CC BY
30
Механика и машиностроение
УДК 621.762.4
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВТУЛОЧНЫХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ СУХОГО ТРЕНИЯ ИЗ МАТЕРИАЛА МР
© 2011 Г.В. Лазуткин, В.А. Антипов, М.А. Петухова, С.А. Вельмин, В.Л. Береснев
Самарский государственный университет путей сообщения Поступила в редакцию 10.11.2011
Процесс формования изделий из материала МР, для которых исходным элементом является проволочная спираль, включает в себя несколько этапов:
- изготовление предзаготовки изделия определенной конструкции, оптимизирующей конструктивно-технологические параметры готового изделия;
- формование предзаготовки в заготовку УДЭ, имеющую оптимальную геометрическую форму, близкую к форме готового изделия;
- получение готового изделия путем снятия давления прессования и извлечения из пресс-формы, а затем ее стабилизации («отдых», многократное приложение определенных статических и динамических нагрузок) демпфирующих элементов (УДЭ) различных типов. Так, например, изготовление УДЭ в виде цилиндров, кубиков, шайб, мембран и т.п. включает в себя следующие основные операции [1,2].
Растянутые с шагом tu отрезки диаметром свитой из проволоки диаметром определенным образом укладывают в коврик (рис. 1) равномерными слоями, а затем складывают в ленту по линиям а-а, б-б (рис. 2) с нахлестом, равным 0,25 от ширины ленты, соответствующей потребной высоте заготовки . Как показывает опыт СГАУ, такой нахлест обеспечивает равномерное распределение массива спиралей в ленте, устраняя ее неравномерность за счет сбега спиралей при их укладке на границах коврика. Таким образом, ширина коврика будет составлять 2,5Нз (см. рис. 1) при длине коврика и ленты Ьз. Ширина ленты будет равна высоте заготовки Нз.
*
Изготовленная деталь с плотностью рз является
предзаготовкой УДЭ, которую можно перемещать в технологическом пространстве для реализации последующих операций или складировать без изменения формы и размеров.
На следующем этапе производства УДЭ получают его заготовку с плотностью р3 путем скатывания предзаготовки - ленты в рулон (рис. 3) на технологическом стержне с диаметром, близким к диаметру внутреннего отверстия в УДЭ. При этом осуществляется подпрессовка ленты от толщины h3 до необходимого
размера h3 (см. рис. 3), обеспечивающего заданный наружный диаметр рулона Ор. При необходимости
рулон дополнительно опресовывают обкатыванием до наружного диаметра заготовки Dm (см. рис. 3). Изготовленная таким образом заготовка может быть размещена в пресс-форме (рис. 4) при регламентируемых технологией незначительных изменениях ее размеров и формы. Так, для обеспечения стабильности процесса прессования (рис. 5) наружный диаметр заготовки втулки Dнз изготавливают обычно на (2-3)% больше
гл*
внутреннего диаметра гильзы пресс-формы DH, а
внутренний диаметр заготовки втулки Db, (диаметр технологического стержня) на (2-3)% меньше внешне*
го диаметра иглы пресс-формы или равным ему.
На заключительном этапе производства заготовку УДЭ, размещенную в пресс-форме, подвергают давлению прессования о„, получая при этом прессовку высотой Н и плотностью рк (рис.5) после чего снижают давление прессования до нуля и извлекают прессовку УДЭ из пресс-формы, получая в результате готовое изделие высотой Нс и плотностью рс.
Свойства готовых втулочных УДЭ во многом определяются параметрами заготовок УДЭ (плотностями, высотами заготовок, их внутренними и внешними диаметрами, упругими свойствами проволок и т. п.), а также параметрами процессов прессования, связывающих давление прессования с высотами прессовок. От соотношения указанных параметров зависят упругое последействие прессовок, характеризующее упругие возможности материала МР, неравномерность распределения плотности материала по объему УДЭ и его прочностные свойства, которые определяют ресурс втулочных виброизоляторов в целом.
Выявление функциональных связей, указанных выше параметров МР между собой является одной из самых важных задач создания наиболее рациональных конструкция УДЭ и технологического процесса их изготовления.
Первоначально запишем общеизвестные зависимости для определения величин плотностей предзаготовки, заготовки УДЭ, прессовки готовой втулки, пренебрегая при этом разницами в диаметрах соответствующих рабочих поверхностей пресс-формы, готового УДЭ и его заготовки
1095
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
L н>хън- J j *
Р — 1 &Н Q 1
Рис. 1. Схема укладки спирали в коврик.
Рис. 2. Схема формирования ленты из коврика.
------ (1)
---------- (2)
----------- - - . (3)
Для определения длины ленты в выражении (1) выберем расчетную схему ее трансформации в рулон, согласно которой плотность ленты изменяется от плотности коврика до плотности заготовки [2]. Соответственно, толщина ленты изменяется от величины до (см. рис.3). При этом рулон-заготовку УДЭ будем рассматривать в виде набора колец толщиной , вложенных друг в друга без зазора. Тогда с учетом выражений (1) и (2) можно записать
-4——
Рис. 3. Процесс скатывания ленты в рулон.
Рис. 4. Размещение заготовки в пресс-форме.
Рис. 5. Процесс прессования втулочного УДЭ:
1 - прессовка; 2 - готовый УДЭ.
(4)
где
Рассматривая образование наружного диаметра заготовки, как суммирование толщин колец , полу-
2
чим
1096
Механика и машиностроение
где - полное число колец. Подставляя найденное выражение для в соотношение (4), находим
(5)
Далее рассмотрим объем параллелепипеда плотностью с высотой 0 . Будем полагать,
что согласно принятой расчетной схемы его первоначальная высота составляла —, а плотность - .
Образуем другой параллелепипед плотностью с высотой , но со сторонами основания
. Потребуем выполнение равенства объемов рассматриваемых параллелепипедов с плотностью , в результате чего получим
- (6)
Уменьшая высоту последнего из рассматриваемых параллелепипедов до величины , получим ленту с необходимой плотностью и длиной . Тогда, сопоставляя выражения (5) и (6), можно записать для числа колец в заготовке —
Найдем пределы возможного изменения величин , и .
Детализируем предлагаемую расчетную схему длины предзаготовки и ее связей с спараметрами проволочной спирали, для чего выберем в качестве предзаготовительного элемента виток спирали. Тогда минимальной плотностью материала МР в заготовке УДЭ будет являться плотность витка спирали , занимающий объем куба со стороной .
--- (7)
где — - относительный диаметр проволочной
спирали, изменяемый от 5 до 15, причем наиболее предпочтителен диапазон изменения от 9 до 12. Подобный подход весьма характерен при изучении стохастической структуры проволочного материала МР и построения его расчетных моделей [2].
На практике установлено, что для получения достаточно связанной структуры проволочных спиралей в предзаготовке степень ее опрессовки — в направлении перпендикулярном плоскости укладки спиралей должна быть от 4 до 5, а в некоторых случаях и более. Т.е. минимально возможная плотность ленты (коврика) может составлять
Соответственно максимальная длина ленты, найденная с помощью соотношения (6), имеет величину
- (8)
Максимально возможная плотность ленты может составлять , а ее минимальная длина соот-
ветственно
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тройников А.А. Вопросы технологии изготовления упругодемпфирующих элементов из материала МР / А.А. Тройников, А.Д. Пичугин // Вибрационная прочность и надежность
(9)
С учетом полученных соотношений (8), (9) средняя величина длины предзаготовки будет составлять
- (10)
Анализируя выражения (6) и (10), можно выработать два разных подхода к определению параметров заготовки.
Так, взяв за основу выражение (5) и условие необходимой опрессовки ленты, например, — {4, 5}, можно определить возможную длину ленты (6)
(11)
Приравнивая длины заготовок (5) и (6), получим число колец в расчетной схеме . Однако рас-
четное значение числа колец в заготовке может не совпадать с реальных технологическим параметром -числом полных оборотов при формировании рулона-заготовки УДЭ. На практике лента укладывается в рулон не кольцами, а по спирали. Поэтому расчетное число колец при заданной длине ленты может оказаться меньше, чем число полных оборотов. Кроме того, увеличение диаметра рулона по сравнению с расчетным также уменьшает число полных оборотов.
В связи с изложенным, расчетное число колец следует принимать как верхнюю границу для оценки полного числа оборотов .
Другой подход включает в себя два этапа определения длины заготовки. На первом этапе с помощью выражения (10) находится предварительная величина длины предзаготовки, затем с помощью выражения (5) определяется число колец — , которое
при необходимости округляется до ближайшего целого числа . После этого с помощью вы-
ражения (5) вычисляется окончательное значение длины предзаготовки-ленты.
При таком подходе к определению более детально учитываются особенности геометрических характеристик спирали (см. выражение (7)) в сочетании с плотностью заготовки УДЭ. Следует отметить, что на практике выбор того или иного подхода определяется потребными диапазонами изменения величин (7) и . Для узких диапазонов изменения указанных параметров (см. выше) предпочтителен первый подход; для широких - второй.
Разработанный и представленный в настоящей работе математический аппарат позволяет стабилизировать технологический процесс изготовления втулочных виброизоляторов сухого трения и уменьшить до заданных пределов разброс упруго-демпфирующих свойств серийных изделий.
двигателей и систем летательных аппаратов: сборник научн. трудов. Вып 8. - Куйбышев: КуАИ, 1981. - с.101-102.
2. Лазуткин Г.В. Формование изделий из упругодемпфирующего материала МР для агрегатов и систем транспортной тех-
1097
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
ники / Г.В. Лазуткин // Вестник транспорта Поволжья. -2010. - № 4. с.82-90
SINGULARITIES OF MANUFACTURING TECHNIQUE OF DRY FRICTION BUSHING VIBROINSULATORS THAT MADE OF MATERIAL METALGUM
© 2011 G.V. Lazutkin, V.A. Antipov, M.A. Petuhova, S.A. Velmin, V.L. Beresnev
Samara State University of Transport
1098
