СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

Распределение нагрузок и перемещений при работе соединений с локальным скольжением в стыке

При статических или малоцикловых нагрузках не ис­ключено местное проскальзывание в стыке. В этом случае необходимо определить по заданной величине внешней нагрузки размеры участков упругого и пластического

Деформирования стыка, а также участков локального скольжения.

Расчетная схема для случая приложения нагрузки с разных сторон от сопряженных поверх­ностей представлена на рис. 4.6. Здесь рассматривается общий случай работы стыка, когда од­новременно имеются участки локального скольжения, упруго- пластического и упругого дефор­мирования. Размеры Ц и I — /3 определяют участки локального скольжения, /2 — и /3 — U огра­ничивают участки упругопласти - ческого деформирования стыка, а участок Л — /2 соответствует упругому деформированию сты­ка. В зависимости от величины внешней нагрузки размеры участ­ков могут изменяться. Уменьше­ние нагрузки ведет к исчезнове­нию зон скольжения и наоборот. Крутящий момент, действующий в поперечном сече­нии втулки, определится из решения системы уравнений:

MZl = М - П(Р^Ах г, 0<z<U;

Мг, = Сё"1* + -f (K'l/K'f, U<Z< /2;

К?

Мг, = C^F + C2e-W + - L, /, < г <

Л

M2i = + Ое-*'*/"-f (K'l/Kf, 1г<г<

Мг.= (t-z), /,<*</.

Значения коэффициентов К' и К для пластического деформирования стыка отличаются от К и К лишь за­меной Кх на Кхпп

(f(,)t =______________ 32d4{d*GB + 4GB7-d*GBT)_______________

(4 -D*) [D (4 - +^Фвт+*4кх

^у = ЗЩв^М

D(4-cP)GB- dЈpRT + 4<%КХ mGJm

Постоянные С4; С2; Cl; С'2 С,; С2 и границы участков определяют из условий равенства на границах участков моментов Mz и касательных контактных напряжений хг, т. е. из решения системы уравнений

C"itk'l*,d + = М------------------- П<Рх™*

—Coc~k'l'/d = — "^Тшах ;

2К'

+ C2^~k'l,/d = C1eft,«/rf + C2erk,'/d

Г&'ЫЧ — CW-*"h,d = — ndHy ;

TOC o "1-3" h z 1 2Д-'

СлМ JA — Cjer~kt'td =---------- ;

12 2/f

C1efc,«/rf + C2e-«./rf = CleM«/<f + C&-k'l*'d;

C.w—ae-kw = —

12 2/C

2/C'

При этом границы участков должны удовлетворять условию 0^U<l2<li<k^l, а наибольший крутящий момент не может превышать Мтах=псР1гт&т/2.

В качестве примера с помощью ЭВМ были определены разме­ры участков с различными видами деформирования стыка для сое-

Рис. 4.7. Характер деформирования стыка и зоны локального скольжения в зависимости от величины крутя­щего момента

Дннення, имеющего d=98,5 мм, d2= = 140 мм, /=150 мм, 0=81 МПа. В соответствии с данными работы [431 были приняты следующие характери­стики стыка: Кг =0,5 мкм/МПа, /Ст„л=2 мкм/МПа, ту=7 МПа, "Cm ах ~ 18 МПа. Результаты расчета представлены на рнс. 4.7, где по оси абсцисс отложена координата z, а по оси ординат — значения крутящего О So Wo 1,мм момента, приложенного к соединению.

Если М^Л1у=4,07 кН-м, то стык по всей длине соединения работает в упругой зоне и наибольшие касательные контактные напряжения не превышают ту. Дальнейшее увеличение крутящего момента до Л1^Л1ск= 15,42 кН-м вызывает при первом нагруженнн появление зоны пластического деформирования стыка сначала у торца с г=1, а затем прн Л1>12,09 кН-м у торца с z=0. Напряжения в стыке ^Tz^Tmoi. Так как прн пластическом деформировании стык полу­чает упрочнение, то при повторных нагружениях до момента начала проскальзывания он будет деформироваться упруго.

Увеличение нагрузки М> 15,42 кН-м приводит к появле­нию у торца втулки с г=1 участка I—/3 (см. рис. 4.6) скольжения в стыке, а при М>22,1 кН-м — участка проскальзывания U у про­тивоположного торца. Касательные напряжения т*=тш а *=pf• С даль­нейшим ростом нагрузки размеры участков скольжения возрастают пропорционачьно нагрузке, достигая максимума при Л1=41,15кН-м, когда наступает относительный проворот втулки и вала по всей сопрягаемой поверхности.

Для рассматриваемого соединения с большой длиной (l/d= = 1,53) наибольшие моменты, которые могут быть переданы при условии упругого деформирования стыка н отсутствии локального скольжения, составляют соответственно лишь 9.9% и 37,5% от предельной несущей способности. При той же длине соединения за счет изменения других размеров деталей можно добиться симмет­ричного вида эпюр н тем самым существенно повысить уровень My и Мск. Более полная реализация возможностей соединений в передаче нагрузок в области упругой деформации стыка может быть достигнута за счет переменной жесткости на кручение деталей сое­динения илн применения соединений с малой длиной {L/D< 1,0).

Улучшить равномерность распределения касательных контактных напряжений по длине посадки с натягом можно также путем рационального выбора характерис­тик жесткости стыка, которые определяются технологи­ческой подготовкой сопрягаемых поверхностей. Перспек­тивным в этом направлении является применение галь-

ЁаНйческих покрытий и различных видов химико-терми­ческой обработки сопрягаемых поверхностей.