CC BY
20
УДК «21.88
А. П. МОРГУНОВ Л. Г. СТИШЕНКО О. П. КОРЖОВА
Омский государственный технический университет
ОСОБЕННОСТИ
КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ_
Рассмотрено влияние технологических параметров поверхности охватывающей детали профильного соединения на его работоспособность. Формообразование профиля поверхности осуществляется накатыванием роликом или шариком, создавая при этом пересекающиеся впадины. Последующее упругопластическое деформирование охватываемой детали (втулки) обеспечивает максимальное заполнение впадин материалом втулки и максимальную неподвижность соединяемых элементов при раздельном или совместном воздействии осевой силы и крутящего момента.
Наиболее производительным методом обработки внутренних поверхностей осесимметричных деталей, позволяющим обеспечить требуемое качество поверхности и точность, является дорнование. Одновременно с финишной обработкой дорнование может использоваться для сборки профильных неподвижных соединений (ПНС).
Методы сборки соединений с применением дорнования основываются большей частью на двух схемах: дорнование с большим натягом гладкой втулки и дорнование втулки с трансформацией макронеровностей, созданных на поверхности втулки, на внешнюю, сопрягаемую с корпусом поверхность втулки.
Явление трансформации заключается в том, что под действием больших радиальных и сдвигающих деформаций неровности поверхности втулки выравниваются, сглаживаются по поверхности дорна и частично переносятся на свободную поверхность детали. Увеличение погрешности «свободных» размеров деталей после дорнования оценивается опытным коэффициентом трансформации Кт = со/а.,, где си — высота макронеровности, возникшей на свободной поверхности, со, — высота макронеровности на дорнуемой поверхности.
Сборочные единицы, у которых охватываемая деталь выполнена в виде кольца (втулки), упругих свойств которой недостаточно для обеспечения прочности неподвижных неразъемных соединений (ННС) при сборке традиционными способами, целесообразно получать внутренним протягиванием. Такие соединения часто используются в качестве подшипников скольжения, у которых охватываемый элемент изготовлен из антифрикционного
Обойма Втулка
а) б)
Рис. 1. Получение профиля обоймы соединения: а) накатыванием (условно);
б) резанием (условно)
материала. Поэтому рассматриваемую конструкцию ННС, получаемую с помощью деформирующего протягивания или дорнования, можно отнести к классу соединений с натягом [1 ].
Образование формы профиля такого соединения осуществляется известными технологическими методами: накатыванием с изменением величины диаметра внутренней поверхности обоймы в сторону уменьшения (рис. 1а) или нарезанием — без изменения диаметра (рис. 16). Следующее за формообразованием профиля деформирующее протягивание (дорнование) приводит к заполнению впадин профиля и микровпадин микрорельефа поверхности в результате упругопластического деформирования охватываемой детали.
Заполнение впадин профиля охватывающей детали осуществляется не всегда одинаково (рис. 2). Связано это с тем, что деформирующее протягивание в осевом направлении может осуществляться с различной скоростью и с различным натягом дорнования. Кроме того, деформирующие элементы могут иметь различное качество. Отсюда вытекает необходимость дополнительного исследования влияния коэффициента заполнения Ко профиля на работоспособность ПНС.
Коэффициент заполнения представляет собой отношение площади опорной поверхности к площади контурной поверхности:
К, = 5оп/Зк.
Для определения коэффициента заполнения макрорельефа охватывающего элемента и определения закономерностей его изменения необходимо вычислить площадь опорной поверхности, или площадь поверхности соприкосновения охваты-
Контурная поверхность ,,,, ..^профиляобоймы
щш
чЧу-^ЧТху О-'.'.—Опорная поверхность
а) б)
Рис. 2. Варианты заполнения профиля: а) полное; б) неполное
Рис. 3. Совместное действие осевой силы Р и крутящего момента Мк
Рис. 4. Винтовые пересекающиеся впадины
вающего и охватываемого элементов в геометрически измененных параметрах охватывающего элемента,
Очевидно, что для более долговечного и качественного функционирования профильного соединения необходимо, чтобы величина стремилась к единице. На практике добиться этого весьма сложно.
Результаты экспериментальных исследований на образцах из стали (для охватывающей детали) и бронзы (для охватываемой детали) дают основание утверждать, что при глубине канавок профиля до 0,25 мм и относительном натяге ¿>/с/(( = 0,34 коэффициент заполнения практически равен единице.
Натяг дорнования при этом 8= ё — йш где й — диаметр деформирующих элементов дорна, йк — внутренний диаметр втулки. В эксперименте натяг дорнования принимался от 0,1 до 0,3 мм, а диаметр деформирующих элементов находился;в пределах от 26,6 до 26,9 мм. Диаметр втулки бн = 26,5 мм, толщина ее сечения составляла от 0,5 до 1,0 мм. Отсюда можно заключить, что на величину коэффициента заполнения профиля влияет натяг дорнования и толщина сечения охватываемой втулки.
Вместе с тем совместное действие осевой силы.Р и крутящего момента Мк при определенном соотношении параметров рельефа сопрягаемых поверхностей и свойств материалов охватывающей и охватываемой детали может привести к раскрытию стыка (рис. 3). В связи с этим при формообразова-
нии профиля коэффи ■ ¡.иент заполнения К, профиля, даже при его максимальном значении, т. е. равном единице, не может являться единственным критерием относительной неподвижности охватывающей и охватываемой детали. Очевидно, наибольшее влияние на относительную неподвижность будут оказывать форма впадин профиля и их взаимное расположение.
По нашему мнению и мнению других ученых [2] наиболее технологичным способом получения профильного соединения является накатывание роликами или шариками винтовых пересекающихся впадин (рис. 4), предотвращающих проворот при достаточной устойчивости охватываемой втулки.
При наличии погрешности формы сопрягаемых деталей последняя при прочих равных условиях является фактором, определяющим величину опорной площади соприкосновения, а также прочность и надежность ННС.
Для определения наличия наследования отклонений формы, возникающих в результате обработки охватывающей детали проводились измерения поперечных и продольных отклонений до и после сборки дорнованием в пяти сечениях вдоль оси и через каждые 30 градусов окружности. На рис. 5 Показаны круглограммы до деформирующего протягивания и после него. В таблицах приведены отклонения формы также до и после сборки.
При наличии отклонений формы заполнение профиля обоймы неравномерно и соответственно К.,
Сечение (градусы) 1 2 3 4 5
0"- 180" 35 23 30 32 26
30" - 210" 36 28 32 32 26
60" - 240" 30 25 30 24 24
90° - 270" 24 22 26 22 22
120" - 300" 18 16 20 24 22
150'' - 330" 30 22 26 27 | 25
Сечение (градусы) 1 2 3 4 5
0 - 180' 7 8 8 6 7
30 - 210 7 9 11 9 8
60" - 240' 9 3 9 7 6
90' - 270" 4 8 8 7 4
120 - 300' 5 10 6 8 7
150"- 330' 7 10 10 10 9
Рис. 5. Круглограммы: а) обоймы; б) втулки после дорнования
тоже будет величиной переменной за счет усадки втулки. Накатывание профиля позволяет с некоторым приближением обеспечить постоянство геометрических параметров, но не дает возможности устранить отклонения формы с достаточной экономической целесообразностью.
Основываясь на результатах исследований, проведенных при разработке и обеспечении прочности профильных неразъемных неподвижных соединений с винтовым профилем можно исследовать возможность гарантированной относительной подвижности охватывающей и охватываемой деталей при выполнении тех же технологических операций, что и при получении ПНС.
Библиографический список
1. Моргунов А.П. Технологическое обеспечение прочности профильных неподвижных соединений: Монография / А.П Мор-
гунов, В.Б. Масягин, И В. Ревина. - М.: Технология машиностроения, 2004. - 300 с.
2. Зимина A.A. Повышение прочности профильных неподвижных неразъемных соединений вибронакатыванием. Прикладные задачи механики. Сб. науч. тр. /A.A. Зимина, В.В, Дер-кач. - Омск: ОмГТУ, 1999. - С. 78-81.
МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Технология машиностроения».
СТИШЕНКО Лариса Георгиевна, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности». КОРЖОВА Ольга Павловна, ассистент кафедры «Технология машиностроения».
Дата поступления статьи в редакцию: 22.05.06 г. © Моргунов А.П., Стишенко Л.Г., Коржова О.П.
УД«б81.з:«1 А.П.МОРГУНОВ
А. БЕККЕР В. Б. МАСЯГИН
Омский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Предложены принципы построения САЕ-системы технологии механической обработки, сформирован набор необходимых для начального построения системы информационно связанных моделей и программных модулей, определены направления применения и совершенствования системы.
В настоящее время широко применяются интегрированные системы компьютерного проектирования и технологической подготовки производства. Применение их значительно повышает эффективность труда конструкторов и технологов, автоматизируя рутинные операции проектирования и оформления документации для конкретного принятого варианта технологического процесса. При этом остается во многом не решенной задача получения оптимального варианта или нескольких близких к оптимальному вариантов технологических процессов для реальных условий производства.
Решение данной задачи возможно на основе применения автоматизированной системы инженерного анализа технологических процессов механической обработки CAE (Computer Aided Engineering), основной функцией которой является укрупненная отработка основных параметров технологических процессов, включая размерный, экономический и организационный анализ с визуализацией результатов. В свою очередь, возможность создания САЕ-системы определяется развитием научных основ технологии машиностроения и
автоматизации проектирования, применяемыми математическими моделями, программным обеспечением и техническими средствами.
В настоящее время научные основы технологии машиностроения содержат полный комплекс методов решения задач проектирования технологии механической обработки [1]. Разработаны формализованные методы для решения отдельных задач, например, использование формализованного языка, систем кодирования, теории графов, математической логики и других моделей [1,2,3]. В области автоматизации проектирования на всех этапах жизненного цикла изделий используются разнообразные автоматизированные системы (САЕ, CAD, САМ, PDM, SCM, ERP и др.) [4|.
Функции САЕ-систем связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. Разработанные в настоящее время машиностроительные САЕ-системы включают программы для выполнения следующих процедур;
— моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ (метод конечных элементов I :
