Разумов М.С. Гладышкин А.О. Овчинкин О.В. Быковская Н.Е.

 

ФБОУВПО «Юго-Западный государственный университет» Россия

 

Определение технологических показателей производства моментопередающих многогранных валов с учетом условий эксплуатации

 

В последнее время в отечественном и импортном машино- и автомобилестроении все большее распространение получают бесшпоночные соединения.

Валы применяемые в бесшпоночном соединения имеют различную форму в сечении. Наиболее простыми в изготовлении являются профильные валы имеющие в сечении форму правильного многоугольника.

Такие валы нашли широкое применение в горно-обогатительной промышленности. Для бурения инженерно-геологических, сейсморазведочных и технических скважин широко используются шнеки, которые имеют в своей конструкции хвостовики для передачи крутящего момента гранной формы [3].

Испытание опытного образца турбобура ТПВ-195 в Туймазинском управлении буровых работ ПО Башнефть при бурении скважин 222, 359 показали, что разработанная конструкция гидравлического забойного двигателя работоспособна. Передача крутящего момента с ротора на вал посредством шестигранной поверхности надежно. Следов выработки в месте сопряжения посадки ротора на вал не обнаружено. Торцовый износ ступеней турбины не происходит, хотя шпиндель отрабатывается до люфта около 10-12 мм. Наработка турбобура ТПВ-195 в двухсекционном исполнении составила около 250 часов [2].

Стахановский вагоностроительный завод изготавливает вагоны для перевозки минеральных удобрений. В механизме открывания и закрывания люков вагонов применяют соединения квадратного сечения. Механизм предназначен для передачи крутящего момента, равного 33,8 Нм. Использование соединения указанного профиля в крупносерийном производстве продиктовано, прежде всего, рядом очевидных преимуществ перед шлицевыми и шпоночными соединениями:

Профильный вал такого соединения выдерживает число циклов нагружения примерно в 5 раз больше, чем шести шлицевой вал того же диаметра.

Наличие шлицевых и шпоночных пазов уменьшает жесткость вала при кручении по сравнению с жесткостью валов профильного соединения[1].

Так как изготовления данного типа валов не представляет сложности. Вопрос о коэффициенте использования материала является актуальным, т.к. снятие большого количества материала ведет к высоким энергетическим, инструментальным и технологическим затратам.

Исходя из геометрических параметров правильных многогранников, и описанной окружности с помощью представленных выше формул были посчитаны коэффициенты использования материала при формообразовании гранных валов. Диаметр заготовки был проточен до размера описанного круга в многоугольник образованный сечением получаемого вала. Данные были сведены в таблицу 1 на основании которой был построен график зависимости коэффициента использования материала от количества граней рис.1.

Таблица 1– Процентные соотношения площадей сечений заготовки, деталей, стружки и КИМ в зависимости от количества граней

N

3

4

5

6

7

8

10

12

Sзаг

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

Sдет

41,35%

63,66%

75,68

82,70

87,10

90,03

93,91

95,49

Sстр

58,65%

36,34%

24,32

17,30

12,90

9,97

6,09

4,51

КИМ

0,41

0,64

0,76

0,83

0,87

0,90

0,94

0,96

где  N – число граней правильного многоугольника в сечении детали,

Sзаг – площадь сечения заготовки проточенной под размер обрабатываемого многогранного вала,

Sдет – площадь сечения детали,

Sстр – площадь удаляемых в стружку участков сечения заготовки при формообразовании гранных валов,

 

Рис. 1 График зависимости коэффициента использования материала от количества граней

 

Из графика видно, что с увеличением числа граней, коэффициент использования материала увеличивается, причем до шестигранника идёт значительное увеличение данного параметра, а после плавное. Однако увеличение числа граней приводит к тому, что форма многогранника приближается к окружности, что ведет к уменьшению значения крутящего момента, способного передаваться данным соединением. Это получается за счет того, что соединение начинает работать не только на кручение, но и на смятие. Поэтому остается актуальным вопрос об изучении свойств многогранников в области прикладной механики. Оптимальное же количество граней возможно определить, зная на какие крутящие моменты будет рассчитано соединение и сопоставив эти данные с рис. 1 (или табл. 1).

Литература:

1.                Рябов С. П.. Применение профильных бесшпоночных соединений в механизме разгрузке вагона / С. П. Рябов // Вестник машиностроения.- 1990.- №11.- С.63-64.

2.                Сборник Н.Т. Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики 1990

3.                http://www.geomash.ru

4.                Выгодский, М.Я. [Текст]: справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский. М.: Наука, 1966. 872 с.