СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ ВАЛОВ В СОЕДИНЕНИЯХ С НАТЯГОМ

Сопротивлению усталости валов в зоне напрессовки пос­вящено большое количество работ [3, 41]. В настоящей книге целесообразно остановиться лишь на рассмотре­нии основных причин снижения выносливости валов и средствах увеличения их несущей способности. Основ­ные факторы, определяющие предел выносливости валов, следующие: материал, концентрация напряже­ний от втулки, коррозия при трении.

При выборе материала валов помимо основных характеристик его механической прочности (св, ст, см) необходимо учитывать чувствительность к концентра­ции напряжений. Высокопрочные легированные стали не обеспечивают соответствующую их механическим свойствам выносливость, если не принять конструктив­ные и технологические меры. Из опыта тепловозострое­ния и путевого машиностроения известно, что удовле­творительный предел выносливости обеспечивают •среднеуглеродистые машиностроительные стали 40, 40Х и др.

Напрессовка колес, шестерен, подшипников и др. вызывает резкое снижение сопротивления усталости. Например, предел выносливости осей колесных пар в зоне напрессовки колеса снижается примерно в 2,5 раза по сравнению с гладкой осью [41]. Это резуль­тат влияния концентрации напряжений у торцов сту­пицы и коррозии трения в этой области. Наибольшая концентрация напряжений при изгибе возникает на сжатой стороне оси и отсюда появляются первые уста­лостные трещины [37]. Однако развитие этих трещин и окончательное разрушение происходит от напряжений растяжения. При переменном кручении первые трещины от концентрации напряжений и коррозии при трении могут возникать вблизи торцов в любом месте по пери­метру вала. Контакт втулки и вала при их относитель­ных перемещениях приводит к коррозии трения и к электроэрозионному разрушению, причем эти виды повреждений вызывают мелкие трещины усталости даже при небольших минимальных напряжениях. Эти мелкие трещины на сжатой стороне вала (в особенности при плоском изгибе), а также трещины от коррозии трения могут не развиться на большую глубину и не вызвать полного разрушения. Поэтому для валов с напрессовкой рассматривают два состояния: несущая способность до появления мелких трещин и до полного разрушения. На концентрацию напряжений влияет конструкция втулки и величина давления на сопрягаемых поверхно­стях. Считают [45], что давление влияет лишь до опре­деленного значения (30—40 МПа), дальнейшее увели­чение его не приводит к уменьшению предела вынос­ливости. Этот факт можно объяснять параллельным развитием трещин от концентрации и коррозии трения. При меньших давлениях из-за большей свободы отно­сительного скольжения коррозия трения интенсифици­руется. Увеличение давления, повышая концентрацию напряжений, одновременно способствует уменьшению проскальзывания и повреждению от коррозии. Такое объяснение предполагает решающее влияние на вынос­ливость коррозии при трении. Предложен ряд конструк­тивных средств, снижающих концентрацию напряже­ний: утонение торцовых сторон охватывающей детали, выточки на ступице, канавки на валу, утолщение под - ступичной части оси, свисание торцов втулки над ва­лом [45] и др.

Эффективность указанных мероприятий, к сожале­нию, проверялась при сравнительно небольшом числе циклов (10 ... 30)-10е. При более длительной работе (100-106 циклов и более), когда в большей степени могут проявляться явления коррозии трения, эффектив­ность перечисленных мероприятий необходимо изучить.

Для снижения вредного воздействия коррозии ис­пользуют различные типы прокладок и покрытий, кото­рые могут применяться практически лишь для соедине­ний, формируемых с помощью нагрева или охлаждения. Подступичные части оси тепловозов покрывают эласто­мером ГЭН-150В. Это повышает сопротивление устало­сти осей по трещинообразованию примерно на 30%. При использовании эластомера в соединениях, работающих при переменном изгибе и, в особенности, при перемен­ном кручении, необходимо иметь в виду заметную потерю несущей способности соединений на сдвиг и скручивание при нагреве узла. При переменном круче­нии уже при частоте 20—30 Гц из-за значительного внутреннего трения в металле возникает заметный нагрев соединения.

Мощным средством увеличения несущей способности валов в соединениях является применение поверхностно - пластического деформирования (ППД) [3, 41], осу­ществляемого накаткой роликами, шариками, холодным редуцированием и др. Например, накатка подступич - ных изделий подвижного состава осей увеличивает предел выносливости по излому более чем в 2 раза [3]. ППД расширяет возможность использования для валов высокопрочных легированных сталей. Если у вала из высокопрочной стали, не упрочненного ППД, образо­вание микротрещин вызывает быстрое их развитие и разрушение, то при наличии упрочнения образованные остаточные напряжения сжатия препятствуют развитию трещин, увеличивая тем самым долговечность вала. ППД должно предусматриваться для всех валов соеди­нений с натягом, воспринимающих переменные на­грузки.