CC BY
62
Моисеев Евгений Федорович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, начальник опытно-производственного участка, mail@splav. org, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»
MODERNIZATION OF MACHINES FOR GRINDING OF TAPS WITH IRONING ELEMENTS
V.M. Krasilnikov, V.A. Maslennikov, E.F. Moiseyev
The scheme of modernization grinding - relieving the machine of fashions is described. MF4A for a backing -off of cutting part of taps, and also modernization of the mechanism of a backing - off the carving - grinding of machines of models 5822 and 5822M, providing necessary technological conditions for grinding of a carving of tools with leading elements.
Key words: the relieving mechanism, taps with leading elements, carving grinding.
Krasilnikov Victor Mikhaylovich, candidate of technical science, docent, deputy director, instrumental2005@rambler. ru. Russia, Tula, JSC «KPS «Dvizheniye»,
Maslennikov Vladimir Arkadyevich, candidate of technical science, director, 9417481 @gmail. com, Russia, Tula, JSC «Tekhnologiya-holding»,
Moiseyev Eugeny Fedorovich, candidate of technical science, senior research associate, chief of a skilled and production site, mail @spla v. org, Russia, Tula, JSC «NPO «SPLAV»
УДК 621.71, 621.7.08
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СБЛИЖЕНИЯ КОНТАКТИРУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ НАГРУЖЕНИИ
О.С. Кашмин, А.С. Ямников, М.А. Пушканов
В статье описана методика эксперимента и оснастка для определения сближения контактирующих деталей при импульсном нагружении. Предложена степенная модель зависимости и с помощью центрального композиционного ротатабельного планирования эксперимента второго порядка получены полиномиальные зависимости сближения от качества поверхности, материала детали и его твердости, а также угла перекоса сопрягаемых поверхностей.
Ключевые слова: импульсное нагружение, сближение контактирующих деталей, планирование эксперимента, технологические параметры сопряжения.
В узлах запирания стрелкового и автоматического оружия, далее автоматические машины, силовое взаимодействие контактирующих тел часто является ударным. В зоне контакта возникают упругие и пластиче-
222
ские деформации. Необходимо оценить поведение таких конструкций под воздействием интенсивных импульсных нагрузок, которые возникают при их эксплуатации.
Задача расчета контактных деформаций в стыках решена в достаточном объеме лишь для случаев статического нагружения [1-4]. Для случаев же импульсного нагружения полных решений еще не получено. К числу немногих работ, выполненных в этом направлении, следует отнести исследования контактной деформации стальных деталей при их многократном циклическом нагружении с частотой 50Гц. [5]
Результаты экспериментов, проведенных в этом исследовании, показали, что под влиянием нагрузки, имеющей импульсный характер, контактная деформация увеличивалась примерно на 3,5 %.
Этот результат указывает на возможность расчетов контактных сближений при импульсном нагружении с использованием поправочных коэффициентов, учитывающих характер прикладываемой нагрузки. При отсутствии дополнительных данных о реализации этой возможности, естественно, возникает необходимость в специальном эксперименте.
Напряжения и деформации за пределом упругости можно определить по приближенным эмпирическим зависимостям. Следует иметь в виду, что решение таких задач сопряжено с большими трудностями, поскольку математическое описание реальных сложных динамических систем в большинстве случаев затруднительно. Следовательно, наиболее обоснованное суждение о поведении конструкций стрелкового и автоматического оружия в условиях ударного взаимодействия можно сделать, лишь используя результаты эксперимента. В частности, необходимо определить влияние состояния поверхностного слоя на величину сближения контактирующих деталей, работающих в условиях импульсного нагруже-ния.
Основной задачей эксперимента является проверка возможности определения величины контактной деформации при импульсной нагрузке. Цель этой проверки заключается в установлении зависимостей для решения проектных задач по регламентации норм точности деталей автоматических машин.
Контактная податливость стыковых соединений зависит от большого числа факторов, как это следует из формул для определения ее величины в условиях статических нагружений [6,7]. Проведенные опыты показали, что режимы нагружения оказывают влияние на интенсивность образования остаточных деформаций в поверхностных слоях контактирующих деталей. Однако неизвестно, в какой мере параметры состояния поверхности (высота неровностей, их шаг, твердость и другие) по отдельности или в совокупности определяют степень интенсивности изменения контактной податливости при изменении режимов нагружения. При исследовании протекания контактных процессов в действующем изделии неиз-
бежно проявление влияния факторов, обусловленных конструктивными и технологическими особенностями этого изделия. Так, взаимная ориентация деталей, зависящая от их собственной точности и точности сборки, инерционное сопротивление смещениям деталей с учетом приведенных к ним масс в условиях импульсных нагружений, и другие подобные им факторы, будут неизбежно проявляться в действующем изделии. Однако они не могут быть учтены по своей физической сущности и, следовательно, не могут быть оценены количественно.
При экспериментальных исследованиях учитывались требования моделирования процесса, протекающего в реальном механизме, в частности, в узле запирания стрелкового оружия:
1) зазора между контактирующими поверхностями нет,
2) нет смещения поверхностей деталей относительно друг друга при последующих нагружениях,
3) примерное равенство возникающих контактных напряжений.
Контактные взаимодействия деталей механизмов автоматических
машин характерны наличием большого числа факторов, составляющих специфику данного объекта исследования. В начальной стадии исследования неизвестно, насколько взаимосвязано проявляется влияние этих факторов, да и сами факторы могут быть названы только предположительно.
Важным методическим условием чистоты эксперимента является разделение измеренной в опытах величины деформации на две составляющие. Первая из них обусловлена деформацией элементов рельефа контактирующих поверхностей, а вторая - объемными деформациями деталей, несущих эти поверхности. Деформации, в свою очередь, могут оказаться упругими и пластическими.
При исследовании влияния качества поверхностного слоя контактирующих деталей, работающих в условиях импульсного нагружения, использовались образцы цилиндрической и плоской формы. Цилиндрические образцы имели диаметр 30 мм выполненный по квалитету точности, и длину 110 мм. Такая точность и длина образца позволила свести до минимума возможные его перекосы в корпусе в момент нагружения. Плоский образец был выполнен в виде плиты, с размерами 140x50 мм и толщиной 30 мм.
Чтобы получить равенство контактных деформаций, возникающих при работе реального механизма и при проведении эксперимента, на образцах выполнены выступающие площадки. Поверхность площадок подвергалась механической обработке способами, предлагаемыми в качестве финишных операций, вместо ручной пригонки.
Для проведения экспериментальных исследований влияния качественного состояния поверхностного слоя контактирующих деталей под действием циклических импульсных нагрузок была спроектирована и изготовлена специальная установка (рис. 1).
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
На ней был смоделирован процесс нагружения образцов, изготовляемых из наиболее часто употребляемых в производстве стрелкового и автоматического оружия сталей следующих марок: 30ХН2МФА, 30ХРА, 35ХГСА, 50РА. Твердость, полученная после термообработки, составляла 36... 53 ЫЯСз.
Установка воспроизводила ударный характер нагружения. Она монтировалась и закреплялась на столе горизонтально-фрезерного станка. На плите 1 неподвижно установлен упор 2, к которому при помощи винтов крепится плоский образец 3. Цилиндрический образец 4, имеющий с одной стороны выступающую площадку, а с другой - центровое отверстие, находится в корпусе 5. На цилиндрической поверхности образца имеется шпоночный паз. В этот паз входит конец установочного винта, ввинченного в корпус 5 и предохраняющего образец от поворота. Удар создается парой пружин 8, установленных на цилиндрических направляющих 9. По этим же направляющим перемещается серьга 7, с закрепленным в ней бойком 10. Боек 10 в свою очередь контактирует с ударником 11, находящемся в отдельном корпусе 6. В торце ударника установлен шарик 12, который, устанавливаясь в центровом отверстии образца 4, обеспечивает центральное
направление удара. Сжатие пружин осуществляется перемещением серьги 7 кулачком, закрепленным в установленной в шпинделе станка оправке. Изменение степени сжатия пружин, а, следовательно, и силы удара производится путем перемещения стола станка в вертикальном направлении.
Со шпинделем станка связан счетчик числа оборотов или числа циклов нагружения.
Как уже отмечалось ранее, на торце цилиндрического образца была выполнена выступающая площадка, поверхность которой исследовалась в ходе эксперимента.
Измерение величины контактной деформации осуществлялось на вертикальном микроскопе относительным способом. Проводилось измерение до эксперимента и после. Образец устанавливался в призме и поджимался струбциной. Сначала измерялась высота точки 10 (рис. 2), а затем девяти точек исследуемой поверхности.
Результаты измерения заносились в таблицу. При такой схеме измерения исключалась погрешность установки в призме, и не учитывались деформации образца после нагружения. Если обозначить высоту точек профиля площадки (исследуемой поверхности) до эксперимента hin, а после нагружения образца hJn, то разность hin - hJn - есть величина деформации.
Разработанный комплекс при задании всех механических, геометрических и др. параметров сборочного соединения и условий нагружения позволяет смоделировать процесс осадки узла запирания и получить значение сближения Y в сборочном соединении.
Для проведения эксперимента нами были отобраны следующие факторы: Ra - шероховатость поверхности; HRQ - твердость; а° - угол раскрытия стыка. В качестве выходного фактора выбрана величина сближения Y.
о
Зависимость Y=f (Ra, HRC.,, а) аппроксимировали полиномом второй степени. Эксперимент проводили по программе центрального композиционного ротатабельного планирования второго порядка.
Было сделано предположение, что зависимость величины сближения Y от исследуемых факторов можно представить уравнением регрессии степенного вида:
Y = CRaß HRC3 . (1)
Уравнение (1) после логарифмирования примет вид
ln Y = ln C + ß ln Ra + g ln HRC3 + j ln a. (2)
Результат эксперимента выражен полиномом вида
U = ¿0 + t\X1 + ¿2 X2 + ¿3 X3 + t\2 X1X2 + ¿13 X1X3 +
+ ¿23 x2 x3 + ¿nX2 + ¿22 x2 + ¿33 ^
Рис. 2. Схема измерения величины контактных деформаций
В уравнении (3) и = 1п У; а Х[, х2, Х3 - кодированные значения факторов Яа, ЫЯС, а°. Справедливость зависимости (1) устанавливалась проверкой адекватности линейной части полинома (3).
Для стали 30ХРА уровни варьирования факторов:
х1 =(Яа -1,6)/1; х2 = (НЯСэ - 42,5)/5,5; х3 = (а° - 0,13)/0,09. Экспериментальная модель получена в виде:
и = 10,889 + 2,8333х1 - 2,6667х2 + 5,2778х3 + 0,3333х1х3 + 0,94444х|. Для стали 35ХГСА уровни варьирования факторов:
х1 = (Яа -1,6)/1; х2 = (#ЯСэ - 43)/5; х3 = (а° - 0,13)/0,09. Экспериментальная модель получена в виде:
и = 10,778 + 3 х1 + 2,0556х2 + 5,5 х3 + 0,25 х1х2 + + 0,33333х1х3 + 0,25 х2 х3 + 0,94444х3.
Для стали 50РА уровни варьирования факторов: х1 =(Яа - 2,8)/2,2; х2 =(НЯСэ - 44,5)/4,5; х3 = (а° - 0,085)/0,055. Экспериментальная модель получена в виде: и = 10,926 + 3,4444х1 - 3,5556х2 + 3,8889х3 - 0,33333х1х2 +
+ 0,58333х1х3 -1,9167х2х3 - 0,77778х? + 0,55556х2 - 0,77778х3.
Для стали 30ХН2МФА уровни варьирования факторов
х1 = ^ - 2,8)/ 2,2; x2 = (Ш^ - 43)/ 4; x3 = (а0 - 0,085)/ 0,055.
Экспериментальная модель получена в виде:
U = 11 + 4x1 - 2,7222x2 + 2,72222x3 - 0,66667x1x2 +
+ 0,58333x1x3 -0,75^2x3 - 1,4444x2.
В результате обработки экспериментальных данных получены полиномиальные зависимости сближения от технологических факторов и качества поверхности, что является важным для разработки технологического процесса сборки, назначения норм геометрической точности деталей, выбора параметров установок, проектирования комплекса технологической и метрологической оснастки.
Список литературы
1. Коганов И. А. Размерный анализ изделий с учетом контактной податливости сопрягаемых деталей /И.А. Коганов, Н.Н. Шемарин, А.П. Никифоров и [др.] / ТПИ. Тула, 1986. Деп. в НИИТЕМР 10.11.86. №261-86. 27 с.
2. Грязев В.М., Ямников А.С. Решение размерных цепей с точностью, нормированной по пятну контакта поверхностей. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2013. № 8. С. 22-26.
3. Васильев А.С., Грязев В.М., Ямников А.С. Функционально связанные сборочные размерные цепи, обеспечивающие нормированный контакт поверхностей. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2012. № 5 (142). С. 36-40.
4. Терехин Н.А., Ямников А.С., Грязев В.М. Сравнительные характеристики поверхностной жесткости деталей. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. № 6-2. С. 168-174.
5. Шемарин Н.Н., Кашмин О.С. Исследование влияния качества поверхности контактирующих деталей, работающих в условиях импульсных нагрузок, на величину их сближения/ Тез. докл. ВНТК «Проблемы повышение качества, надежности и долговечности». Брянск, 1990. С. 175-176.
6. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 112 с.
7. Грязев В.М., Ямников А.С. Сравнительные характеристики поверхностной жесткости деталей автоматических машин: справочник. Инженерный журнал с приложением. 2013. № 8 (197). С. 7-13.
Кашмин Олег Степанович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., yammkovas@mailru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пушканов Максим Александрович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEFINITION OF RAPPROCHEMENT OF THE CONTACTING DETAILS A T PULSE LOADING
O.S. Kashmin, A.S. Yamnikov, M. A. Pushkanov
In article the technique of experiment and equipment for definition of rapprochement of the contacting details at pulse loading is described. The sedate model of dependence is offered and by means of the central composite rotatabelny planning of experiment of the second order polynomial dependences of rapprochement on quality of a surface, material of a detail and its hardness, and also a corner of a distortion of the interfaced surfaces are received.
Key words: pulse loading, rapprochement of the contacting details, experiment planning, technological parameters of interface.
Kashmin Oleg Stepanovich, candidate of technical science, docent, kashmino-leg@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yamnikov Alexander Sergeyevich, doctor of technical science, professor, yamniko-vas@mail,ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pushkanov Maxim Aleksandrovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.833
ВЫРАВНИВАНИЕ ОГРАНКИ ПРОФИЛЯ ПРИ ЧИСТОВОМ ОБКАТЫВАЮЩЕМ ЗУБОПРОТЯГИВАНИИ ИЗМЕНЕНИЕМ КОНСТРУКЦИИ РЕЗЦОВЫХ ГОЛОВОК
В. А. Кондрашов
Предложен способ выравнивания огранки по профилю за счет изменения окружного шага резцов двухрядных дисковых резцовых головок. Приведена конструкция инструмента и описан процесс зубообработки.
Ключевые слова: зубообработка, резцовая головка, конструктивный параметр, точность.
Выравнивание огранки профиля для процесса чистового обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес реализуется за счет изменения конструкции двухрядной резцовой головки путем установки резцов с монотонно изменяющимся шагом. При этом повышение точности
