CC BY
9
Мирзахамдамов Одилджон Мирзакомил Угли, студент, s22395 7@std. novsu. ru, Россия, Великий Новгород, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
PRECISION STRAIGHTENING OF CRANKSHAFTS BY IMPECT CALKING OF CHEEKS V.N. Emelyanov, V.I. Berezhnov, O.M. Mirzakhamdamov
Results of research of two ways of precision straightening of crankshafts by impact calking of cheeks are described.
Key words: crankshaft, straightening, impact calking, main bearing.
Emelyanov Valery Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Novgorod the Great, Yaroslav-The-Wise Novgorod State University,
Berezhnov Vyacheslav Igorevich, student, [email protected], Russia, Novgorod the Great, Yaroslav-The-Wise Novgorod State University,
Mirzakhamdamov Odiljon Mirzakomil Ugli, student, s22395 7@std. novsu. ru, Russia, Novgorod the Great, Yaroslav-The-Wise Novgorod State University
УДК 621.91
ИЗМЕНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ ВАЛА ПРИ ЕГО ШЛИФОВАНИИ С БАЗИРОВАНИЕМ В ПОЛУЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОПОРЕ
А.В. Щурова
В процессе эксплуатации роторов турбин шейки их валов подвергаются износу. Крупногабаритные валы турбин целесообразно восстанавливать на местах их эксплуатации. В связи с этим рассматривается возможность обработки шеек валов непосредственно базированием по обрабатываемым поверхностям в подшипниках корпусов турбин. Одним из вопросов обработки является определение окончательного положения оси шейки, что определяет последующий дисбаланс ротора. Для этого рассмотрен случай обработки круглым шлифованием. Использование имитационного моделирования показало, что величина смещения оси шеек валов на начальных стадиях обработки возрастает, но далее уменьшаться в зависимости от выбора определенных параметров технологической системы и режима обработки.
Ключевые слова: восстановление шеек валов турбин, базирование по обработанной поверхности, шлифование, несоосность.
В энергетике применяются роторы турбин, шейки валов которых закрепляются в подшипниках скольжения. В процессе эксплуатации данные шейки изнашиваются, что требует извлечения роторов для последующего восстановления изношенных поверхностей. Одним из традиционных
338
способов восстановления является доставка роторов на специализированные предприятия, где имеется соответствующее металлорежущее оборудование крупных размеров. Обработка валов производится в центрах по имеющимся центровым отверстиям [1]. Учитывая крупные габариты деталей, их доставка на предприятия существенно увеличивает стоимость восстановления [2]. В связи с этим нередко применяется стратегия «оборудование к детали». Для снижения стоимости доставки размеры станков необходимо уменьшать, что явилось причиной появления оборудования с орбитальной технологией обработки [3, 4]. В этом случае такой станок закрепляется на свободных цилиндрических участках вала и производит обработку его шейки, вращаясь вокруг его оси. Очевидно, что точность такой обработки существенно зависит от правильного базирования станка на валу. Имеются и другие аналогичные решения, но их недостаток - базирование по свободным поверхностям вала - аналогичен. Одним из способов восстановления может быть способ базирования вала одновременно по двум его шейкам на точечных, призматических или роликовых опорах, одна из которых должна быть связана с инструментальной головкой и ее механизмом подачи. Такой вариант может быть реализован на балансировочных станках, которые в любом случае используются для окончательной балансировки ротора [5]. Однако очевидный недостаток этого способа связан с базированием по некруглой обрабатываемой поверхности: практика показывает, что добиться необходимой круглости радиального сечения зачастую не удается [6-11]. Происходит копирование исходного некруглого профиля заготовки на профиль обработанной поверхности. В связи с этим автором была предпринята попытка оценить возможность получения шейки вала с допустимым отклонением от круглости с использованием различных схем базирования и способов обработки [12 - 15].
Одним из перспективных подходов восстановления шеек валов является обработка их непосредственно в подшипниках скольжения корпуса турбинной установки. После удаления верхней крышки подшипника предоставляется возможность вращения ротора и обработки шеек. Предварительная оценка уменьшения некруглости шейки также была изучена автором работы, было установлено, что отклонение от круглости уменьшается и в этом случае. Однако в отличие от случаев обработки на балансировочных станках, для которых далее возможно произвести необходимую балансировку, в данном случае возможности по балансировке отсутствуют. Исходя из этого, важной становится оценка увода оси шейки после обработки от ее первоначального положения.
Как и для случаев обработки на точечных, призматических и роликовых опорах [12 - 15], в данном случае была получена модель формообразования в полуцилиндрической опоре подшипника. СЛО-модель шейки и опоры подшипника и расчетная схема для моделирования представлены на рис. 1.
Рис. 1. CAD-модель эллиптической шейки в полуцилиндре подшипника
и расчетная схема
На основе дискретного типа моделирования были разработаны зависимости, опубликованные в ряде статей [12-15]. Часть этих зависимостей применительно к полуцилиндрической опоре подшипника была скорректирована. Таким образом, теперь порядок расчета включает в себя ряд следующих этапов.
1. Координаты (XwYw) точек исходного эллипса заготовки задаются множеством {A} . Путем поворота этих точек вокруг центра эллипса на угол j образуется множество тех же точек {С} .
2. Касание двух точек множества {С} посадочной поверхности подшипника можно рассчитать по формулам в зависимости от текущих координат х и y:
- для х < 0 и y £ 0 имеем
Sl =V(х - xRL )2 + (y - yR )2 - (Rr + e /2); (1)
- для x > 0 и y £ 0 имеем
Sr (x - xrr )2 + (y - yR )2 - (Rr + e / 2), (2)
где для предварительного шага принимается
xrl = XRR = ^ и yR = ^ (3)
Rr и e - радиус полуцилиндра подшипника и эксцентриситет исходного вала.
Выбор минимальных величин расстояний min( Sl ) and min(Sr )
позволяет найти множество точек эллипса, касающегося полуцилиндра подшипника.
3. Для обеспечения непрерывности указанного контакта точек эллипса и поверхности полуцилиндра необходимо обеспечить выполнение зависимости
5 = шт(Бь) - шт(5Я) = 0. (4)
Такое условие выполняется итерационными расчетами, в которых на каждом шаге итерации необходимо определять координаты
ХЯЬ = Я - 5 ^Л), (5)
хяя=хяя - 5 ^(Л) , (6)
Уя = Уя + 5 совСл), (7)
Л = агс1аи(х/у). (8)
4. Для решения задачи формообразования необходимо использовать уравнение производящей поверхности инструмента. В данном случае ордината профилирующей линии определяется уравнением
УТ = (х - ХЯЯ ^(л-у) + Ьу - , (9)
ЬУ = (Я + Д)/С08(у), (10)
где у - угол между вертикальной осью и вектором к центру шлифовального круга в системе подшипника; - подача инструмента радиуса Я1, связанная с вращением заготовки; Я - радиус срединной окружности исходного профиля вала; А - начальная высота, определяющая положение инструмента.
5. Остальные этапы расчета аналогичны опубликованным ранее [17].
Расчетная схема для расчета прилегающей к полученному профилю детали окружности базируется на применении общеизвестного уравнения построения окружности по трем заданным точкам в виде определителя четвертого порядка. Особенностью таких расчетов является поиск окружности с минимальным диаметром, внутри которой находятся все точки профиля заготовки. Такой подход имеет очевидный недостаток, влияние которого минимально при большом числе точек, через каждые три из которых проводятся указанные окружности.
С использованием полученных зависимостей были разработаны компьютерные программы и произведены расчеты. В частности, для радиуса шейки вала, равного 150 мм, с эксцентриситетом эллипса 0,5 мм было осуществлено моделирование обработки. Снимаемый припуск варьировался от 0,9 до 1,8 мм. Количество оборотов заготовки - от 1 до 20. Моделированием было установлено, что с начала обработки центр прилегающей окружности начинает смещаться от первоначального положения, но далее с увеличением количества оборотов заготовки асимптотически приближается к некоторому минимальному значению (рис. 2).
0.2 0.15
0.1
0.05
О 4
1
2
В
4-
D. об
Рис. 2. Отклонение д центра прилегающей окружности от первоначального центра заготовки в зависимости от числа ее оборотов и угла щ между осью инструмента и вертикалью
Примерно такая же закономерность наблюдается между смещением центра прилегающей окружности и заданным припуском под обработку от 0,9 до 1,8 мм при неизменном количестве оборотов заготовки. При 20 оборотах заготовки и припуске 0,9 мм смещение оси уменьшается до 0,006 мм. Однако как отклонение от круглости не уменьшается до нуля, так и смещение оси не приближается к нулю при любом числе оборотов.
Сравнение параметров наладки и режима обработки, при которых смещение оси получаемой детали минимально, с аналогичными параметрами, при которых отклонение от круглости минимально [14, 15], показало, что эти параметры практически совпадают.
Таким образом, установлено, что обработка в полуцилиндрической опоре подшипника скольжения шейки вала ротора, имеющей первоначальное отклонение от круглости в форме эллипса, может привести к смещению оси прилегающей к профилю детали окружности от долей до нескольких микрометров.
Имеются рациональные параметры наладки и режима обработки, при которых это отклонение минимизируется. Данные параметры соответствуют параметрам, при которых отклонение от круглости у получаемой детали минимально.
Моделированием не удалось довести смещение оси прилегающей к профилю детали окружности от первоначального положения оси до нуля.
Южно-Уральский государственный университет выражает благодарность Министерству образования и науки Российской Федерации за финансовую поддержку данной работы (грант № 9.5589.2017 / БЧ).
1. High precision grinding machines. DanobatGroup (2013). 28 р.
2. Bloch H.P., Geitner F.K., Machinery Component Maintenance and Repair: Practical Machinery Management for Process Plants. USA: Elsevier Inc., 2005. 630 р.
Список литературы
3. Orbital Tool Technologies // Shaft and Journal Repair. USA. 2012.
Р. 2.
4. Portable machine tools. Solutions for all in situ site machining applications. Acteon, Derby, UK. 2011. 13 р.
5. DIAMECH 2000. Vibration Diagnostic and Balancing Machines. Moscow, Russia. 2010. 8 р.
6. Brian R. W. Principles of modern grinding technology. USA. 2009.
416 р.
7. Kang K., Modelling of the Centrless Infeed (Plunge) Grinding Process // KSME Int J. 2003. Vol 17. No. 7. Р.1026 - 1035.
8. Effects of process parameters on workpiece roundness in tangential-feed centerless grinding using a surface grinder / Xua W., Wu Y., Sato T., Lin W. // J of Materials Processing Technology. 2010. 210. Р. 759 - 766.
9. Xu W., Wu W., A new in-feed centerless grinding technique using a surface grinder // J of Materials Processing Technology. 2011. 211. Р. 141 - 149.
10. Xu W., Wu Y. A new through-feed centerless grinding technique using a surface grinder // Journal of Materials Processing Technology. 2011. 211. Р. 1599 - 1605.
11. Weixing Xu., Yongbo Wu. Simulation investigation of through-feed centerless grinding process performed on a surface grinder // J of Materials Processing Technology. 2012. 212. Р. 927 - 935.
12. Щурова А.В. Имитационное моделирование обработки точением с базированием по обрабатываемой поверхности на две точечные опоры // Вестник ЮУрГУ. Сер. «Машиностроение». 2013. Т. 13. № 1. С. 86 - 90.
13. Щурова А.В. Моделирование обработки фрезерованием шеек валов турбин базированием их на обработанную поверхность // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. тр. I Межд. заоч. науч.-техн. конф. Челябинск: ЮУрГУ, 2014. С. 594 - 599.
14. Щурова А.В. Решение задачи формообразования цилиндрического вала при базировании заготовки на обрабатываемую поверхность // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2. С. 44 - 51.
15. Shchurova A.V. Modeling of the turbine rotor journal restoration on horizontal balancing machine // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 854 - 859.
Щурова Анна Владимировна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Челябинск, Южно-уральский государственный университет
AXIS RELOCATION OF A GRINDED SHAFT THAT ISLOCATED ONHEMICYLINDRICAL BEARING SEAT
A.V. Shchurova 343
During the operational life of rotor turbines, their shaft journals are wearing It is reasonable to recover large-size turbine shafts on their operation places. Thus, the possibility of turbine rotor journal restoration using location of the machining surface on turbine bearing bottom is considered. One of processing problems is finding offinal position of turbine shaft that determines the subsequent rotor unbalance. As an example, round grinding process is studied. Imitating modeling shows that the shaft relocation value at initial stages of processing is increased, but further is decreased depending on of certain parameters of technological system and on the processing mode.
Key words: turbine rotor journal restoration, location on the machining surface, grinding, disalignment.
Shchurova Anna Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, shchuro-va avamail.ru, Russia, Chelyabinsk, South-Ural State University
УДК 621.833
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОГО ВЕНЦА ЗАГОТОВОК
С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОФОРМЛЕННЫМИ ЗУБЬЯМИ
А. А. Маликов, Г.В. Малахов, А.В. Михайлов
Установлены необходимые составляющие для аналитического определения припуска на боковых сторонах зубьев заготовок с предварительно оформленным штамповкой венцом для чистового зубонарезания. В основе их определения - специфические погрешности зубчатых колес, возникающие как в процессе изготовления зубчатой заготовки, так и ее чистовой зубообработки.
Ключевые слова: зубообработка, технологическая схема, заготовки с зубом, припуск, составляющие припуска, погрешности зубчатого колеса.
Производство зубчатых колес остается и в настоящее время одним из наиболее широкомасштабных и трудоемких видов производств современного машиностроения. Совершенствование его технологии для колес средних модулей в условиях массового и крупносерийного производств направлено на уменьшение металлоемкости вплоть до безотходных технологий и сокращение цикла зубообработки.
Первая задача решается при использовании заготовок, максимально приближенных к готовой детали, т.е. с предварительно оформленными зубьями, вторая - за счет уменьшения удаляемого припуска и концентрации зубообработки в пределах одной операции. Их совместное решение особенно для зубчатых колес 8-й степени точности и выше, требующих применения нескольких методов их зубообработки, предполагает использование заготовок с предварительно оформленными зубьями [1]. Таким образом, для совершенствования производства зубчатых колес целесообразна технологическая схема, включающая:
344
