Спосіб захисту порожнистих збірних валів-труб від фреттинг-втоми

Спосіб захисту порожнистих збірних валівтруб від фреттинг-втоми, який включає стикування двох або більше відрізків валів-труб, з'єднання валів-труб шляхом встановлення втулок, який відрізняється тим, що місця стикування відрізків валів-труб визначають розрахунковим шляхом за умови рівності нулю згинального моменту в місці стикування валів-труб. (19) (21) u201103678 (22) 28.03.2011 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) ОЩИПОК ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ, ЗАНІЧКОВСЬКА ЛЮБОВ ВОЛОДИМИРІВНА (73) ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЇ МЕДИЦИНИ ТА БІОТЕХНОЛОГІЙ ІМЕНІ С.З. ҐЖИЦЬКОГО 3 1. повне розділення поверхонь контакту; 2. виключення можливості відносного руху поверхонь контакту. Відомий пристрій для зняття шкур з туш великої рогатої худоби [Патент України № 34005, Бюл. № 10,2003]. Пристрій забезпечує зручне і якісне зняття шкур з можливістю вибору оптимального режиму, без зайвих витрат енергії і зі збереженням високої якості шкур. Недоліком пристрою є те, що в одному з вузлів з'єднані вал, ведуча зірочка, направляючий елемент і опора. З'єднання елементів не захищене від фреттинг-втоми. Відомий спосіб з'єднання елементів в пристрої паралельного приводу педалей навчального автомобіля [Патент України № 60771, Бюл. № 10,2003]. В пристрої наявні вал-труба приводу педалей гальма, втулка-труба, трубчастий вал приводу педалі. Спільними елементами обох способів є те, що спосіб включає стикування двох або більше відрізків валів-труб, з'єднання валів-труб шляхом встановлення втулок. Недоліком способу реалізованого в пристрої паралельного приводу (прототип) є те, що наявне з'єднання (валу-труби приводу педалей гальма втулки-труби і трубчастий вал приводу педалі) не захищене від фреттинг-втоми. Запропонований спосіб усуває недоліки прототипу і забезпечує захист від фреттинг-втоми порожнисті збірні вали-труби, а отже зберігає їх від руйнування. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб захисту порожнистих збірних валів-труб від фреттинг-втоми, а отже від руйнування. Поставлена задача вирішується тим, що місця стикування відрізків валів-труб визначають розрахунковим шляхом за умови рівності нулю згинального моменту в місці стикування валів-труб. При проведенні патентного пошуку заявником знайдено технічне рішення [Патент України № 60771, Бюл. № 10,2003], яке містить найбільшу кількість суттєвих ознак спільних з заявленим способом. Однак наявність зазначених, спільних з прототипом ознак, недостатня для отримання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак співпадали з заявленим, не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію "новизна". В патентній і науково-технічній літературі не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату: місця стикування відрізків валів-труб визначають розрахунковим шляхом за умови рівності нулю згинального моменту в місці стикування валів-труб. Запропонована корисна модель належить до машин і механізмів, зокрема до захисту від руйнування при циклічних переміщеннях валів і труб, а саме до захисту від руйнування двох або більше спряжених деталей. 64854 4 Отже, відповідає критерію "промислова придатність". Таким чином запропоноване технічне рішення є новим, є промислово придатним, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності корисної моделі, відповідно до статті 7 розділу II Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" № 1771-III. Для зменшення відносного переміщення поверхонь контакту центруючих втулок валу-труби і місця стикування окремих відрізків валів-труб вибрано не довільно, а з урахуванням форми зігнутої осі вала. Деформація пружного елемента, який в даному випадку представляє собою порожнисту збірну вал-трубу, відбувається на розрахунковий кут повороту і відповідний прогин. Кут повороту і прогин для різних конструкцій пружного елементу визначено методом інтегрування рівняння зігнутої осі стержня. Кривизну лінії y  f (x) , яка відповідає осі валутруби, розраховують за формулою [Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике.-8-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1966. - С. 500]: y K , 3 1  y 2 2 (1)   або за формулою кривизни лінії 1 y   , 3  1  y 2 2 (2) де,  - радіус кривизни пружного елементу валу-труби, м; y - прогин осі валу-труби, м; у" - кут повороту валу-труби, в градусах чи радіанах. [І.М. Ощипок. Розрахунок деформацій пружних елементів і вантажонесучих деталей розвантажувального пристрою// Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З. Ґжицького.-2001. - Т 3 (№ 1). - С. 175-178]. Якщо у" = 0, то кривизна дорівнює нулю, радіус кривизни рівний нескінченості це відповідає точкам перегину. З диференціального рівняння пружної лінії стержня випливає, що кривизна дорівнює нулю. Це дозволяє визначити місця січень вала-труби, в яких нормальні напруження і кривизна прямують до нуля. При виконанні стиків відрізків труб довгих валів в цих січеннях відносне переміщення поверхонь контакту центруючих втулок і вала-труби також прямує до нуля, а це призводить до виключення фреттинг-процесів і відповідно фреттингвтоми. Для визначення опорних моментів у статично невизначених конструкціях валів-труб використане рівняння трьох моментів, яке при постійному поперечному січенні вала має вид:    a   в Mn 1 n  2Mn (ln  ln 1)  2Mn 1 n 1  в n n  n 1 n 1 ,    n 1   n  (3) де Mn 1,Mn ,Mn 1 - момент відповідно на опорах n-1,n, n+1, Нм; 5  n ,  n 1 - відповідно довжини n- і n+1-го прольотів, м; n , n 1 - площі епюр згинальних моментів від заданого навантаження в основній системі відпо2 відно у прольотах n- і n+1, м ; аn - відстань від центру ваги n до лівої опори n-1,м; в - відстань від центру ваги n1 до правої n опори n+1,м. Обчисливши опорні моменти, складаємо рівняння згинальних моментів для довільного січення х статично не визначеного валау: M  Mn 1 0 Mnx  Mnx  n x  Mn 1 n , (4) 0 де Mnx - згинальний момент від зовнішнього навантаження, який обчислений для простої балки, Нм; З умови Мnх = 0 визначаємо абсциси поперечних січень валу-труби, в яких необхідно розміщати стики валів-труб довгого порожнистого вала-труби. У довгого вала-труби, який працює на кручення, основне навантаження, яке викликає згин власна вага, яка рівномірно розподілена за довжиною. На рисунку наведено результати розрахунку запропонованим способом для різних випадків спирання і кріплення валів-труб в підшипникових вузлах, жорсткість при згинанні const. А саме, розглянуто різні випадки навантаження валу-труби рівномірно розподіленим навантаженням q і відповідні до закріплення кінців і наяв 64854 6 ності проміжних опор епюри згинальних моментів, також відповідні розрахункові формули січень мінімального навантаження валу-труби. На рисунку (а) зображена ситуація, коли рівномірно розподілене навантаження q діє на валтрубу жорстко закріплену справа, а зліва опирається вільно. Для цього випадку х = 0,75 І. На рисунку (б) зображена ситуація, коли рівномірно розподілене навантаження q діє на валтрубу, закріплену зліва, а справа може переміщатись в поступальному напрямку. Для цього випадку х = 0,2111. На рисунку (в) зображена ситуація, коли рівномірно розподілене навантаження q діє на валтрубу жорстко закріплену зліва, яка справа вільно опирається на опору і наявна проміжна опора валу-труби. Для цього випадку x1   1  1 3  3 1 2 4 1    1 2 x2   2  1 3  3 1 2 4 2    1 2 ,а . На рисунку (г) випадок аналогічний до випадку на рисунку (а) з тією різницею, що наявна проміжна опора валу-труби. Для цього випадку x1  0,195 1; x 2  0,733 1; x1  0,214 2 . На рисунку (д) випадок аналогічний до випадку на рисунку (б) з тією різницею, що наявна проміжна опора валу-труби. Для цього випадку x  0,211 . Запропонований спосіб захисту машин і механізмів від фреттинг-втоми має велике економічне значення і значення для безаварійності роботи. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 64854 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601