Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНИСТОСТИ ШКИВОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ВАРИАТОРОВ'

ВЛИЯНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНИСТОСТИ ШКИВОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ВАРИАТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
54
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОКОЛЕБАНИЯ / ВОЛНИСТОСТЬ / ВАРИАТОР / ШКИВ / ОБРАБОТКА / ПОВЕРХНОСТЬ / ВОЛНОГРАММА

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Генералова Александра Александровна, Зверовщиков Александр Евгеньевич, Никулин Артем Анатольевич

Актуальность и цели. Растущие требования к современным автомобилям обусловливаются экологическими соглашениями международных регулирующих органов по трем основным направлениям: энергоэффективность, сокращение выбросов и эксплуатационные характеристики транспортных средств. Вариаторные коробки передач снижают расход топлива и выбросы за счет обеспечения оптимальной работы двигателя, а также обеспечивают производительность и комфорт при вождении за счет автоматического переключения передач и непрерывной передачи крутящего момента. Существенным недостатком по сравнению с механическими трансмиссиями является недостаточно высокий механический коэффициент полезного действия, что в значительной степени влияет на расход топлива и, как следствие, выбросы вредных веществ в атмосферу. Одним из способов минимизации таких потерь является формирование поверхностей шкивов с необходимыми параметрами шероховатости и волнистости путем применения различных технологических операций. Режимы резания, геометрические параметры заготовки и физико-химические свойства обрабатываемого металла приводят к возникновению автоколебаний. Автоколебания влияют на микропрофиль формируемой поверхности шкивов при токарной обработке. Объектом исследования являются взаимосвязи между режимами обработки и качеством поверхностного слоя фрикционных элементов бесступенчатой трансмиссии. Предмет исследования - адекватная оценка и обеспечение качества поверхности при обработке технологическими методами, обеспечивающими формирование регулярного профиля волнистости ведущего шкива вариатора. Целью исследования является разработка методики для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе токарной обработки. Материалы и методы. Проводимые в работе теоретические и экспериментальные исследования базируются на изучении литературы по данному вопросу, проведенных исследованиях и опыте практикующих технологов. Результаты. Проанализирована эмпирическая зависимость прогнозирования высотного параметра волнистости от амплитуды возникающих автоколебаний. Предложена аналитическая зависимость амплитуды автоколебаний и высотного параметра волнистости в процессе обработки от режимов резания с учетом физико-химических свойств материалов заготовки. Выводы . На основании проведенных исследований и экспериментов предложен подход для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе обработки в зависимости от режимов резания с учетом физико-химических свойств материалов заготовки. Это позволит прогнозировать и обеспечивать высотный параметр волнистости на стадии опытно-конструкторских работ и составления технологического процесса обработки деталей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Генералова Александра Александровна, Зверовщиков Александр Евгеньевич, Никулин Артем Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE IMPACT OF SELF-OSCILLATIONS DURING ROTARY MACHINING ON UNDULATION OF SHEAVES IN VARIABLE TRANSMISSIONS OF MOTOR VEHICLES

Background. The growing requirements for modern cars are conditioned by environmental agreements of international regulatory bodies in three main areas: energy efficiency, emission reduction and vehicle performance. Variator gearboxes reduce fuel consumption and emissions by ensuring optimal engine performance, as well as provide performance and driving comfort through automatic gear shifting and continuous torque transmission. A significant disadvantage compared to mechanical transmissions is the insufficiently high mechanical efficiency, which significantly affects fuel consumption and, as a result, emissions of harmful substances into the atmosphere. One of the ways to minimize such losses is the formation of pulley surfaces with the necessary roughness and undulation parameters by applying various technological operations. Cutting modes, geometric parameters of the workpiece and physico-chemical properties of the processed metal lead to the occurrence of self-oscillations. Self-oscillations affect the microprofile of the formed surface of pulleys during turning. The object of the study is the relationship between the processing modes and the quality of the surface layer of the friction elements of a continuously variable transmission. The subject of the study is an adequate assessment and quality assurance of the surface during processing by technological methods that ensure the formation of a regular waviness profile of the drive pulley of the variator. The purpose of the study is to develop a technique for determining the undulation of the surface by analytical evaluation of the amplitude of self-oscillations during turning. Materials and methods . The theoretical and experimental research carried out in the work is based on the study of literature, conducted research and the experience of practicing technologists. Results . The empirical dependence of the prediction of the height parameter of undulation depending on the amplitude of the arising self-oscillations is analyzed. An analytical dependence of the amplitude of self-oscillations and the height parameter of undulation during processing is proposed, depending on the cutting modes, taking into account the physico-chemical properties of the workpiece materials. Conclusions . Based on the conducted research and experiments, an approach it is proposed to determine the undulation of the surface by analytical evaluation of the amplitude of self-oscillations during processing, depending on the cutting modes, taking into account the physico-chemical properties of the workpiece materials. This will make it possible to predict and ensure the high-altitude parameter of undulation at the stage of development work and drawing up the technological process of processing parts.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНИСТОСТИ ШКИВОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ВАРИАТОРОВ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

MACHINE SCIENCE AND BUILDING

УДК 62-1

doi:10.21685/2072-3059-2022-4-9

Влияние автоколебаний в процессе токарной обработки на формирование волнистости шкивов автомобильных вариаторов

А. А. Генералова1, А. Е. Зверовщиков2, А. А. Никулин3

1,2,3Пензенский государственный университет, Пенза, Россия [email protected], [email protected], [email protected]

Аннотация. Актуальность и цели. Растущие требования к современным автомобилям обусловливаются экологическими соглашениями международных регулирующих органов по трем основным направлениям: энергоэффективность, сокращение выбросов и эксплуатационные характеристики транспортных средств. Вариаторные коробки передач снижают расход топлива и выбросы за счет обеспечения оптимальной работы двигателя, а также обеспечивают производительность и комфорт при вождении за счет автоматического переключения передач и непрерывной передачи крутящего момента. Существенным недостатком по сравнению с механическими трансмиссиями является недостаточно высокий механический коэффициент полезного действия, что в значительной степени влияет на расход топлива и, как следствие, выбросы вредных веществ в атмосферу. Одним из способов минимизации таких потерь является формирование поверхностей шкивов с необходимыми параметрами шероховатости и волнистости путем применения различных технологических операций. Режимы резания, геометрические параметры заготовки и физико-химические свойства обрабатываемого металла приводят к возникновению автоколебаний. Автоколебания влияют на микропрофиль формируемой поверхности шкивов при токарной обработке. Объектом исследования являются взаимосвязи между режимами обработки и качеством поверхностного слоя фрикционных элементов бесступенчатой трансмиссии. Предмет исследования - адекватная оценка и обеспечение качества поверхности при обработке технологическими методами, обеспечивающими формирование регулярного профиля волнистости ведущего шкива вариатора. Целью исследования является разработка методики для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе токарной обработки. Материалы и методы. Проводимые в работе теоретические и экспериментальные исследования базируются на изучении литературы по данному вопросу, проведенных исследованиях и опыте практикующих технологов. Результаты. Проанализирована эмпирическая зависимость прогнозирования высотного параметра волнистости от амплитуды возникающих автоколебаний. Предложена аналитическая зависимость амплитуды автоколебаний и высотного параметра волнистости в процессе обработки от режимов резания с учетом физико-химических свойств материалов заготовки. Выводы. На основании проведенных исследований и экспериментов

© Генералова А. А., Зверовщиков А. Е., Никулин А. А., 2022. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

предложен подход для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе обработки в зависимости от режимов резания с учетом физико-химических свойств материалов заготовки. Это позволит прогнозировать и обеспечивать высотный параметр волнистости на стадии опытно-конструкторских работ и составления технологического процесса обработки деталей.

Ключевые слова: автоколебания, волнистость, вариатор, шкив, обработка, поверхность, волнограмма

Для цитирования: Генералова А. А., Зверовщиков А. Е., Никулин А. А. Влияние автоколебаний в процессе токарной обработки на формирование волнистости шкивов автомобильных вариаторов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. № 4. С. 108-121. doi:10.21685/2072-3059-2022-4-9

The impact of self-oscillations during rotary machining on undulation of sheaves in variable transmissions of motor vehicles

A.A. Generalova1, A.E. Zverovshchikov2, A.A. Nikulin3

u,3Penza State University, Penza, Russia [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract. Background. The growing requirements for modern cars are conditioned by environmental agreements of international regulatory bodies in three main areas: energy efficiency, emission reduction and vehicle performance. Variator gearboxes reduce fuel consumption and emissions by ensuring optimal engine performance, as well as provide performance and driving comfort through automatic gear shifting and continuous torque transmission. A significant disadvantage compared to mechanical transmissions is the insufficiently high mechanical efficiency, which significantly affects fuel consumption and, as a result, emissions of harmful substances into the atmosphere. One of the ways to minimize such losses is the formation of pulley surfaces with the necessary roughness and undulation parameters by applying various technological operations. Cutting modes, geometric parameters of the workpiece and physico-chemical properties of the processed metal lead to the occurrence of self-oscillations. Self-oscillations affect the microprofile of the formed surface of pulleys during turning. The object of the study is the relationship between the processing modes and the quality of the surface layer of the friction elements of a continuously variable transmission. The subject of the study is an adequate assessment and quality assurance of the surface during processing by technological methods that ensure the formation of a regular waviness profile of the drive pulley of the variator. The purpose of the study is to develop a technique for determining the undulation of the surface by analytical evaluation of the amplitude of self-oscillations during turning. Materials and methods. The theoretical and experimental research carried out in the work is based on the study of literature, conducted research and the experience of practicing technologists. Results. The empirical dependence of the prediction of the height parameter of undulation depending on the amplitude of the arising self-oscillations is analyzed. An analytical dependence of the amplitude of self-oscillations and the height parameter of undulation during processing is proposed, depending on the cutting modes, taking into account the physico-chemical properties of the workpiece materials. Conclusions. Based on the conducted research and experiments, an approach it is proposed to determine the undulation of the surface by analytical evaluation of the amplitude of self-oscillations during processing, depending on the cutting modes, taking into account the physico-chemical properties of the workpiece materials. This will make it possible to predict and ensure the high-altitude parameter of undulation at the stage of development work and drawing up the technological process of processing parts.

Keywords: self-oscillation, undulation, variator, pulley, processing, surface, waveform

For citation: Generalova A.A., Zverovshchikov A.E., Nikulin A.A. The impact of self-oscillations during rotary machining on undulation of sheaves in variable transmissions of motor vehicles. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki = University proceedings. Volga region. Engineering sciences. 2022;(4):108-121. (In Russ.). doi:10.21685/2072-3059-2022-4-9

В настоящее время предъявляются строгие требования к повышению топливной экономичности и экологичности транспортных средств. Бесступенчатые коробки передач с металлическим ремнем (вариаторы) являются технологией, которая может сбалансировать эти противоречивые требования. Одним из способов, который может привести к повышению эффективности трансмиссии клиноременных вариаторов, является совершенствование технологий обработки фрикционных элементов бесступенчатой трансмиссии путем формирования микропрофиля с заданными параметрами [1—3].

Одним из основных элементов вариаторов, определяющим его выходные параметры, является шкив. Микропрофиль шкивов влияет на коэффициент трения вариаторной передачи, обеспечивает требуемую величину тяговой способности [4]. В данной работе рассматривается такой параметр микрорельефа, как волнистость шкива вариатора. От геометрических параметров волнистости шкивов зависит момент появления критической силы трения при повышении крутящего момента, что определяет момент начала проскальзывания [5]. Параметры волнистости рабочих поверхностей вариатора необходимо рассчитывать в зависимости от условий эксплуатации вариатора и сферы его применения. Этот параметр необходимо закладывать на этапе проектирования вариаторной передачи: на стадии опытно-конструкторских работ и составления технологического процесса обработки деталей [6]. Проведенные теоретические исследования отечественных [1, 7] и зарубежных [3, 8] ученых указывают на необходимость совершенствования технологий обработки при изготовлении фрикционных элементов вариаторной коробки передач Jatco (Япония), представленной на рис. 1. Шкив с гибкой связью показан на рис. 2.

Рис. 1. Вариатор Jatco JF015E Рис. 2. Фрикционная передача

Существует ряд способов формирования микрорельефа на поверхности деталей начиная с накатки цилиндрическими роликами и заканчивая шлифованием абразивными кругами. Но формирование неровностей происходит

непосредственно на этапе токарной обработки. Основным фактором, влияющим на их появление, являются автоколебания. В этой связи целью данной работы является разработка подхода для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе обработки.

Одним из первых указал на автоколебательную природу вибраций при точении Н. А. Дроздов [9]. В его исследованиях было показано, что волнистость, оставшаяся на поверхности резания при предыдущем обороте заготовки, и сдвиг фаз между волнами при следующем обороте детали являются причиной появления вибраций. Появление первичной вибрации объяснялось переменностью сил резания, возникающих из-за неравномерности припуска, неодинаковой твердости обрабатываемого материала и других случайных причин.

В исследованиях [10] отмечено, что для автоколебаний характерны продольные и поперечные перемещения обрабатываемой заготовки и инструмента относительно зафиксированной станины станка. Основными параметрами автоколебаний являются амплитуда и частота. В процессе воздействия колебаний на обрабатываемую деталь происходит постоянное изменение толщины срезаемого слоя, это отражается на геометрии микропрофиля обрабатываемой поверхности [11, 12]. На рис. 3 показан процесс формирования микропрофиля в результате автоколебаний. В качестве колебательной системы в данной работе рассматривается упругая система «Инструмент-деталь», потому что на автоколебания в зависимости от режимов резания влияют только параметры этой системы.

Рис. 3. Формирование микропрофиля детали: 5 - направление подачи режущего инструмента; ^тах - высота неровностей формируемого профиля; Жтт - глубина впадин формируемого профиля

Совместно с состоянием режущей кромки обрабатывающего инструмента и скоростью процесса обработки колебания оказывают значительное

Z

Первоначальный профиль заготовки

влияние также и на качество поверхности. При высоких амплитудах и частотах колебаний автоколебания могут привести к возникновению незатухающих колебаний, которые приводят к отклонению формы обрабатывающей детали и быстрому износу режущего инструмента [11-13].

В ряде исследований [11, 12, 14] отмечено, что при росте амплитуды автоколебаний возрастает средняя высота волнистости Wz на обрабатываемой поверхности. Данное явление наблюдается при любых видах механической обработки, в том числе и при точении. Следовательно, можно сказать, что волнистость поверхности детали зависит от значения параметра амплитуды автоколебаний.

Причинами возникновения автоколебаний могут являться значения параметров режимов резания, а также механизмы возбуждения автоколебаний [9, 14]. К ним относится система «станок-приспособление-инструмент-деталь». Каждому элементу такой системы присущи свои упругие свойства. В ней выделяются две группы, вызывающие вибрацию:

- деталь-опора (вызывает низкочастотные колебания в диапазоне от 50 до 300 Гц);

- инструмент-опора (вызывает высокочастотные колебания 800-1500 Гц).

В процессе резания металлов автоколебания возникают за счет неравномерного изменения силы резания при изменении толщины формируемой стружки. На основании многочисленных исследований построена аналитическая модель появления автоколебаний при чистовой токарной обработке од-нолезвийным инструментом [6, 11, 12, 14]. Механическое воздействие на обрабатываемую деталь в процессе обработки приводит к нарушению равновесия упругой системы станка и вызывает линейные гармонические колебания, другими словами - вибрации, с постоянной амплитудой на границе срезаемого слоя металла. За счет отставания изменения силы резания от толщины формируемой стружки в результате чистового точения возникают затухающие собственные колебания заготовки и инструмента, которые переходят в автоколебания и поддерживаются энергией, появляющейся за счет постоянно изменяющейся силы резания. Далее наступает равновесие между возбуждающей энергией и рассеиваемой при колебаниях энергией, а именно устанавливается определенная амплитуда автоколебаний. Отмечается, что возникающая амплитуда автоколебаний не имеет постоянного численного значения, т.е. постоянно изменяется. В связи с чем необходимо производить численные расчеты для определения фактического значения амплитуды колебаний в зависимости от режимов резания [15].

Математическая модель формирования автоколебаний в процессе резания подробно рассмотрена в работе С. Л. Леонова и А. Т. Зиновьева [16]. Их модель позволяет прогнозировать автоколебания и рассчитывать процесс резания на устойчивость. Однако для этой модели необходимо определить ее коэффициенты: приведенную массу, демпфирование и жесткость отдельных элементов технологической системы [17].

В результате многочисленных экспериментальных исследований по измерению параметров волнистости поверхности и частоты автоколебаний при токарной обработке Жарковым И. Г. [14, 18] получена эмпирическая зависимость средней высоты волнистости Wz от амплитуды автоколебаний А:

Ж2 = , (1)

где CWz - динамический коэффициент, зависящий от твердости обрабатываемого металла; Xwz - динамический коэффициент, определяющий процесс стружкообразования при точении и фрезеровании, зависящий от химического состава металла.

Коэффициенты CWz и XWz некоторых марок сталей представлены в табл. 1 [14].

Таблица 1

Значения коэффициентов CWz и XWz

Обрабатываемый материал Коэффициент CWz Коэффициент XWz

08Х15Н5Д2Т 1,33 0,96

12Х18Н9Т 1,26 0,94

Сталь 40 1,24 0,93

Сталь 45 1,22 0,91

В процессе проведения токарной обработки измерение амплитуды колебаний является сложной операцией, требующей специализированного дорогостоящего оборудования [9, 12, 16, 19, 20]. Для аналитической оценки величины амплитуды автоколебаний А предлагается зависимость, которая сочетает в себе все основные параметры процесса обработки, такие как частота вращения заготовки, скорость резания и подача инструмента [1]:

50ОТ-11-

А =-, , 5п ,, (2)

( С+с7 л ^

3sin

m sn

/

где С - коэффициент жесткости, Н/м; п - частота вращения заготовки, с-1; V -скорость резания, мм/с; 1\ - длина обрабатываемой поверхности на заготовке в направлении подачи, мм; 5 - рабочая подача, мм; С^ - коэффициент динамической жесткости в процессе резания, Н/м [18]:

Са = 10CpsУvxtZoíKlpKlpKзpKЛp; (3)

здесь Cp = 339; х = 1; у = 0,5; г = -0,4 - эмпирические коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала и материала рабочей части резца [21]; ^p, ^p , ^p, ^p - коэффициенты, учитывающие геометрические параметры режущей части инструмента, указаны в табл. 2 [21].

Преимуществом зависимости (3) является то, что в ней учитываются режимы резания и геометрические параметры режущей части инструмента при вычислении амплитуды колебаний. Это дает возможность определять амплитуду автоколебаний на этапе проектирования детали без применения дорогостоящего оборудования на обрабатывающих станках. Аналитическая зависимость средней высоты волнистости Wz от амплитуды автоколебаний А будет иметь следующий вид [13]:

Wz = 2 A о + сое

( 1\180 (ш -1)-

m

(4)

Таблица 2

Коэффициенты, учитывающие геометрические параметры режущей части инструмента

Наименование Величина Обозначение Численное значение

Главный угол в плане 30 К1р 0,78

45 1,0

60 1,11

90 1,17

Передний угол -15 К2 р 2,0

0 1,4

10 1,0

Угол наклона главного лезвия -5 К3 р 1,07

0 1,0

5 0,85

15 0,65

Радиус при вершине 0,5 К 4 р 0,66

1,0 0,82

2,0 1,0

3,0 1,14

4,0 1,33

С целью прогнозирования высоты волнистости на этапе разработки технологического процесса предлагается зависимость, которая позволяет вычислить среднюю высоту волнистости в зависимости от режимов токарной обработки, в которой уже учтена амплитуда колебаний, а средняя высота волнистости выражена через режимы резания [6]:

Л_

2

Wz =-

sn

[ fcTc7 11 ^

3sin

ш

sn

1 + cos

( 1 ч180

(ш -1)-

ш

(5)

По результатам аналитических расчетов зависимостей (1) и (5) получены графики изменения параметра волнистости Wz от амплитуды автоколебаний в процессе точения шкива из стали Сталь 45 (рис. 4).

Недостатком эмпирической зависимости (1), которую предложил Жарков И. Г [14, 18], является экспериментальный поиск коэффициентов, что не позволяет с высокой точностью вычислить среднюю высоту волнистости. Аналитическая зависимость (5) учитывает физические свойства металла и геометрические параметры режущей части инструмента, что позволяет аналитически вычислять среднюю высоту формируемой волнистости для любого материала без проведения натурных экспериментов.

Для экспериментальной проверки предлагаемого выражения формируемой волнистости в зависимости от значения амплитуды автоколебаний была произведена обработка шкива вариатора. Изготовление производилось на об-

рабатывающем центре с числовым программным управлением DMG MORI NTX1000, внешний вид которого показан на рис. 5.

160 150 140 130 120 110 100

Е 90

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

X

S 30

rj

3 70 60 50 40 30 20 10 0

0 20 40 60 ВО 100 120 140 160 180 200 220

А, мкм

Рис. 4. Зависимости средней высоты волнистости от амплитуды автоколебаний А:

1 - график теоретического параметра Wz по формуле Жаркова И. Г. (1);

2 - график теоретического параметра Wz по предлагаемой формуле (5)

Рис. 5. Обрабатывающий центр DMG MORI NTX1000

В качестве заготовки использовался прокат «Круг» диаметром 180 мм, материал соответствует заложенному производителем - Сталь 45. По зависимости (2) при известных режимах резания вычислена амплитуда колебаний. Режимы резания и амплитуда автоколебаний в процессе обработки приведены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры процесса обработки

Параметр обработки Значение

Частота вращения шпинделя станка п, об/мин 1250

Подача s, мм/об 0,48

Скорость резания при чистовом точении V, м/мин 194

Глубина резания мм 1,2

Амплитуда автоколебаний А, мкм 101,6

Экспериментальное исследование полученного микропрофиля шкива проводилось при помощи профилометра CONTUROMATIC TS, представленного на рис. 6.

Рис. 6. Профилометр СООТШОМАТГС ТБ

Измерение параметров волнистости происходило в четырех областях, равномерно распределенных по рабочей поверхности шкива. Схема расположения измеряемых областей показана на рис. 7.

В результате получены следующие волнограммы поверхности (рис. 8). Вертикальные значения волнограмм соответствуют высотному параметру волнистости Wi, горизонтальные значения волнограмм соответствуют шаговому параметру волнистости

Рис. 7. Схема снятия волнограмм с поверхности шкива

109 L._ J| 1.85 1 _198_

5) 5|

1р о.те |р 0.175 \р 0.111 IP 0.181 Р 0.259 |р 0.212 1Р 0.002

в)

Рис. 8. Волнограммы поверхности экспериментального шкива: а - волнограмма области № 1; б - волнограмма области № 2; в - волнограмма области № 3; г - волнограмма области № 4

Рис. 8. Окончание

Предельные числовые значения Wz следует выбирать из ряда: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200 мкм. Результаты теоретических и экспериментальных исследований параметра волнистости сведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты исследования микропрофиля

Параметр Значение Относительная погрешность Д, %

Экспериментальное значение параметра Wz, мкм 111,7

Теоретическое значение Wz по формуле (1), мкм 113,46 1,57

Теоретическое значение Wz по формуле (4), мкм 112,216 0,5

Анализ полученных результатов позволил судить об адекватности предлагаемой зависимости для прогнозирования высотного параметра волнистости на стадии опытно-конструкторских работ и составления технологического процесса обработки деталей.

Заключение

Параметры автоколебаний металлорежущего инструмента и обрабатывающего оборудования в процессе токарной обработки влияют на микропрофиль шкивов бесступенчатой трансмиссии. Амплитуда автоколебаний при формировании волнистости поверхности зависит от физико-механических свойств материала. В данной работе предложен подход для определения волнистости поверхности путем аналитической оценки амплитуды автоколебаний в процессе обработки в зависимости от режимов резания, геометрических параметров режущей части инструмента и учета физико-химических свойств материалов заготовки. В качестве экспериментальной проверки методики расчета формируемой волнистости в зависимости от значения амплитуды автоколебаний был изготовлен шкив вариатора. Оценка получившегося микропрофиля производилась посредством снятия волнограмм. Произведено сравнение расчетных значений высотных параметров волнистости и значений, полученных на практике. Измеренные значения соответствуют расчетным, погрешность измерения составила 0,5 %.

Список литературы

1. Generalova A., Zverovshchikov A., Nikulin A. Surface undulation parameters of continuously variable transmission friction during turning // Journal of King Saud University - Engineering Sciences. 2022. URL: https://doi.org/10.1016/j.jksues.2022.06.001.

2. Генералова А. А., Никулин А. А. Обеспечение точности позиционирования ответственных деталей в бесступенчатой трансмиссии // Современные технологии в машиностроении : сб. ст. XXII Международной науч.-практ. конф. Пенза : Приволжский Дом знаний, 2019. С. 21-24.

3. Yamazaki M., Kato Y., Nakahara T., Ichihashi T. Research on Improvement of Transmission Efficiency by Improving Friction Coefficient Between Elements and Pulleys of a Belt CVT // Review of Automotive Engineering. 2008. Vol. 29. P. 485-492.

4. Генералова А. А., Никулин А. А. Разработка процесса изготовления шкива бесступенчатой трансмиссии легкового автомобиля // Наука и бизнес: Пути развития. М. : ТМБпринт. 2019. № 1. С. 21-26.

5. Generalova A., Nikulin A. Increasing the Vehicle's Dynamic Performance by Developing a Continuously Variable Transmission // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019. Vol. 14, iss. 18. P. 6866-6875.

6. Базров Б. М. Модульная технология в машиностроении. М. : Машиностроение, 2001.

7. Yagyaev E., Shron L., Meniuk D. Increasing the operational reliability of car variators due to creating regular surface microrelief by laser ablation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. № 889. P. 012007.

8. Aladagli I. Advanced CVT Modeling and Control. Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2015. 151 p.

9. Дроздов Н. А. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке // Станки и инструмент. 1937. № 12. С. 5-9.

10. Табенкин А. Н., Тарасов С. Б., Степанов С. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт / под ред. канд. техн. наук Н. А. Табачниковой. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 136 с.

11. Витвинов М. К. Технологическое наследование волнистости на операциях механической обработки на примере фрезерования и плоского шлифования : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.07. Новосибирск, 2015.

12. Белов Е. Б. Уменьшение волнистости поверхности при точении за счет прогнозирования и снижения уровня автоколебаний : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.07. Севастополь, 2017.

13. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М. : Машиностроение, 2000. 320 с.

14. Жарков И. Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 184 с.

15. Кедров С. С. Колебания металлорежущих станков. М. : Машиностроение, 1978. 199 с.

16. Леонов С. Л., Зиновьев А. Т. Основы создания имитационных технологий прецизионного формообразования // Алт. гос. ун-т им. И. И. Ползунова. Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2006. 198 с.

17. Григорьев С. Н., Маслов А. Р., Шарипов О. А. Лабораторные работы по курсу «Резание материалов» : учеб. пособие. М. : ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2015. 97 с.

18. Жарков И. Г. Исследование автоколебаний, возникающих при обработке резанием конструкционных материалов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.03.03. Куйбышев, 1974. 43 с.

19. Прилуцкий В. А. Технологическое обеспечение точности и качества поверхностного слоя деталей машин путем управления периодическими погрешностями обработки : дис. ... д-ра техн. наук : 05.02.08. Брянск, 2004.

20. Лищенко Н. В., Ларшин В. П. Формирование информационных сигналов при исследовании вибраций на станках с ЧПУ // 1нформ. технологи в освт, наущ та вир^ : зб. наук. пр. Одеса, 2017. Вип. 1 (14). С. 71-80.

21. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. Т. 2 / под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1985. 496 с.

References

1. Generalova A., Zverovshchikov A., Nikulin A. Surface undulation parameters of continuously variable transmission friction during turning. Journal of King Saud University - Engineering Sciences. 2022. Available at: https://doi.org/10.1016/jjksues. 2022.06.001

2. Generalova A.A., Nikulin A.A. Ensuring positioning accuracy of critical parts in a continuously variable transmission. Sovremennye tekhnologii v mashinostroenii: sb. st. XXIIMezhdunarodnoy nauch.-prakt. konf. = Modern technologies in mechanical engineering: proceedings of the 22sn International scientific and practical conference. Penza: Privolzhskiy Dom znaniy, 2019:21-24. (In Russ.)

3. Yamazaki M., Kato Y., Nakahara T., Ichihashi T. Research on Improvement of Transmission Efficiency by Improving Friction Coefficient Between Elements and Pulleys of a Belt CVT. Review of Automotive Engineering. 2008;29:485-492.

4. Generalova A.A., Nikulin A.A. Development of a manufacturing process for a continuously variable transmission pulley for a passenger car. Nauka i biznes: Puti razvitiya = Science and business: Ways of development. Moscow: TMBprint. 2019;(1):21-26. (In Russ.)

5. Generalova A., Nikulin A. Increasing the Vehicle's Dynamic Performance by Developing a Continuously Variable Transmission. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019;14(18):6866-6875.

6. Bazrov B.M. Modul'naya tekhnologiya v mashinostroenii = Modular technology in mechanical engineering. Moscow: Mashinostroenie, 2001. (In Russ.)

7. Yagyaev E., Shron L., Meniuk D. Increasing the operational reliability of car variators due to creating regular surface microrelief by laser ablation. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020;(889):012007.

8. Aladagli I. Advanced CVT Modeling and Control. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2015:151.

9. Drozdov N.A. On the issue of machine vibrations during turning. Stanki i instrument = Machine tools and instrument. 1937;(12):5-9.

10. Tabenkin A.N., Tarasov S.B., Stepanov S.N. Sherokhovatost', volnistost', profil'. Mezhdunarodnyy opyt = Roughness, waviness, profile. international experience. Saint Petersburg: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2007:136. (In Russ.)

11. Vitvinov M.K. Technological inheritance waviness in machining operations on the example of milling and surface grinding. PhD dissertation: 05.02.07. Novosibirsk, 2015. (In Russ.)

12. Belov E.B. Reducing surface waviness during turning due to predicting and reducing the level of self-oscillations. PhD dissertation: 05.02.07. Sevastopol', 2017. (In Russ.)

13. Suslov A.G. Kachestvo poverkhnostnogo sloya detaley mashin = The quality of the surface layer of machine parts. Moscow: Mashinostroenie, 2000:320. (In Russ.)

14. Zharkov I.G. Vibratsii pri obrabotke lezviynym instrumentom = Vibrations when machining with a blade tool. Leningrad: Mashino-stroenie. Leningr. otd-nie, 1986:184. (In Russ.)

15. Kedrov S.S. Kolebaniya metallorezhushchikh stankov = Vibrations of metal cutting machines. Moscow: Mashinostroenie, 1978:199. (In Russ.)

16. Leonov S.L., Zinov'ev A.T. Fundamentals of creating simulation technologies for precision shaping. Alt. gos. un-t im. I.I. Polzunova = Altay State University named after I.I. Polzunov. Barnaul: Izd-vo AltGTU, 2006:198. (In Russ.)

17. Grigor'ev S.N., Maslov A.R., Sharipov O.A. Laboratornye raboty po kursu «Rezanie materialov»: ucheb. posobie = Laboratory work on the course "Cutting materials": textbook. Moscow: FGBOU VPO MGTU «STANKIN», 2015:97. (In Russ.)

18. Zharkov I.G. Study of self-oscillations arising during cutting of structural materials. DSc abstract: 05.03.03. Kuybyshev, 1974:43. (In Russ.)

19. Prilutskiy V.A. Technological support of the accuracy and quality of the surface layer of machine parts by controlling periodic processing errors. DSc dissertation: 05.02.08. Bryansk, 2004. (In Russ.)

20. Lishchenko N.V., Larshin V.P. Formation of information signals in the study of vibration on numerical control machines. Inform. tekhnologii v osviti, nautsi ta virvi: zb. nauk. pr. Odesa, 2017;(1):71-80.

21. Kosilova A.G., Meshcheryakov R.K. Spravochnik tekhnologa-mashinostroitelya: v 2 t. T. 2. 4-e izd., pererab. i dop. = Handbook of the technologist-machine builder: in 2 volumes. Volume 2. The 4th edition, revised and supplemented. Moscow: Mashinostroenie, 1985:496. (In Russ.)

Информация об авторах /

Александра Александровна Генералова

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры транспортных машин, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)

E-mail: [email protected]

Information about the authors

Aleksandra A. Generalova Candidate of engineering siences, associate professor, associate professor of the sub-department of transport vehicles, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Александр Евгеньевич Зверовщиков

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологий и оборудования машиностроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)

E-mail: azwer@ mail.ru

Aleksandr E. Zverovshchikov Doctor of engineering sciences, professor, head of the sub-department of technologies and equipment of mechanical engineering, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Артем Анатольевич Никулин

аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)

E-mail: [email protected]

Artem A. Nikulin

Postgraduate student, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Поступила в редакцию / Received 15.08.2022

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Поступила после рецензирования и доработки / Revised 01.11.2022 Принята к публикации / Accepted 26.11.2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.