Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04621911310.12737/article_5a1d9a1d781291.98396482Технические наукиТехнические наукиPREVENTION OF CRACK FORMATION IN DETAILS IN PROVISION OF RELIABLE COMPOUNDS WITH A TENSIONПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В ДЕТАЛЯХ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ НАДЕЖНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ С НАТЯГОМПоповСергей ДмитриевичPopovSergey Dmitrievichsd.popov@omgau.orgРусановАнатолий НиколаевичRusanovAnatoliy Nikolaevichnml6464@mail.ruОмский государственный аграрный университет им. А.Г. СтолыпинаOmsk State Agrarian University A. G. StolypinОАО «Черлакагросервис»ЧерлакРоссияОАО «Черлакагросервис»ЧерлакRussian Federation123P457681https://zh-szf.ru/en/nauka/article/19113/view
При ремонте сельскохозяйственной техники широко используется запрессовка ремонтных втулок для восстановления изношенных деталей. В процессе сборки соединения в охватывающей детали зачастую образуются трещины, причиной которых могут служить как дефекты её поверхности, так и дефекты структуры. Поэтому повышение трещиностойкости прессового соединения при сборке является актуальной задачей. В работе проведен анализ влияния геометрии охватывающей детали на сопротивление разрушению. Так как полную информацию о дефектах методами неразрушающего контроля возможно получить лишь в отдельных случаях, использована методика моделирования дефектов поверхностной трещины полуэллиптической формы. Для оценки трещиностойкости используется силовой критерий механики разрушения – коэффициент интенсивности напряжений. В результате было установлено, что существенное влияние на трещиностойкость прессового соединения оказывает соотношение между толщиной стенки охватывающей детали и ее наружным диаметром, что позволяет за счет изменения этих параметров снижать вероятность зарождения и развития трещин. Такая методики может быть использована в случаях, когда для сборки соединения используется механический – с помощью пресса и термический – с нагревом охватывающей детали, способы сборки. Наибольшая прочность соединения достигается при охлаждении охватываемой детали в процессе сборки, но в этом случае вероятность образования и роста трещин повышается. Это связано с уменьшением критического коэффициента интенсивности напряжений (вязкости разрушения), являющегося механической характеристикой трещиностойкости при понижении температуры охватывающей детали. Снизить влияние этого фактора можно применением комбинированного способа сборки соединения с помощью охлаждения охватываемой и нагрева охватывающей детали. Для оценки сопротивления разрушению при низких температурах оптимальным является проведение натурных испытаний, где в качестве факторов эксперимента выступают температуры охлаждения и нагрева деталей прессового соединения.
When repairing agricultural machinery, the pressing of repair bushings for the restoration of worn parts is widely used. In the process of assembling a joint in the external part, cracks are often formed, which can be caused either by defects in its surface or by structural defects. Therefore, increasing the crack growth resistance of the press connection during assembly is an urgent task. The work analyzes the impact of the geometry of the external part on the resistance to fracture. Since it is possible to obtain complete information on defects by nondestructive testing methods only in individual cases, a technique for modeling the defects of the surface crack of a semielliptical shape was used. To evaluate the crack resistance, the force criterion of fracture mechanics is used - the stress intensity factor. As a result, it was found that the relationship between the thickness of the wall of the external part and its outer diameter makes a significant impact on the fracture toughness of the compression joint, which makes it possible to reduce the probability of nucleation and development of cracks by changing these parameters. Such a technique can be used in cases where the mechanical assembly is used for assembling the connection - by means of a press and a thermal one - with heating of the external part, methods of assembly. The greatest strength of the connection is achieved by cooling the internal part during assembly, but in this case the probability of formation and growth of cracks increases. This is due to a decrease in the critical stress intensity factor (fracture toughness), which is a mechanical characteristic of crack resistance when the temperature of the external part is lowered. The effect of this factor can be reduced by using a combined method of assembling the joint by cooling the internal and heating the external part. To evaluate the fracture resistance at low temperatures, it is optimal to carry out full-scale tests, where the cooling and heating temperatures of the press connection parts act as experimental factors.
соединение с натягомтрещиностойкостьрастягивающие напряжениякоэффициент интенсивности напряженийвязкость разрушения.joint with interferencecrack resistancetensile stressesstress intensity factorfracture toughness.
В настоящее время одними из наиболее распространенных неподвижных соединений являются соединения с гарантированным натягом, поэтому исследование влияния конструктивных и технологических факторов на прочность соединения является актуальной задачей.При ремонте соединений способом вставки ремонтной втулки при сборке зачастую наблюдается появление трещин в охватывающей детали. При уменьшении величины натяга возможен сдвиг деталей и потеря герметичности [1, 2, 3].Целью исследования является предотвращение трещинообразования в деталях и обеспечение надежности соединений с натягом.Условия, материалы и методы исследований. Прессовые соединения состоят из двух деталей (рисунок 1а) [3]. Натяг возникает вследствие разности диаметров охватываемой и охватывающей деталей. При сборке в соединении возникают силы трения, препятствующие их взаимному смещению.Несущую способность соединения обеспечивает контактное давление, которое возникает в стыке деталей после запрессовки. Это давление должно быть таким, чтобы силы трения превышали внешние сдвигающие силы.При действии внешней осевой силы Pоc величина контактного давления qос вычисляется по формуле: qoc≥ PоcK/fπdL, (1) где K – коэффициент запаса сцепления, K = 1,5-2,0, f – коэффициент трения, L – длина стыка. При нагружении вращающим моментом Mвр: qвр≥2Mвр K/fπd2L. (2)
Редреев Г.В., Евстифеев В.В., Русанов А.Н., Евсеев Ю.А. Надежность посадки с натягом при восстановлении крышки корпуса турбокомпрессора. // Омск: Вестник СибАДИ, -№2(42) , -2015. - С.37-40.Redreev G.V., Evstifeev V.V., Rusanov A.N., Evseev Yu.A. Reliability of landing with interference when restoring the cover of the turbocharger housing. [Nadezhnost posadki s natyagom pri vosstanovlenii kryshki korpusa turbokompressora]. Omsk: Vestnik SibADI. - The herald of SibADI. -№2(42) , -2015. - P. 37-40.Редреев Г.В., Попов С.Д., Редреев П.Г., Русанов А.Н. Надежность тонкостенных деталей в посадках с натягом // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1; URL: www.science-education.ru/125-19749 (дата обращения: 10.04.2017).Redreev G.V., Popov S.D., Redreev P.G., Rusanov A.N. Nadezhnost tonkostennykh detaley v posadkakh s natyagom. // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. [Reliability of thin-walled parts in fitings with interference. // Modern problems of science and education]. 2015. - № 1; Available at: www.science-education.ru/125-19749 (date of access: 10.04.2017).Рязанцева И.Л. Теория и проектирование соединений с гарантированным натягом. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. - 161 с.Ryazantseva I.L. Teoriya i proektirovanie soedineniy s garantirovannym natyagom. [Theory and design of connections with guaranteed interference]. - Omsk: Izd-vo OmGTU, 2015. - P. 161.Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. - М.: Машиностроение, 1973. - 201 с.Makhutov N.A. Soprotivlenie elementov konstruktsiy khrupkomu razrusheniyu. [Resistance of structural elements to brittle fracture]. - M.: Mashinostroenie, 1973. - P. 201.Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 328 с.Matvienko Yu.G. Modeli i kriterii mekhaniki razrusheniya. [Models and criteria for fracture mechanics]. - M.: FIZMATLIT, 2006. - P. 328.Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. В 2-х томах. / Пер. С англ. Под ред. Ю. Мураками. - М.: Мир, 1990Spravochnik po koeffitsientam intensivnosti napryazheniy. V 2-kh tomakh. / Per. s angl. [Handbook on stress intensity factors. In 2 volumes. / Translated from English]. Edited by Yu. Murakami. - M.: Mir, 1990Хеллан К. Введение в механику разрушения: / Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 364 с.Khellan K. Vvedenie v mekhaniku razrusheniya: / Per. s angl. [Introduction to the fracture mechanics: translated from English]. - M.: Mir, 1988. - P. 364.Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.Makhutov N.A. Deformatsionnye kriterii razrusheniya i raschet elementov konstruktsiy na prochnost. [Deformation criteria for destruction and calculation of structural elements for strength]. - M.: Mashinostroenie, 1981. - P. 272.Леонов В.П., Васильев А.К. Разработка подходов к нормированию технологической дефектности сварных соединений конструкций различного назначения. // Вопросы материаловедения. - 2007. - №3(51). - С. 187-203Leonov V.P., Vasilev A.K. Development of approaches to the standardization of technological defects in welded joints of structures for various purposes. [Razrabotka podkhodov k normirovaniyu tekhnologicheskoy defektnosti svarnykh soedineniy konstruktsiy razlichnogo naznacheniya]. // Voprosy materialovedeniya. - Problems of materials science. - 2007. - №3(51). - P. 187-203Скворцов Ю.В., Глушков С.В. Моделирование несквозных поверхностных трещин в тонкостенных конструкциях. Вестник СГАУ. - 2011. - №3(27). - Ч. 4. - С. 187-191Skvortsov Yu.V., Glushkov S.V. Simulation of non-penetrative surface cracks in thin-walled structures. [Modelirovanie neskvoznykh poverkhnostnykh treschin v tonkostennykh konstruktsiyakh]. Vestnik SGAU. - The herald of SSAU. - 2011. - №3(27). - Part 4. - P. 187-191Глушков С.В., Скворцов Ю.В., Перов С.Н. Сравнение результатов решения задачи механики разрушения для трубы с несквозной трещиной // Вестник ПНИПУ. - 2014. - №3. - С. 36-46Glushkov S.V., Skvortsov Yu.V., Perov S.N. Comparison of the results of solving the fracture mechanics problem for a pipe with a blind crack. [Sravnenie rezultatov resheniya zadachi mekhaniki razrusheniya dlya truby s neskvoznoy treschinoy]. Vestnik PNIPU. - Herald of PNIDU. - 2014. - №3. - P. 36-46Перов С.Н., Скворцов Ю.В., Цапурин К.А. Коэффициенты интенсивности напряжений для труб с несквозными трещинами. // Известия Самарского научного центра РАН. т. 10. - №3. - 2008. - С. 905-910Perov S.N., Skvortsov Yu.V., Tsapurin K.A. Coefficients of stress intensity for pipes with blind cracks. [Koeffitsienty intensivnosti napryazheniy dlya trub s neskvoznymi treshchinami]. // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. - Proceedings of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Vol. 10. - №3. - 2008. - P. 905-910Справочник по сопротивлению материалов. / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. // ; Киев: Наук. думка, 1988. - 736 с.Spravochnik po soprotivleniyu materialov. [Handbook on the resistance of materials]. / Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V. // Kiev: Nauk. dumka, 1988. - P. 736.Броек Д. Основы механики разрушения. / Пер. с англ. - М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.Broek D. Osnovy mekhaniki razrusheniya. / Per. s angl. [Fundamentals of fracture mechanics. / translated from English]. - M.: Vysshaya shkola, 1980. - P. 368.