП СЭВ для гладких цилиндрических деталей (расчет и выбор). — М.: Изд-во стандартов, 1978.
УДК 665.004.5
В.П. Коваленко, доктор техн. наук Е.А. Улюкина, доктор техн. наук А.Н. Зотов
Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева
ОЧИСТКА НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД В ДИНАМИЧЕСКОМ БАКЕ-ОТСТОЙНИКЕ
При функционировании объектов системы нефтепродуктообеспечения образуется большое количество нефтесодержащих вод, причиной появления которых являются поверхностные стоки на территории объекта, промывочные жидкости при зачистке цистерн, резервуаров и трубопроводов, проливы при сливно-наливных и заправочных операциях. Утилизация многофазных смесей, содержащих водонефтяную эмуль-
сию, пластичные и твердые отходы органического и минерального происхождения, представляет сложную техническую проблему. Особое значение имеет решение этой проблемы для сельскохозяйственной сферы, где промышленная канализация, позволяющая производить очистку таких жидкостей, как правило, отсутствует, а существующие очистные сооружения являются недостаточно эффективными.
