Устройство для фиксации эпюры давления в соединении с натягом
DEVICE TO REGISTER PRESSURE EPURE IN JOINT WITH TENSION

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом.
Известен многоштифтовой прибор для определения эпюры давления поршневых колец (а.с. 275480, М. Кл. G01L, заявл. 11.11.1968, опубл. 03.07.1970, бюл. №22), содержащий радиально расположенные в корпусе микрометрические винты, датчики усилия и элементы для передачи усилия от контролируемого кольца к датчикам усилия, при этом датчик усилия выполнен в виде П-образного упругого элемента с тензодатчиком, а элементы для передачи усилия от контролируемого кольца к датчикам усилия выполнены в виде шариков, свободно установленных в обойме, охватывающей боковые стенки П-образного упругого элемента; датчик усилия снабжен устройством для перемещения обоймы вдоль продольной оси П-образного упругого элемента.
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено только для определения эпюры давления на гладкой наружной цилиндрической поверхности, а на внешней поверхности контролируемой охватывающей детали соединения с натягом его невозможно использовать, поскольку она может иметь различные конструктивные элементы, например диск зубчатого колеса, кроме того, это устройство вообще невозможно разместить между контактными поверхностями соединения с натягом для фиксации эпюры давления на сопрягаемых поверхностях соединения.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для фиксации эпюры давления (а.с. №574646, М. Кл. G01L 7/00, заявл. 25.05.1976, опубл. 30.09.1977, бюл. №36), содержащее чувствительный элемент, размещенный между контактными поверхностями, разделенными прослойкой порошкового материала, при этом чувствительный элемент выполнен в виде сепаратора из эластичного материала, установленного на одной из контактных поверхностей, и шариков, расположенных в один слой в сепараторе.
Недостатком этого устройства является то, что его невозможно использовать для фиксации эпюры давления на сопрягаемых поверхностях соединения с натягом, поскольку прослойка порошкового материала имеет малый модуль нормальной упругости и соответственно большую деформацию под нагрузкой; это очевидно приведет к полному снятию натяга (и к полному исчезновению давления) в соединении с натягом, который определяется начальной разностью диаметров контактных поверхностей охватывающей и охватываемой деталей.
Задачей изобретения является разработка устройства для фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом.
Техническим результатом изобретения является повышение точности фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом.
Технический результат достигается тем, что устройство для фиксации эпюры давления, содержащее чувствительный элемент в виде шариков, расположенных в один слой между поверхностями, при этом устройство содержит втулку, снабженную пружиной сжатия, установленной с зазором на штоке, диаметр которого на участке сопряжения с внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали меньше на удвоенный диаметр шарика, а его длина равна длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали, причем втулка и шток образуют кольцевую полость, заполненную шариками по всему объему, количество которых по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали определяют по соотношению
где n - количество шариков, расположенных по окружности внутреннего диаметра d контролируемой охватывающей детали
н
a - коэффициент, зависящий от соотношения наружного d и внутреннего d диаметров контролируемой охватывающей детали
,
н
d - наружный диаметр контролируемой охватывающей детали,
d - внутренний диаметр контролируемой охватывающей детали.
Устройство для фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом, характеризуется тем, что содержит втулку, снабженную пружиной сжатия, установленной с зазором на штоке, диаметр которого на участке сопряжения с внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали меньше на удвоенный диаметр шарика. Это позволяет разместить чувствительный элемент (стальные шарики) между штоком и отверстием в контролируемой охватывающей детали, сохранив при этом натяг в соединении. При этом длина уменьшенного диаметра штока равна длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали. Это позволяет разместить чувствительный элемент (стальные шарики) по всей длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали.
Втулка и шток образуют кольцевую полость, заполненную шариками по всему объему, что позволяет при тепловой сборке соединения с натягом заполнить пространство между штоком и внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали шариками.
Количество шариков по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали должно быть не менее, чем определенное по предложенному авторами соотношению (1). Указанное количество шариков обеспечивает равномерное распределение давления по окружности диаметром d соединения с натягом, поскольку практически исключает напряжения изгиба в контролируемой охватывающей детали, которые могут возникнуть при дискретном приложении нагрузки (через зоны контакта шариков с внутренней поверхностью контролируемой охватывающей детали) при недостаточном количестве шариков; причина возможного возникновения напряжений изгиба в контролируемой охватывающей детали при недостаточном количестве шариков по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали состоит в том, что под действием сосредоточенных сил (в зонах контакта шариков) круговая форма контура контролируемой охватывающей детали будет искажаться. Количество шариков, определенное по соотношению (1), обеспечивает повышение точности фиксации эпюры давления по длине соединения с натягом, собранного тепловым способом.
На фиг. 1 показан общий вид устройства в исходном положении; на фиг. 2 - устройство в процессе сборки; на фиг. 3 - устройство, собранное с деталью.
Устройство для фиксации эпюры давления в соединении с натягом (по фиг. 1) состоит из втулки 1, снабженной пружиной сжатия 2, установленной с зазором на штоке 3, диаметр которого на участке сопряжения с внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали меньше на удвоенный диаметр шарика 4, а его длина L равна длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали 5 (фиг. 3), причем втулка 1 и шток 3 образуют кольцевую полость, заполненную шариками 4 по всему объему, количество которых по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали определяют по соотношению (1).
Устройство для фиксации эпюры давления в соединении с натягом работает следующим образом.
Предварительно оператор устанавливает на шток 3 втулку 1 и пружину сжатия 2 (фиг. 1). Затем оператор сдвигает втулку 1 вдоль штока 3, сжимая пружину 2, открывая кольцевую полость между втулкой 1 и штоком 3. Кольцевую полость заполняют шариками 4; по мере заполнения кольцевой полости втулка 1 под действием пружины сжатия 2 закрывает кольцевую полость; после этого шток 3 готов к последующей сборке соединения с натягом. Перед сборкой соединения тепловым способом контролируемую охватывающую деталь 5 (фиг. 3) необходимо нагреть до температуры, при которой диаметр d отверстия в контролируемой охватывающей детали 5 увеличивается, обеспечивая необходимый зазор для сборки соединения с натягом. Тот же результат может быть получен также охлаждением до необходимой температуры собранного штока (см. фиг. 1) в жидком азоте или воздухе. Далее шток 3 вставляют в отверстие контролируемой охватывающей детали 5 (фиг. 2). По мере движения штока 3 вдоль отверстия в контролируемой охватывающей детали 5 втулка 1, удерживаемая пружиной сжатия 2, сдвигается вдоль штока 3, а шарики 4 размещаются между штоком 3 и внутренней поверхностью контролируемой охватывающей детали 5. Собранное соединение с натягом показано на фиг. 3. После охлаждения собранного соединения с натягом до комнатной температуры (или нагрева до комнатной температуры предварительно охлажденного собранного штока 3) контролируемую охватывающую деталь 5 разрезают вдоль образующих цилиндра на две равные части. По измеренным глубинам или диаметрам отпечатков, образовавшихся в контакте шариков 4 на контактных поверхностях штока 3 или контролируемой охватывающей детали 5, фиксируют эпюру давления по длине сопряжения соединения с натягом.
Н
н
ш
Пример. В качестве примера примем: внутренний диаметр контролируемой охватывающей детали 4 - d=40 мм, а ее наружный диаметр - d=80 мм. Тогда коэффициент, зависящий от соотношения наружного d и внутреннего d диаметров контролируемой охватывающей детали - a=1,5. По формуле (1) вычисляем необходимое количество шариков 5, расположенных по окружности внутреннего диаметра d контролируемой охватывающей детали n>59,66; принимаем n=60. Необходимый диаметр шарика d определяем из геометрических соотношений
ш
Принимаем d=2 мм.
Таким образом, предложенное устройство для фиксации эпюры давления обеспечивает повышение точности фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом, благодаря использованию необходимого количества шариков по окружности контактных поверхностей соединения с натягом, что исключает возникновение напряжений изгиба в контролируемой охватывающей детали, которые могут исказить реальную эпюру давления.