FOLER.ru - что можно сделать самому


Выполнение тепловой посадки собранной роликовой муфты на выходной вал готового редуктора.

Пример расчета и фотоотчет по выполнению тепловой посади муфты на вал редуктора. Охлаждение сухим льдом, нагрев индуктором.

Исходные данные (постановка задачи):

На выходной вал (диаметр 270мм) собранного редуктора 7Ц4-1095(массой 5т) необходимо установить муфту (массой 260кг), посадка переходная. Муфту и редуктор разбирать не допускается, внутри имеются резино-пластиковые уплотнения. С целью не повредить внутренние уплотнения охлаждение не ниже –50°С, нагрев не выше 80°С.
Фактические замеры показали посадку с натягом:
  • диаметр отверстия муфты 269,99 [мм]
  • диаметр вала 270,05 [мм]
  • Выполнять термопосадку можем следующим образом: охлаждать вал редуктора "сухим льдом"(t=–78°C), нагревать муфту – индуктором, с контролем температуры инфракрасным термометром.

    Теоретическая часть (все значения взяты исключительно для оценочного расчёта).

    Определение необходимой разницы температур.

    Δt = 2 x R x ΔL / αL = 2 x 0.135 x 0.0015 / 10-5 = 55°С

    ,где
    R = 0.135 [м] - радиус вала, характерный геометрический размер (половина среднего габаритного размера детали)
    ΔL = 0.00015 [м] - необходимый тепловой сдвиг размеров
    αL = 10-5[1/К] - коэффициент линейного теплового расширения стали

    Определение времени охлаждения вала.

    Определим число Bi (характеризующее в данном контексте эффективность охлаждения)

    Bi = α x R / λ = 10 x 0.13 / 30 = 0.045

    ,где
    α = 10 [Вт/(м х К)] - коэффициент теплоотдачи (будем считать его как в воздушной среде, реально он выше, т.к. имеется точечный контакт твёрдых тел – гранулированного сухого льда с поверхностью детали)
    λ = 30 [Вт / (м x К)] - коэффициент теплопроводности стали
    Для значений Bi<0,2 можно считать деталь термически тонким телом, т.е. перепад температур внутри охлаждаемого тела значительно ниже, чем снаружи и скорость охлаждения детали будет определяться теплоёмкостью тела и коэффициентом теплоотдачи на поверхности. Упрощенно, в данном случае, формула определения времени охлаждения детали будет:

    T = M x C/(α x S) x ln((Тначср)/(Ткср))=

    = 150 x 450 / (10 x 0,3) x ln((20+78)/(-35+78)) = 18500[сек]=5[ч]

    ,где
    М = 150 [кг] - оценочная масса охлаждаемого тела (в данном случае вала редуктора и соединенных с ним деталей)
    С = 450 [Дж / (кг x К)] - удельная теплоёмкость стали
    α = 10 [Вт / (м2 x К)] - коэффициент теплоотдачи (берём чуть выше чем просто в воздухе, т.к. кроме воздушного теплообмена будет присутствовать контактный между сталью и гранулами "сухого льда")
    S = 0.3 [м2] - площадь вала через которую производим охлаждение
    Тнач = 20 [°С] - начальная температура детали
    Тср = -78 [°С] - температура охлаждающей среды
    Тк = -35 [°С] - конечная температура детали

    Инструменты:

    уровень
    ИК термометр
    совковая лопата
    канцелярский нож со сменными лезвиями
    электроиндуктор для разогрева муфт

    Материалы:

    50 кг гранулированного сухого льда
    упаковка теплоизоляционных пенополистирольных листов
    армированный скотч

      Порядок выполнения работ:

    1. Установка редуктора.


      Перевернули редуктор в верх валом, из пенополистирола собрали короб с крышкой и надели на вал редуктора.
    2. Выставка вала редуктора.

      Выставили редуктор, чтобы вал был строго вертикально, т.к. при опускании муфты краном нужно минимизировать возможность перекоса и "закусывания" её на валу.
    3. Заполнение короба "сухим" льдом.

      После заполнения короба, оставляем охлаждаться на 5 часов (см. расчет времени охлаждения в начале статьи).
    4. Нагрев муфты индуктором.

      Нагрев проводим до температуры 60-70°С (не выше чтобы не повредить полимерную маслоизоляцию внутри муфты)
    5. Установка муфты.

      Сняли короб, надели на вал направляющий цилиндр (цилиндр по длине равный глубине муфты и по диаметру на пару миллиметров меньше диаметра вала) - предотвращает "закусывание" муфты при опускании на вал и установили краном муфту.
    6. Снятие направляющего цилиндра.


    7. Ожидание выравнивания температур.



    Ссылки по теме

    1. Методичка по расчёту времени охлаждения
    2. Определение времени нагрева
    3. Тепловая посадка

    Комментарии к статье: