Способ контроля прочности соединений с натягом и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля прочности соединений с натягом. Целью изобретения является исключение повреждения деталей соединения путем уменьшения величины механической нагрузки, действующей на соединение в процессе I контроля. В данном способе контроля прочности соединений с натягом программируемо снижают прочность соединения путем уменьшения натяга в соединении , а нагружение соединения осуществляют испытательной нагрузкой, величина которой равна разности величин минимально допустимой прочности соединения с натягом и программируемого снижения прочности. Устройство для осуществления способа содержит пресс, индикатор величины испытательной нагрузки, а также узел программируемого уменьшения натяга в испытуемом соединении. 5 ил. 8 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 Р 11/02

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4672637/27 (22) 04. 04, 89 (46) 07.03.91. Бюл. У 9 (72) Ю.Н.Кузуб (53) 658.562.6 (088.8). (56) Балацкий Л.Т. Прочность прессовых соединений. — Киев, Техника, 1982, с.9 и 36. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ

СОЕДИНЕНИЙ С НАТЯГОМ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО,ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике неразрушающего контроля прочности соединений с натягом. Целью изобретения является исключение повреждения деталей соединения путем уменьшения

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий машиностроения, а именно к контролю прочности соединений с натягом, и может быть использовано на промьппленных предприятиях и в научных исследованиях.

Целью изобретения является исключение повреждения деталей соединений путем уменьшения величины механической нагрузки, действующей на соединение в процессе контроля.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа контроля прочности соединения с на тягом; на фиг.2 — пример записи им1 пульса тока в индукторе соленоидного типа амплитудой Io и длительностью

„„SU„„1632724 А 1

2 величины механической нагрузки, действующей на соединение в процессе

1 контроля. В данном способе контроля прочности соединений с натягом программируемо снижают прочность соединения путем уменьшения натяга в соединении, а нагружение соединения осуществляют испытательной нагрузкой, величина которой равна разности величин минимально допустимой прочности соединения с натягом и программируемого снижения прочности. Устройство для осуществления способа содержит пресс, индикатор величины испытательной нагрузки, а также узел программируемого уменьшения натяга в испытуемом соединении. 5 ил.

Ъ. Т, воздействующего на втулку соеди" нения",на фиг.3 — характер изменения (уменьшения) натяга б в соединении .при нагреве втулки индуктором за время Т, на фиг.4 — конструкция соединения с натягом; на фиг.5 — электрическая схема коммутатора, управляемо-. го по цепям а, Ь от реле-задатчика времени нагрева, Способ контроля прочности совдинения с натягом заключается в нагру" . жении соединения испытательной нагрузкой с одновременным программируемым снижением прочности соединения путем уменьшения натяга в соединении, причем испытательную нагрузку устанавливают из следующего соотношения:

1632724

Ря Pñ мцбн 1 с °,где Рс „ — минимально допустимая прочность соединения с натягом при контроле;

ЬРс — программируемое снижение прочности соединения с натягом за счет программируемого уменьшения на- 10 тяга.

О заданной прочности судят по неподвижности соединсния.

Способ контроля прочности соединения с натягом осуществляют с по- !5 мощью устройства (фиг. 1), которое содержит пресс, состоящий иэ плиты 1, направляющих стоек 2 с пазами для шариков 3 качения, удерживаемых сепаратором 4. От винта 5 тарирования 20 испытательная нагрузка (усилие) Р на детали (вал 6 и втулка 7) исследуемого соединения передается через промежуточные нажимнне элементы 8 с встроенным динамометром 9, индикато- 25 ром 10 и шариком 11 °

Осесимметричный нагрев одной из .деталей соединения (втулки) осуществляется индуктором 12, расположенным на изоляционной подставке 13, кото- щ рая устанавливается на нижнюю плиту пресса через опорную кольцевую вставку 14. Длительность теплового воздействия на соединение задается с помощью реле-задатчика 15 времени нагрева через цепи управления коммутатора 16.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое соединение из дета- 40 лей 6 и 7 (вал, втулка) устанавливают в индуктор 12 через опорную кольцевую вставку 14 на плиту 1 пресса.

Затем по оси испытуемого соединения (вала 6, втулки 7) устанавлива-. 45 ется шарик 11 и прижимается к поверхности соединения промежуточными нажим . нымй элементами 8, которые перемещаются оператором с помощью винта 5.

Применение шарика 11, а также нап- 50 равляющих стоек 2 с пазами для шариков,.3 качения, удерживаемых сепаратором 4, обеспечивает приложение контрольной тарированной нагрузки (испытательной силн Г 1) строго по оси испытуемого соединения.

Перемещая промежуточные нажимные . элементы 8 с понову.ю винта 5, оператор нагружает соединение заданной по условиям испытаний сдвигающей тарированной силой Рц . Величину сдвигающей силы оператор контролирует по показаниям индикатора 10, измеряющего значение деформации упругого элемента динамометра 9. После нагружения соединения тарированной сдвигающей силой втулку соединения нагревают индуктором 12 в течение калиброванного промежутка времени Т .

Длительность калиброванного теплового воздействия на соединение зара-: нее задается оператором с помощью реле- задатчика 15 времени нагрева.

Реле-задатчик времени нагрева управляет коммутатором 16, который на время нагрева соединения обеспечивает прохождение через индуктор 12 им- пульса переменного тока амплитудой

?о (фиг.2) и длительностью Т .

Электрическая изоляция соленоидного индуктора от деталей пресса обеспечивается кольцевой изоляционной подставкой 13, которая устанавливается на плиту 1 пресса.

Индуктор нагревает только периферию втулки, обеспечивая осесиммметричное распределение температуры в детали.

При таких условиях нагрева величина энергии теплового импульса Я, аккумулируемого во втулке испытуемого соединения, определяется следующим выр ажением. 1

Q = C m- — — — -„г Т- dr

R2 R2 II т.

9 И где m — масса втулки;

R - внешний радиус втулки;

R — внутренний радиус втулки;

С - удельная теплоемкость мате,риала. втулки;

Т вЂ” распределение температуры по сечению втулки.

Прочность контролируемого соединения после воздействия на соединение (втулку) калиброванного теплового импульса величиной Ц уменьшается, так как внутреннее отверстие втулки после нагрева кратковременно увели- . чивается за счет теплового расширения материала втулки, и вал испытует меньшие сжимающие усилия в зоне соп- ряжения деталей из-за уменьшения натяга О в соединении на величину Д, равную

16327?4

К 0 б8 = — — - -у

С m .где 0(— коэффициент линейного расширения материала втулки.

Кратковременное уменьшение натяга в соединении после нагрева втулки уменьшает контактные давления в зоне сопряжения деталей соединения на величину ЛPg

43

Ь Р 1

d(+ — )

С» С

Е„Е при этом

1 .() г

cl

С1

С1= — — — — — - -< ч„ I (1)г

1 + (- — )2

cl

С = — — — — 1- (— — )2

Й где d — диаметр посадочной поверхности втулки соединения;

d — наружный диаметр втулки;

d» — диаметр отверстия в вале;

P — коэффициент Пуассона;

Е, F. - модули продольной упругости деталей соединения.

Таким образом, после калиброванного нагрева соединения (втулки) прочность соединения Р кратковременно уменьшится на величину 6Р

Например, при осевом нагружении деталей Рс и при этом Sl = N«d-1 — номинальная площадь посадки, где f — коэффициент трения в зоне сопряжения деталей соединения;

d — диаметр сопрягаемых поверхностей деталей соединения;

1 — длина посадки.

Прочность (например, -при нагружении испытуемого соединения в осевом направлении) после нагрева втулки контролируемого соединения определя- . ется по формуле

Рц — f S„(Pg- ЬРу,) °

Условие обеспечения целостности годных к эксплуатации соединений прн допусковом контроле прочности прини— мает вид

Pq — Pc мин Pñ

Анализ приведенной зависимости

10 показывает, что с увеличением значения ЬР с (увеличение О Р пропорционально количеству тепловой энергии выделяемой во втулке соединения при калиброванном нагреве) испытательное усилие Р . прикладываемое к деталям соединения с натягом, можно уменьшить. Если в процессе допусково" го контроля соотношение Р Рс,ч 1,— Р не выдерживается (из-за малого

20 исходного натяга д в соединении или из-за дефектов формы сопрягаемых поI верхностей деталей соединений), то соединение под действием испытательной силы Р@ разрушается.

25 Посадки с гарантированным натягом являются неподвижными соединениями, для которых незначительное взаимное смещение деталей в эксплуатационных условиях недопустимо. Следовательно, 30 для таких соединений наиболее важными являются процессы, происходящие

J в начальныи момент взаимного смещения, которые по существу и определяют эксплуатационную надежность и прочНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ °

Момент разрушения соединения в процессе его испытаний (для дефектного соединения) регистрирует оператор устройства по изменению (уменьщ пению) показаний индикатора 9.

Если к концу калиброванного нагрева втулки прочность соединения выше минимального значения, которое устанавливается при допусковом контроле, 45 то соединение под действием испытательной силы Pg не разрушается, испытания прекращаются, а соединение считается годным к эксплуатации.

Пример. Способ и устройство для

50 допускОВОгО кОнтрОля прОчнОсти зОны сопряжения деталей напряженных соединений опробуют при допусковом контроле прочности соединений типа валвтулка (фиг.4) с размерами d = 250 мм, d = 150 мм, 1 = 50 мм, материал деталей соединений — сталь Ст.45.

При проведении допускового контроля прочности соединений в партии соединений выявляют соединения с недос1632724 таточной прочностью (соединения с недостаточным натягом О ). Минимально допустимый натяг в контролируемых соединениях прин ают 6Ма= 0,2 мм, при 5 этом расчетная минимально допустимая прочность соединения составляет

PñÌèH = 52666 кГ

Тарированное усилие для допускового контроля прочности таких соединений с применением калиброванного нагрева втулки соединения составляет

Р = 1500 кГ, что обеспечивает снижение контрольных нагрузок на детали соединения при испытаниях в 35 раз.

Нагрев соединений (втулки) для программируемого изменения натяга

Qgq осуществляют индуктором соленоидного типа при длительности нагрева

12с и активной мощности индуктора

65 кВт.

Длительность калиброванного тепло-25 вого воздействия Т на соединение задается с помощью реле-:задатчика времени типа ВЛ-47 УХЛ4, управляющего по цепям а, Ь коммутатором, который вы- . полнен с применением тиристоров V и Ч (Фиг.5) типа Т160. Цепи а, с коммутатора подключаются к индуктору.

В процессе допускового контроля выявляют соединения с недостаточной для эксплуатации прочностью. Анализ сопрягаемых поверхностей деталей соединений с натягом, прочность которых оказывается ниже минимального значения, устанавливается в процессе допускового контроля, показывает, что на сопрягаемых поверхностях отсутствуют значительные повреждения и детали соединения могут быть повторно использованы.

Кроме этого, снижение в 35 раз величины механических нагрузок, действующих на детали соединения при испытаниях, исключает повреждение и изгиб поверхностей деталей соединений, в месте приложения контрольной нагрузки.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает ; следующие технические преимущества: в десятки раз снижается величина конт-, рольной тарированной нагрузки, действующей на соединение в процессе испытаний, так как при калиброванном нагреве втулки соединения прочность соединения кратковременно уменьшается на заданную величину, что позволяет снижать нагрузки при испытаниях в

30-50 раз, исключается повреждение сопрягаемых поверхностей деталей соединений, которые не выдержали испытания, так как уменьшение контактных давлений в зоне сопряжения деталей после нагрева втулки соединения исключает появление царапин и задиров на сопрягаемых поверхностях, что дает возможность использовать детали соединений повторно; исключается повреждение поверхностей деталей соединений в месте приложения контрольных нагрузок, так как величина контрольных нагрузок значительно (в десятки раз) снижена; дает возможность исключить из технологических процессов изготовления соединений С натягом громоздкое прессовое . оборудование для создания контрольных нагрузок.

Формула изобретения

1. Способ контроля прочности соединений с натягом, при котором соединение нагружают испытательной нагрузкой и о заданной прочности судят по неподвижности соединения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью исключения повреждения деталей соединения путем уменьшения величины механической нагрузки, действующей на соединение в процессе контроля, во время приложения испытательной нагрузки программируемо снижают прочность соединения путем уменьшения натяга в соединении, а испытательную нагрузку устанавливают из следующего соотношения:

Рсаин с где P — испытательная нагрузка;

„„- минимально допустимая прочность соединения с натягом,, 6P g — программируемое снижение прочности соединения с натягом за счет программируемого уменьшения натяга.

2. Устройство для контроля прочнос ти соединения с натягом, содержащее пресс и индикатор величины испытатель ной нагрузки. отличающееся тем, что, с целью исключения повреждения деталей соединения путем уменьше9 1632724 ния величины механической нагрузки, тора, реле задатчика времени нагредействующей на соединение в процессе ва и коммутатора, причем индуктор соконтроля, оно снабжено узлом програм- единен с выходом коммутатора, а цепи мируемого уменьшения натяга испытуе- управления коммутатора соединены с

5 мого соединения, состоящим из индук- реле задатчиком времени нагрева.

1632724

О

О

02 о

Составитель Н.Ефремова

Редактор В.Бугренкова Техред M.Äèäûê Корректор С.йекмар, Заказ 583 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно--издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101