Научная статья на тему 'Расчет посадок соединений со шпонками для сельскохозяйственной техники'

Расчет посадок соединений со шпонками для сельскохозяйственной техники Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
369
95
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Агроинженерия
ВАК
Ключевые слова
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ / НАТЯГ / ПОСАДКА С НАТЯГОМ / ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ / ДОПУСК РАЗМЕРА / ДОПУСК ФОРМЫ / ДАВЛЕНИЕ / SURFACE ROUGHNESS / SIZE TOLERANCE / ADMISSION FORMS / PRESSURE / INTEROPERABILITY / INTERFERENCE / INTERFERENCE FIT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Леонов О. А., Вергазова Ю. Г.

Дополнена методика расчета и выбора посадок с натягом для соединения «валвтулка со шпонкой». Учтены все виды нагружения (крутящий момент, радиальная, осевая и консольная нагрузки), получены зависимости для определения наибольшего натяга из условия быстрой разбираемости соединения. Разработана методика анализа тепловых деформаций элементов при различных условиях хранения и эксплуатации, что учитывается при расчете предельных натягов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Calculation landings connections with key for agricultural machinery

Supplemented method of calculation and selection of landings with tension. Taken into account all kinds of loading the torque, radial, axial and console loads obtained according to determine the highest tension. The developed method of analysis of thermal deformations of elements under different conditions of storage and use, which is included in the calculation of marginal tightness.

Текст научной работы на тему «Расчет посадок соединений со шпонками для сельскохозяйственной техники»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.