Конструирование контактно –нагруженных соединений.
Для передачи вращения от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звездочки
и других соосных деталей широко используют различные жесткие контактно- нагруженные соединения, основными видами из которых являются:
-штифтовые;
-шпоночные;
-шлицевые;
-фланцевые.
Элементы таких жестких соединений рассчитывают на срез, изгиб и смятие.
Важнейшие конструктивные рекомендации, способствующие повышению контактной жесткости, в основном сводятся к следующим:
-повышение качества обработки контактирующих поверхностей;
-сборка соединений с предварительным натягом или с предварительной затяжкой; уменьшение числа стыков;
-введение масляного слоя между контактирующими поверхностями.
Увеличение вязкости масла способствует повышению контактной жесткости.
Способы упрочнения конструкций : упругое и пластическое.
Существуют следующие способы упрочнения таких деталей, работающих на многократное растяжение- сжатие, как, например, витых пружин:
- заневоливание;
-холодная пластическая осадка;
-термоосадка;
-термозаневоливание;
-дробемётный или дробеструйный наклёп:
-гидроабразивная или пескоструйная обработка.
Заневоливание - это последний этап технологического процесса изготовления. Пружины сжимают до соприкосновения витков и выдерживают в таком состоянии 24...48 часов. Напряжения на наружных волокнах близки или равны условному пределу текучести, поэтому за длительное время они частично релаксируют. Пружина после разгрузки несколько уменьшается по высоте, но при дальнейшей эксплуатации уже не меняет свои упругие характеристики. Такую операцию проводят для особо ответственных пружин измерительных устройств или в случае, если даже незначительное изменение силовой характеристики нарушает работоспособность узла. К последним пружинам можно отнести пружину форсунки дизельного двигателя.
|
|
|
Пластическая холодная осадка пружин, навитых с шагом, большим, чем у пружин по ГОСТ, также является последней операцией изготовления. Как правило, осадка производится до соприкосновения витков, при этом деформация наружных волокон сечения витка превышает упругую деформацию на 50... 100%. Осадка производится однократная илитрёхкратная без значительной выдержки по времени. При разгрузке осаженной пружины сердцевина её витков, деформированная упруго, стремится освободиться от напряжений и вернуться в исходное положение, что не может осуществиться полностью, так как данный процесс тормозится пластически деформированными наружными слоями витков. В результате такого взаимодействия в упругой части витков сохраняются в ослабленной степени напряжения, возникшие при осадке, в то время как пластически деформированные слои, расположенные ближе к поверхности витков, увлекаются упругой зоной и вновь получают некоторые деформации и напряжения, но по направлению уже противоположные тем, которые они имели при первичном нагружении [4] (см, рис. 1.2). Возникшие такимобразом отрицательные остаточные напряжения, складываясь с положительными от рабочего нагружения, уменьшают последние, что позволяет повысить нагрузку пружин в эксплуатации. Иными словами, в упругой области нагружения промежуточные волокна витков, находящиеся на середине радиуса, работают при напряжениях, в два раза меньших, чем наружные. А в момент пластической осадки в них возникают такие же высокие напряжения, как и на наружном волокне, если не учитывать упрочнения. При этом крутящий момент в сечении витка и усилие в пружине значительно возрастают. Известно, что в пружинах малого индекса C=D/d, вследствие значительной кривизны витков, коэффициент концентрации напряжений на внутреннем волокне достигает 1,25...1,35 [5]. Операция глубокой осадки уменьшает этот коэффициент почти до нуля, т.е. суммарные рабочие и остаточные напряжения, рассчитанные после осадки как для кривого бруса, мало отличаются от напряжений, рассчитанных для прямого бруса [6]. Поэтому упрочняющий эффект при осадке пружины малого индекса С<4 значительно выше, чем у нежёстких пружин с большим индексом С>10.
|
|
|
|
|
|
Термоосадка - это также одна из последних упрочняющих операций, аналогичная холодной осадке. Пружина перед осадкой нагревается до температуры 300...400°С. При этом, с одной стороны, появляется возможность осуществить более глубокую пластическую деформацию и получить более компактную пружину, а с другой стороны, в большей степени уменьшаются суммарные напряжения на внутреннем волокне. Кроме того, при температурной осадке частично реализуется эффект низкотемпературной механической обработки (НТМО), повышаются выносливость и стабильность упругих свойств при работе в условиях повышенной температуры. Например, термоосадке подвергаются пружины клапана двигателя внутреннего сгорания.
Дробемётный или дробеструйный наклёп также является одной из последних операций технологического процесса, повышающего динамическую прочность пружин. Из всех методов упрочнения пружин, применяемых в производстве, дробемётный наклёп наиболее распространён. Это объясняется, с одной стороны, высокой эффективностью упрочняющего воздействия и производительностью процесса, а с другой стороны, сложностью геометрии и профиля пружин, затрудняющих применение других методов поверхностного упрочнения, за исключением гидроабразивной обработки. Дробемётная обработка производится на механических дробемётных машинах стальной или чугунной дробью и является более экономичной (по сравнению с гидро- и пневмообработкой), так как создает более широкий и однородный по плотности поток дроби. При дробемётной обработке на поверхности витков создаются двухсторонние остаточные напряжения сжатия, препятствующие раскрытию усталостных трещин и повышающие предел выносливости на 40...80% [7].
|
|
|
Величина остаточных напряжений и их глубина (глубина наклёпа) зависят от режимов обработки и прочности обрабатываемого материала. С увеличением скорости (50...80 м/с), увеличением диаметра дроби (0,4...2 мм) и с уменьшением предела прочности (твёрдости) материала глубина наклёпа увеличивается. Для нетермообработанных низкоуглеродистых сталей глубина наклёпа может составлять 0,8...1 мм, а остаточные напряжения -40...-50 кг/мм2. Для прочных материалов (пружинная термообработанная сталь) глубина наклёпа 0,15...0,35 мм; напряжения 100...120 кг/мм2. После наклёпа пружины подвергаются низкотемпературному отпуску при 180...220°С в течение 30 минут. Следует отметить, что дробемётный наклёп повышает релаксацию нагрузки у пружин, особенно у пружин из проволоки малого диаметра. Интенсивность наклёпа проверяют по величине прогиба контрольной пластинки, которая крепится одной стороной к державке и наклёпывается вместе с пружинами в дробемётной камере. По прогибу пластинки судят о степени наклёпа самих пружин [8].
Гидроабразивная обработка осуществляется воздействием на поверхность пружин струёй жидкости, подающейся под давлением и содержащей абразивные зёрна. В результате этого повышается чистота поверхности, получается равномерный наклёп на значительно меньшую глубину, чем при дробемётной обработке, и создаются сжимающие напряжения в тонком поверхностном слое. При этом повышается усталостная прочность и коррозионная стойкость пружин, особенно если они имели необработанную черновую поверхность.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 456; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!