Створення математичної моделі процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусі шестеренного насосу метод кінцевих елементів. Опис напружено-деформованого стану корпусу за моделлю Боднера-Партома. Гіпотеза однорідності і ізотропності матеріалу.
Аннотация к работе
Ця проблема може вирішуватися тільки на основі комплексного підходу, який включає як створення нових матеріалів так і розробку та освоєння ефективних методів зміцнення та підвищення працездатності.В умовах зростаючої навантаженості роботи машин, повязаної зі збільшенням потужностей, швидкостей, тиску, а також з підвищеними вимогами до точності їх роботи, питання підвищення працездатності та довговічності набувають виключно важливого значення. Перспективним способом підвищення жорсткості корпусу є управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях способом пластичного деформування, що знижує величини деформацій корпусу у процесі роботи насосу, підвищує втомну міцність матеріалу, а також заліковує мікротріщини. Теоретичні та експериментальні дослідження проводилися на підставі: положень фізики твердого тіла, що дозволили описати термовязкопластичну поведінку матеріалу корпусу в процесі управління внутрішніми напруженнями; матеріалознавства, що дало змогу прослідкувати зміни в матеріалі, які відбулися на мікрорівні та виявити причини підвищення механічних характеристик матеріалу; статистичної обробки експериментальних даних, за допомогою якої отримали модель зносного стану корпусу. При теоретичних дослідженнях використано метод кінцевих елементів, котрий дозволив адекватно описати закономірності формування внутрішніх напружень в корпусі, а також метод математичного планування багатофакторного експерименту, з допомогою якого отримали раціональні параметри процесу управління внутрішніми напруженнями, що повинно забезпечити достовірність отриманих наукових результатів. Дослідження отриманої математичної моделі корпусу від тиску робочої рідини дали змогу підвищити його питому жорсткість, довговічність та визначити раціональні параметри процесу управління внутрішніми напруженнями.Типовим представником корпусних деталей з алюмінієвих сплавів є корпус шестеренного насосу, який лімітує ресурс його роботи. Але цей спосіб не дозволяє одноразовим деформуванням досягти необхідного підвищення рівня механічних характеристик матеріалу корпусу, а отже і його довговічності. З метою зясування характеру і величини зношування корпусу проводили мікрометраж його поверхонь нутроміром марки НИ 50 - 100 з індикатором годинникового типу 1 МИГ. Працездатність та довговічність шестеренних насосів, які укомплектовані корпусами із сформованим полем внутрішніх напружень оцінювали за результатами стендових та експлуатаційних випробувань. У третьому розділі виконано моделювання процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусі шестеренного насосу з використанням методу кінцевих елементів.Аналіз науково-технічної літератури та виробничого досвіду показав, що існуючий рівень працездатності корпусу лімітує ресурс всього насоса і це повязано з його недостатньою жорсткістю і міцністю. Відомі методи підвищення жорсткості і міцності не враховують можливості управління внутрішніми напруженнями, а це є резервом для підвищення довговічності. Це дозволило запропонувати математичну модель процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях, що дало змогу розрахувати методом кінцевих елементів поле залишкових напружень та деформацій і виконати кероване формування внутрішніх напружень в корпусі з метою підвищення його жорсткості та працездатності. Отримані, методом математичного планування експерименту раціональні режими процесу управління внутрішніми напруженням становлять: відносна деформація корпусу - 5 %; кількість циклів - 5; температура нагрівання - 500ОС, а охолодження - 320ОС.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Аналіз науково-технічної літератури та виробничого досвіду показав, що існуючий рівень працездатності корпусу лімітує ресурс всього насоса і це повязано з його недостатньою жорсткістю і міцністю. Підвищити жорсткість і міцність корпусу можна шляхом формування в ньому внутрішніх залишкових напружень. Відомі методи підвищення жорсткості і міцності не враховують можливості управління внутрішніми напруженнями, а це є резервом для підвищення довговічності.
2. На основі результатів аналітичних і експериментальних досліджень встановлено взаємозвязок між параметрами управляючого впливу та напружено-деформованим станом корпусів з алюмінієвих сплавів. Це дозволило запропонувати математичну модель процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях, що дало змогу розрахувати методом кінцевих елементів поле залишкових напружень та деформацій і виконати кероване формування внутрішніх напружень в корпусі з метою підвищення його жорсткості та працездатності.
3. Отримані, методом математичного планування експерименту раціональні режими процесу управління внутрішніми напруженням становлять: відносна деформація корпусу - 5 %; кількість циклів - 5; температура нагрівання - 500ОС, а охолодження - 320ОС.
4. Виявлено рентгенографічним аналізом стискуючий характер залишкових напружень на поверхні корпусу. Сформовані залишкові напруження знижують деформації корпусу в 1,5…1,7 рази в порівнянні з існуючим аналогами. Отримані експериментальні результати дослідження напружено-деформованого стану корпусу узгоджуються з теоретичним обґрунтуваннями, що вказує на високу адекватність отриманої математичної моделі управління внутрішніми напруженнями. Це дозволяє з достатньою для практики точністю оцінити режими управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях з алюмінієвих сплавів та сформулювати практичні рекомендації щодо їх застосування.
5. Показано, що кероване формування внутрішніх напружень в корпусі дозволяє забезпечити більш дрібнозернисту структуру матеріалу, підвищити механічні характеристики: границі міцності і текучості матеріалу корпусу у 1,25…1,5 рази, твердість у 1,2…1,4 рази та підвищити зносостійкість у 1,2…1,5 рази у порівнянні з відповідними показниками заводської технології.
6. Проведені стендові та експлуатаційні випробування шестеренних насосів показали техніко-економічну ефективність запропонованого способу управління внутрішніми напруженнями. Формування внутрішніх напружень в корпусі дозволяє підвищити довговічність шестеренного насосу на 16...18%. Очікуваний економічний ефект від впровадження становить 17,01 грн. в розрахунку на один насос.
Список литературы
Кулєшков Ю.В., Дубовик В.О. Підвищення ефективності технології відновлення корпусів насосів типу НШ-У пластичним деформуванням // Збірник наукових праць КДТУ.-2000. Вип. 7, С. 170-174.
Здобувачем запропоновано використовувати багатократне пластичне деформування для підвищення якості відновлення корпусів гідронасосів.
Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Дубовик В.О., Сабірзянов Т.Г. Оптимізація технологічних параметрів при виготовленні та відновленні корпусів насосів типу НШ-У методом термопластичного деформування // Збірник наукових праць КДТУ.-2001. Вип. 10, С. 163-170.
Здобувачем отримано раціональні параметри виготовлення та відновлення корпусів насосів методом пластичного деформування.
Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Дубовик В.О. Підвищення надійності та довговічності шестеренних насосів типу НШ-У шляхом створення на внутрішній поверхні колодязів корпусу залишкових напружень стискування // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. 2001. Вип. 8, С. 143-148.
Здобувачем запропоновано підвищити працездатність та довговічність корпусів шестеренних насосів шляхом створення внутрішніх залишкових напружень на їх робочих поверхнях.
Кулєшков Ю.В., Дубовик В.О., Павлюк-Мороз В.А. Підвищення зносостійкості корпусів шестеренних насосів типу НШ-У шляхом їх термомеханічної обробки // Вісник технологічного університету “Поділля” 2002. Частина 1. С. 125-128.
Здобувачем встановлено, що управляючі впливи на матеріал корпусу при формуванні внутрішніх напружень підвищують його зносостійкість.
Кулєшков Ю.В., Дубовик В.О. Зміцнення корпусів шестеренних насосів типу НШ-У термомеханічною обробкою // “Вибрации в технике и технологиях”, Вінницький державний аграрний університет. 2002. №2 (28) С. 91-94.
Здобувачем запропоновано застосовувати термомеханічну обробку з метою керованого формування внутрішніх напружень у корпусі гідронасоса.
Дубовик В.О., Кулєшков Ю.В. Вплив деформаційно-термічної обробки на структуру і фізико-механічні властивості матеріалу корпусу шестеренного гідронасосу // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Підвищення надійності відновлюємих деталей”. Вип. 17. 2003. С. 36-39.
Здобувачем досліджено вплив деформаційно-термічної обробки на структуру і фізико-механічні властивості матеріалу корпусу гідронасоса.
Кулєшков Ю.В., Дубовик В.О. Дослідження фізико-механічних властивостей і структури матеріалу корпусу шестеренного насоса зміцненого деформаційно-термічною обробкою // Збірник наукових праць КДТУ.-2004. Вип. 34, С. 210-213.
Здобувачем досліджено фізико-механічні властивості і структуру матеріалу корпусу насоса після формування внутрішніх напружень.
Патент України. № 4493. В23Р6/00. Спосіб відновлення шестеренної гідромашини пластичним деформуванням. /Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Надворний Б.Є., Сенченков І.К., Дубовик В.О./ 15.03.2002. Бюл. №3.
Здобувачем запропоновано відновлювати корпус шестеренного насосу деформаційно-термічною обробкою, яка може бути використана для управління внутрішніми напруженнями при виготовленні.