RU2230236C1 - Вал - Google Patents
Вал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230236C1 RU2230236C1 RU2002127440/11A RU2002127440A RU2230236C1 RU 2230236 C1 RU2230236 C1 RU 2230236C1 RU 2002127440/11 A RU2002127440/11 A RU 2002127440/11A RU 2002127440 A RU2002127440 A RU 2002127440A RU 2230236 C1 RU2230236 C1 RU 2230236C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- parts
- outer part
- wall thickness
- inner part
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям валов, и может быть использовано в соединительных валах коробок передач, например, авиационного газотурбинного двигателя. У вала, содержащего по меньшей мере две детали, вставленные одна в другую и соединенные между собой, наружная деталь имеет толщину стенки 0,4-1,0 мм и выполнена из материала, предел прочности, предел текучести и предел выносливости которого соответственно на 20-25% ниже предела прочности, предела текучести и предела выносливости материала внутренней детали. Технический результат - повышение надежности работы и увеличение ресурса вала. 2 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям валов, и может быть использовано в соединительных валах коробок передач, например, авиационного газотурбинного двигателя.
Известен соединительный вал, предназначенный для передачи крутящего момента. Вал выполнен цельным, а передача крутящего момента осуществляется при помощи фланцевых соединений, стянутых болтами (см. Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей, - М.: Машиностроение, 1968, стр.107).
К недостаткам такого вала следует отнести:
- высокую вероятность его разрушения от комплекса внешних нагрузок. Под воздействием знакопеременных нагрузок, изгибающего и крутящего моментов в поверхностном слое вала зарождаются и развиваются микротрещины, которые могут вызвать его разрушение до отработки заданного ресурса и соответственно аварийную ситуацию;
- при проведении ремонта вал полностью приходится менять на новый, что невозможно в условиях эксплуатации; процесс ремонта вала характеризуется высокой трудоемкостью, а при внеплановом ремонте и значительными дополнительными затратами.
Наиболее близким к предложенному валу является вал, содержащий по меньшей мере две детали, вставленные одна в другую и соединенные между собой (см. Типовые приемы устранения технических противоречий, по адресу: www. trizminsk.org/c/pr/pr40-l.htm, рис. 15 или Г.С.Альтшуллер. Алгоритм изобретения, Московский рабочий, 1973, с.141-177).
Недостаток известного вала заключается в том, что наружная и внутренняя детали выполнены из одного и того же материала, поэтому появление дефектов на наружной детали не может являться сигналом о том, что нагрузки на внутреннюю деталь близки к критическим. Это приводит к снижению надежности вала из-за невозможности исключения досрочного выхода вала из строя и из-за невозможности исключения аварийной ситуации при эксплуатации, а также к снижению ресурса вала из-за невозможности своевременной диагностики дефектов всех деталей вала.
Задача изобретения - повышение надежности работы и увеличение ресурса вала.
Указанный технический результат достигается тем, что у вала, содержащего по меньшей мере две детали, вставленные одна в другую и соединенные между собой, наружная деталь имеет толщину стенки 0,4-1,0 мм и выполнена из материала, предел прочности, предел текучести и предел выносливости которого соответственно на 20-25% ниже предела прочности, предела текучести и предела выносливости материала внутренней детали.
Такое выполнение позволяет рассматривать наружную деталь как “вал - сигнализатор”, поскольку под воздействием эксплуатационных нагрузок поверхностные дефекты на ее поверхности зарождаются раньше, чем на внутренней детали и развиваются быстрее. Появление дефектов на наружной детали является сигналом о том, что нагрузки на внутреннюю деталь близки к критическим. Благодаря своевременному проведению профилактических и ремонтных работ, замене дефектной наружной детали на новую удается избежать дефектов внутренней детали, повысить надежность работы устройства (двигателя) с данным валом и увеличить ресурс вала. Нижние границы указанных пределов прочностных характеристик - предела прочности, предела текучести и предела выносливости материала - это минимально допустимые величины с точки зрения безопасной работы. Увеличение верхних границ (более 25%) указанного диапазона приводит к снижению точности диагностики, что может привести к созданию аварийной ситуации при эксплуатации.
Конкретное значение толщины стенки наружной детали определяется исходя из общей толщины стенки, диаметра и длины вала при необходимых (заданных) прочностных характеристиках, таких как предел прочности, предел текучести и предел выносливости материала. Нижняя граница толщины стенки (0,4 мм) выбирается из условия обеспечения достаточной прочности и жесткости конструкции детали в процессе ее изготовления. Наружная деталь вала с толщиной стенки меньше 0,4 мм при изготовлении и сборке вала в большей степени подвергается различного рода деформациям и ее функция как сигнализатора существенно снижается.
Изготовление наружной детали вала с толщиной стенки больше 1,0 мм экономически не оправдано, так как неизбежна отбраковка наружной детали, и не оправдано с точки зрения увеличения веса, так как его увеличение создает трудности при разборке, транспортировке и проведении исследований состояния наружной детали.
Наружная деталь может быть выполнена из углеродистых сталей, а внутренняя деталь - из легированных сталей, поскольку для углеродистых сталей основные физико-механические характеристики (предел прочности, предел текучести, предел выносливости) ниже этих же прочностных характеристик легированных сталей.
Наружная и внутренняя детали могут быть выполнены из цветных сплавов: титановых, алюминиевых, магниевых и других, но при этом обязательно выполнения условия, что прочностные характеристики наружной детали должны быть на 20-25% ниже прочностных характеристик внутренней детали.
Наружная деталь может быть выполнена из цветных сплавов, а внутренняя деталь изготовлена из сталей, или наоборот: наружная деталь - из сталей, а внутренняя деталь - из цветных сплавов. Варианты выбора материала деталей могут быть и другие, но обязательно выполнение условия вышеуказанного соотношения прочностных характеристик (предела прочности, предела текучести и предела выносливости) материала наружной и внутренней детали.
Это позволяет наружной детали выполнять функцию сигнализатора для проведения профилактического осмотра, диагностики, а при необходимости ремонта не только вала, а всей связанной с ним системы деталей и узлов.
В табл. 1 приведены примеры материалов, которые могут быть использованы для деталей вала.
При изготовлении вала, содержащего больше двух деталей, только одна из них считается наружной. Все остальные детали по отношению к ней являются внутренними.
При изготовлении вала, содержащего несколько внутренних деталей (от двух и более), внутренние детали вала могут иметь как и одинаковую толщину стенок, так и различную толщину стенок в зависимости от эксплуатационных нагрузок и конструктивных особенностей.
При изготовлении вала, содержащего несколько внутренних деталей (от двух и более), внутренние детали вала могут иметь различные прочностные характеристики. Например, внутреннюю деталь, последующую за наружной деталью, можно выполнять из материалов, прочностные характеристики (предел прочности, предел текучести и предел выносливости) материала которых на 10-15% ниже последующей внутренней детали. При этом должно сохраняться условие: наружная деталь выполняется из материала, прочностные характеристики (предел прочности, предел текучести и предел выносливости) которого на 20-25% ниже внутренней детали. Такое выполнение дает возможность достаточно точно, с погрешностью 0,9, определить состояние внутренней детали, последующей за наружной деталью, не прибегая к операциям разборки и контроля.
В табл. 2 даны примеры использования титановых сплавов для такого вала.
Наружная и внутренняя деталь вала представляют собой пустотелые бесшовные изделия, преимущественно кольцевого сечения, открытые с торцов (цилиндрическая оболочка), изготавливаемые известными способами, например ротационным выдавливанием, раскатыванием из толстостенных заготовок, штамповкой с последующем точением.
На фиг.1 изображен продольный разрез вала; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
Вал содержит наружную деталь 1, внутренние детали 2, крепежные элементы 3, присоединительный фланец 4.
Вал работает следующим образом.
Работа вала заключается в передаче крутящего момента от одной детали к другой при помощи присоединительных фланцев 4. В результате воздействия комплекса внешних нагрузок на поверхности наружной детали 1 вала образуются и развиваются микротрещины, приводящие к снижению и нарушению его работоспособности.
Важно то, что двигатель или любой другое устройство, в котором используется данный вал, в целом сохранит свою работоспособность даже при разрушении наружной детали 1, так как внутренние детали 2 вала, изготовленные из более прочного материала, чем наружная деталь 1 вала, будут продолжать выполнять свою функцию - передачу крутящего момента.
Контроль поверхности наружного вала осуществляется визуально или такими известными методами, как токовихревой, ЛЮМ, ЦМ (цветная магнитодефектоскопия).
Обнаружение дефектов является руководством для проведения профилактических и ремонтных работ деталей, связанных с работой вала, включая мероприятия по проверке взаимных биений, непараллельности и неперпендикулярности поверхностей, перекосов осей и т.п. При выявлении отклонений от заданных значений этих параметров проводятся ремонтные работы по их приведению в соответствие с заданными значениями. Эти мероприятия позволят снизить нагрузки на внутреннюю деталь 2 (внутренние детали), повышая их надежность и увеличивая ресурс.
При ремонте вала демонтируется и заменяется только его меньшая часть - наружная деталь вала, что позволяет снизить стоимость ремонта.
Сборка вала осуществляется следующим образом.
Количество и толщина стенок деталей 1, 2 определяются заданной толщиной вала в зависимости от условий эксплуатации. Геометрические параметры вала могут быть следующие: толщина h вала - от 1,0 до 30 мм, наружный диаметр D вала 30 -250 мм, длина L вала - до 2500 мм.
При сборке детали 1, 2 подбирают относительно друг друга по наружным и внутренним поверхностям таким образом, чтобы обеспечить между ними натяг от 4 до 30 мкм. Длина L всех деталей 1, 2 вала одинакова. Внутренняя деталь 2 предварительно охлаждается известными способами, например в жидком азоте. В результате охлаждения происходит уменьшение ее размеров, после чего она свободно вводится внутрь на всю длину наружной детали 1. Во избежание фреттинг - коррозии на стенки деталей 1, 2 наносится электрофорез.
Соединение деталей 1, 2 друг с другом может осуществляться разными способами: точечной сваркой, заклепками, болтами со скругленными по диаметру вала шайбами, специальными клеями и т.п. Фланцы 4 присоединяются к собранному валу.
В случае, когда внутренних деталей 2 больше одной, операция сборки аналогична вышеизложенной, т.е. каждая последующая внутренняя деталь 2 устанавливается внутри предыдущей.
При разборке вала сначала производят демонтаж соединения наружной и внутренней деталей между собой. Неразъемные элементы удаляются механически (например, высверливаются), разъемные - вывинчиваются. Съем верхней детали (а также, в случае необходимости, и других деталей) осуществляется после ее нагрева электрическим током или охлаждения жидким азотом внутренней детали (через внутреннюю полость). При необходимости наружная деталь может удаляться механическим способом, например точением. Наружная деталь идет в отбраковку.
Claims (1)
- Вал, содержащий, по меньшей мере, две детали, вставленные одна в другую и соединенные между собой, отличающийся тем, что наружная деталь имеет толщину стенки 0,4-1,0 мм и выполнена из материала, предел прочности, предел текучести и предел выносливости которого соответственно на 20-25% ниже предела прочности, предела текучести и предела выносливости материала внутренней детали.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127440/11A RU2230236C1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Вал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127440/11A RU2230236C1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Вал |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002127440A RU2002127440A (ru) | 2004-04-27 |
RU2230236C1 true RU2230236C1 (ru) | 2004-06-10 |
Family
ID=32846218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127440/11A RU2230236C1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Вал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230236C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523117C1 (ru) * | 2013-05-30 | 2014-07-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Трансмиссия для передачи крутящего момента и используемый в ней вал |
-
2002
- 2002-10-15 RU RU2002127440/11A patent/RU2230236C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523117C1 (ru) * | 2013-05-30 | 2014-07-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Трансмиссия для передачи крутящего момента и используемый в ней вал |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bhaumik et al. | Fatigue failure of aircraft components | |
EP0964135A2 (en) | Steam turbine rotor welded together from different materials | |
US8287240B2 (en) | Method for installing a rotor hub on a rotor shaft of a wind energy plant, and a wind energy plant | |
EP3296564A1 (en) | Drive device for wind turbines, drive device unit for wind turbines, and wind turbine | |
Kim | Optimal design of the press fit joint for a hybrid aluminum/composite drive shaft | |
Esaklul | Handbook of Case Histories in Failure Analysis, Volume 1 | |
RU2230236C1 (ru) | Вал | |
US9175667B2 (en) | Fastening system for wind turbines and corresponding installation methods | |
Riskulov et al. | To Determine the Bending Stiffness of Stand Cardan Shafts, Splined Joints of Construction and Road Vehicles | |
EP2778445B1 (en) | shaft for gearbox systems to limit wear and corrosion | |
CA2938925C (en) | Failure detection for push-pull rods having a reserve load path | |
Yaghoubi et al. | Mechanical Design of Machine Elements by Graphical Methods | |
RU2519996C1 (ru) | Легкосъемное беззазорное крепежное соединение фланцев | |
KR20010101722A (ko) | 터빈 배기 케이스의 수리 | |
CN220011038U (zh) | 一种高炉冲渣搅笼主轴组件 | |
RU2247267C1 (ru) | Устройство для стопорения ответственных резьбовых соединений тонкостенных деталей аэрогидравлических каналов газотурбинных двигателей и вариант его выполнения | |
RU2341693C2 (ru) | Узел соединения деталей машин | |
US10520012B1 (en) | Rod end having wear mitigation features for an augmenter nozzle on a jet engine turbine | |
EP3874125A1 (en) | Safety apparatus for containing an energy release from a rotor assembly | |
RU27181U1 (ru) | Узел фланцевого соединения | |
Jadhav et al. | Vibration analysis of driveshaft with crack using experimental modal analysis and FEA | |
CN219755297U (zh) | 新型开壳结构 | |
Golenko | Fundamentals of machine design | |
RU193673U1 (ru) | Беззазорное крепежное соединение фланцев | |
CN112705905B (zh) | Bp-14主减速器从动螺旋锥齿轮组件修复方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171016 |