CC BY
30
Также существует вероятность того, что фирма и чиновник не будут рациональными и решат сыграть в лотерею. Однако согласно закону больших чисел при достаточном количестве таких участников государство гарантированно останется в выигрыше.
Очевидно, если правильно оценить вероятность p ареста при сделке, выгоду первого инициатора m и назначить оптимальный штраф n, то сделка станет невыгодной для инициаторов.
Исходя из (6), можно сделать вывод относительно подхода к профилактике коррупции. В (6) фигурируют два параметра. Первый - вероятность ареста, второй - размер платежа взяткодателя. Очевидно, что прибыль взяткодателя играет более важную роль, чем прибыль взяткополучателя. Таким образом, в первую очередь необходимо уменьшать мотивацию потенциального взяткодателя.
Список литературы
1. Коррупция в странах Центральной Азии и в Урало-Сибирском регионе России // Центр изучения общественного мнения и прогнозирования. - Бишкек, 2002.
2. Борьба с коррупцией в посткоммунистических государствах: уроки практики / Тони Верхейгена, Томаша Анусевича и Сергея Сироткина // РБЕК, Братислава, 2002.
3. Hillman, L. Hierarchical Structure and the Social Costs of Bribes and Transfers / L. Hillman, E. Katz // J. Political Economy. - 1987.
4. A Course In Game Theory Martin J. Osborne and Ariel Rubinstein // Massachusetts Institute of Technology, 1994.
5. Game Theory and Economic Applications John Hillas, Dmitriy Kvasov, Aaron Schiff // Department of Economics, The University of Auckland, Auckland, New Zealand.
УДК 621.81
АНАЛИЗ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
М. В. Кочеткова, О. В. Агафонова, И. И. Воячек, Д. В. Кочетков
Проведен анализ конструкторско-технологических методов обеспечения качества резьбовых соединений. Проведенный анализ показывает, что повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений посредством существующих конструкторско-технологических методов и мероприятий приводит к существенному усложнению конструкции, технологии изготовления и, следовательно, к удорожанию деталей и узлов машин. Кроме того, для комплексного повышения качества резьбовых соединений необходимо одновременно использовать несколько конструкторских и технологических решений, что нерационально. В настоящее время разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств резьбовых соединений, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей.
In work it is carried out analysis of design-engineering methods to ensure the quality of threaded connections. The analysis shows that the increase in perfor-
mance threaded through the existing design and engineering methods and activities leads to a significant complication of the design, manufacturing technology, and therefore increase the cost of parts and components of cars. In addition, for a comprehensive quality improvement of threaded connections must use multiple design and technological solutions, which is irrational. Currently, there are effective methods of providing technological performance properties of threaded connections, among which the most promising is the management of contact interaction of mating parts.
В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений (РС), и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности РС.
Существенное влияние на эксплуатационные характеристики РС оказывают схема нагружения соединения, равномерность распределения нагрузки по виткам, уровень концентрации местных напряжений, усилие затяжки, технология и точность изготовления резьбовых деталей, наличие и вид покрытий и другие факторы [1, 2].
Причинами разрушения РС является недостаточная прочность витков резьбы и стержня болта из-за несовершенной конструктивной формы элементов резьбовых деталей. Следствием несовершенства конструкции является повышенная неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы, высокая концентрация местных напряжений, ослабление затяжки, увеличение доли нагрузки, воспринимаемой болтом.
Основные методы конструкторско-технологического обеспечения характеристик РС приведены на рис. 1.
Рис. 1. Конструкторско -технологические методы обеспечения качества резьбовых соединений
Достаточно полно изучено влияние конструкции деталей на характеристики РС [1-3]. Установлено, что с увеличением диаметра резьбы (при неизменном шаге и высоте гайки) несущая способность РС, оцениваемая по усилию разрушения резьбы, возрастает либо пропорционально диаметру (для соединения стальных шпилек с корпусными деталями из алюминиевых и магниевых сплавов), либо нелинейно (для стальных соединений).
Уменьшение шага резьбы (при неизменном наружном диаметре и высоте гайки) снижает прочность соединения, это связано с тем, что для резьбы с мелким шагом труднее при той же точности обработки обеспечить такое же перекрытие витков, как для резьбы с крупным шагом. С увеличением отношения диаметра к шагу d|P неравномерность распределения нагрузки несколько возрастает. Результаты расчетов с помощью метода конечных элементов показывают, что значение теоретического коэффициента концентрации напряжений ас в соединениях с мелкой резьбой больше, чем при использовании крупной резьбы. При больших значениях d|P площадь стержня болта увеличивается, в связи с чем возрастает его прочность, поэтому часто целесообразно применение резьбы с большим отношением d|P (малым шагом).
Теоретический коэффициент концентрации напряжений существенно зависит от радиуса впадины резьбы. Расчеты показывают, что наибольшее осевое растягивающее напряжение в зоне впадины первого рабочего витка резьбы более чем в 5 раз превышает номинальное напряжение. При изменении относительного радиуса закругления впадины от 0,1Р до 0,2Р - аа изменяется от 7,75 до 5,35. Увеличение радиуса впадины от наименьшего значения R = 0,108Р до наибольшего R = 0,144Р , допускаемого СТ СЭВ 180-75, позволяет повысить предел выносливости РС на 6-20 % [2].
Один из вариантов резьбы М10 с большим радиусом закругления, применявшийся в некоторых поршневых двигателях, показан на рис. 2, при этом долговечность увеличивается до 2 раз.
0,3мм
Рис. 2. Специальный профиль резьбы М10
Более равномерное распределение нагрузки по поверхности витка дает более податливый виток, поэтому резьба с малым углом при вершине (например, а = 45°) позволяет повысить предел выносливости РС. Предел выносливости повышается и при более прочной резьбе с а = 90° .
Изготовление на одной из деталей (например болте) корригированной резьбы (угол наклона ее рабочей грани к оси витка на 2,5-5,0° больше стандартного) приводит к увеличению податливости витков гайки и снижению нагрузки на первый рабочий виток на 15-18 %. При использовании гайки с асимметричной резьбой такой же эффект достигается за счет увеличения податливости витков болта. Однако при этом аа уменьшается лишь на 6-8 %.
Для повышения сопротивления усталости применяют соединения с преднамеренным отклонением шага резьбы одной из деталей. При этом отклонение шага назначают таким, чтобы первый (от опорного торца гайки) виток соединения воспринимал 1-2 % общего усилия, а последний - около 45 % . Предел выносливости данных соединений возрастает на 15-20 % [2].
Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе за счет управления податливостью деталей и витков резьбы (рис. 3). Применение специальных гаек позволяет в ряде случаев повысить динамическую прочность РС на 20-30 % [1, 2].
а) б) в)
Рис. 3. Конструкции гаек, выравнивающих нагрузки в резьбе: а - висячая гайка; б - гайка с кольцевой выточкой; в - гайка со срезанными вершинами нижних витков резьбы
Разработаны РС со спиральными вставками, которые получили распространение в авиационной и других отраслях промышленности (рис. 4). Резьбовая спиральная вставка представляет собой пружину, изготовленную из твердой коррозионностойкой стальной проволоки ромбического сечения. Вставка предохраняет резьбу от износа и коррозии, при этом повышается податливость резьбы, способствующая равномерному распределению нагрузки по виткам [1, 2, 3].
Рис. 4. Резьбовая спиральная вставка в соединении
Исследования [1-3] показали, что при выравнивании нагрузки по виткам, например, при уменьшении шага резьбы, сопротивление усталости болтов повышается на 10-30 %.
Влияние материала гайки на прочность РС отражено в работах [1, 2]. Установлено, что применение гаек с небольшим модулем упругости приводит к более равномерному распределению нагрузки по виткам и повышению выносливости соединений. Так, в случае применения дюралюминиевых гаек (Е = 0,7 -105 МПа) взамен стальных (Е = 2 -105 МПа ) нагрузка на первом витке снижается на 25-30 %. Однако при этом возможен срез витков гайки.
На практике для повышения надежности РС часто используют дополнительные разгрузочные устройства или дополнительные крепления в виде шпонок, втулок, штифтов, что существенно усложняет конструкцию РС.
Предотвращение самоотвинчивания весьма важно для повышения надежности РС и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Описание различных способов стопорения приводится в справочниках и специальной литературе [1, 2]. На практике применяют три основных принципа стопорения: повышают и стабилизируют трение в резьбе путем постановки контргайки, пружинной шайбы, применения резьбовых пар с натягом и т.д.; гайку жестко соединяют со стержнем болта, например, с помощью шплинта или прошивают группу болтов проволокой; гайку жестко соединяют с деталью, например, с помощью специальной шайбы или планки. Однако данные способы стопорения требуют существенных дополнительных затрат из-за усложнения конструкции РС.
Таким образом, анализ литературных данных показал, что на сегодня в машиностроении применяют различные конструкторские методы и способы повышения эксплуатационных характеристик РС. Однако на практике реализация многих конструкторских решений сопровождается сложностью изготовления РС, приводит к существенному удорожанию изделий.
В то же время для повышения несущей способности и надежности РС следует более широко применять прогрессивные технологии изготовления и сборки РС. В частности, наиболее эффективным является технологический способ стопорения путем введения в зону контакта РС материалов, связывающих соединяемые детали, например анаэробных материалов [4].
По данным различных исследований, применение рационального способа изготовления резьбовых деталей может значительно улучшить их физико-механические и эксплуатационные характеристики и, следовательно, повысить качество РС [1, 2].
Выбор способа формирования резьбы зависит от объема производства деталей, их конструкторских особенностей, требуемой степени точности и шероховатости резьбовых поверхностей, материала деталей, вида применяемого оборудования и инструмента, степени автоматизации процессов производства и экономических требований. В работе [5] рассмотрено влияние способов получения резьб на шероховатость рабочей поверхности витка резьбы и сделан вывод о том, что увеличение шероховатости рабочей поверхности витка резьбы приводит к снижению неравномерности нагружения витков, что подтверждается другими исследованиями [1-3].
Установлено, что максимальная статическая и усталостная прочность обеспечивается за счет изготовления резьбы пластическим деформированием, в частности накатыванием. Однако традиционно область применения накатывания ограничена термически неупрочненными материалами, что не всегда обеспечивает требуемые эксплуатационные свойства резьбовых деталей. По-
высить прочность и выносливость резьбовых деталей можно, накатывая резьбы на предварительно термически упрочненных заготовках. Однако при этом резко снижается стойкость инструмента. Поэтому на практике накатывание резьбы применяется для увеличения производительности формирования резьбы, а прочность и выносливость повышаются другими способами.
Наиболее распространенными в различных отраслях народного хозяйства способами улучшения эксплуатационных свойств конструкционных материалов резьбовых деталей являются термическая и химико-термическая обработки, позволяющие получать определенные физико-механические качества металла изменением его структуры. Влияние термической и химико-термической обработки деталей на их эксплуатационные свойства исследовались многими учеными. Наибольший интерес представляют результаты испытания болтов, проведенные А. И. Якушевым и Р. Х. Мустаевым. Результаты исследований прочности и выносливости образцов показывают, что статическая прочность и предел выносливости болтов с увеличением твердости материала резко возрастают (до 1,8 раза), но при этом уменьшается их податливость.
Результаты исследований, приведенные в [6], показывают, что применяемые на практике гальванические покрытия (кадмиевое, медное, цинковое) не оказывают существенного влияния на предел выносливости РС, а оксидирование позволяет повысить предел выносливости резьбы.
Особое место среди технологических методов занимает электромеханическая обработка, которая реализуется при пропускании электрического тока большой силы и низкого напряжения через зону контакта инструмента и заготовки. Сочетание теплового и силового воздействия приводит к изменению структуры, повышению твердости и износостойкости поверхностного слоя материала деталей и, следовательно, к повышению качества РС.
Таким образом, существующие технологические методы позволяют обеспечивать и повышать эксплуатационные характеристики РС. В то же время при реализации большинства методов требуется применение специальных технологических операций, оригинального оборудования, инструмента, приспособлений, что приводит к существенным дополнительным затратам. Проведенный анализ показывает, что повышение эксплуатационных характеристик РС посредством существующих конструкторско-технологических методов и мероприятий приводит к существенному усложнению конструкции, технологии изготовления и, следовательно, к удорожанию деталей и узлов машин. Кроме того, для комплексного повышения качества РС необходимо одновременно использовать несколько конструкторских и технологических решений, что нерационально. В настоящее время разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств РС, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей, например, за счет введения в зону контакта анаэробного материала, что, как показывают исследования [7, 8], позволяет комплексным образом обеспечить качество РС без существенного увеличения затрат.
Список литературы
1. Андриенко, Л. А. Детали машин : учеб. для вузов / Л. А. Андриенко, Б. А. Байков, И. К. Ганулич и др. ; под ред. О. А. Ряховского. - М. : Изд-во МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2002. - 544 с.
2. Биргер, И. А. Резьбовые и фланцевые соединения / И. А. Биргер, Г. Б. Иосилевич. -М. : Машиностроение, 1990. - 368 с.
3. Иванов, М. Н. Детали машин : учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. Н. Иванов. - 5-е изд., перераб. - М. : Высш. шк., 1991. - 383 с.
4. Воячек, И. И. Сборка резьбовых соединений с применением анаэробных материалов / И. И. Воячек // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2003. -№ 10. - С. 24-26.
5. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин / А. Г. Суслов. - М. : Машиностроение, 2000. - 320 с.
6. Якушев, А. И. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений / А. И. Якушев, Р. Х. Мустаев, Р. Р. Мавлютов. - М. : Машиностроение, 1979. -215 с.
7. Воячек, И. И. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2009. - № 6. - С. 37-40.
8. Воячек, И. И. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2010. - № 6. - С. 34-40.
УДК 621.923.01
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ СПЛАВОВ НЕЗАКРЕПЛЕННЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ
М. Ю. Ломакин, В. А. Скрябин
Приведен анализ характера воздействия абразивных зерен на обрабатываемую поверхность детали и схема установки для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов. Проведен расчет давления абразивных зерен на обрабатываемую поверхность детали, позволяющий прогнозировать заданную величину шероховатости поверхности детали. Дана оценка мгновенной контактной температуры в зоне обработки. Показано, что поверхностный слой материала в результате процесса микрорезания получает дислокационное упрочнение, при котором возможно образование микротрещин.
In the article is provided the analysis of character of influence of abrasive grains is driven on the processed surface of detail chart and chart of setting for treatment of details from hard-processing materials. The calculation of pressure of abrasive grains is conducted on the processed surface of detail, allowing to forecast the set size of roughness of surface of detail. The estimation of instantaneous pin temperature is given in the zone of treatment. It is shown that the superficial layer of material as a result of process of cutting gets the dislocation work-hardening at that education is possible.
Анализ характера взаимодействия абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью детали в способах обработки свободным абразивом показал, что удаление припуска на обработку происходит за счет микрорезания поверхности детали выступами микро- и субмикрорельефа абразивных зерен [1]. Величина удаляемого припуска определяется высотой исходных неровностей поверхности детали от предшествующей обработки. После удаления заданного припуска шероховатость поверхности детали формируется под влиянием техно-
