Влияние точностных и технологических параметров на долговечность соединения «Вал-втулка» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Бурмаков Ф.Х., Лезин П.П. Работоспособность и долговечность восстановленных деталей и сборочных единиц машин. — Саранск: Изд-во Мордовского университета, 1993. — 120 с.

2. Пучин Е.А., Дидманидзе О.Н. Технология ремонта машин. — Ч. 1. — М.: УМЦ «Триада», 2006. — 346 с.

3. Аверкин Ю.А. Исследования обжима полых цилиндрических заготовок // Инженерные методы расчета

процессов обработки металлов давлением: сб. науч. трудов. — М.: Машгиз, 1957. — С. 167-190.

4. Основы технологии изготовления деталей транспортных и технологических машин: учеб. пособие для вузов / С.К. Тойгамбаев, А.П. Шнырёв, Г.А. Сергеев [и др.]. — М.: МГУП, 2008. — 238 с.

5. Тойгамбаев С.К., Шнырёв А.П., Мынжаса-ров Р.И. Надежность технологических машин: учеб. пособие для вузов. — М.: МГУП, 2008. — 224 с.

УДК 631.3.004.67-192 Ю.Г. Вергазова

Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева

ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ «ВАЛ-ВТУЛКА»

Неподвижные соединения достаточно часто встречаются в сборочных единицах и агрегатах сельскохозяйственной техники. Это — соединения зубчатых колес, звездочек, шкивов с валами, направляющих втулок с корпусами, опор подшипников скольжения с втулками и пр.

В настоящее время более 355 видов мобильных уборочных и других сельскохозяйственных машин оснащены цепными передачами и редукторами [1]. Наибольшее распространение в звездочках цепных передач получили соединения типа «вал-втулка звездочки», а в редукторах — «вал-втулка шестерни». Относительную неподвижность поверхностей обеспечивают шпонки.

Специальные стендовые испытания для данного вида соединений не проводились. В течение трех лет исследовали 10 соединений 030 мм и 040 мм с серийными посадками и 6 соединений с расчетными (предлагаемыми) посадками. В качестве объекта исследований выступали унифицированные редукторы завода МОССЕЛЬМАШ, установленные на картофелеуборочных комбайнах КПК-3.

При построении динамики изнашивания соединений с натягом учитывали полученные данные об уменьшении натяга в зависимости от числа запрессовок-распрессовок.

В результате обработки информации получены следующие эмпирические зависимости интенсивности изнашивания и среднеквадратического отклонения, мкм, от времени работы ?, ч. Для серийного соединения 03О(+ОД7-О,О5): функция изнашивания

и (?) = 106,5 + 0,12?, р = 0,9

(1)

изменение среднеквадратического отклонения во времени

аи(?) = 12,69 + 0,018?, р = 0,96.

(2)

Для предлагаемого соединения 030#6/у6: функция изнашивания

и(?) = -41,2 + 9,58 • 10-3?, р = 0,96; (3)

изменение среднеквадратического отклонения во времени

-3,

аи(?) = 0,826 + 2,19-10 ?, р = 0,99.

(4)

+0,025/

Для серийного соединения 040

функция изнашивания

и(0 = 18,3 + 42,9 • 10-3 ?, р = 0,99;

/+0,018

+0,002

(5)

изменение среднеквадратического отклонения во времени

аи(?) = 0,819 + 11,1-10-3?, р = 0,99. (6) Для предлагаемого соединения 040#9/х8: функция изнашивания

и (г) = -57,6 + 14,2 • 10-3 ?,р = 0,98; (7)

изменение среднеквадратического отклонения во времени

аи(?) = 0,272 + 4,47-10 ?, р = 0,99.

(8)

Из анализа зависимостей (1)-(4) видно, что интенсивность изнашивания испытываемого соединения 030Н6/у6 в 12 раз меньше интенсивности изнашивания серийного 030(+0,1/-0,05) иэто достигнуто только путем точностного расчета. Серийное соединение имеет такие отклонения, при которых появляется аварийный износ, причем — на последней стадии, когда парабола легко аппроксимируется прямой.

Из анализа зависимостей (5)-(8) видно, что интенсивность изнашивания испытываемого соединения 040Н9/х8 в 3 раза меньше интенсивности изнашивания серийного 040Н7/к6 и это достигнуто путем применения новой методики расчета на- 17

тягов в соединении, использование которой предотвращает раскрытие стыка.

Ранее были получены все параметры, входящие в зависимость для определения конструктивного допуска посадки [1]. Вероятность безотказной работы и вероятность появления годных соединений принимали равными 0,95 [2]. После расчета допусков для лучших способов восстановления и обработки элементов соединения были получены данные, приведенные в таблице. Для картофелеуборочных комбайнов нужно обеспечить послеремонтный ресурс 3...4 сезона работы, так как общий срок службы составляет 7 лет [3, 4]. Среднесезонный ресурс работы равен 240 ч. Как видно из таблицы, рассчитанные посадки обеспечивают доремонтный ресурс 8 лет, а при использовании современных способов восстановления ресурс увеличивается до 16.20 лет.

Отверстия звездочек и шестерен можно обрабатывать до выведения следов износа при замене серийной шпонки на ремонтную. Ремонтный размер вала (РР) исследуемого соединения определим по формуле

2ри

Геометрические характеристики лучших способов восстановления валов соединения «вал—втулка»

^р ^шах

1+ге- (9)

где Дшах — наибольший диаметр отверстия, мм.

Способ восстановления, способ обработки Ресурс, сезонов г ВБР Расчетный допуск посадки, мкм Посадка

Для соединения 040 мм

1.0. Эталонное соединение № 1 Вал — сталь 45 + Ш Втулка — сталь 40Х + Р 4 8 12 16 1,00 0,95 109 102 94 87 040Я9Д8 040Я9Д8 040Я8Д8 040Я8Д8

1.1. Вал — приварка контактной ленты + Ш Втулка — обработка под РР (Р) 4 8 12 16 0,87 0,95 110 104 97 91 040Я9Д8 040Я9Д8 040Я8Д8 040Я8Д8

1.2. Вал — наплавка Нп— 30ХГСА(С02) + ППД Втулка (новая) — сталь 40Х + Р 4 8 12 16 0,97 0,95 109 102 95 88 040Я9Д8 040Я9Д8 040Я8Д8 040Я8Д8

Для соединения 030 мм

2.0. Эталонное соединение № 2. Вал — сталь 45 + Т Втулка — ВЧ60-2 + З 4 8 12 16 1,00 0,95 54 49 44 39 030Я7/У6

2.1. Вал — контактная приварка ленты + Т Втулка — обработка под РР (З) 4 8 12 16 0,85 0,95 55 50 46 42 030Я7/У6

2.2. Вал — наплавка Нп—30ХГСА(С02) + ППД Втулка (новая) — ВЧ60-2 + З 4 8 10 14 1,07 0,95 54 49 43 37 030Я7/У6

Условные обозначения: £ — относительная износостойкость соединения; ВБР — вероятность безотказной работы ; Т — точение; Ш — шлифование; РР — обработка под ремонтный размер; З — зенкерование; Р — развертывание; ППД — поверхностно-пластическое деформирование

В результате расчета получим следующие значения:

• для соединения 040 мм ремонтный размер 040,8 мм;

• для соединения 030 мм ремонтный размер 030,5 мм.

Эти размеры можно использовать при восстановлении поверхности вала и обработке отверстия под РР для образования посадки с расчетными отклонениями, обеспечивающими наибольшую надежность.

Выводы

1. Результаты длительных испытаний показали, что интенсивность изнашивания соединения 030Н6/у6 в 12 раз меньше интенсивности изнашивания серийного 03О(+од/ 0,05 ).Серийное соединение имеет такие отклонения, при которых происходит аварийный износ, причем на послед-

ней стадии, когда парабола легко аппроксимируется прямой. Интенсивность изнашивания соединения 040Н9/х8 в 3 раза меньше интенсивности изнашивания серийного 040Н7/к6, и это достигнуто путем применения новой методики расчета натягов в соединении, использование которой предотвращает раскрытие стыка.

2. Исследования изменения допуска посадки в зависимости от ресурса показали, что лучшим способом обеспечения 3.4-х сезонов работы редукторов Н090.20.000 картофелеуборочных комбайнов является восстановление вала контактной приваркой ленты и заменой втулки на новую, либо обработкой под ремонтный размер соответственно 040,8 мм и 030,5 мм.

3. Исследованиями установлено, что наиболее рациональным способом восстановления исследуемых соединений является контактная привар-

ка ленты, что в сочетании с применением указанных посадок позволяет повысить ресурс соединений в соединения в 1,0.. .1,4 раза путем применения ленты из фреттингостойких материалов.

4. Определены ремонтные размеры исследуемых соединений, что позволяет не заменять втулки (звездочки и шестерни) на новые, а обрабатывать их отверстия соответственно под 040,8 мм и 030,5 мм с использованием ранее рассчитанных посадок 04O,8H8/x8 и 30,5H6/v6.

Список литературы

1. Леонов О.А. Теоретические основы расчета допусков посадок при ремонте сельскохозяйственной тех-

ники // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. — 2010. — № 2. — С. 106-110.

2. Метрология, стандартизация и сертификация: учеб. пособие / О.А. Леонов, В.В. Карпузов, Н.Ж. Шка-руба [и др.]; под общ. ред. О.А. Леонова. — М.: КолосС, 2009. — 568 с.

3. Леонов О.А. Обеспечение качества ремонта унифицированных соединений сельскохозяйственной техники методами расчета точностных параметров: дис. ... д-ра техн. наук. — М., 2004. — 324 с.

4. Леонов О.А., Бондарева Г.И., Шкаруба Н.Ж. Влияние погрешности средств измерений на потери при ремонте сельхозтехники // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2007. — № 11. — С. 27-29.

УДК 502/504: 631.3.004.67-631.145 Г.И. Бондарева, доктор техн. наук

Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А.Тимирязева Н.Б. Орлов, канд. техн. наук

Республиканский навигационный-информационный центр, Республика Калмыкия

ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАРКАСОВ КАБИН ТРАКТОРОВ И АВТОМОБИЛЕЙ

Повышение энергонасыщенности тракторов и автомобилей, увеличение рабочих скоростей выполнения технологических и транспортных операций интенсифицируют труд оператора, работа которого сопровождается не только воздействием вибрации, шума, вредных примесей в воздухе, сильного мышечного и нервно-эмоционального напряжения, но и сопряжена с риском нанесения повреждений в случае опрокидывания управляемой им машины или иных аварийных ситуаций. С целью снижения риска нанесения повреждений оператору в соответствии с ГОСТ Р ИСО 8082-2005 кабины оборудуются устройствами защиты: ROPS (roll-over protective structure) — системой смонтированных на машине элементов, позволяющей при опрокидывании машины уменьшить вероятность нанесения повреждения оператору; FOPS (falling object protective system) — система элементов для защиты оператора от падающих предметов; OPS (operator protective system) — для защиты оператора от проникновения в кабину сучьев деревьев и разорванного трелевочного каната.

Международные требования к унификации расчетно-экспериментальных методов оценки пассивной безопасности транспортных средств обеспечивают достоверность измеряемых параметров и учитывают конструктивные особенности каждого типа кабин.

Требования безопасности к конструкции кузова крупногабаритных пассажирских транспортных средств изложены в ГОСТ Р 41.66-99 (Правила ЕЭК ООН № 66). Согласно нормативным документам, оценка безопасности возможна по результатам компьютерного моделирования, при условии обеспечения адекватности расчетной модели.

Результаты компьютерного моделирования значений пластических моментов сопротивлений сечений Жпл при оценке пассивной безопасности представлены в виде графиков изменения разрушающей нагрузки в зависимости от перемещения нагружающего элемента (рис. 1) и графиков изменения скорости движения ударного элемента от времени. При этом выявлен 20%-й запас по предельным нагрузкам, определен характер пластического деформирования сечений силовых элементов.

Проведено расчетное исследование влияния дверей на несущую способность кабины. Установлено, что двери повышают несущую способность конструкции в пределах 20 %. Надежное соединение лобового и заднего стекол с кузовом дополнительно увеличивает его несущую способность в пределах 30 %

Для оценки несущей способности разработаны два варианта конечно-элементных моделей (КЭМ) секции [1]: упрощенные КЭМ (конечно-элементные модели) — используют только стержневые эле- 19