К вопросу влияния толщины вкладыша на напряженное и деформированное состояние шарнира

Выпуск 2

объеме упрочняющих включений карбидов и карбоборидов. Повышенная износостойкость деталей, наплавленных новой ПП, достигается как при царапающем, так и при ударном воздействии абразивных частиц.

2. Разработаны и опробованы в производственных условиях технологические процессы восстановления (упрочнения) деталей земснарядов, повышающие срок службы обо-

рудования за счет износостойкой наплавки и получения гладкой поверхности, уменьшающей проявление местного износа.

3. Разработана технология двухслойной наплавки: основной слой наплавляется опытной порошковой проволокой; наружный выравнивающий слой, состоящий из смеси порошков на никелевой и железной основе, наплавляется плазменным способом [6].

Список литературы

1. Погодаев Л. И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П. А. Шевченко. — Л.: Судостроение, 1984. — 264 с.

2. Погодаев Л. И. Режимы работы и долговечность деталей землесосных снарядов / Л. И. Погодаев, Н. В. Лукин. — М.: Транспорт, 1990. — 192 с.

3. Ежов Ю. Е. Выбор и испытания наплавочных материалов для деталей грунтовых насосов / Ю. Е. Ежов // Судостроение и судоремонт: сб. науч. тр. — Л.: ЛИВТ, 1990. — Вып. 3.

4. Погодаев Л. И. Структурно-энергетические модели надежности материалов и технических средств / Л. И. Погодаев, А. А. Кузьмин. — СПб.: СПГУВК, 2010. — 123 с.

5. Погодаев Л. И. Эрозия материалов и судовых технических средств в неоднородных жидких и газообразных средах: моногр. / Л. И. Погодаев, А. А. Кузьмин. — СПб.: СПГУВК, 2004. — 378 с.

6. Погодаев Л. И. Структурно-энергетические модели износостойкости пористых покрытий (ГТП): моногр. / Л. И. Погодаев, А. А. Кузьмин. — СПб.: СПГУВК, 2005. — 208 с.

УДК 621.822 В. Ю. Иванов,

ст. преподаватель, СПГУВК

К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ ВКЛАДЫША НА НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ШАРНИРА

INFLUENCES OF THE THICKNESS OF THE LOOSE LEAF ON THE INTENSE AND DEFORMED CONDITION OF THE JOINT

В статье рассматривается влияние толщины вкладыша шарнира как плоской задачи на параметры 70 напряженного и деформированного состояния.

In the article the influence of the sizes of the loose leaf of the joint asflat problem on parameters of the intense and deformed condition is considered.

Ключевые слова: шарнир, вкладыш, контактная задача, напряженное и деформированное состояние.

Key words: joint, loose leaf, contact problem, intense and deformed condition.

РАЗЛИЧНЫХ областях тяжелого машиностроения зачастую можно встретить шарнирные соединения, выполненные в виде жесткого корпуса с вставленным в него низкомодульным вкладышем. Помимо очевидного экономического эффекта, такое конструктивное выполнение узла улучшает его фрикционные свойства, ремонтопригодность и существенно повышает несущую способность, поэтому задача определения оптимальных размеров вкладыша является практически значимой и актуальной.

В работе [1, с. 124-129] приведен анализ методик определения и численное исследование напряженного состояния, возникающего в контактной зоне при взаимодействии двух цилиндрических тел, с учетом диаметрального габарита охватывающего тела для различных групп материалов контактирующих тел. Однако результаты, изложенные в этой работе, не описывают характер НДС в соединении с вкладышем, поэтому в данной работе по возможности этот недостаток восполнен.

Рассмотрим плоскую задачу о внутреннем контакте упругих тел, ограниченных цилиндрическими поверхностями близких диаметров, связанную с определением параметров НДС:

— контактного угла;

— контактных давлений (напряжений);

— контактных перемещений.

Такая постановка задачи приближает ее к реальной конструкции, для чего в рассмотрение введен безразмерный диаметральный параметр, характеризующий размеры вкладыша т = — , где й й — размеры по рис. 1,

1 3

причем й1 < й3 < В.

Задача решается в предположении, что тела являются абсолютно гладкими, в контакте отсутствуют силы трения. Ось рассматривается абсолютно жесткой, а оптимальный наружный размер корпуса В выбирался по рекомендациям [1, с. 124-129], чтобы исключить его окружную деформацию и не вносить погрешность при оценке контактных параметров на НДС вкладыша.

Для решения задачи влияния размеров вкладыша на НДС был использован расчетный комплекс, в основу которого положен

численный метод решения — метод конечных элементов (МКЭ).

Рис. 1

Модель формировалась из плоских упругих конечных элементов первого порядка (КЭ), при этом тело стального корпуса и бронзового вкладыша моделировались элементами четырехугольной формы, а в модели стальной оси использовался смешанный тип сетки (элементы четырехугольной и треугольной формы). Узлы данных типов элементов имеют две степени свободы — перемещения их и иг Задача решалась в симметричной постановке (половина соединения), в связи с этим на серединных гранях соединения задавалось крепление, соответствующее условию симметрии, то есть их = 0. На верхней части наружной поверхности корпуса (дуге в 90°) накладывалось ограничение перемещению по оси У, то есть ит = 0. Такое наложение ограничений приближает конечноэлементарную модель к реальной конструкции, встречающейся в тяжелой технике, например массивные проушины грузоподъемных машин. Конечноэлементная модель (рис. 2) соединения состоит из 9948 элементов.

Для моделирования оси с абсолютной жесткостью в модели по рис. 2 нагрузка ¥ равномерно распределена по всей площади поперечного сечения оси и направлена в противоположную сторону оси У.

Данная задача решалась в линейной постановке (контакт КЭ оси и вкладыша, вкладыша и корпуса задавался «узел в узел»). Положительные стороны данного подхода по сравнению с контактной задачей в нелинейной постановке — это простота задания контакт-

Выпуск 2

Выпуск 2

ных элементов и меньшая трудоемкость (сокращение машинного времени на решение).

Рис. 2

Параметры соединения, в соответствии с рис. 1 следующие:

— нагрузка Б = 128,5 кН;

— диаметр оси й = 110 мм;

— диаметр корпуса В = 300 мм;

— диаметр вкладыша, в мм: ёъ = 110, 114, 125, 160, 195, 230, 265, 300;

— длина соединения ґ = 110 мм;

— диаметральный зазор є = 0,3 мм;

— диаметральный зазор между вкладышем и корпусом принимался равным 0 мм;

— физические свойства материалов тел соединения: бронза, с характеристиками Е1 = 1,1 • 105 МПа, ц1 = 0,33; сталь, с характеристиками Е2 = 2,1 • 105 МПа, ц2 = 0,3.

Максимальные параметры напряженного и деформированного состояния для вкладыша, а именно контактные давления (напряжения) р контактные перемещения иг и контактный полуугол ф, рассчитанные МКЭ для различных т, представлены на рис. 3, 4.

Рис. 3

Рис. 4

Из рис. 3, 4 видна степень влияния на значения контактных параметров НДС размера вкладыша. В частности видно, что уменьшение параметра т, то есть установка толстостенных вкладышей, приводит к снижению прочностной надежности, жесткости деталей шарнира и к увеличению металлоемкости материала вкладыша, а как результат — и к стоимости шарнира. Возникает вопрос о целесообразности малых т. На рис. 5 приведена зависимость отношения массовой доли бронзового вкладыша тбр к массе всего шарнира Мш (масса оси не учитывается) от параметра т.

Рис. 5

Следует отметить, что при назначении

толщины вкладыша о = —-------—> шш необ-

2

ходимо задумываться над возможностью изготовления таких тонкостенных цилиндров на производстве, то есть задумываться о технологичности данной детали.

Отметим, что для конструкций шарнирных узлов перегрузочных машин, например сочленений стреловых систем портальных кранов, грузозахватных приспособлениях большой грузоподъемности, при выборе оптимальных параметров вкладыша может быть рекомендовано неравенство: 0,1 < т~1 — 1 < 0,15.

Список литературы

1. Иванов В. Ю. О влиянии конечных размеров шарнира на решение контактной задачи / В. Ю. Иванов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2010. — № 4 (110).

УДК 621.822.8, 629.54 Р. Н. Гаврилюк,

аспирант,

СПГУВК

ПРОЧНОСТНАЯ ОЦЕНКА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ СУДОВОГО ВАЛОПРОВОДА THE STRESS-STRAIN ESTIMATION OF SHIP’S SHAFTING ROLLING BEARINGS

В статье произведена прочностная оценка конструкции подшипника качения с полыми роликами. С помощью МКЭ определены максимальные контактные напряжения в местах контактов тел качения, изгибные напряжения и деформации роликов. После получения итерационного процесса поиска решения нелинейной задачи был выполнен анализ полученных результатов. Также решается задача исследования НДС подшипника при перекосе вала.

The article represents the strength estimation of rolling bearings construction with hollow rollers. By means offinite element method (FEM) the maximum contact pressure in areas of roller contacts, bending leverages and roller deformations are defined. After the iterative process of nonlinear solution had been carried out, the final results were analyzed. Also the research task of rolling bearing mode of deformation at shaft misalignment is solved.

Ключевые слова: подшипники качения, ролики, напряжения.

Key words: the rolling bearings, the rollers, the strength.

ЕШЕНИЮ вопросов в проблеме повышения надежности судовых ва-лопроводов посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов.

Конструктивная простота валопрово-да — кажущаяся. Длительный опыт эксплуатации судов свидетельствует о том, что до сих пор наблюдаются поломки валов и час-

ты случаи аварийного износа подшипников. При этом количество повреждений и аварий гребных валов возрастает с увеличением их диаметров. Нарушение работоспособности валопровода приводит к снижению скорости судна или полной потере хода и может создать условия, приводящие к гибели людей. Ремонт валопровода связан с большими экономичес-

Ил

Выпуск 2