Актуальные проблемы в машиностроении Том 4 №3 2017

Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 3. 2017

Technological Equipment, Machining

Attachments and Instruments

____________________________________________________________________

зом контактируют поверхности ножки и головки в процессе нагружения. Для обеспечения

работоспособности ТБС необходимо также установить наиболее рациональные сочетания

геометрических параметров ножки и головки ТБС, таких как минимальная просадка ножки в

отверстие головки, минимальные напряжения при нагружении, максимальный коэффициент

запаса прочности, обеспечивающие безопасную, надежную работу конструкции и отдельных

ее частей.

Инструментом для прогнозирования НДС керамической головки ТБС в зависимости

от уровня приложенных нагрузок, является математическое моделирование. Данный метод

исследования позволяет значительно уменьшить затраты при разработке новых изделий, так

как может существенно сократить объемы или даже полностью отказаться от дорогостоящих

стендовых испытаний. Наиболее распространенным и достаточно универсальным методом

анализа напряженно – деформированного состояния является МКЭ, для реализации расчетов

с помощью МКЭ анализа использовался программный комплекс ANSYS [4-6].

Методика экспериментального исследования

Существует конструкторская документация (КД), в которой установлен диапазон до-

пустимых предельных значений угловых размеров и диаметров для конического соединения

«головка – ножка». Угловые размеры находятся в пределах угла трения скольжения анало-

гично конусам Морзе [7].

Исследование напряженно – деформированного состояния конического соединения

проводилось для различных сочетаний геометрических параметров головки и ножки. Соче-

тания геометрических параметров исходили из предельных отклонений угловых размеров,

указанных на чертеже. Момент контакта в данном соединении начинается в верхней части

сопряжения. Исходя из технических требований КД, были выбраны предельные значения

размеров для сочетания конических поверхностей головки и ножки такие как: «головка мак-

симум – ножка минимум» и «головка минимум – ножка максимум». На рис. 1 представлены

параметры конического соединения «головка - ножка». Немаловажным параметром для ра-

ботоспособности ТБС является зазор «k». Он необходим для обеспечения возможности пе-

ремещения ножки вглубь отверстия головки (просадки) при нагружении [8]. В каждом типе

соединения допускается просадка при максимальных нагрузках (15000 Н). У соединения

«головка минимум – ножка максимум» при контакте в нижней части сопряжения, зазор ра-

вен 2,84 мм, что позволяет глубже просаживаться ножке при нагружении. Меньше всего

возможности перемещения ножки вглубь отверстия при максимальных нагрузках у соедине-

ния «головка максимум – ножка минимум» в момент контакта в верхней части сопряжения

(1,15 мм).

На данном этапе исследования расчеты проводились для гладкого конического соеди-

нения без учета микронеровностей поверхностей.

Для сравнения рассчитывались варианты соединений головки и ножки, с углами

<α

(рис. 1, а) и α

>α

(рис. 1, б). В первом случае контакт начинается в верхней части со-

единения, а во втором в нижней части соединения.