Спосіб виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса

Реферат: Спосіб виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса полягає в тому, що втулка виготовлена з двох частин, обойми і гільзи, з пластичного матеріалу, спряжених між собою з натягом контактуючими поверхнями. Гільза є змінною і контактуючі поверхні між обоймою і гільзою є гладкими, для можливості відновлення втулки як матеріал гільзи використовують чавун, наприклад марки ЧХ28Д2, а як матеріал обойми, товщина стінки якої є сталою, - наприклад, сталь 60, і для отримання необхідного натягу спряжених між собою c c  обойми і гільзи, який визначають за формулою p  p  d 1  2  і знаходиться в межах 54E   1 E2  73мкм для втулок з внутрішнім діаметром 120-180 мм, а зусилля процесу запресування для забезпечення гарантованого натягу визначають за формулою P    d    q  f , та повинно знаходитись в межах 103,7-139,1 кН, при нагріванні обойми 170-194 °C протягом 0,25-0,3 год. UA 102291 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ВІДНОВЛЮВАНОЇ ЦИЛІНДРОВОЇ ВТУЛКИ ПОРШНЕВОГО НАСОСА UA 102291 U UA 102291 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі насособудування, а саме до поршневих бурових насосів. Відомий спосіб виготовлення циліндрової втулки (Патент РФ № 2422237, кл. В21K 21/00, В217 5/500, 2009). Проте даний відомий спосіб не забезпечує можливості виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса. Найбільш близьким аналогом є спосіб виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса, що складається із двох частин, обойми і гільзи, спряжених між собою з гарантованим натягом контактуючими поверхнями (А.С. СРСР № 817303, кл F04В 21/08, 1981). Спосіб включає на середній частині поверхні гільзи на відстані 1/12-1/16 довжини останньої, виконано почергово виступи і впадини, глибина яких перевищує величину натягу. В аналогу основним недоліком є швидке зношення втулок внаслідок нерівномірної деформації по всій довжині гільзи з причини здійснення контакту не по всій довжині зовнішньої поверхні гільзи з внутрішньою поверхнею обойми. Причому в даному випадку стінка гільзи має обмежену невелику товщину. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що гільза є змінною і контактуючі поверхні між обоймою і втулкою є гладкими, для можливості відновлення втулки як матеріал гільзи використовують чавун, наприклад марки ЧХ28Д2, а як матеріал обойми, - наприклад, сталь 60, і для отримання необхідного натягу спряжених між собою обойми і гільзи, який визначається за   формулою p  p  d c1  c 2  і знаходиться в межах 54-73 мкм для втулок з внутрішнім E E2   1  діаметром 120-180 мм, а зусилля процесу запресування визначається за формулою P    d    q  f , та повинно знаходитись в межах 103,7-139,1 кН, при нагріванні обойми 170194 °C протягом 0,25-0,3 год. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена відновлювана циліндрова втулка поршневого насоса. Відповідальним етапом виготовлення відновлюваної циліндрової втулки є, визначення зусилля запресування з'єднання з гарантованим натягом за формулою: P    d    q  f , (1) де q - контактне навантаження на спряжених поверхнях; d - номінальний діаметр спряження, мм;  - довжина з'єднання, мм; f - коефіцієнт тертя між спряженими поверхнями, при складанні нагріванням або охолодженням приймається f  0,12 (а при запресуванні 0,060,12). Температура нагрівання зовнішньої обойми при тепловому монтуванні з'єднання з гарантованим натягом: N   t   max  10 3  t   t n , (2) c d де Nmax - максимальний натяг посадки з'єднання, мкм;  - зазор, необхідний для зручності монтування з'єднання (рекомендується рівним 50-80 мкм);  - коефіцієнт лінійного розширення -6 -6 (значення коефіцієнта приймається для сталі 12·10 1/град, для чавуну 10,5·10 1/град);  t  - температура середовища, при якій проходить монтаж з'єднання; t n - зниження c температури після нагрівання до моменту монтування з'єднання (приймається 30-50 °C). Контактне навантаження q на спряжених поверхнях деталей, з'єднаних з гарантованим натягом N визначається з формули Ляме [7]: c c  N  10 3  q  d   1  2  , (3) E E2   1  де N - натяг, мкм; q - контактне навантаження на спряжених поверхнях, МПа; 45 c1 d - номінальний діаметр з'єднання, мм; E1 , E 2 - модулі пружності спряжених деталей, МПа; і c 2 - коефіцієнти, що визначаються за формулами (5), модуль пружності матеріалу для сталей приймається E  21  10 4 Мпа , для чавунів - E  11  10 4 Мпа . 1 UA 102291 U 2 5 10 2  d  d  1   1  1  d   2    , (4)  d   ; c  c1  2 2 1 2 2  d1   d  1   1  d   d  2 де d1 - діаметр отвору гільзи; d 2 - зовнішній діаметр обойми;  1 ,  2 - коефіцієнти Пуассона відповідно для матеріалу гільзи і обойми. Для сталей приймається 1  0,28 , для чавунів 1  0,25 . При складанні запресуванням згладжуються нерівності поверхонь і відповідно зменшується натяг у з'єднанні. Визначення зусилля від тертя поршня в відновлюваній циліндрової втулці визначається за формулою: PТЦ    d2   м  Pр   , (5) де Pр - робочий тиск в циліндрі, МПа; d 2 - діаметр поршня, м;  м - довжина гумової манжети, м;  - коефіцієнт тертя гуми по сталі   0,1 Необхідний розрахунковий натяг визначаємо за формулою: 15 20 c c  p  p  d 1  2  , (6) E   1 E2  де E1 , E 2 - модулі пружності деталей; c 1 , c 2 - коефіцієнти Ляме. Дійсний натяг    р При з'єднанні запресуванням:   р  1 2R z1  R z2  , (7) , де R z1 , R z2 - висота мікронерівномірностей поверхонь деталей, R z1 i Rz2  2  8 мкм . При складанні нагріванням:    р . За   - підбираємо посадку, для якої мінімальний натяг Nmin    . Еквівалентні напруження на внутрішній поверхні обойми визначаються за формулою: екв  t  r , (8) де  t ,  r - відповідно колові і радіальні напруження на вказаній поверхні. 2 25 30  d  1   d   2  , (9) t  q  2  d  1   d   2 r   q . Коефіцієнт запасу міцності зовнішньої обойми визначається з формули:   екв  T , (10) n де m - границя плинності матеріалу диска, МПа; n - коефіцієнт запасу міцності. Для товстостінних циліндрів розрахунок проводиться за формулою 2 d1 d d1 d2 P1  2 P2  2 P1  P2  1 2 2 2 2     2 ; (11) 2 2 2 2 d1 d d2 d1 d r 2  2 2 2 2 2 2 2 d1 d d1 d2 P1  P2  1 P1  2 P2  2 0  2 2  2 2  2 , (12) 2 d1 d2 d2 d1 d 2 2 r  2 2 2 2 2 2 UA 102291 U 5 2 2 де   i  0 - радіальні і тангенціальні напруження; d1 і d2 - зовнішній і внутрішній радіуси 2 2 d - радіус розрахункових точок. В даному циліндра; P1 і P2 - внутрішній і зовнішній тиск; 2 випадку P2  0 , максимальні напруження будуть на внутрішній стороні гільзи, тому d  d1 , а 2 2 найбільш небезпечними будуть точки, що лежать на зовнішній поверхні обойми. Так як діють два види напружень, то розрахунок краще вести за еквівалентним напруженням. Згідно з третьою теорією міцності ЕКВ  1  3 .В даному випадку 1  0 і 3    . Провівши перетворення і підставивши замість 1 , і  2 ,  0 і   їх значення, отримуємо: 10 15 20 25 2P   . (13) 2  d1    1  2   d2     2  Матеріал циліндрової втулки - сталь 60, для якої B  690 МПа , T  410 МПа , [8] де n - коефіцієнт запасу міцності (приймаємо n  2 ). Тоді згідно з формулою 10 :   90 МПа . Запишемо наступним чином: d 2P  2   , (14) 2 d2 d1 2  2 2 перетворюючи даний вираз отримаємо: ЕКВ  d2 d1  . (15)  2 2    2P Розраховуємо зовнішній діаметр циліндрової втулки при мінімальній товщині стінки: d  d2 , (16) Sмін  1 2 де d2  180 мм , d1  210 мм . Напруження в стінках циліндрів: d d 1,3  1  0,4  2 2 2  P , (17)  d1 d2  2 2 де P - тиск в циліндрі. В результаті проведення статичного, контактного розрахунку на ЕОМ за допомогою програм Math cad, Solid work, ANSYS отримали параметри пресового з'єднання біметалевих циліндрових втулок. 3 UA 102291 U Таблиця Результати розрахунку пресованого з'єднання Контактний Найбільше Зусилля, тиск, МПа напруження Найбільше від Внутрішній стискування у Еквівалентні Коефіцієнт зусилля тертя діаметр Посадка, тип втулці під час напруження, запасу запресування, поршня гільзи, мм її МПа міцності кН в гільзі, Nmax Nmin запресування, кН МПа Ø 120 139,1 30,5 7,1 1,5 70,9 21,1 Посадка з Ø 130 138,1 31,4 7,0 1,5 69,9 22,8 Ø 140 136,5 32,3 гарантованим 6,0 1,3 60,0 21,7 натягом, Ø 150 133,5 33,2 5,5 1,4 54,9 22,6 2 Ø 160 122,6 34,1 4,7 1,2 47,3 22,8 H8 Ø 170 117,8 35,0 4,3 1.3 42,9 25,2 s7 Ø 180 103,7 36,5 3,6 1,1 35,7 27,3 5 На кресленні показана відновлювана циліндрова втулка, яка складається із двох частин обойми 1 та змінної втулки 2. Причому діаметр d контактуючих поверхонь обойми і втулки є сталим, також зовнішній діаметр обойми є незмінним, а змінним залишається тільки внутрішній діаметр d2 змінної гільзи. Сталою також залишається товщина t стінки обойми. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб виготовлення відновлюваної циліндрової втулки поршневого насоса, що включає виготовлення втулки з двох частин, обойми і гільзи, з пластичного матеріалу, спряжених між собою з натягом контактуючими поверхнями, який відрізняється тим, що гільза є змінною і контактуючі поверхні між обоймою і гільзою є гладкими, для можливості відновлення втулки як матеріал гільзи використовують чавун, наприклад марки ЧХ28Д2, а як матеріал обойми, товщина стінки якої є сталою, - наприклад, сталь 60, і для отримання необхідного натягу c c  спряжених між собою обойми і гільзи, який визначають за формулою p  p  d 1  2  і E   1 E2  знаходиться в межах 54-73 мкм для втулок з внутрішнім діаметром 120-180 мм, а зусилля процесу запресування для забезпечення гарантованого натягу визначають за формулою P    d    q  f , та повинно знаходитись в межах 103,7-139,1 кН, при нагріванні обойми 170194 °C протягом 0,25-0,3 год. 4 UA 102291 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5