Метод анализа и синтеза функциональных размерных цепей упорядоченной сборки сепараторов крупногабаритных подшипников Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Выводы

1. Большие степени деформации, которыми сопровождаются методы поверхностного пластического деформирования, негативно влияют на усталостную прочность деталей, работающих в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

2. Эпюры остаточных напряжений при одинаковых максимальных величинах после ТГТУ являются более благоприятными по сравнению с ППД как по глубине залегания, так и по форме (отсутствует спад у поверхности).

3. Имеет место более устойчивый эффект упрочнения методом ТПУ по сравнению с методами ППД для деталей, работающих при повышенных температурах.

4. Метод ТПУ может быть рекомендован взамен методов ППД с целью повышения усталостной прочности и долговечности для ответственных деталей, работающих в экстремальных условиях (повышенных температур и предельных знакопеременных нагрузок).

БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кудрявцев И.8. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении. М.: Маштиз. 1951. 278 с.

2. Кравченко Б.А. Теория формирования поверхностного слоя деталей машин при механической обработке. Куйбышев, 1984. 90 с.

3. Кравченко Б.А. Упрочнение деталей, работающих при высоких температурах. Газовые турбины // Мат. меж-дунар. сем. Казань, 1990. С.128-136.

4. «Термопластическое упрочнение - резерв повышения прочности и надежности деталей машин»; Монография / Б.А. Кравченко, В.Г. Круцило, Г,Н, Гутман. Самара. СамГТУ, 2000. 216 с.

5. Кравченко Б.А,, Круцило В,Г, Влияние напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя на долговечность деталей газотурбинных двигателей // Вестн. Самара, гос. техн. ун-та. 1998.

6. Патент №2171857 от 10 августа 2001г. Кравченко Б.А., Круцило В.Г. и др. «Способ восстановления циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля»,

7. Патент №2170272 от 10 июля 2001 г, Кравченко Б,А., Круцило В,Г, и др. «Установка для термопластического упрочнения лопаток».

8. Патент № 2258086 от 10 августа 2005 г. Круцило В.Г. «Способ термопластического упрочнения деталей установка для его осуществления».

Статья поступила в редакцию 28 мая 2006 г.

УДК 621.757(031)

А.Н. Рогожников

МЕТОД АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ УПОРЯДОЧЕННОЙ СБОРКИ СЕПАРАТОРОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ

Разработана технология упорядоченной сборки под сварку сепараторов с оптимизацией размерных связей резьбовых соединений по предлагаемой методике.

Проведенный анализ статистических данных видов дефектов и причин отказов крупногабаритных подшипников применяемых в прокатном производстве (рис. I), позволил установить факт нестабильности параметра ресурса. Математическое ожидание: X = 664 час., среднеквадратическое отклонение: а = 26 час., поле рассеивания о = 156 час.

Влияние степени случайной составляющей Асл = /(а) времени работоспособности подшипников определялось вероятностным методом по результатам обработки данных ресурсов различных типов подшипников. Переменным параметром, влияющим на работоспособность является угол разворота а, оси распорки от оси отверстия малой сепараторной шайбы.

Одной из наиболее вероятных причин отрыва распорки в месте сварного соединения с малой сепараторной шайбой является несовпадение осей симметрии большой и малой сепараторных шайб. Невыполнение этого условия приводит к снижению прочности сварного соединения. Перекос осей распорок относительно осей отверстий в малой шайбе не гарантирует провар, оставляя пустоты (поз.1) распорки (рис. 2) и малой сепараторной шайбы.

І 1 4 7 10 13 1© 1» 22 26 26 31 34 37 40 4* 45 49 52 54 &в Є1 64 67

Колличасто лодчнпиик«ц.М|иіт)

Рис. 1. Г истофамма наработки на отказ крупногабаритных

Р и с. 2. Продольный шлиф сварного соединения распорки н малой сепараторной шайбы:

1- пустоты в сварном соединении; 2- область сварного шва

Р и с. 3. Сепаратор подшипника в сборе: I- ролики; 2-большая сепараторная шайба; 3-распорки ;4- малая сепараторная шайба

Обеспечение этого параметра в заданных пределах происходит на этапе сборки сепараторного блока, состоящего из комплекта роликов, комплекта распорок, малой и большой сепараторных шайб (рис, 3).

Р и с А. Схема функциональной многозвенной пространственной оазмеоной иепи сбопно-с вапно га сепаоатооа

В настоящее время качество сборки сепараторов достигается методом полной взаимозаменяемости шайб и распорок. Однако для многозвенной пространственной размерной цепи (рис. 4.), которая определяет соосность малой и большой шайб, этот способ сборки не гарантирует стабильное значение этого параметра.

С целью решения проблемы стабилизации ресурса предлагается метод упорядоченной сборки, основанный на распознавании точности пространственного расположения конструктивно симметричных деталей резьбовых соединений, к которым относятся распорки и большая сепараторная шайба.

На первом этапе необходимо определить погрешности замыкающего звена производной размерной цепи а, пространственного расположения распорок (рис. 5.) и собрать статистические данные этих погрешностей при сборке резьбовых соединений распорок с большой шайбой [1]

Р и с. 5. Схема размерной цепи сборно-сварного сепаратора;

1 - образующая поверхность отверстия малой сепараторной шайбы поз. 1; 2 - ось отверстия малой сепараторной шайбы поз. 1; 3 - ось распорки поз. 2; 4 - цилиндрическая поверхность распорки поз. 2; 5 - внутренняя торцевая поверхность малой сепараторной шайбы поз. 5; 6 - внутренняя торцевая поверхность большой сепараторной шайбы поз. 6

Р и с, 6. Контроль биения распорки относительно большой сепараторной шайбы

На рис. 4 показана схема размерной цепи сборно-сварного сепаратора, где Ад - исходное звено размерной цепи, характеризующее зазор между отверстием малой сепараторной шайбой и распоркой, А1 - линейный размер, определяющий диаметр отверстия, А2 - угловой размер, определяющий соосность оси отверстия малой сепараторной шайбы с осью распорки, АЗ - угловой размер определяющий перпендикулярность оси распорки к торцевой поверхности большой сепараторной шайбы, А4 - угловой размер, определяющий соосность торцевых поверхностей малой и большой сепараторных шайб, А5 - угловой размер, определяющий перпендикулярность торцевой поверхности малой сепараторной шайбы к оси распорки, А6 - линейный размер, определяющий диаметр распорки.

Составляется уравнение размерной цепи (])

т-1

а, = ^‘а<- 0) 1=1

Определяется половина поля допуска исходного звена размерной цепи (2)

(2)

Рассчитывается координата поля допуска исходного звена размерной цепи (3)

/ \

д* = £^+в*х*’)-“1х<4- о)

1=1

Определяются наибольшие и наименьшие предельные отклонения замыкающего звена размерной цепи (4)

В.О.£ = Д£ +(%,

H-O-I = д£ “ •

Рассчитываются наибольшие и наименьшие предельные отклонения замыкающего звена размерной цепи (5)

Лшах = + в о^ ^

. (5)

amm=A*a«+H.O.s.

Итогом расчета является сравнение расчетных значений предельных размеров замыкающего звена Т„драсч.=0,958мм, со значениями предельных размеров исходного звена, заданными конструктором Тодконс .=0,28мм. Условие качественной сборки методом полной взаимозаменяемости не выполняется, так как наибольший предельный размер замыкающего звена размерной цепи больше наибольшего предельного размера, заданного конструктором.

Поскольку процесс сборки включает в себя как систематические, так и случайные составляющие, то для получения данных о точности взаимного расположения сопрягаемых поверхностей, необходимо экспериментально выделить данные составляющие.

Для эксперимента был выбран роликовый конический четырехрядный подшипник 777/647М, применяемый в опорных валках клетей прокатного стана на ОАО “ЗАПОРОЖ-СТАЛЬ”, г. Запорожье, Украина,

В процессе контроля используются два индикатора с ценой деления 0,01мм, (см. рис.6) восемь распорок диаметром 17мм, с резьбой Ml6*1 и посадкой 6g, большая сепараторная шайба с внутренней резьбой Ml6*1 и посадкой 6Н, динамометрический ключ и два контрольных шаблона с восьми секторами. Процедура замера осуществляется за три полных оборота распорки до сопряжения с торцем большой шайбы. Показания индикаторов снимались в каждом из восьми секторов контрольных шаблонов. Момент затяжки распорки 50...70 Нм, контролировался динамометрическим ключом.

На втором этапе следует решить статистическую задачу оценки погрешности расположения, устанавливая функциональную размерную связь между угловыми секторами по торцам сопрягаемых деталей и пространственным отклонениям распорки в резьбовом соединении. Для получения аналитической зависимости функциональных связей использовалась аппроксимация статистических данных гармоническими функциями ряда Фурье [2].

Полученная гармоническая модель, состоящая из первых четырех гармоник представлена в уравнении (6).

у, =a0+a¡ cosí+ ¿i sin t + a2 cos 2/ + b2 sin2í+ o3 cos3/ + ¿3sin3í+ a4 cos4/ + ¿4sin4f (6)

В табл. I приведены теоретические значения первых четырех гармоник и их итоговая сумма, соответствующая гармонической модели (6).

Таблица 1

Значения гармонического ряда

Радианное время М Первая гармоника (Ш) Вторая гармоника (U2) Третья гармоника (U3) Четвертая гармоника (U4) Итоговая сумма (Y0

0 0,051 0,018 -0,012 -0,012 0,045

0,785 0,036 -0,026 0,009 0,012 0,031

1,570 -0,005 -0,018 -0,013 0,018 -0,018

2,356 -0,049 0,026 0,01 -0,06 -0,073

3,141 -0,069 0,018 0,012 -0,26 -0,299

3,926 -0,054 -0,026 -0,009 0,034 -0,055

4,712 -0,013 -0,018 -0,013 0,061 0,017

5,497 0,03 0,026 0,028 -0,085 0

Уравнение регрессии (6), входит в составляющее звено а3к, которое является компенсирующим звеном функциональной размерной цепи (рис. 4), исходным звеном которой является зазор между отверстием малой сепараторной шайбы и образующей распорки.

На основании предложенной методики разработана технология упорядоченной сборки сепараторов, использующая достоверные данные пространственных расположений резьбовых соединений необходимого и достаточного количества распорок.

Ниже приведен алгоритм упорядоченного комплектования сепараторов.

Используя генератор случайных чисел, для нормального распределения, было получено 96 значений для каждого составляющего звена функциональной размерной цепи (см. рис,4).

Произведено масштабирование полученного массива данных в соответствии с допуском на каждое составляющее звено.

Используя генератор случайных чисел, для равномерного распределения, в интервале от О до 7, получим 96 значений для каждого составляющего звена, характеризующие положение звеньев по секторам.

Разобьем 96 значений на четыре равных интервала, данные интервалы характеризуют четыре сборки сепаратора в котором 24 распорки.

Построение замкнутой фигуры перемещений распорок в сепараторе (третья сборка) (рис.8), для всех сборок.

Расчет координат центров масс приведенных фигур (7) и (8) [3]:

Хс = -^І(х19-Хі)+с™№0{хіі + Х20-%і-Хб)} + СО50<і0{Хп + %2і-Х9-Х‘>)\ +

С0з[45°(^16 +%22 ~Х\0 “^Й^СОЗСбО0^^ +Х23 -Хи - Хз)] + с^[15°ІХі4 + Х24 -Хі2-Хі)і\

¥с = ^ ((*13 - Х\)+ cos[l 5°(zh + Х\2 -Х2- /24 )] + cos[30°(^ 5+Хіі-Хз-Х2з)\ + cos[45°0tr16 + Xw-*4-^22)] + cos[60°(*t7 + Хч ~Хъ ~Xi\)\ + + Xi ~Хь ~*20 )Ü

(8)

Расчет центров масс приведенных фигур (9)

С = ■ (9)

Уравнение (9) определяет величины центра масс сборок и характеризует несоосность малой сепараторной шайбой с большой сепараторной шайбой.

В табл. 2 приведены значения центров масс для четырех сборок. Второй вариант моделирования и расчета выполнен в программе Solid Works 2005.

Оптимальной сборка считается та, отклонение от несоосности которой, будет минимально. В данном случае третья сборка имеет отклонение 0.002мм.

Таблица 2 Значения центров масс

/ 7/Si

-3- - *іг

14

№ Сборки Координаты центров масс,мм Центр масс,мм Центр масс,Sol id Works,мм

X Y

1 0,002 -0,020 0,020 "1 0,023

2 0,036 -0,041 0,054 0,029

3 -0,00 і 0,002 0,002 0,002

4 -0,327 0,020 0,328 0,456

Р и с. 8 .Замкнутая фигура координат осей симметрии распорок и малой шайбой

Выполненные расчеты по двум вариантам свидетельствуют о достоверности как аналитического метода, так моделируемого с помощью программы Solid Works 2005.

Выводы

1. Используемый метод упорядоченной сборки сепараторов крупногабаритных подшипников, учитывающий погрешность формы и расположения резьбового соединения позволяет обеспечить точность взаимного расположения комплекта распорок и тел качения, для последующей операции сварки, уменьшающее вероятность пустот и не проваров.

2. Предлагаемый метод расчета дает возможность выбрать оптимальную сборку, которая позволит повысить долговечность изделия, за счет уменьшения несоосности малой и большой сепараторных шайб.

3. Учет функциональных связей точности взаимного расположения со случайной составляющей позволяет снизить трудоемкость комплектования сборочных единиц сепаратора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

].Рыльцев И. К,. Журавлев А. Н. Проектирование технологии сборки изделий. С.:СамГТУ, 2005. с. 12-16.

2Макарова Н.В. Трофимец В.Я. Статистика в Ехе): Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 2002.

С.368. ^

3 .Журавлев А.Н. Взаимосвязь жесткости тяжелонагруженных многорядных роликовых опор с их размерной составляющей. Вестник СамГГУ № 39. 2005. С. 118-123.

Статья поступила в редакцию 28 мая 2006 г.

УДК 621.9.06 В.М. Свинин

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯЦИИ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ ДЛЯ ГАШЕНИЯ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ АВТОКОЛЕБАНИЙ

На основании анализа соотношений изменения гармонически модулированной скорости резания на смежных проходах инструмента при однолезвийной обработке и проходах снежных зубьев при многолезвийной обработке установлены оптимальные значения относительных частоты и глубины модуляции скорости для подавления регенеративных автоколебаний. Полученные результаты подтверждены экспериментально при имитационном моделировании процессов резания на ЭВМ. Даны примеры конструкций технологической оснастки и инструмента для работы с оптимальными значениями параметров модуляции скорости резания.

Вторичные или регенеративные автоколебания при резании металлов существуют благодаря внутреннему резонансу в технологической системе (ТС), создаваемому вибрационным следом на поверхности резания. Их возбуждение и поддержание определяется способностью ТС самопроизвольно подстраивать фазу своих колебаний относительно вибрационного следа [1, 2]. Искусственное изменение этой фазы какими-либо способами приводит к ослаблению или полному гашению регенеративных автоколебаний. При однолезвийной обработке этого можно достичь подбором скорости резания [3], а при многолезвийной - использованием инструментов с переменным шагом зубьев [1, 4, 5]. Подавление регенеративных автоколебаний происходит тогда, когда длина поверхности резания или разношаговость зубьев инструмента кратны половине длины волны автоколебаний. Последняя определяется приведенной собственной частотой ТС (с учетом силовой напряженности процесса) и скоростью резания. Если в процессе резания эти параметры по каким-то причинам изменяются, то для гашения автоколебаний требуется корректировка скорости резания или величин шагов зубьев инструмента, что связано с его перенастройкой или заменой. Более удобным и надежным средством подавления регенеративных автоколебаний является использование периодически изменяемой (модулируемой) скорости резания [6-9 и др.]. Переменная скорость резания приводит к расстройке внутреннего резонанса ТС по частоте и фазе колебаний, что резко ухудшает условия регенерации вторичных автоколебаний.

Промышленное внедрение способов механической обработки с переменной скоростью резания сдерживается тем обстоятельством, что современные металлорежущие станки не обладают способностью модулировать скорость резания, а серийно выпускаемых технологической оснастки и инструментов такого назначения не существует. Для их проектирования и изготовления необходимо, прежде всего, определить рациональные параметры модуляции скорости резания: ее характер, частоту/^ и глубину ЛУ, обеспечивающие, с одной стороны, надежное подавление автоколебаний, а с другой стороны, - минимум дополнительных динамических нагрузок в приводе главного движения станка.

Модуляция скорости резания может быть проведена различным образом: по прямоугольному, треугольному или иным законам. Но наиболее просто осуществить ее гармоническую модуляцию, т.е. по синусоидальному закону. При этом динамические нагрузки, связан-