Введение к работе
Актуальность темы. Как известно, одним из наиболее ответственных сопряжений в кинематических и силовых цепях машин являются соединения служащие для передачи крутящего момента.
В последнее время в ряде промышленных стран (Российской Федерации, Германии, Венгрии, Швеции, Великобритании и др.) нашли применение момен-топередающие РК-профильные соединения (профильные соединения с равноосным контуром). РК-профильное соединение обладает свойством равноосности, что значит неизменность расстояния между двумя параллельными касательными. В практике машиностроения зарубежных стран РК-профильные соединения используются в коробках скоростей и гитарах токарных полуавтоматов, выпускаемых фирмами «Pitller», «Bamessberger», в двигателях строительных машин «Volvo», кузнечно-прессовом оборудовании, а также в инструментальных системах «Heinlein» и др.
Согласно работам Тимченко А.И. профильные соединения с равноосным контуром применяют как в силовых механизмах для передачи большого крутящего момента, так и в механизмах, предназначенных, для точной передачи вращательного движения, а также в реверсируемых механизмах.
Достаточно хорошо исследованы неподвижные разборные РК-профильные соединения с гарантированным зазором с числом граней равных трём. В работах Боровича Л.С. профессора Косова М. Г., Тимченко А. И., доцента Индакова Н.С., разработаны основы технологии изготовления РК-профильных соединений с числом граней равных трём, а также методика расчёта на контактную жёсткость, прочность, износ и точность неподвижных нереверсируемых РК-профильных соединений.
В тоже время остаётся ряд нерешённых задач расчёта и конструирования РК-профильных соединений с натягом.
Несмотря на значительные результаты, в области изучения напряжений и деформаций при контактном взаимодействии твёрдых тел разнообразных форм полученные в работах Решетова Д.Н., Дунаева П.Ф., Иосилевича Г.Б., Тарабасова Н.Д., Биргера И.А., Шорра Б.Ф., Чичинадзе А.В., Моргунова А.П., остаётся нерешённым ряд задач представляющих научную и практическую ценность. Как показал анализ теоретических и экспериментальных исследований неподвижных разъёмных и неразъёмных соединений (цилиндрических, профильных) остаются нерешёнными задачи, в частности по выбору геометрической формы контурных кривых, величины натяга профильных неподвижных, неразборных соединений с равноосным контуром. Известные из теории упругости решения подобных задач не могут быть непосредственно использованы в рассматриваемом случае вследствие особенности, а именно, формы поперечного сечения деталей соединения, представленной в виде замкнутой контурной кривой с равноосным контуром.
Целью диссертационной работы является обеспечение работоспособности РК-3 профильных соединений с натягом на основе оценки прочности и жесткости деталей соединения.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработать методику расчета напряжений и деформаций в РК-3 профильном соединении вала и ступицы с натягом.
-
Провести экспериментальное исследование процесса сопряжения деталей РК-3 профильного соединения для определения усилий запрессовки и выпрессов-ки деталей соединения.
-
Провести экспериментальное исследование методом тензометрии с целью оценки влияния конструктивных параметров и внешних нагрузок на напряженно – деформированное состояние деталей соединения.
-
Разработать таблицы сравнительных характеристик для выбора конструктивных параметров и внешних нагрузок РК-3 профильного соединения с натягом.
Научная новизна работы:
-
Создана расчетно-аналитическая модель РК-3 профильного соединения с натягом, предназначенная для анализа влияния конструктивных параметров соединения и внешних нагрузок на напряженно-деформированное состояние деталей соединения.
-
Разработана методика расчета РК-3 профильного соединения с натягом позволяющая оценить напряженно-деформированное состояние деталей соединения.
-
Разработаны технические рекомендации для рационального выбора конструктивных параметров и внешних нагрузок РК-3 профильного соединения с натягом.
Практическая значимость исследований заключается в разработке методики расчета и конструирования РК-3 профильных соединений с натягом и рекомендаций по выбору и назначению конструктивных параметров РК-3 профильных соединений для различных условий эксплуатации, а также в разработке методики моделирования взаимодействия деталей РК-3 профильного соединения с натягом нагруженного крутящим моментом на основе МКЭ.
Методы исследования, применяемые в работе, основаны на использовании теории упругости, подобия и размерностей, методе конечных элементов (МКЭ), статистического анализа обработки экспериментальных данных, теории тензометрии, МНК.
Достоверность результатов подтверждается результатами математического расчета, а также результатами экспериментальных исследований проведенных на лабораторном стенде, выполненных автором и проверенных по критерию Фишера.
Внедрение результатов работы:
Результаты работы внедрены на ООО «РМЗ» г. Краснокаменск в виде РК-3 профильного соединения вала и ступицы с натягом в полумуфтах насосных агрегатов 3К-6 и в полумуфтах толкателей КТ-9. Также в дирекции по ремонту тягового подвижного состава – филиала ОАО «РЖД» г. Чита, взамен соединений вал-шестерня, используемых в тяговых электродвигателях.
Апробация работы. Основные результаты научных исследований обсуждались на научных семинарах ИрГУПСа, Забайкальского института железнодорожного транспорта и Братского государственного университета. Доклады по результатам исследований были представлены на следующих научных конференциях: XII международной молодежной конференции научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: перспектива развития края» (Чита – 2008); Международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры основы роста экономики Забайкальского края» (Чита – 2008); Международной научно-практической конференции посвященной 55-летию ЗабИЖТ «Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный транспорт» (Чита – 2011); Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: новые взгляды и решения» (Волгоград – 2011); III Всероссийской научно - практической конференции с международным участием «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск – 2012); XVI Всероссийской научно-практической конференции посвященной 175-летию российских дорог «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта России» (Красноярск – 2012); IV Всероссийской научно - практической конференции с международным участием «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск – 2013).
Публикации. Результаты исследований изложены в 13 научных работах, из которых 1 положительное решение на полезную модель, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы из 128 наименований, трех приложений. Общий объем работы – 182 страницы, включая 29 таблиц, 82 рисунка.
