Способ определения профиля галтелей деталей машин

Способ определения профиля галтелей деталей машин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (и) 435385

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 06.03.73 (21) 1886251/25-27 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 05.07.74. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 21,11.74 (51) М. Кл. F 16c 3/04

Государственный комитет

Совета 14инистрав СССР на делам изооретений и открытий (53) УДК 621.824.8 (088.8) (72) Автор изобретения

А. С. Лейкин

Московский вечерний металлургический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ГАЛТЕЛЕЙ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1 1 г„р, = — a †: — a; l„р, = a;

2 3

Изобретение относится к машиностроению и может быть осуществлено в деталях, имеющих галтели: в коленчатых и ступенчатых валах, в замковых соединениях лопаток и дисков турбомашин, в шлицевых и резьбовых соединениях.

Известно несколько способов определения профилей галтелей переменного радиуса кривизны (эллиптических, параболических, кратно-оптимальных и др.) взамен круговых галтелей, которым свойственна значительная неравномерность распределения напряжений по профилю галтели при нагружениях соответствующих деталей.

Недостатки известных способов определения профилей галтелей переменного радиуса кривизны заключаются в том, что эти способы не учитывают конструктивных параметров детали, видов,и характера нагружения и материала детали. Как следствие, получаемые профили галтелей в действительности не являются оптимальными, а сами галтели имеют ограниченное применение.

Цель изобретения состоит в разработке такого способа определения профиля галтелей деталей магппп на основе исследования распределения напряжений в круговых галтелях преимущественно методом тензометрирования при статических нагружениях деталей (геометрически подобных моделей) и,их элементов отдельными простейшими видами деформаций (растяжение — сжатие, изгиб, кручение) в пределах упругости материала, который позволил бы определить оптимальный профиль галтелей при сохранении протяженности наиболее важной из сопрягаемых поверхностей деталей, как и при круговой галтели заданного радиуса а.

Согласно предлагаемому способу исследования распределения напряжений выполняют для деталей с круговыми галтелями радиусов бакр,, причем 1=1, 2, 3; г,р, — 2а —:За; )/Imps бакр, — а (в случае высокой концентрации напряжений в детали с,круговой галтелью радиуса гкрп=а принимают ««кр = /оа и «« рз= За, в случае низкой — гкр = /еа и гкр3 — 2а), при таких нагрузках, чтобы соответствующие номинальные напряжения были пропорциональны их амплитудным значениям в условиях:работы дета лей на опасном расчетном режиме, приведенным к симметричным циклам. В результате исследований находят для круговой галтели радиуса г,ре —— а функцию () w(v)

30 (аэк)«1акс.

435385

20

65 и для круговых галтелей радиуеов гкр, коэффициенты / — /(гкр ) = ("" " " ) и выраL (аэк)макс J J жают переменный радиус кривизны г предлагаемого профиля галтелей уравнением г = С, (С "+(1 — С) )л), где зэк (р) — эквивалентные напряжения в точках с центральными углами опасной профильной линии круговой галтели; (оэк) макс — максимальное значение оэк ((p); (зэк) ном — эквивалентное номинальное напряжение с учетом общей неравномерности напряжений в зоне галтели; коэффициент сь пропорциональный радиусу а, определяют из условия касания предлагаемого профиля галтели обеих сопрягаемых поверхностей детали, а коэффициенты т, Х и с— по формулам:

С=С=

Гкрз У2 — — — 1 гр з

1+

2Л вЂ” 2Л 2Л пРи 2л+1(С(1; С=2л+1 при С (2л+1 и С = 1 при С> 1, так что среднее значение С=

4Л+1 или приближенно С = 1.

4Л+2

Следует заметить, что, например, для стального ступенчатого вала, нагруженного изгибом с кручением, ;() = " ()+ з.*(), 1/ 2 2 (эк)ном = " оном+ 3 ком, а для стального коленчатого вала, нагруженного чистым изгибом в плоскости кривошипа и кручением, <э- (Т) ) о (9) + 3 (9) (амок)ном: Ф (оном аф.а)к + 3 (ком аф, )а где а=о(р),и w=x(q>) — наибольшие главные напряжения при изгибе и наибольшие касательные напряжения при кручении; о, и т«м номинальные напряжения изгиба и кручения; аф. и со ф. — коэффициенты общей неравномерности напряжений в зоне галтели при изгибе и кручении, обусловленные коленообразной формой вала.

На фиг. 1 показан элемент коленчатого вала с галтелями сопряжения шеек и щек; на фиг. 2 — схема расположения точек профиля исходной круговой галтели и профиля галте25

60 ли переменного радиуса кривизны, подобного предлагаемому; на фиг. 3 — профиль галтели согласно изобретению.

Определяют профиль галтели на примере коленчатого вала (фиг. 1), содержащего круговую галтель 1, предлагаемую галтель 2, щеzy 3, шатунную шейку 4, коренную шейку 5, при условии, что максимальная величина центрального угла р (фиг. 2), соответствующего точкам опасной профильной линии круговой галтели 1 заданного радиуса а и отсчитываемого от точки Ар сопряжения профиля галтели 1 с наиболее важной из сопрягаемых поверхностей детали — с рабочей поверхностью шейки коленчатого вала, составляет фмакс — = 90, и согласно пРеДыДУЩемУ нахоДЯт функцию () оэк(г) (аэк)макс с постоянным шагом для угла, т. е. () аэк(г) (аэк)макс аа М при р — — (0(i

2п большое число (например, n=36) .равных участков дуги четверти окружности профиля круговой галтели радиуса а, и значения коэффициентов т, Х и С.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

1 — круговая галтель радиуса а; 2 — профиль галтели переменного радиуса кривизны r;

3 —; 4 — шейка; Оа— центр дуги окружности профиля галтели 1.

Сначала определяют профиль галтели 2 переменного радиуса кривизны r (фиг. 2), подобный предлагаемому профилю галтели радиуса кривизны r (отношения — постоянны г

r< для соответствующих участков i профилей), точки которого В; располагают на радиальных линиях О А;, проведенных из центра О в точки А; с углами q>; профиля галтели 1, при условии совмещения начальной точки Вр профиля галтели 2 с точкой Ар.

Координаты Точек предлагаемого профиля галтели определяют при совмещении начала координат точки О с точками Вр и Ар как результат пропорционального изменения координат точек В; профиля галтели 2 (фиг. 2) таким образом, чтобы профиль галтели касался второй сопрягаемой поверхности детали — щеки коленчатого вала.

На фиг. 3 показаны шейка 1 вала, предлагаемая галтель 2 и щека 3. Если функция оэк (

9 = асср = гмакс

2 предлагаемый профиль галтели обеспечивает сохранение протяженности обеих сопрягаемых

435385

4=1, 2,..., и — 1; г-1

COS)i 1, rn при 1 (i (II;

i=1, 2,..., и;

ri — (sIn)i — sIn)i 1)

1=1 Гп

С +(1 — С)Л

C Tlnm + (1 — С) Л

q 2 (Ч -1+ "л) и k

Ь = — + агсз1п

2и

rï

1-1 п

rn поверхностей детали, как и при круговой галтели заданного радиуса а.

Для рассмотренной детали (коленчатого вала) с р,„„;,=90 получают данные, определяющие предлагаемый профиль галтели: коэффициент л (С„+ (1 — С)Л и). (sin); — sIn)i ) rï при 1

ri

rï а л

ri (sIn $i — sIn ф11)

1=1 r„ относительные координаты точек профиля галтели (k — номер точки) о Уо — %,/у а, а л а, ri — (sIn ф — sIn $11)

i-1 т„ — (COSф, 1 — COSTI)

ri

rn и а

ri — (sIn$; — sIn$i 1)

1п при 1 (k (и; 1=1, 2,..., и, где при 1(г(и; i=-.1, 2,..., и, m ° k

X (соя 1 — sill/i l ctg ) sill

2a ) 2n

Фо О ro г Ф 2

Анализ полученных предлагаемых профилей галтелей для коленчатых валов, нагруженных

15 в основном изгибом в плоскости кривошипа, показал, что такие галтели по сравнению с круговой галтелью заданного радиуса а позволяют снизить максимальные эквивалентные напряжения в валах на 25 — 45%. Этому

20 соответствует значительное повышение прочности и многократное увеличение ресурса валов при действии на них переменных напряжений, что должно дать большой экономический эффект.

25 Описанный способ определения профиля галтелей можно успешно использовать и для других деталей машин. Он позволяет значительно повысить прочность деталей в зонах сопряжений различных поверхностей при со30 хранении протяженности наиболее важной из сопрягаемых поверхностей деталей (а в некоторых случаях — при сохранении протяженности обеих сопрягаемых поверхностей), как и при круговой галтели заданного радиуса а.

Предмет изобретения

1. Способ определения профиля галтелей деталей машин на основе исследования рас40 пределения напряжений в круговых галтелях преимущественно методом тензометрирования при статических нагружениях деталей (геометрически подобных моделей) и их элементов отдельными простейшими видами дефор45 маций,в пределах упругости материала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью определения оптимального профиля галтелей при сохранении протяженности наиболее важной из сопрягаемых поверхностей деталей, как и при

50 круговой галтели заданного радиуса а, исспедования распределения напряжений выполняют для деталей с круговыми галтелями радиусов r»,, причем

1 1

55 ! =. 1, 2, 3; г„р, = — а †: — а; rzpa — а; г„р, — — 2а —: За; )г г,р, г„р, = а, при таких нагрузках, чтобы соответствующие

60 номинальные напряжения были пропорциональны их амплитудным значениям в условиях работы деталей на опасном расчетном режиме, приведенным к симметричным циклам, затем находят для круговой галтели ра65 ДиУса г„рг=а фУнкЦию

435385 сэк (V) (зэк)макс

С=С=

Гкра fg — — 1

Гкрв f3

1+ "". ";) 1 (-). )

L (ээк)макс J g

9 фиг.1

Редактор Л. Жаворонкова Техред Е. Селезнева Корректор М. Лейзерман

Тираж 875

Изд. № 984

Подписное

Заказ 3160/5

Типография, пр. Сапунова, 2 и для круговых галтелей радиусов r„коэффициенты и выражают переменный радиус кривизны r предлагаемого профиля галтелей уравнением

r = С, (C jm + (1 — С) ië j, где o,n(ð) — эквивалентные напряжения в точках с центральными углами ср опасной профильной линии круговой галтели; (зэк) макс — максимальное значение оа1;(гр); (озк) .„ †эквивалентн номинальное напряжение с учетом общей неравномерности напряжений в зоне галтели; коэффициент Сь пропорциональный радиусу а, определяют из условия касания предлагаемого профиля галтели обеих сопрягаемых поверхностей детали, а коэффициенты m, Х и С вЂ” по формулам:

21 2;, 21 при . (С(1, С при C(10 и С =- 1 при С) 1, так что среднее значение С = или приближенно С=-1.

4 + 1

41+ 2

15 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при размещении начала координат в точке сопряжения профилей галтелей с наиболее важной из сопрягаемых поверхностей детали вначале находят подобный предлагаемому

20 профиль галтели, точки которого располагают на радиальных линиях соответственно значе. ниям центрального угла rg профиля круговой галтели заданного радиуса а, а затем определяют координаты точек предлагаемого про25 филя галтели как результат пропорционального изменения координат точек подобного профиля галтели таким образом, чтобы пред лагаемый профиль галтели касался второй с прягаемой поверхности детали,