РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ПІДВИЩЕННЯ РЕСУРСУ ПІДШИПНИКОВИХ ВУЗЛІВ ТРАНСМІСІЙ
2.1. Теоретичні передумови щодо оцінки довговічності роботи вузла "корпус-стакан-підшипник"
До вузла "корпус-стакан-підшипник", фрагмент якого наведено на рисунку 2.1., входить двоє спряжень, а саме, "корпус-стакан" та "стакан-підшипник".
Рис. 2.1 Фрагмент вузла "корпус-стакан-підшипник"
1,2,3 - відповідно частини корпусної деталі, стакана та зовнішнього кільця підшипника.
Дзп - діаметр зовнішнього кільця підшипника, мм;
Двс - діаметр внутрішньої поверхні стакана, мм;
Дзс - діаметр зовнішньої поверхні стакана, мм;
Док - діаметр отвору корпусної деталі, мм.
Відомо, що при послідовному з'єднанні елементів механічних систем відмова одного елементу спричинює відмову всієї системи [75].
Ймовірність безвідмовної роботи системи з послідовним з'єднанням елементів визначається за формулою множення ймовірностей незалежних подій і дорівнює добутку ймовірностей безвідмовної роботи елементів [122]:
Р(t)=Р1?Р2...Рn. (2.1)
Тоді ймовірність безвідмовної роботи вузла "корпус-стакан-підшипник" визначиться за формулою:
Рв=Рк?Рзс?Рвс?Рn, (2.2)
де Рк - ймовірність безвідмовної роботи поверхні корпуса, що спрягається із стаканом;
Рз.с.- ймовірність безвідмовної роботи зовнішньої поверхні стакана;
Рв.с.- ймовірність безвідмовної роботи внутрішньої поверхні стакана;
Рn- ймовірність безвідмовної роботи зовнішньої поверхні кільця підшипника.
Поверхня зовнішнього кільця підшипника має значно більшу довговічність, тому приймаємо, що Рn?1 і в подальших розрахунках цю складову можна не враховувати [101].
Враховуючи, що розподіл наробітку на відмову вузла "корпус - стакан - підшипник" при коефіцієнті варіації 0,38 найкращим чином описується нормальним законом розподілу, то ймовірність безвідмовної роботи можна записати за відомою залежністю наступним чином [124]:
(2.3)
де і ? - параметри розподілу: відповідно середній наробіток до відмови і середнє квадратичне відхилення, t - наробіток до відмови, (всі параметри в мото-годинах).
Тоді загальний вираз для визначення ймовірності безвідмовної роботи вузла "корпус-стакан-підшипник" прийме вид:
x
x (2.4)
де - параметри розподілу для корпусної деталі; - параметри розподілу для зовнішньої поверхні стакана; - параметри розподілу для внутрішньої поверхні стакана.
Враховуючи, що інтеграли не можуть бути вирахувані прямим методом, для практичного застосування залежності (2.4) використано числовий метод інтегрування її складових - метод Гауса. Для цього розроблено відповідне програмне забезпечення.
За залежністю (2.4) визначається ймовірність безвідмовної роботи вузла для будь-якого періоду наробітку.
Ймовірність безвідмовної роботи внутрішньої поверхні корпуса, що знаходиться в спряженні стаканом, можна визначити за виразом [122]:
Рк=1-Кп.д.к, (2.5)
де Кп.д.к- коефіцієнт повторюваності дефекту корпуса від загальної кількості продефектованих деталей.
Ймовірність безвідмовної роботи зовнішньої та внутрішньої поверхонь стаканів можна визначити за виразом:[124]:
Рз.с.=1- Кп.д.з.с, (2.6)
Рв.с.=1- Кп.д.в.с, (2.7).
де Кп.д.з.с та Кп.д.в.с - коефіцієнти повторюваності дефекта відповідно зовнішньої та внутрішньої поверхні стакана від загальної кількості продефектованих стаканів.
Значення Кп.д.з.с, Кп.д.в.с , визначають згідно з відомою методикою [95] за виразами:
Кп.д.к = , (2.8)
де п.к.д - кількість корпусних деталей з дефектом отвору під стакан, шт;
п.к.п - загальна кількість продефектованих корпусних деталей, шт:
Кп.д.з.с = , (2.9)
Кп.д.в.с = , (2.10)
де пс.з.д та пс.в.д - кількість стаканів з дефектом відповідно зовнішньої та внутрішньої поверхонь стаканів, шт;
пс.п. - загальна кількість продефектованих деталей типу "стакан".
Значення коефіцієнтів визначаються при експериментальних дослідженнях зносів вказаних деталей та їх поверхонь.
Зважаючи на те, що ймовірність безвідмовної роботи стакана визначається як добуток ймовірностей безвідмовної роботи зовнішньої та внутрішньої поверхонь, а саме:
Рс= Рзс?Рв.с., (2.11)
що в кінцевому випадку буде значно меншим від Рк, можна зробити висновок, що ймовірність безвідмовної роботи вузла буде в основному визначатися ймовірністю безвідмовної роботи стакана. Тому всі подальші дослідження щодо підвищення довговічності (ресурсу) вузла "корпус-стакан-підшипник" сконцентрувати на технології відновлення стакана.
Проведений аналіз літературних джерел показав, що відновлення зношених деталей машин наплавленням є одним з найефективніших способів підвищення їх довговічності, який дозволяє відновлювати геометричні розміри зношених деталей, придавати наплавленому металу наперед задані фізичні властивості.
2.2. Зміна геометричних розмірів порожнистих деталей в процесі електродугового наплавлення
При використанні механізованих способів наплавлення досягається висока економічна ефективність процесу, так як маса нанесеного металу зазвичай невелика і становить 2-6 % від маси самої деталі.
Найбільш ефективним є відновлення по суміщеній технології, при якій нанесення металу суміщається, наприклад, із зміцненням або з пластичною деформацією [76].
Нагрівання деталей при зварюванні майже завжди супроводжується значними деформаціями або напруженнями які, в більшості випадків, небажані і потребують спеціальних мір для зменшення їх шкідливого впливу. Але, в певних умовах такі деформації можуть бути використані для досягнення тих чи інших технологічних або конструктивних ефектів. Зокрема, при відновленні внутрішнього розміру втулки можна наплавити зовнішню поверхню та використати ефект радіальної усадки матеріалу для компенсації спрацювання внутрішньої поверхні [77]. Радіальну усадку можна збільшити шляхом повторення наплавленн