Оптимизация соединения двух труб с натягом с помощью механического анализа
Соединение двух деталей методом посадки с натягом должно быть идеальным. Принцип Златовласки из сказки про трех медведей гласит "Не много и не мало, ровно столько, сколько надо". Этот принцип вполне применим и в механике: если посадка слишком свободная, детали не будут держаться; если слишком тугая, то их не получится соединить. Для обеспечения оптимальной работы конструкции, состоящей из соединенных между собой деталей, необходимо рассчитать параметры посадки с натягом. Для этого можно создать приложение, которое позволит точно рассчитать давление в зоне контакта и перемещение поверхностей двух соединенных деталей.
Определение идеальной посадки с натягомПри посадке с натягом, также известной как прессовая посадка, две детали соединяются с минимальным расстоянием между ними. Изначально внутренняя деталь имеет немного больший диаметр, чем внешняя. Внешняя деталь нагревается до тех пор, пока не увеличится в размере так, чтобы в ней поместилась внутренняя. После вставки внутренней детали внешняя по мере охлаждения сжимается, и таким образом устанавливается соединение. При неоптимальной посадке деталей соединение между ними может ослабнуть, потерять форму из-за остаточной пластической деформации или оказаться вовсе невозможным. При правильной посадке с натягом детали фактически сливаются воедино и остаются соединенными даже под воздействием высокого крутящего момента.
Неожиданный поворот в сказке про трех медведей: вместо тарелки с кашей идеальной температуры Златовласка находит параметры посадки с натягом, которая не слишком туга, но и не слишком свободна.
Оптимальная посадка с натягом уменьшает нежелательные явления в конструкции. Например, в конструкции шарикового подшипника посадка с натягом предотвращает проскальзывание подшипника на валу. Проскальзывание имеет место, если посадка с натягом слишком свободна; если же она слишком туга, то рабочая температура подшипника повышается и он изнашивается быстрее.
Для достижения наилучших характеристик конструкции посадку с натягом необходимо оптимизировать, исходя из назначения конструкции. Создав приложение для моделирования, можно эффективно оценить параметры, влияющие на посадку с натягом между двумя деталями.
Расчет посадки с натягом с помощью приложения для моделированияС помощью Калькулятора посадки с натягом можно вычислить и визуализировать оптимальную посадку с натягом для двух труб. В приложении предусмотрен раздел Исходные данные, в котором пользователь может ввести различные геометрические параметры и быстро и легко выполнить проверку конструкции.
В этом примере используются следующие исходные данные:
- Наружный диаметр внешней трубы, внутренний диаметр внутренней трубы и общий диаметр
- Радиальная посадка с натягом
- Длина контакта
- Коэффициент трения
Благодаря интуитивно понятному интерфейсу приложения можно легко рассчитать параметры посадки с натягом и визуализировать полученные результаты. Для запуска и просмотра результатов различных вариантов анализа пользователь может использовать конпки Вычислить, Вернуть значения по умолчанию, Создать отчет и Открыть документацию.
С помощью нескольких вкладок Результаты в приложении можно визуализировать влияние малейших изменений параметров на посадку с натягом для данной модели. В результатах для различных входных параметров отображается максимальный передаваемый крутящий момент и осевая сила, а также эффективное напряжение, давление контакта и деформация трубы.
Калькулятор посадки с натягом — это один из примеров приложений, которые можно создать с помощью Среды разработки приложений, встроенной в программный пакет COMSOL Multiphysics®. Разработчик приложения имеет возможность включить в него различные исходные данные и результаты в соответствии со своими потребностями.
Калькулятор посадки с натягом в действии.
С помощью приложения для моделирования можно проверить различные параметры и оптимизировать посадку с натягом для конкретной конструкции.