Способ определения профиля галтелей деталей машин

ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СозатскитеСоциалистическихРеспублик(32) ПриоритетОпубликовано 05,07.74. Бюллетень25Дата опубликования описания 21,11.74 51) М. Кл. Г 16 с 3/04 осударственный комитетСовета 1 Линнстров СССРно делам изооретенийи откр,тийАвтор изобретения А. С. Лейки осковский вечерний металлургический инстнт(71) Заявитель 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФ ДЕТАЛЕЙ МАШИНГАЛТЕЛЕЙ тов отдельными простеишимимаций (растяжение - сжатние) в пределах упругостирый позволил бы определи5 профиль галтелей при сохраности наиболее важной изверхностей деталей, как и птели заданного радиуса а.Согласно предлагаемому10 вания распределения напряждля деталей с круговыми галбакр причем )=1, 2, 3;1 1г = - а - : - а; г2 315 видами дефоре, изгиб, кручематериала, кото- .ь оптимальный нении протяженопрягаемых пои круговои гал особу исследоний выполняют елями радиусов(в случае высокои концентрации напряжении в детали с,круговой галтелью радиуса гкрз=а ринимают гр -- /за и гкрз=За, в случае низй - гкр=Йа и гкрз=2 а), при таких нагрузках, чтобы соответствующие номинальные напряжения были пропорциональны их амплитудным значениям в условиях, работы дета лей на опасном расчетном режиме, приведенным к симметричным циклам, В результате исследований находят для круговой галтели радиуса г,рз -- а функциюИзобретение относится к машиностроению и может быть осуществлено в деталях, имеющих галтели: в коленчатых и ступенчатых валах, в замковых соединениях лопаток и дисков турбомашин, в шлицевых и резьбовых соединениях,Известно несколько способов определения профилей галтелей переменного радиуса кривизны (эллиптических, параболических, кратно-оптимальных и др.) взамен круговых галтелей, которым свойственна значительная неравномерность распределения напряжений по профилю галтели при нагружениях соответствующих деталей.Недостатки известных способов определения профилей галтелей переменного радиуса кривизны заключаются в том, что эти способы не учитывают конструктивных параметров детали, видов,и характера нагружения и материала детали. Как следствие, получаемые профили галтелей в действительности не являются оптимальными, а сами галтели имеют ограниченное применение.Цель изобретения состоит в разработке такого способа определения профиля галтелей деталей магппп на основе исследования распределения напряжений в круговых галтелях преимущественно методом тензометрирования при статических нагружениях деталей (геометрически подобных моделей) и,их элеменр 4353855 10 15 20 65 и для круговых галтелей радиуеов гр, коэффициенты- (бакр) = ( " 1 и выра (оэк)макс Лжают переменный радиус кривизны г предлагаемого профиля галтелей уравнениемг= С, 1 Сф+(1 - С) л,где оэ(р) - эквивалентные напряжения в точках с центральными углами р опасной профильной линии круговой галтели;(оэк) мако - максимальное значение оэк (р)(зэк) ном - эквивалентное номинальное напряжение с учетом общей неравномерности напряжений в зоне галтели;коэффициент сь пропорциональный радиусу а, определяют из условия касания предлагаемого профиля галтели обеих сопрягаемых поверхностей детали, а коэффициенты т, Х и с - по формулам; С=С=акрэ У 2"--- 1а кра УЗ1+2 Л - 2 Л 2 Лпри 2 л+1(С(1; С =2 л+1 при С -(2 л+1 и С = 1 при С) 1, так что среднее значение С=4 Л+ 1или приближенно С = 1.4 Л+2Следует заметить, что, например, для стального ступенчатого вала, нагруженного изгибом с кручением,о Ь) =о(р)+3(И 1/ 2 2Йэк)ном = 1 оном+ 3 ком а а для стального коленчатого вала, нагруженного чистым изгибом в плоскости кривошипаи кручением,.эк(Р) =. (,) + 3,к (,),(зэк)ном = Ф (ономофл) + 3 (тном аф),где а=о(р),и т=т(р) - наибольшие главные напряжения при изгибе и наибольшие касательные напряжения при кручении; он,м и т - номинальные напряжения изгиба и кручения; аф, и соф, - коэффициенты общей неравномерности напряжений в зоне галтели при изгибе и кручении, обусловленные коленообразной формой вала.На фиг. 1 показан элемент коленчатого вала с галтелями сопряжения шеек и щек; на фиг. 2 - схема расположения точек профиля исходной круговой галтели и профиля галте 25 30 35 40 45 50 55 60 ли переменного радиуса кривизны, подобного предлагаемому; на фиг. 3 - профиль галтели согласно изобретению.Определяют профиль галтели на примере коленчатого вала (фиг. 1), содержащего круговую галтель 1, предлагаемую галтель 2, щеку 3, шатунную шейку 4, коренную шейку 5, при условии, что максимальная величина центрального угла р (фиг. 2), соответствующего точкам опасной профильной линии круговой галтели 1 заданного радиуса а и отсчитываемого от точки Аэ сопряжения профиля галтели 1 с наиболее важной из сопрягаемых поверхностей детали - с рабочей поверхностью шейки коленчатого вала, составляет макс=90, и согласно предыдущему находят функцию(аэк)максс постоянным шагом для угла р, т. е.оэк (9)(аэк)максаа 4при ра -- (0(Кп), где п - достаточно2 пбольшое число (например, п=36) равныхучастков дуги четверти окружности профилякруговой галтели радиуса а, и значения коэффициентов т, Хи С,На фиг. 2 приняты следующие обозначения:1 - круговая галтель радиуса а; 2 - профильгалтели переменного радиуса кривизны г;3 - щека коленчатого вала; 4 в шей; Оа -центр дуги окружности профиля галтели 1.Сначала определяют профиль галтели 2переменного радиуса кривизны г (фиг. 2), подобный предлагаемому профилю галтели радиуса кривизны г (отношения - постоянныг,для соответствующих участков 1 профилей),точки которого В; располагают на радиальных линиях О,А;, проведенных из центра О, вточки А; с углами р; профиля галтели 1, приусловии совмещения начальной точки Вэ профиля галтели 2 с точкой Аэ.Координаты Точек предлагаемого профилягалтели определяют при совмещении началакоординат точки О с точками Вэ и Аэ как результат пропорционального изменения координат точек В; профиля галтели 2 (фиг, 2)таким образом, чтобы профиль галтели касался второй сопрягаемой поверхности детали - щеки коленчатого вала.На фиг. 3 показаны шейка 1 вала, предлагаемая галтель 2 и щека 3. Если функцияоэк Ь)(ээк)макссимметрична относительно среднего значенияугла 9 = асср = бамако2предлагаемый профиль галтели обеспечивает сохранение протяженности обеих сопрягаемыхтт т поверхностей детали, как и при круговой галтели заданного радиуса а.Для рассмотренной детали (коленчатого вала) с рмакс=90 получают данные, определяющие предлагаемый профиль галтели; коэф- фициентпри 1( -,.и; =1; 2;, и;относительные радиусы кривизны профиля галтели ( - номер участка профиля галтели)те ат(в 1 пф, - з 1 п 1) относительные координаты точек профиля галтели (Й - номер точки)хо уо- %,/уа, аа,.т,- (з 1 п - в 1 п 1)с:ь т- (сов ф, 1 - сов Фю)гт,а г- (вп; - в 1 п 1)при 1 (й(и; 1=1, 2 и,где при 1.( г п; ю =-.1, 2 и,А . йсоз ;- з 1 пф с 1 д ) з 1 п2 ) 2 1 е - 0 ге - ги 1 -Анализ полученных предлагаемых профилейгалтелей для коленчатых валов, нагруженных 15 в основном изгибом в плоскости кривошипа,показал, что такие галтели по сравнению с круговой галтелью заданного радиуса а позволяют снизить максимальные эквивалентные напряжения в валах на 25 - 45%. Этому 20 соответствует значительное повышение прочности и многократное увеличение ресурса валов при действии на них переменных напряжений, что должно дать большой экономический эффект.25 Описанный способ определения профилягалтелей можно успешно использовать и для других деталей машин. Он позволяет значительно повысить прочность деталей в зонах сопряжений различных поверхностей при со хранении протяженности наиболее важной изсопрягаемых поверхностей деталей (а в некоторых случаях - при сохранении протяженности обеих сопрягаемых поверхностей), как и при круговой галтели заданного радиуса а,Предмет изобретения 1. Способ определения профиля галтелейдеталей машин на основе исследования рас пределения напряжений в круговых галтеляхпреимущественно методом тензометрирования при статических нагружениях деталей (геометрически подобных моделей) и их элементов отдельными простейшими видами дефор маций,в пределах упругости материала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения оптимального профиля галтелей при сохранении протяженности наиболее важной из сопрягаемых поверхностей деталей, как и при 50 круговой галтели заданного радиуса а, исспедования распределения напряжений выполняют для деталей с круговыми галтелями радиусов гр причем1 155 2 3=. 1, 2, 3; г , = - а в : - а; гр, - а; гр, - 2 а - :За; )/гщ, г, =а,при таких нагрузках, чтобы соответствующие 60 номинальные напряжения были пропорциональны их амплитудным значениям в условиях работы деталей на опасном расчетном режиме, приведенным к симметричным циклам, затем находят для круговой галтели ра диуса гврг=а функцию"р. - )-( ) ( эк)ксм1 (сэк)макс / ) ехред Е. Селезнев орректор М. Лейзерман едактор Л. Жаворонкова д, 984 1 одписно ираж 875 аказ 3160 5 пографвя, пр. Сапунова,и для круговых галтелей радиусов гк, коэффициенты и выражают переменный радиус кривизны гпредлагаемого профиля галтелей уравнениемг = С, Стщ+(1 - Сл,где оэк(р) - эквивалентные напряжения в точках с 1 центральными углами ср опасной профильной линии круговой галтели;(зэк) макс - максимальное значение оск (гр); (сак),ом в эквивалентн номинальное напряжение с учетом общей неравномерности напряжений в зоне галтели; коэффициент Сь пропорциональный радиусу а, определяют из условия касания предлагаемого профиля галтели обеих сопрягаемых поверхностей детали, а коэффициенты т, Х и С - по формулам: 21 г;, 2)при (С(1, С при С ( 10и С=-1 при С) 1, так что среднее значение С = или приближенно С =. 1,4) +14), + 2 15 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при размещении начала координат в точке сопряжения профилей галтелей с наиболее важной из сопрягаемых поверхностей детали вначале находят подобный предлагаемому20 профиль галтели, точки которого располагают на радиальных линиях соответственно значе. ниям центрального угла гр профиля круговой галтели заданного радиуса а, а затем определяют координаты точек предлагаемого про 25 филя галтели как результат пропорционального изменения координат точек подобного профиля галтели таким образом, чтобы пред лагаемый профиль галтели касался второй с прягаемой поверхности детали,