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:
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
T = M x C/(α x S) x ln((Тнач-Тср)/(Тк-Тср))=
= 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
- уровень
- ИК термометр
- совковая лопата
- канцелярский нож со сменными лезвиями
- электроиндуктор для разогрева муфт
Инструменты:
- 50 кг гранулированного сухого льда
- упаковка теплоизоляционных пенополистирольных листов
- армированный скотч
Материалы:
-
Установка редуктора.
Перевернули редуктор в верх валом, из пенополистирола собрали короб с крышкой и надели на вал редуктора.
-
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.
-
Заполнение короба "сухим" льдом.
После заполнения короба, оставляем охлаждаться на 5 часов (см. расчет времени охлаждения в начале статьи).
-
Нагрев муфты индуктором.
Нагрев проводим до температуры 60-70°С (не выше чтобы не повредить полимерную маслоизоляцию внутри муфты)
-
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.
-
Снятие направляющего цилиндра.
-
Ожидание выравнивания температур.