Контроль прессовых соединений на основе закономерностей их деформирования при локальном тепловом воздействии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований возможности использования тензометрии при локальном импульсном тепловом воздействии для контроля натяга прессовых соединений колец подшипников с валами. Изготовлены образцы прессовых соединения с натягами в диапазоне от 38 до 118 мкм. В результате исследования закономерностей распространения теплового потока в кольцах подшипников и образцах натяга контактным методом и средствами тепловизионного контроля показана возможность разделения деформаций, связанных с влиянием температуры на область измерения деформаций и градиента температуры в области нагрева. Экспериментально реализованы способы контроля прессового соединения при воздействии на кольцо нагревателя с запасом тепловой энергии 80 кДж и температурой 200 °С и измерением деформаций кольца и вала оптико-поляризационным датчиком с базой 60 мм и ценой наименьшего разряда 2×10–7 относительных единиц деформаций. Установлена корреляционная связь времени достижения максимума локальных деформаций вала с натягами прессовых соединений и знака деформаций кольца подшипника с неплотностью прессовой посадки, зазором между кольцом и валом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Бехер

Сибирский государственный университет путей сообщения

Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

А. А. Попков

Сибирский государственный университет путей сообщения

Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

А. С. Выплавень

Сибирский государственный университет путей сообщения

Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

В. Н. Федоринин

Филиал ИФП СО РАН «Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники»

Автор, ответственный за переписку.
Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 630090 Новосибирск, просп. акад. Лаврентьева, 2/1

В. И. Сидоров

Филиал ИФП СО РАН «Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники»

Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 630090 Новосибирск, просп. акад. Лаврентьева, 2/1

С. П. Шляхтенков

Сибирский государственный университет путей сообщения

Email: shlyakhtenkow@gmail.com
Россия, 630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

И. Ю. Кинжагулов

Национальный исследовательский университет ИТМО

Email: fedorinin55@mail.ru
Россия, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский просп., 49, литера А

Список литературы

  1. Carpenter Chris. Fatigue Testing of Shrink-Fit Couplings for Joining High-Strength-Steel Riser Pipe // Journal of Petroleum Technology. 2015. V. 65. P. 108—111.
  2. Безъязычный В.Ф., Федулов В.М. Методика технологического обеспечения эксплуатационных показателей при сборке соединений с натягом // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2020. № 6. С. 270—276.
  3. Hehe Kang, Zhi-Min Li, Tao Liu, Guang Zhao, Jianping Jing, Wei Yuan. A novel multiscale model for contact behavior analysis of rough surfaces with the statistical approach // International Journal of Mechanical Sciences. 2021. V. 212.
  4. Kogu Lior, Etsion Izhak. A Finite Element Based Elastic-Plastic Model for the Contact of Rough Surfaces // Tribology Transactions. 2003. V. 46. No. 3. P. 383—390.
  5. Кулиев С.А., Мамедов А.Ф. Определение напряжений в ступице соединения с натягом при нагружении // Вестник машиностроения. 2019. № 7. С. 27—30.
  6. Рожкова Е.А., Четвериков С.В. Методика проведения экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния профильных соединений с натягом // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2018. Т. 19. № 1. С. 46—58.
  7. Мамедов, А. Ф. Расчет соединения с натягом на ударную нагрузку // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2019. № 4. С. 85—87.
  8. Матлин М.М., Казанкин В.А., Казанкина Е.Н. Методы повышения эффективности контроля затяжки резьбовых соединений // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2020. № 7. С. 40—42.
  9. Boutoutaou H., Bouaziz M., Fontaine J.F.. Modeling of interference fits taking form defects of the surfaces in contact into account // Materials & Design. 2011. V. 32. No. 7. P. 3692—3701.
  10. Wang X., Lou Z., Wang X., Wang Y., Hao X., Wang Z. Automatic press-fit assembly of small precision interference fitting parts: armature of electro-hydraulic servo valve // Assembly Automation. 2019. V. 39. No. 5. P. 986—998.
  11. Kupriyanov O., Trishch R., Dichev D., Hrinchenko H. Experimental Studies on the Form Error Effect of the Part Mounting Surface on the Strength Quality Parameter of the Interference Fit Joints // Advanced Manufacturing Processes V. 2023. V. 10.
  12. Bedlaoui Allal, Boutoutaou Hamid. Effect of interference and form defect on the cohesion of the shrink-fit assembly // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. V. 128.
  13. Букеткин Б.В., Семенов-Ежов И.Е., Ширшов А.А. Релаксация напряжений в болтовых соединениях с радиальным натягом // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 10 (94). С. 1.
  14. Arslan M.A. Coupled thermal/structural contact analyses of shrink-fit tool holder // Journal of Engineering Manufacture. 2014. V. 228 (5). P. 715—724.
  15. Wang X., Lou Z., Wang X., Hao X., Wang Y. Prediction of stress distribution in press-fit process of interference fit with a new theoretical model // Journal of Mechanical Engineering Science. 2019. V. 233 (8). P. 2834—2846.
  16. Saeedi R., Sadeghi M. Investigation of insert-hole interference fit influence on downhole drilling bit failure // Journal of Engineering Manufacture. 2020. V. 234 (14). P. 1752—1761.
  17. Santus C. Initial orientation of the fretting fatigue cracks in shrink-fit connection specimens // Frattura ed Integrità Strutturale. 2019. V. 13(48). P. 442—450.
  18. Saeed Muhammad, Falter Jan, Dausch Valesko, Wagner Markus, Kreimeyer Matthias, Eisenbart Boris. Artificial intelligence techniques for improving cylindrical shrink-fit shaft-hub couplings // Proceedings of the Design Society. 2023. V. 3. P. 645—656.
  19. Zhou D., Lan S., Gao X. et al. Nondestructive Surface Threshold Definition for Remanufacturing Disassembly of Interference Fit // Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2018. V. 19. P. 1735—1743.
  20. Bo You, Zhifeng Lou, Yi Luo, Yang Xu, Xiaodong Wang. Prediction of Pressing Quality for Press-Fit Assembly Based on Press-Fit Curve and Maximum Press-Mounting Force // International Journal of Aerospace Engineering. 2015. V. 2015. P. 10.
  21. Матлин М.М., Казанкина Е.Н., Казанкин В.А., Мозгунова А.И. Устройство для определения давления в соединении с натягом // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2018. № 9 (219). С. 80—83.
  22. Yang Liu, Mingxuan Li, Xiaofeng Lu, Qingsheng Li, Xiaolei Zhu. Pull-out performance and optimization of a novel Interference-fit rivet for composite joints // Composite Structures. 2021. V. 269.
  23. Wang Xingyuan, Liu Jiaxing, Lu Shujie, Wang Yue, Wang Xiaodong, Lou Zhifeng, Zhang Lixun. Connection force measurement of precision small interference components using ultrasound // Journal of Mechanical Engineering Science. 2023.
  24. Муравьева О.В., Волкова Л.В., Муравьев В.В. Чувствительность электромагнитно-акустического метода многократной тени с использованием рэлеевских волн при контроле труб нефтяного сортамента // Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 48—57.
  25. Муравьев В.В., Волкова Л.В., Платунов А.В., Булдакова И.В., Гущина Л.В. Исследования структурного и напряженно-деформированного состояния рельсов текущего производства методом акустоупругости // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2018. Т. 21. № 2. С. 13—23.
  26. Бехер С.А., Степанова Л.Н., Рыжова А.О., Бобров А.Л. Контроль натяга колец подшипников поверхностными волнами с использованием эффекта акустоупругости // Дефектоскопия. 2021. № 4. С. 13—21.
  27. Буйносов А.П., Ветлугина О.И., Гузенкова Е.А. Разработка ультразвукового способа контроля натяга бандажа на ободе колесного центра при насаженных бандажах // Наука и образование транспорту. 2022. № 1. С. 13—15.
  28. Булдакова И.В., Волкова Л.В., Муравьев В.В. Распределение напряжений в образцах труб магистральных газопроводов со сварным соединением // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18. № 1. С. 4—8.
  29. Król Roman, Siemiątkowski Zbigniew. The analysis of shrink-fit connection – the methods of heating and the factors influencing the distribution of residual stresses // Heliyon. 2019. V. 5. No. 11.
  30. Wu X., Li C., Sun S., Tong R., Li Q. A Study on the Heating Method and Implementation of a Shrink-Fit Tool Holder // Energies. 2019. No. 12.
  31. Федоринин В.Н., Сидоров В.И. Поляризационные оптические датчики для измерения физических величин // Журнал аналитической химии. 2005. Т. 55. № 7.
  32. Федоринин В.Н., Бехер С.А., Выплавень В.С. Оптическая тензометрия в задаче взаимодействия колесо-рельс // Автометрия. 2023. Т. 59. № 3. С. 33—42.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Постановка задачи.

Скачать (477KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эскиз образцов соединений кольца с осью с натягом n после (а) и до (б) прессовой посадки.

Скачать (305KB)
Метаданные
4. Рис.3. Схема испытаний: образец прессового соединения с датчиком деформаций, термистором и нагревающим брус- ком (а); места измерения температуры и деформаций (б).

Скачать (1016KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость температуры от времени при испытаниях на расстоянии от нагретого бруска 35 мм (а) и 124 мм (б) рядом с датчиком деформаций.

Скачать (414KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Термограммы поверхности кольца через 20 с (а) и через 80 с (б) после начала нагрева и температурные профили в полулогарифмическом масштабе (в).

Скачать (543KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Временные зависимости деформаций кольца подшипника, измеренные датчиком поз. 2 рис. 3б, при испытаниях свободного кольца, образца без натяга и образца с натягами.

Скачать (240KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты моделирования методом конечных элементов свободного кольца подшипника и прессового соединения с натягом: зависимости деформаций (а) и температуры (б) от времени, форма свободного кольца и температурное поле через 2 с (в) и 98 с (г) после начала нагрева.

Скачать (791KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Временные зависимости деформаций (а) валов прессовых соединений с различными натягами, измеренные датчиком поз. 2 рис. 3б, и скорости изменения деформаций, усредненные на интервале 2 с (б) и 50 с (в).

Скачать (598KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах