Определение допустимого смещения отверстий во фланцах муфты

Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению машины.

Технические требования и нормы точности вытекают из служебного назначения машины. Разработка их представляет, значительные сложности. Конструкторы зачастую оговаривают их в неявной форме (не выражая цифрами); что зачастую приходиться уточнять технологам.

Разработке или приведению анализа соответствие технических требований и норм точности служебному назначению машины могут способствовать:

1. исследование физической сущности явлений, сопутствующих работе машины;

2. эксперименты на опытных образцах;

3. изучение опыта эксплуатации машин подобного типа;

4. суждение логического типа технолога (его опыт).

Для перехода от требований служебного назначения машины к размерным параметрам машины следует:

1. выявить исполнительные поверхности машины;

2. выявить связи исполнительных поверхностей, посредством которых машина выполняет свое служебное назначение;

3. осуществить переход от номинальных значений и допусков параметров продукции и процесса к параметрам связей исполнительных поверхностей машины;

4. преобразовать в номиналах и допусках параметры связей исполнительных поверхностей машины в параметры размерных связей, установить нормы точности размеров относительно положения и направления движения исполнительных поверхностей машины.

Переход от параметров качества продукции и процесса к параметрам связей исполнительных поверхностей может быть осуществлен следующим путем.

В общем виде любой параметр машины можно представить в виде зависимости от ряда других параметров

(3.1)

Для составления этого уравнения необходимо разобраться в явлениях и процессах происходящих в машине и оценить эти явления с качественной стороны. Качественная оценка позволяет установить причины возникновения отклонений, выявить их структуру.

Отклонения х₁, х₂ … носят случайный характер и должны быть ограничены допусками, исходя из допуска на отклонение функции у по формуле

(3.2)

где - передаточное отношение, учитывающее степень влияния отклонения аргумента х_i на отклонение функции у, i– порядковый номер аргумента, к_хi – коэффициент, учитывающий закон рассеяния отклонений аргумента х_i; d_i– поле допуска ограничивающее отклонения аргумента..При рассеянии отклонений по нормальному закону к_{х i} = 1

Соответствие технических требований и норм точности служебному назначению изделия продемонстрируем на примере муфты

Функциональное назначение муфты во многом определяется допуском соосности восьми отверстий расположенных по окружности муфты, в которые устанавливаются на пальцы, передающие крутящий момент на турбоблок. Одновременно пальцы служат заклепками, являясь, таким образом, предохранительными элементами при возникновении нештатных ситуаций, в частности при заклинивании ротора по каким либо причинам.

Произведем размерный анализ позволяющий оценить необходимую точность изготовления отверстий и осей их расположения относительно оси муфты.

На смещение осей отверстий в двух собираемых совместно муфтах оказывает влияние отклонение оси отверстия от заданного радиуса их расположения и угловое смещение. (рис.3.2)

Из рисунка видно, что отклонение осей отверстий во фланцах Δρ равно

(3.3)

где Δу – равно погрешности отклонения оси отверстия в радиальном направлении, то есть равно допуску на радиус расположения отверстия на фланце; Δх приблизительно равно длине дуги охватываемой углом Δα, которая равна угловой погрешности расположения оси отверстия относительно заданного положения. Так как угол Δα очень мало отличается от радиуса расположения оси отверстия, то будем считать, что длина дуги, охватываемая углом Δα равна длине хорды, то есть приблизительно равна Δх. Если дуга Δα измеряется в радианах, то длина дуги равна

Если угол измеряется в градусах, длина дуги будет равна

(3.4)

где R_o – радиус окружности, на котором расположены отверстия во фланце.

Как видно из рисунка при указанных выше предельных отклонениях по угловому и радиальному направлению в отверстии можно установить палец имеющий диаметр r_п. При этом палец должен устанавливаться с гарантированным зазором, поэтому на него необходимо задать отрицательный допуск.

Необходимо также учесть допуск на размеры самих отверстий которые позволят установить палец в оба отверстия, уменьшенный в размерах на сумму допусков каждого из отверстия. Таким образом номинальный размер пальца устанавливаемого с зазором будет иметь значение

(3.5)

Полученный результат позволяет определить условие сборки муфты исходя из назначенных допусков на отверстия и допусков на отклонения осей отверстий в радиальном и угловом направлениях.

Вторым по значимости вопросом является решение вопроса о количестве отверстий, которые должны определяться по допускаемым контактным напряжениям и развиваемому турбиной крутящему моменту. Этот вопрос требует решения для того, чтобы минимизировать количество необходимых отверстий и их размеров, так как восемь отверстий, предлагаемых в базовой конструкции муфты, ничем не обоснованы. Меньшее количество отверстий позволяет уменьшить расходы на дополнительные переходы при сверлении.

Максимальный крутящий момент, действующий на муфту равен

Рисунок. 3.2. Расчетная схема для определения собираемости пальца и отверстий в муфте

(3.6)

где z – количество отверстий Q – касательная сила, действующая на один палец. Эту силу можно определить, используя контактную задачу о давлении двух цилиндров с параллельными осями, один из которых является выпуклым, а другой вогнутый

При условии, что и , где Е – модуль упругости, µ - коэффициент Пуассона. Эта сила равна

(3.7)

где

(3.8)

(3.9)

σ_m максимально, допустимое напряжение в центре контакта; с – ширина контакта между поверхностью пальца и поверхностью отверстия..

Максимальная мощность, развиваемая муфтой, будет равна

(3.10)

Коэффициент запаса

(3.11)

Подставим исходные данные: R_o =162мм; σ_m = [σ ]= 3 кг/мм²; Е = 12.1·10⁴ кг/мм² ; n =7000 мин^-1; z=8; q=Q/L_n

Для решения задачи использовалось прикладное обеспечение MathCAD (см. приложение)

Дата добавления: 2014-11-29