СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ РАСПРЕССОВКИ СОЕДИНЕНИЙ С НАТЯГОМ Российский патент 1997 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытательной технике.

Известен способ неразрушающего контроля усилия распрессовки (силы трения покоя), описанный в статье [1]
В этом способе к деталям соединения после его сборки прикладывают знакопеременную сдвигающую нагрузку, меньшую силы трения покоя в соединении, и измеряют рассеяние энергии в нем, по величине которого судят о силе трения покоя, т. е. определяют усилие распрессовки P_p.

Этот способ позволяет производить оценку усилия распрессовки без снижения несущей способности соединения.

Однако для реализации способа требуется предварительно определить тарировочную зависимость силы трения покоя (P_пок=P_p) от рассеяния энергии ψ с помощью опытной партии соединений, на которых сначала определяют демпфирующие характеристики (рассеяния энергии j), а затем соответствующие им усилия P_p при разборке соединений и по ним судят об усилиях P_p рабочих (контролируемых) образцов. Этот способ позволяет с достаточной точностью определить P_p в случае эквивалентности параметров (чистота поверхности, фактический натяг, задиры и т. п.) вспомогательных (опытных) соединений и рабочих (контролируемых) образцов. Однако известно [2] что даже при самом тщательном изготовлении соединений с натягом их характеристики существенно отличаются, т. е. на практике характеристики опытных и контролируемых образцов не являются эквивалентными. Поэтому точность этого способа недостаточно высока. Кроме того, данный способ сложен в реализации в связи с необходимостью проведения предварительных работ по тарировке вспомогательных соединений на специальном измерительном вибрационном комплексе.

Известен способ определения усилия распрессовки соединений с натягом, согласно которому осуществляют нагружение сопрягаемых деталей сдвигающими усилиями до их контактирования по всей длине поверхностей, снимают нагрузку, сдвигают детали до номинального взаимного расположения и измеряют усилие в момент страгивания деталей. Это усилие принимают за усилие распрессовки соединения с натягом при номинальном расположении деталей [3]
Данный способ принят за прототип, т. е. является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату.

Способ прототип обеспечивает достаточную точность определения усилия распрессовки толстостенных цилиндрических деталей с постоянными радиальными размерами по их длине. В этом случае допущение о равенстве усилия распрессовки деталей при их контактировании по всей длине поверхностей и при номинальном расположении является справедливым, т. к. контактное давление и коэффициент трения по длине соединения с натягом практически постоянны.

Однако имеется ряд практически важных случаев, когда контактное давление по длине контактирования является переменным, например, соединения с натягом, используемые в виброизоляторах (см. например [4 7] включают одну или две контактирующих тонкостенных втулки с массивными фланцами с одной стороны. Жесткость таких втулок будет уменьшаться по направлению к свободному концу, соответственно будет уменьшаться контактное давление и значение усилия распрессовки. В ряде случаев из-за условий механической обработки наблюдается незначительная (в пределах допусков) конусность (переменный диаметр) по длине детали, что приводит к заметному изменению усилия распрессовки в зависимости от взаимного положения контактирующих деталей прессового соединения.

В этих условиях усилие распрессовки будет определяться по способу - прототипу со значительной погрешностью.

Целью изобретения является повышение точности способа.

Эта цель достигается тем, что в способе, по которому сопрягаемые детали нагружают сдвигающими усилиями до их контактирования по всей длине поверхностей, снимают нагрузку, сдвигают детали до номинального взаимного расположения и измеряют усилие в момент страгивания деталей, дополнительно измеряют значения усилия запрессовки при контактировании деталей по всей длине поверхностей и при достижении номинального взаимного расположения по первому значению усилия распрессовки находят коэффициент относительной прочности как отношение усилия в момент страгивания деталей к усилию запрессовки, а по второму значению усилия запрессовки усилие распрессовки от номинального взаимного расположения как произведение коэффициента относительной прочности на усилие запрессовки.

Известно применение в промышленности способа контроля качества сопряжения посредством измерения усилия запрессовки P_з и определения усилия распрессовки P_p через коэффициент относительной прочности , значение которого определяют путем статистической обработки параметров большого количества соединений с натягом 2.

В этом техническом решении имеется признак, сходный с признаком, отличающим заявленное решение от прототипа, а именно определение усилия распрессовки P_p как произведения усилия запрессовки P_з на коэффициент относительной прочности Φ.

Однако сравнение свойств заявленного и известного решений, обусловленных наличием в них указанного признака, показывает, что решение [2] не обеспечивает достаточной точности определения усилия распрессовки. Недостаточная точность этого решения обусловлена тем, что даже при тщательном изготовлении соединений с натягом их характеристики существенно отличаются друг от друга. Например в [2] диаграмма рис. 2.5 на с. 41 указано, что даже при постоянной шероховатости в процессе изготовления (что в производственных условиях для многих деталей обеспечить практически невозможно) коэффициент v может изменяться от 149 до 212. Учитывая неизбежный разброс шероховатости в процессе изготовления деталей (например, согласно 7 для чистового шлифования высота микронеровностей может изменяться с 25 до 6 мкм, т.е. более чем в 2 раза), разброс значений v будет еще значительней (а соответственно еще ниже будет точность определения усилия распрессовки).

В заявляемом решении коэффициент v определяется непосредственно для данного контролируемого соединения с натягом при стабильном значении шероховатостей для конкретных образцов соединения. Поэтому значение v при контактировании деталей соединения по всей длине является величиной стабильной и независящей от взаимного расположения деталей. Это обеспечивает возможность точного определения усилия распрессовки.

Достижимость поставленной цели (повышение точности определения усилия распрессовки) подтверждается тем, что усилие запрессовки P_з определяется непосредственно при номинальном взаимном расположении деталей, а коэффициент v, определенный непосредственно для данного соединения, весьма стабилен, поэтому весьма точно будет определено и усилие распрессовки P_р=Φ•P_з.

Способ осуществляют следующим образом.

При сборке соединения с натягом нагружают сопрягаемые детали сдвигающим усилием, которое создают, например, с помощью винтового пресса. При этом контролируют усилия запрессовки и распрессовки, например, с помощью динамометра. На первом этаже осуществляют нагружение деталей до их контактирования по всей длине сопрягаемых поверхностей, фиксируя в этот момент усилие запрессовки P_зк. Затем нагрузку снимают. На втором этапе прикладывают к деталям сдвигающее усилие и фиксируют усилие распрессовки P_рк в момент страгивания деталей, затем сдвигают детали до номинального взаимного расположения, фиксируя в этот момент усилие запрессовки P_зн.

По полученным данным определяют коэффициент относительной прочности

и усилие распрессовки от номинального взаимного расположения
P_рн=P_зн•Φ.
Пример. Втулку (охватываемую деталь) с массивным фланцем с одной стороны запрессовывают в гайку (охватывающую деталь). Втулка имеет толщину 14 мм и изготовлена из стали 25Х17Н2Б-Ш (твердость HRC=37-42), гайка из алюминиевого сплава АК6 (твердость НВ≥95). Параметры соединения: длина контактирования 10,5 мм, длина посадочной поверхности втулки 14,7 мм, длина посадочной поверхности гайки 10,5 мм.

Запрессовка производится на испытательной машине типа "Инстрон" (Англия) при скорости запрессовки 1 мм/с. Усилия и перемещения записываются на диаграммную бумагу.

На первом этапе втулка запрессовывается до выхода ее заходного конуса над поверхностью гайки, в этот момент фиксируется значение усилия запрессовки P_зк= 150 кг. После этого усилие полностью снимается. На втором этапе усилие плавно повышается, в момент страгивания деталей фиксируется значение усилия распрессовки P_рк=173 кг. После этого детали сдвигаются до номинального взаимного расположения, в этот момент фиксируется усилие запрессовки P_зн= 133 кг.

По полученным результатам определяется коэффициент относительной прочности

и усилие распрессовки от номинального взаимного расположения
P_рн=P_зн•Φ=133 кг•1,15 = 153 кг
После сборки соединение распрессовывается, для чего к соединению повторно прикладывается в направлении запрессовки сдвигающая нагрузка, в момент страгивания деталей контролируется усилие распрессовки от номинального взаимного расположения
Таким образом, погрешность определения усилия P_рн по предлагаемому способу составляет

В то же время погрешность определения усилия P_рн по способу - прототипу (когда принимается P_рк=P_рн) составляет

Таким образом точность определения усилия распрессовки повышается более чем в 7 раз.

Предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определять усилие распрессовки соединений с натягом, в том числе соединений с переменным значением усилия контактирования по длине сопрягаемых поверхностей, что существенно расширяет его эксплуатационные возможности.

Область использования: испытательная техника. Сущность изобретения: способ включает следующие операции: нагружение сопрягаемых деталей сдвигающими усилиями до их контактирования по всей длине поверхностей, снятие нагрузки, сдвиг деталей до номинального взаимного расположения, измерение усилия в момент страгивания деталей. Новым в способе является измерение усилий запрессовки при контактировании деталей по всей длине поверхностей и при достижении номинального взаимного расположения, определение по первому значению усилия запрессовки коэффициента относительной прочности как отношение усилия в момент страгивания деталей к усилию запрессовки, а по второму значению усилия запрессовки - усилия распрессовки от номинального взаимного расположения как произведение коэффициента относительной прочности на усилие запрессовки.

Способ определения усилия распрессовки соединений с натягом, заключающийся в том, что сопрягаемые детали нагружают сдвигающими усилиями до их контактирования по всей длине поверхностей, снимают нагрузку, сдвигают детали до номинального взаимного расположения и измеряют усилие в момент страгивания деталей, отличающийся тем, что дополнительно измеряют значение усилия запрессовки при контактировании деталей по всей длине поверхностей и по достижении номинального взаимного расположения по первому значению усилия запрессовки находят коэффициент относительной прочности как отношение усилия в момент страгивания деталей к усилию запрессовки, а по второму значению усилия запрессовки усилие распрессовки от номинального взаимного расположения как произведение коэффициента относительной прочности на усилие запрессовки.