Соединение с натягом повышенной несущей способности

3. Meng H. et al. Small perforations in corrugated sandwich panel significantly enhance low frequency sound absorption and transmission loss // Composite Structures. 2017. Vol. 182. P. 1-11.

4. Li D., Chang D., Liu B. Enhanced low-to mid-frequency sound absorption using parallel-arranged perforated plates with extended tubes and porous material // Applied Acoustics. 2017. Vol. 127. P. 316-323.

5. Бобровницкий Ю. И. Акустический метаматериал с необычными волновыми свойствами // Акустический журнал. 2014. Т. 60, № 4. С. 347-347.

6. Meng H. et al. Optimization of locally resonant acoustic metamaterials on underwater sound absorption characteristics // Journal of Sound and Vibration. 2012. Vol. 331, no 20. P. 4406-4416.

7. Assouar B., Oudich M., Zhou X. Acoustic metamaterials for sound mitigation // Comptes Rendus Physique. 2016. Vol. 17, no 5. P. 524-532.

8. Захаров А. Г., Аношкин А. Н., Копьев В. Ф. Исследование новых видов заполнителей из полимерных композиционных материалов для многослойных звукопоглощающих конструкций // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2017. № 4 (51). С. 95103.

9. Шульдешов Е. М., Краев И. Д., Петрова А. П. Полимерный звукопоглощающий материал-конструкция для снижения шума на местности авиационных двигателей // Труды ВИАМ. 2018. № 2 (62). С. 47-52.

10. Sun L. Experimental investigation of vibration damper composed of acoustic metamaterials // Applied Acoustics. 2017. Vol. 119. P. 101-107.

11. Ou D. Y. Low frequency sound insulation analysis and evaluation of stiffened building structures // Building and Environment. 2015. Vol. 94. P. 802-809.

12. Glushkov E. et al. Trapped modes and resonance wave transmission in a plate with a system of notches // Journal of Sound and Vibration. 2018. Vol. 412. P. 360-371.

13. Кочкин А. А., Шашкова Л. Э. Повышение звукоизоляции слоистых вибродемпфированных ограждений путем уменьшения их изгибной жесткости // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 5-2. С. 159-162.

14. Пат. 2340478 Российская Федерация, МПК7 B 60 R 13/08, G 01 K 11/16. Панель звукоизолирующая / Зубарев А. В., Трибельский И. А., Адонин В. А., Малютин В. И. № 2007131186/11; заявл. 15.08.07; опубл. 10.12.08, Бюл. № 34.

15. Пат. 2457123 Российская Федерация, МПК7 B 60 R 13/08. Панель звукоизолирующая и способ её изготовления / Трибельский И. А., Адонин В. А., Бобров С. П., Денисов В. Д., Бохан В. В., Гидион В. А. № 2011113321/11; заявл. 06.04.11; опубл. 27.07.12, Бюл. № 21.

16. Трибельский И. А. [и др.] Измерение звукоизоляции панелей с помощью акустического интерферометра // Современное состояние естественных и технических наук. 2012. С. 141-150.

17. Боголепов И. И. Архитектурная акустика. СПб: Политехника. 2001. 228 с.

УДК 621.8:539.3

СОЕДИНЕНИЕ С НАТЯГОМ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ TIGHT CONNECTIONS OF HIGH OVERCOME ABILITY

И. Л. Рязанцева, О. С. Дюндик

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

I. L. Ryazantseva, O. S.Dyundik

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Современный уровень развития техники предполагает использование возрастающей мощности на значительных скоростях, поэтому вопросы увеличения прочности различных соединений с натягом являются актуальной задачей. На основании обзора существующих методов исследования повышения несущей способности соединений с натягом предлагается способ, который реализуется путем модификации посадочной поверхности охватываемой детали соединения канавками малой глубины. Приведены результаты эксперимента исследований влияния различных параметров модификаций на

несущую способность посадки. Такое техническое решение целесообразно использовать для восстановления прочности посадки при выполнении ремонтных работ.

Ключевые слова: модификация, натяг, несущая способность, деформационная волна, контактное давление.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-109-113

I. Введение

Уровень развития технического прогресса в настоящее время предусматривает повышения мощности и быстроходности современных машин, поэтому проблемы увеличения несущей способности соединений с натягом актуальны. В работах [1], а также [2] представлены различные методы оценки несущей способности, основанные преимущественно на технологических способах увеличения прочности посадки: оптимизация микрогеометрии сопрягаемых поверхностей и их очистка; использование покрытий прослоек клеевых, абразивных и прочих; термическая и химико-термическая обработка одной из соединяемых деталей и многие другие.

Известны предложения по повышению несущей способности соединений с натягом, согласно которым в материале одной из деталей автофретированием [3], дорнованием [4], обкаткой роликами [5] предлагается создавать остаточные напряжения и за счет этого увеличивать силы сцепления (трения) в стыке.

Ii. Постановка задачи

Несущую способность соединений с гарантированным натягом можно увеличить, если на поверхности сопряжения одной из соединяемых деталей, имеющей большую твердость, изготовить канавками малой глубины, соразмерной с натягом [6]. Однако для реализации этого способа надо решить задачу по определению влияния параметров модификации на прочность посадки.

III. Теория

На рис. 1а. показано соединение, модифицированное кольцевыми канавками постоянной ширины /^, расположенными на равном расстоянии /п друг от друга. При температурной сборке соединения материал охватывающей детали 2 на разных участках стыка деформируется по-разному. В пределах канавок его смещение в радиальном направлении меньше, чем на площадках контакта. Часть его заходит в канавку (рис. 1б.), образуя деформационную волну высотой AU2 , препятствующую относительному смещению деталей, в данном случае осевому.

а) б)

Рис. 1. Соединение с натягом, модифицированное кольцевыми канавками

Несущая способность соединения с модифицированной поверхностью сопряжения зависит от вида деформации материала охватывающей детали (втулки). Материал может испытывать упругую, упруго -пластическую и пластическую деформацию. При упругой деформации материала втулки несущая способность соединения определяется величиной силы трения, действующей на площадках контакта и зависящей от величины контактного давления, а также способностью каждой упругой деформационной волны сопротивляться осевому смещению деталей.

При значительном натяге, определенных параметрах модификации возможен случай, когда тело детали 2 деформируется упруго, но в зонах контакта у границ с канавками из-за концентрации контактного давления в материале возникает пластическая деформация, распространяющаяся на малую глубину. Материал охватывающей детали затекает в канавки, увеличивая несущую способность деформационных волн. Кроме того, увеличивается фактическая площадь контакта и, соответственно, сила трения. Этот вариант нагружения является более предпочтительным.

Самый неблагоприятный вариант нагружения будет в случае, когда в материале охватывающей детали возникает пластическая деформация, распространяющаяся на большую глубину и уменьшающая силу трения на площадках контакта. Несущую сопособность такого соединения обеспечивают в основном деформационные волны, частично или полностью заполняющие канавки. Несмотря на то, что несущая способность соединения уменьшается, оно сохраняет работоспособность в отличие от гладкого цилиндрического соединения.

IV. Результаты экспериментов

Для исследовалось влияние геометрии стыка (/к - ширины канавок, п - количество канавок) на несущую способность цилиндрических соединений с кольцевыми канавками был проведен натурный эксперимент, все элементы которого полностью представлены в [5]. Испытывались соединения, модифицированные одной и несколькими кольцевыми канавками на поверхности сопряжения вала. Основные параметры соединений: ё = 40 мм; ё2 = 70 мм; /2 = 40 мм, максимальный натяг 0,06 мм. Материал вала - сталь 45Х, втулки - сталь 45. Детали подвергались нормализации и закалке соответственно, что позволило обеспечить поверхностную твердость вала от 235 до 321 единицы по шкале Бринелля и охватывающей детали от 163 до 248 единиц. Прочность рассматриваемых соединений зависит от твердости контактирующих поверхностей. Чтобы уменьшить влияние этого фактора, соединяемые детали подбирались в каждую пару так, чтобы твердость посадочной поверхности вала на 60^100 единиц по Бринеллю превышала поверхностную твердость втулки. Требуемая чистота посадочных поверхностей обеспечивалась их шлифованием.

В соединениях с одной канавкой (п=1), расположенной симметрично по отношению к границам стыка, размер /^ был равен 5 мм, 10 мм, 20 мм. В соединениях, модифицированных несколькими канавками, ширина последних и их количество подбирались так, чтобы величина номинальной площади контакта составляла не менее 40^50 % геометрической площади стыка. Испытывались соединения с двумя канавками шириной / =10 мм, с четырьмя канавками шириной / =5 мм, с восьмью канавками шириной / =2,26 мм и шестнадцатью канавками шириной /к =1,44 мм, их глубина составила, - 0,05 мм. Соединения собирались термическим способом. Прочность соединения оценивалась величиной максимального усилия распрессовки, соответствующего началу относительного смещения деталей. Использовался гидравлический пресс 2ПГ-50. Регистрация усилия распрессовки производилась с помощью штатного отсчетного устройства, имеющего цену деления шкалы 700 Н.

Поскольку у испытуемых соединений был разный натяг, то для их сравнения по несущей способности использован критерий РРУ , равный отношению усилия распрессовки к натягу, измеренному в миллиметрах. Следует отметить зависимость усилия распрессовки от соотношения твердостей сопрягаемых поверхностей.

В связи с этим, для каждой группы испытуемых соединений определено среднее значение рр критерия . р рср

ру' ру

кнумм

4000 3000 2000 1000

0 5 10 15 20 I _ 0 2 4 8 16 П

А , ММ

а) б)

Рис. 2. Графические результаты испытаний

На рис. 2а приведен график зависимости величины Р^р от ширины /к канавки для соединений с одной канавкой на поверхности сопряжения вала, а на рис. 2б - график зависимости величины Р^р от количества п канавок. Кроме того, на рис. 2а и б пунктирными линиями показаны предельные значения критерия РРУ для каждой группы соединений, в том числе и для гладкого соединения.

V. Обсуждение результатов

Результаты испытаний показали, что с увеличением ширины канавки (рис. 2а) критерий Р^р увеличивается, следовательно, возрастает и несущая способность соединения.

В соединениях с несколькими канавками (рис. 2б) влияние размера /к на прочность посадки неоднозначно.

Сравнение этих соединений по рр показано, что введение в стык двух канавок шириной /к =10 мм позволило в среднем увеличить этот критерий по сравнению с гладким соединением примерно на 19%, четырех канавок с /^ =5 мм - на 40%, восьми канавок с /к =2,26 мм - на 30 %, а шестнадцати канавок с /к =1,44 мм привело к уменьшению показателя на 4 %.

Дополнительное исследование всех этих соединений с использованием аналитической расчетной модели, описанной в [5], позволяет сделать следующее заключение: в соединениях с одной канавкой шириной /к =5 мм и / =10 мм материал втулки работает в упругой зоне, а при / = 20 мм в ее материале вблизи канавки возникает пластическая деформация, распространяющаяся на малую глубину и упрочняющая такое соединение. В результате величина критерия Р^р возросла на 110%.

В соединениях, имеющих 2, 4 и 8 канавок на посадочной поверхности вала, материал втулки работает в упругопластическом режиме нагружения. В соединениях, имеющих в стыке 16 канавок, во всех парах, как показал расчет, контактное давление превысило величину, при которой в материале возникает опасная пластическая деформация, снижающая прочность посадки. Несущую способность этих соединений обеспечили, в основном возникающие деформационные волны.

О фиксирующем эффекте деформационной волны свидетельствует состояние поверхности площадок контакта охватываемой детали. В соединениях, модифицированных одной канавкой, на той площадке, с которой взаимодействовала деформационная волна при распрессовке, наблюдалось пластическое оттеснение материала с образованием задиров, царапин. Разрушение поверхности этой площадки было тем больше, чем шире канавка.

VI. Выводы и заключение

Модификация стыка путем изготовления на поверхности сопряжения одной из соединяемых посадкой деталей канавок малой глубины является эффективным способом увеличения несущей способности соединений с натягом. Это техническое решение целесообразно использовать для восстановления прочности посадок при выполнении ремонтных работ.

Несущая способность соединения с модифицированной поверхностью сопряжения обеспечивается силой трения между контактирующими поверхностями на площадках контакта и способностью каждой деформационной волны сопротивляться относительному смещению деталей. Чем шире канавка, тем больше несущая способность деформационной волны.

Канавки являются концентраторами контактного давления. С уменьшением геометрической площади контакта его средняя величина увеличивается. При нерациональных параметрах модификации стыка канавки могут стать причиной появления в материале опасных пластических деформаций и разупрочнения соединения.

Свойства соединений, снабженных канавками, зависят от формы, размеров, положения канавок, а также их количества. Результаты показали, что изменением макрогеометрии стыка можно увеличить их статическую несущую способность почти на 100 %.

Для соединений с модифицированными канавками, предпочтительным является режим работы, при котором в материале детали с гладкой поверхностью сопряжения возникают упругопластические деформации.

Канавки целесообразно изготавливать на поверхности сопряжения детали, имеющей большую поверхностную твердость.

Список литературы

1. Балацкий Л. Т. Прочность прессовых соединений. Киев: Техника, 1982.152 с.

2. Клековкин В. С., Абрамов И. В., Щенятский А. В. Управление напряженно-деформированным состоянием прессовых соединений // Вестник машиностроения. 1995. № 9. C. 20-22.

3. Klocke F., Liermann J. Roller burnishing of hard turned surfaces // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1998. Vol. 38, Is. 5-6. P. 419-423.

4. Морозов В.А., Федотов Г.Д., Абрамов А.Е. Повышение нагрузочной способности соединений с натягом типа "втулка-корпус" объемным электромеханическим дорнованием // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. C. 125-133.

5. Tezcan Sekercioglu, Alper Gulsoz, Hikmet Rende. The effects of bonding clearance and interference fit on the strength of adhesively bonded cylindrical components // Materials and Design. Vol. 26, Is. 4, June 2005. P. 377-381.

6. Рязанцева И. Л. Теория и проектирование соединений с гарантированным натягом: учебное пособие. Омск: Изд.-во ОмГТУ, 2015. 164 с.

УДК 621.65.03

РАСЧЕТ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ КАНАЛОВ ПОДАЧИ ПЛАНЕТАРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН

COMPUTATION AND STRUCTURAL METHODS TO EXPAND FEED CHANNELS IN PLANETARY HYDRAULIC MASCHINES

В. В. Смирнов, Г. Ю. Волков

Курганский государственный университет, г. Курган, Россия

V. V. Smirnov, G. U. Volkov

Kurgan State University, Kurgan, Russia

Аннотация. Планетарные роторные гидромашины (ПРГМ) с волнообразными центральными колесами и плавающими сателлитами характеризуются высокими техническими показателями, но мало изучены. Задача исследования - разработка методики расчета сечений каналов подачи рабочей среды - выполнена для ПРГМ различных модификаций. Предложены инженерные расчетные формулы. По критерию сечений каналов произведена сравнительная оценка различных схем ПРГМ. Выполнение каналов в солнечной шестерне (имеющей меньшее число волн - М) способствует увеличению каналов. В случае выполнения каналов в эпициклическом колесе (с числом волн N) предпочтительны схемы MxN: 6x8; 4x6; 2x4. Рассмотрен конструктивный прием увеличения сечения каналов за счет последовательного соединения двух однотипных секций ПРГМ. Этот прием наиболее эффективен для схем, характеризующихся одинаковым числом волн M=N, солнечной шестерни и эпицикла: 2x2; 3x3.

Ключевые слова: некруглые шестерни, расчет площади каналов, сравнительный анализ.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-113-118

I. Введение

Объемные гидромашины: насосы и гидродвигатели - являются одними из наиболее важных и неотъемлемых элементов современной техники. Среди известных типов объемных гидромашин целым рядом принципиальных достоинств обладают планетарные роторные гидромашины (ПРГМ) с плавающими сателлитами. Они характеризуются отсутствием клапанов и нагруженных кинематических пар скольжения. В режиме гидродвигателя по своим массовосиловым показателям они превосходят все выпускаемые в настоящее время гидромашины. В режиме насоса они отличаются рекордной производительностью при давлении среды до 20 МПа [1, 2].

Проблемы, с которыми сталкивается широкое применение ПРГМ, обусловлены наличием в них некруглых зубчатых колес. Одна из них связана с необходимостью применения достаточно сложных методов расчета геометрии некруглых зубчатых звеньев [3, 4, 5, 6]. В настоящее время вопросы профилирования звеньев ПРГМ