ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ГЕВКО ІГОР БОГДАНОВИЧ

УДК621.822:681.369.64

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ОСЬОВОГО СТОПОРІННЯ МЕХАНІЗМІВ МАШИН

05.02.08 – технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Провідна установа: | доктор технічних наук, професор

Рогатинський Роман Михайлович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Економіка виробничої діяльності”.

доктор технічних наук, професор

Петрина Юрій Дмитрович,

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу,

завідувач кафедри “Технологія нафтогазового машинобудування”;

кандидат технічних наук, доцент

Брощак Іван Іванович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

доцент кафедри “Менеджмент у виробничій сфері”.

Одеський національний політехнічний університет,

кафедра “Технологія машинобудування”,

Міністерство освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться 25.11.2005 р. о _11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .052.03 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий 24.10.2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Зінь М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний стан розвитку машинобудування вимагає пошуку нових шляхів покращення експлуатаційних та технологічних параметрів деталей машин, що дасть змогу покращити якість продукції, зменшити собівартість її виготовлення та ремонту. В машинобудуванні важливою є задача розроблення прогресивних технологічних процесів (ТП), прогресивного технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів і відпрацювання на технологічність конструкцій вузлів осьового стопоріння (ВОС), оскільки останні мають широке практичне застосування в багатьох галузях техніки (двигуни, компресори, редуктори, тощо) фіксація деталей яких здійснюється за допомогою стопорних кілець. Лише в бурякозбиральному комплексі машин (КС-6Б, БМ-6Б, ОГД-6А) ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” використовують 671 одиницю різних типорозмірів стопорних кілець згідно стандартів ГОСТ – ГОСТ . До елементів ВОС відносяться з’єднання з кільцевими канавками (КК) і стопорними кільцями (СК).

На даний час ВОС ходових механізмів машин не в повній мірі відпрацьовані на технологічність з точки зору підвищення експлуатаційної надійності і довговічності, а технологія їх виготовлення здебільшого реалізується універсальними засобами технологічного оснащення та інструментів, що нераціонально для великосерійного виробництва.

У зв’язку з цим підвищення надійності та довговічності ВОС шляхом введення в їх конструкції компенсаторів зношування, розроблення технології їх виготовлення, технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів є актуальною задачею для машинобудівних і ремонтних підприємств України та інших держав.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконана відповідно до наукової тематики Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя і ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” і є частиною загальної тематики “Розробка і дослідження ресурсо та енергозберігаючих технологій в галузі сільськогосподарського машинобудування (2002-2006 рр.)” (№ державної реєстрації 0102U002299), а також координаційного плану Комітету з питань науки і техніки та Міністерства освіти і науки України з розділів “Машинобудування” (позиція 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні” на 2002-2006 роки, затвердженого Кабінетом Міністрів України. Роль автора у виконанні цих науково-дослідних робіт полягає в розробленні теоретичних та технологічних основ процесів виготовлення ВОС, проведенні теоретичного і експериментального обґрунтування їх конструкторсько-технологічних параметрів та у розробленні пристроїв для їх виготовлення.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – підвищення якості та продуктивності технологічного процесу виготовлення деталей вузлів осьового стопоріння механізмів машин.

Для досягнення мети в роботі поставлено наступні задачі:

- провести аналіз відомих конструкцій ВОС на технологічність і технологій їх виготовлення та на цій основі удосконалити технологію виготовлення КК і СК з розробленням високопродуктивного технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів;

- провести розмірний аналіз запропонованої конструкції ВОС з компенсаторами зношування, визначити параметри проміжних і замикальної ланок розмірного ланцюга та величини їх допусків;

- теоретично обґрунтувати технологічні та конструктивні параметри розточних головок для обробки КК з шарнірним, рейковим, кулачковим і еліпсним механізмами переміщення різців;

- розробити динамічну модель процесу розточування кільцевих канавок з визначенням силових і конструктивних параметрів процесу різання;

- розробити основи формоутворення гвинтових заготовок з Г-подібним поперечним перерізом для виготовлення стопорних кілець;

- спроектувати і виготовити функціонально здатні зразки технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів для виготовлення СК з компенсаторами зношування і розточування КК;

- провести комплекс експериментальних досліджень і виробити практичні рекомендації щодо вибору оснащення та прогресивних режимів оброблення для виготовлення деталей ВОС;

- розробити інженерні методики проектування технологічних процесів і оснащення для виготовлення деталей ВОС з компенсаторами зношування.

Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення елементів осьового стопоріння механізмів машин.

Предмет дослідження – елементи осьового стопоріння – кільцеві канавки і стопорні кільця з компенсаторами зношування.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням фундаментальних засад технології машинобудування, теорії різання, інформатики, теорії пружності і пластичного деформування, теоретичної механіки, інженерної творчості і теорії розрахунків економічної ефективності технічних рішень. Апробація технічних можливостей розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп’ютерного моделювання. Результати експериментальних досліджень одержані з використанням спеціально розробленого устаткування та спорядження і відомих сучасних засобів і тензометричних методів вимірювань. Статистична обробка експериментальних даних проводилась з використанням прикладних програм для ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів:

- на основі теоретичних досліджень вперше виведено аналітичні залежності для визначення конструктивних параметрів ВОС удосконаленої конструкції, а також розмірів і допусків проміжних й замикальної ланок розмірного ланцюга;

- вперше розроблено динамічну модель процесу розточування КК, яка дозволяє визначати раціональні силові і конструктивні параметри технологічного оснащення;

- розроблено основи формоутворення гвинтових заготовок з Г-подібним поперечним перерізом, що дало змогу досягати максимальних рівнів технологічності і продуктивності виготовлення стопорних кілець;

- розроблено теоретичні основи технологічного процесу розточування КК розточними головками (РГ), введено нове поняття коефіцієнту співвідношення подач розточного різця і подачі шпинделя верстату, виведено аналітичні залежності для визначення раціональних показників режимів різання і конструктивних параметрів технологічного оснащення;

- вперше встановлено межі раціональних конструктивних і кінематичних параметрів розточних головок з метою забезпечення раціональних режимів оброблення та якості поверхонь елементів ВОС.

Практичне значення отриманих результатів:

- удосконалено конструкцію вузлів осьового стопоріння ходових механізмів і відпрацьовано її на технологічність;

- розроблено технологічне оснащення для виготовлення кільцевих канавок і стопорних кілець;

- розроблено різальні та вимірювальні інструменти для заміру конструктивних параметрів кільцевих канавок і стопорних кілець;

- розроблено, досліджено і обґрунтовано високопродуктивні способи виготовлення кільцевих канавок і стопорних кілець з компенсаторами зношування;

- розроблено конструкції 4-х типів розточних головок з шарнірним, рейковим, кулачковим і еліпсним передавальними механізмами, які забезпечують якісне та продуктивне оброблення КК в отворах корпусних деталей;

- експериментально встановлено значення постійних складових сил різання і показників степенів сили різання для розточування КК.

Окремі результати роботи впроваджено на ВАТ “ТКЗ” [16], Роменському заводі “Тракторозапчастина” Сумської області [15] і в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр з напрямку 6.0902 “Інженерна механіка” для викладання дисциплін “Технологія машинобудування”, “Сучасні технології в машинобудуванні”, “Надійність і довговічність машин” на кафедрі технології машинобудування Тернопільського державного технічного універсиатету імені Івана Пулюя. Технічну новизну розробок захищено 7 деклараційними патентами України на винаходи.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно. У працях, опублікованих у співавторстві [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12], здобувачем виведено аналітичні залежності для розрахунку режимів різання для виготовлення КК і СК і конструктивних параметрів технологічного оснащення. Здобувачем також запропоновані основні елементи конструкцій розточних головок і вимірювальних інструментів [13, 16, 18, 19]. Механізм осьового стопоріння здобувачем розроблено самостійно [17].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на науково-технічних семінарах і наукових конференціях: у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино та приладобудуванні” (2001-2005 рр.); на 4 і 7-му Міжнародних симпозіумах українських інженерів (НУ “ЛП”, м. Львів, 2001 р. і 2005 р.); в Кіровоградському державному технічному університеті “Техніка в с.г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація” (м. Кіровоград, 2003 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Прогрессивные направления развития машино-приборо-строительных отраслей и транспорта” (СевНТУ, м. Севастополь, 2004 р.); на Міжнародних науково-практичних конференціях, присвячених пам’яті П.М. Василенка, “Проблеми землеробської механіки” у Харківському державному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка (2003 р.) і у Вінницькому аграрному університеті (2004 р.).

Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковано в 12 статтях наукових журналів і збірників наукових праць, в матеріалах Міжнародної науково-технічної конференції та в 7 деклараційних патентах України на винаходи. Кількість публікацій у наукових виданнях, які затверджені ВАК України як фахові – 12. Загальна кількість публікацій – 20, з них 8 – без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації 220 сторінок, в тому числі 94 рисунки, 20 таблиць, список використаних літературних джерел з 117 найменувань та 22 додатків на 53 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації – 136 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об’єкт, предмет досліджень та задачі, які розв’язуються в роботі. Окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.

В першому розділі на підставі аналізу літературних джерел та будови ВОС встановлено, що існуючі технології не забезпечують в достатній мірі продуктивності і якості їх виготовлення.

Досліджено характерні конструктивні особливості, технічні вимоги і норми точності до елементів ВОС – кільцевих канавок і стопорних кілець, технологічні процеси їх виготовлення та перспективи розвитку. Основними технічними вимогами конструкції КК є забезпечення точності виготовлення 8-10 квалітетів; шорсткістю Ra=0,8-12,5 мкм; а стопорних кілець з відхиленням від площинності не більше 0,20 мм; шорсткістю Ra=2,5 мкм; твердістю HRC 41-52.

Аналіз існуючих ТП виготовлення КК висвітлює ряд недоліків для їх виготовлення: низька продуктивність, недосконалість технологічних засобів розточування і, особливо, контролю.

Конструкцію ВОС не відпрацьовано на технологічність для забезпечення підвищення ресурсу їх експлуатації, надійності та довговічності, крім цього питання розроблення прогресивних ТП виготовленя СК і КК, технологічного оснащення, вибір режимів різання та інструментів для вимірювання їх параметрів на даний час досліджені недостатньо.

У другому розділі приведено удосконалену конструкцію ВОС шатунно-поршневої групи (рис. ), яка відпрацьована на технологічність з точки зору підвищення ресурсу експлуатації і є конкурентноздатною. Для цього використовують стопорні кільця Г-подібного профілю з горизонтальними поличками, що виконують функцію компенсаторів зношування. |

д)

Рис. 1. Шатунно-поршневий механізм з елементами осьового стопоріння пальців:

а – схема механізму: б, в, г – можливі варіанти розміщення горизонтальних поличок стопорних кілець у ВОС; д – розмірні ланцюги ВОС в процесі виготовлення і експлуатації;

І – номінальні розміри; ІІ – розміри І ремонту; ІІІ – розміри ІІ ремонту;

- відповідні конструктивні параметри розмірного ланцюга;

- величини зазорів між втулкою і стопорними кільцями згідно рисунка;

1 – поршень; 2 – поршневий палець; 3 – втулка; 4 – стопорні кільця;

5 – компенсатор зношення;стопорного кільця; 6 – шатун.

Обґрунтовано методику розрахунку параметрів і допусків проміжних і замикальної ланок розмірного ланцюга ВОС. На розрахунковій схемі (рис. , д) зображено три положення СК відносно циліндричного пальця в міру спрацювання деталей механізму.

Рівняння номінальних розмірів ВОС з визначення величин проміжних і замикальної ланок має вигляд:

(1)

Геометричні параметри стопорних кілець з врахуванням уніфікації приведено в дисертації, а величини зазорів між втулкою і стопорними кільцями можна визначити за відповідними методиками залежно від величини зношення втулки і величини її осаджування в різних комбінаціях розмірів.

Визначено величини мінімальних і максимальних значень параметрів :

(2)

Для забезпечення якості ремонтних вузлів необхідно, щоб допуск замикальної ланки був постійним , що відповідає умові

. (3)

Одним із шляхів підвищення точності, шорсткості і продуктивності обробки для процесу розточування КК в отворах корпусних деталей ВОС є використання розточних головок з двома або більше розточними різцями на свердлильних, розточних і токарних металорізальних верстатах. Важливим елементом при цьому є визначення співвідношення величини подачі розточних різців Sp до величини осьової подачі шпинделя верстату

. (4)

Технологічно доцільним є вибір такого коефіцієнта , що забезпечує величини подачі різців  мм/об в той час, коли подачі шпинделів у металорізальних верстатах не завжди можна забезпечити в таких межах.

Для дослідження технологічного процесу розточування кільцевих канавок в корпусах ВОС розроблено динамічну модель процесу розточування КК розточними головками. Під час розточування внутрішніх циліндричних канавок за допомогою дворізцевої розточної головки виникають динамічні процеси, які суттєво впливають на процес різання, точність і шорсткість оброблення поверхні та стійкість інструменту.

Розглядаючи конструкцію дворізцевої розточної головки із встановленими різцями вважаємо, що система координат обертається разом із головкою таким чином, що вісь проходить через центр у напрямку різальної кромки першого різця, а вісь перпендикулярна до неї. На кожен різець діє сила різання по дотичній до поверхні різання та сила різання у напрямку до центра обертання головки. Внаслідок похибок установки та заточування різальних кромок значення цих сил для кожного різця будуть різні. Приймаємо, що величини цих сил пропорційні радіальній подачі кожного різця і визначаються за залежностями:

, | (5)

де ,,,- постійні коефіцієнти різання; t; V - відповідно глибина та швидкість різання; та - відповідно радіальні подачі першого та другого різців, - показники степенів.

Для визначення величини подачі кожного із різців розглянуто траєкторії їх руху, які описуються спіралями Архімеда за залежностями:

(6)

де і - початкові радіуси встановлення різців; - зміщення різців за 1 оберт розточної головки; - кут повороту головки внаслідок її обертання; - зміщення осі головки з різцями від осі отвору.

Коливання розточної головки під дією сил різання з врахуванням розкладу руху на дві складові – у проекції на осі та , запишеться у вигляді рівнянь руху: |

(7)

де М – зведена маса розточної головки, кг; - коефіцієнт демпфування, Нс/м; Ру, Рz,y,z – коефіцієнти пропорційності, які визначаються експериментально.

Позначення у формулах означає величину зміщення головки по осі на півоберта назад порівнянно з даним кутом повороту, що характеризує вплив траєкторії різання попереднім різцем.

В технологічному процесі розточування кільцевих канавок можна виділити ряд етапів: врізання першого різця та одночасне переміщення різців до моменту, коли другий різець суміститься з початком врізання першого; подальше врізання двох різців до моменту, коли перший різець суміститься з початком врізання другого; одночасна робота різців з повною подачею; зупинка подачі у радіальному напрямку, коли перший різець усуває недоліки оброблення.

Розв’язок системи нелінійних диференціальних рівнянь з початковими умовами проведено з використанням ПЕОМ із застосуванням стандартної підпрограми чисельного методу Рунге-Кутта.

Залежність амплітуди коливань від коефіцієнтів затухання представлені на рис. , а і б.

а)

б)

Рис. 2. Амплітуда коливань різцевої головки по координаті :

а – для середніх значень коефіцієнта затухання ;

б – для великих значень коефіцієнта затухання (стійкий процес).

Як видно із наведених графіків, процес точіння є нестійким і суттєво залежить від величини сил демпфування в системі (рис. , а і б). Аналіз результатів свідчить, що жорсткість системи впливає на точність оброблення поверхні канавки, причому слід уникати явищ резонансу (співпадання частоти коливань системи та частоти обертання шпинделя). Збільшення маси головки призводить до погіршення умов стійкості для тих самих коефіцієнтів демпфування.

В розділі також розглянуто питання виготовлення та відновлення кільцевих канавок в дрібносерійному виробництві згідно нової схеми різання з використанням розточних різців, дискових фрез на універсальному обладнанні і верстатах з ЧПК.

Запропоновано нові способи і технічне забезпечення розточування однієї або одночасно декількох кільцевих канавок, Т-подібних прямолінійних пазів відкритого й напіввідкритого типу в глухих отворах різних корпусних деталей. |

Приведено технологічні основи формоутворення гвинтових заготовок з Г-подібним перерізом для виготовлення СК, а також запропоновано класифікацію КК за конструктивними і технологічними ознаками та технологічні способи їх оброблення.

У третьому розділі викладено програму і методику експериментальних досліджень розточування КК і виготовлення СК з компенсаторами зношування. В першій конструкції РГ закладено розточні механізми зубчасто-рейковий і кулачковий, а в другій – шарнірний і косий паз-шарнір.

Установка для проведення експериментальних досліджень включала вертикально-свердлильний верстат моделі 2Н-118, на якому встановлено пристрій для вимірювання тангенційної складової сили різання (рис. 3).

Наведено конструкції РГ для розточування КК під СК ВОС і пристроїв для розточування ущільнюючих канавок під гільзи циліндрів

Рис. 3. Експериментальна установка для розточування кільцевих канавок в отворах корпусних деталей:

1 – РГ зі змінними розточними механізмами (шарнірний і палець-косий паз); 2– заготовка; 3 – стіл свердлильного верстату; 4 – РГ зі змінними розточними механізмами (зубчасте колесо-рейка і байонетний паз-еліпс); 5– заготовка; 6 – пристрій для вимірювання тангенційної складової сили різання; 7 – шпиндель свердлильного верстату; 8 – провід від пристрою до тензостанції.

двигунів. Обґрунтовано вибір конструктивних параметрів різців для розточування КК, розглянуто питання базування розточних головок в отворах корпусних деталей для розточування КК.

Для визначення складової сили різання Рz розроблено методику розрахунку величини коефіцієнтів Ср і показників степенів х і у для обробки чавуну і сталі твердосплавними розточними різцями.

Обґрунтовано конструкцію пристрою для навивання заготовок стопорних кілець Г-подібного перерізу.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень |

виготовлення СК і розточування КК в отворах корпусних деталей. В процесі оброблення кільцевих канавок визначали залежності зусилля різання від глибини різання, подачі і частоти обертання розточної головки, а також їх вплив на шорсткість поверхні для матеріалу оброблюваної деталі – чавун СЧ 18 (рис. ) і Сталь 35 (рис. ), діаметри розточування складали 72 і 90 мм.

В результаті про-ведених експериментальних досліджень встановлено значення коефіцієнтів Ср і показники степенів x і y для розточування КК в корпусах із Сталі 35 (Ср=218; х=1,1; у=1,052) і чавуну СЧ 18 (Ср=139; х=1,12; у=1,048).

Розглянуто варіанти технологічних процесів виготовлення СК і КК. На рис. зображено фрезеру-вальний пристрій, в якому

а)

б)

Рис. 4. Залежність зусилля різання від глибини різання для розточування кільцевих канавок стопорних кілець діаметром канавки 72 мм (а), 90 мм (б),

матеріал заготовки – СЧ 18:

1 – частота обертання 180 об/хв;

2 – частота обертання 500 об/хв;

3 – частота обертання 1420 об/хв.

базування навивної гвинтової заготовки здійснюється у внутрішньому отворі касети 3 установкою в упор 6, а саму касету за допомогою шліців встановлювали в шліцевий паз 2 корпусу 1 з притиском 5. Важливо, щоб вісь заготовки знаходилась у вертикальному положенні і обидва її кінці (або хоча б один з них) потрапляли в зону різання.

Після розрізання кілець проводили зачищення заусенців, гострих країв кругом шліфувальним ПП2001832 25А25 ПСК7К5 35м/с А1 ГОСТ2424-83 на універсально – заточному верстаті моделі 3М642. Після рихтування проводили їх термооброблення з нагріванням струмами високої частоти і охолодженням для отримання заданих параметрів міцності та пружності виробу.

Після термооброблення для виправлення похибок форми отриманого кільця внаслідок короблення та деформацій здійснювали шліфування деталей |

на плоскошліфувальному верстаті моделі 3Г722. Деталі встановлювали у сепаратор і закріплювали плитою електромагнітною 200320 ГОСТ17519-72, тоді торці деталі шліфували кругом шліфувальним ПП45050203 25А25 ПС7К5 35м/с А1 ГОСТ2424-83 з повздовжньою подачею стола 20 м/хв. і поперечною подачею 10 мм/на подвійний хід.

В п’ятому розділі наведено методики розрахунку технологічного оснащення для розточування КК, виго-товлення СК, а також конструкції вимірювальних інструментів параметрів КК і СК. Встановлено залежності зміни від зміни кута розміщення шарнірів в РГ, визначено оптимальні межі кута . Для в початковому положенні та

а)

б)

Рис. 5. Залежність зусилля різання від глибини різання для розточування кільцевих канавок стопорних кілець діаметром канавки 72 мм (а), 90 мм (б),

матеріал заготовки – Cталь 35:

1 – частота обертання 180 об/хв;

2 – частота обертання 500 об/хв;

3 – частота обертання 1420 об/хв.

параметру тяги , забезпечується максимальний радіальний хід різців 5,2 мм.

Графік залежності від кута розміщення шарнірів в РГ зображено на рис. 7, який доводить забезпечення умови для значень кута . Раціональнішими кутами в конструкції РГ є кути в межах .

Дослідженнями встановлено, що раціональними кутами нахилу байонетного пазу РГ є кути ?=55-60?. Збільшення кута до ?=90? майже не впливає на глибину розточування, крім цього, подачі різців у цьому діапазоні (60?< ? <90?) різко падають до мінімальних (нульових) значень. Отже, для РГ конструкції байонетний паз-еліпс з вихідними даними: а=12 мм; b=7 мм; ?=35? раціональні подачі шпинделя – Sш=0,47-0,18 мм/об.

Зміна коефіцієнту співвідношення подач KS для цього типу розточних механізмів (рис. ) і залежить від конструктивних параметрів байонетного пазу і рейкової передачі. При цьому встановлено розрахункові швидкості різання РГ – для сталі –  м/хв.; для чавуну –  м/хв.

Технологічні схеми розточуваня КК з визначенням режимів різання, технологічних і конструктивних параметрів оснащення з різними типами розточних механізмів представлено в таблиці 1.

Наведено також напрямки перспективних розробок і запро-поновано прогресивні конструкції технологічного оснащення, вимірювальних і різальних інструментів для виготовлення кільцевих канавок і стопорних кілець.

Для заміру конструктивних параметрів кільцевих канавок і місця їх розміщення в отворі корпусної деталі, а також стопорних кілець розроблено конструкції вимірювальних інструментів: індикаторний нутромір, мікрометричний нутромір і штангеншнекомір з точністю вимірювання 0,05-0,1 мм, які захищені деклараційними патентами України.

Рис. 7. Графік залежності зміни від кута розміщення шарнірів в РГ. |

Рис. 8. Характер зміни коефіцієнту співвідношення подач КS, подач різця Sр і глибини розточування від зміни кута байонетного пазу ? для конструкцій 3, 4, (табл.1).

Таблиця 1

Технологічні схеми розточування кільцевих канавок в отворах корпусних деталей вузлів осьового стопоріння з визначенням режимів різання і конструктивних параметрів технологічного оснащення

№

п/п | Схеми механізмів розтискування

розточних різців | Схеми дії сил | Технологічні і конструктивні параметри

1 | 2 | 3 | 4

1 | Шарнірний |

; ;

;

; ;

; .

2 | Ромбічно-шарнірний

Патент 43097А | ;

,

де ; ; ;..

Продовження таблиці 1

1 | 2 | 3 | 4

3 | Рейковий

Патент 49289А |

; ; .

? – кут повороту оправки відносно втулки,
? – кут підйому спіралі нахиленого пазу,
D – діаметр оправки, на якому виконано спіральний нахилений паз, d – середній діаметр зубчатого зачеплення.

4 | Еліпсоподібний

Патент 52117А | ;;

;

.

а, b – відповідно велика і мала півосі еліпсної оправки, А – величина розгортки нахиленого пазу при його повороті.

5 | Нахиленими пазами

Патент 49471А | ; ;; ; ; ;

.

мм/об; м/хв – сталь, м/хв – чавун.

Ks – коефіцієнт співвідношення величин подачі розточного різця до величини подачі шпинделя;

1 – корпус; 2 – оправка; 3 – різальний інструмент; 4 – отвори для виходу стружки; a,b – відповідно велика і мала піввісі еліпсної оправки; - кут підйому розтискних елементів; А – величина розгортки нахиленого пазу при його провороті на кут підйому; H – величина осьового переміщення оправки; c – довжина верхнього важеля; D i d – відповідно зовнішній діаметр КК і розточної оправки; r – величина радіуса отвору; l – радіальне переміщення різців на глибину різання t; e – величина ексцентриситету; h – глибина канавки.

Підтверджено ефективність результатів проведених досліджень на основі порівняльного аналізу ТП виготовлення СК і розточування КК, розрахунку економічного ефекту з врахуванням різниці витрат відносно показників прибутку і технологічної собівартості від виробництва ВОС.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в розробленні високопродуктивних технологічних процесів виготовлення елементів вузлів осьового стопоріння з компенсаторами зношування, які характеризуються покращеними експлуатаційними характеристиками і є особистою розробкою автора. Задача вирішена за рахунок того, що автор вивів аналітичні залежності, які дозволяють визначити найраціональніші конструктивні параметри вузлів осьового стопоріння удосконаленої конструкції, дослідив запропоновану динамічну модель розточування кільцевих канавок, що дало змогу визначати раціональні силові та конструктивні параметри технологічного оснащення, а також розробив основи формоутворення гвинтових заготовок з Г-подібним поперечним перерізом, які забезпечують високу технологічність і продуктивність процесу виготовлення стопорних кілець з компенсаторами зношування. В кінцевому розумінні вирішення цієї задачі дозволить покращити технологічні та експлуатаційні показники вузлів осьового стопоріння механізмів машин, зокрема підвищити продуктивність, якість і точність виготовлення, знизити собівартість одиниці продукції, а також покращити ремонтнопридатність вузлів осьового стопоріння та ресурс роботи пар тертя в процесі їх експлуатації.

2. На основі аналізу науково-технічних і патентних джерел встановлено, що існуючі ТП розточування і контролю КК в отворах корпусних деталей здійснюється традиційними малоефективними способами, що не відповідає вимогам ефективності процесу оброблення, стійкості інструменту, шорсткості в межах 0,5 допуску і некруглості в межах 0,025-0,05 мкм. Вперше виведено аналітичні залежності для визначеня коефіцієнтів співвідношення величини подачі розточних різців до величини подачі шпинделя з величиною радіального ходу різців в межах 2-8 мм і шириною канавки 2-16 мм для розточних головок з різними механізмами переміщення різців.

3. Вперше проведено теоретичне моделювання динамічних процесів розточування КК розточними головками різних конструкцій. На основі рівнянь руху визначено коливання РГ, їх амплітуди, а також встановлено, що режими різання на всіх етапах роботи залежать від величини сил демпфування і маси головки. Розв’язок системи нелінійних диференціальних рівнянь з початковими умовами проведено з використанням ПЕОМ і застосуванням стандартної програми чисельного методу Рунге-Кутта.

4. Виведено аналітичні залежності для визначення коефіцієнту співвідношення величини подач розточних різців до величини подач шпинделя розточних головок в межах з наступними розточними механізмами: байонетний паз–зубчаста рейка, байонетний паз-еліпс, з шарнірним механізмом і механізмом палець-косий паз. Виведені аналітичні залежності дозволяють обґрунтувати конструктивні параметри розточних головок для співвідношення величини радіальної подачі різця 0,03-0,08 мм/об до величини подачі шпинделя РГ=0,18 – 0,47 мм/об, довжини ходу різця в межах 2-8 мм, шириною канавки 2-16 мм з допуском 0,05-0,12 мм.

5. На основі теоретичних досліджень технологічності конструкцій ВОС, створених з використанням КК, виведено аналітичні залежності, що дозволяють визначати максимальну і мінімальну величини складових замикальної ланки розмірного ланцюга та величини допусків. Показано, що для відновлення цих механізмів пластичним деформуванням ще на стадії проектування необхідно закладати відповідний запас об’єму металу для подальшого забезпечення ремонтопридатності на основі принципу перерозподілу цього об’єму під час ремонту. Використання в цих механізмах компенсаторів у вигляді Г-подібних стопорних кілець забезпечує підвищення ресурсу роботи пар тертя і значно спрощує технологію складання розмірного ланцюга механізму.

6. Для проведення експериментальних досліджень спроектовано і виготовлено пристрої для навивання Г-подібних гвинтових заготовок і виготовлення СК, а також два типи розточних головок з різними змінними розточними механізмами: перший – байонетний паз-еліпс і байонетний паз-зубчаста рейка з кутом нахилу байонетного пазу для діаметра оправки з байонетним пазом D=30 мм; другий – шарнірний і палець-косий паз, вимірювальні мікрометричні інструменти для заміру параметрів КК з точністю 0,05 мм. Використовувалась експериментальна установка для заміру величини крутного моменту з використанням динамометрів з тензодавачами на вертикально-свердлильному верстаті 2Н-118. Запропоновано конструкції штангеншнекомірів для заміру конструктивних параметрів стопорних кілець.

7. Запропоновано метод, який забезпечує виготовлення Г-подібних заготовок стопорних кілець з компенсаторами зношування у вигляді гвинтової заготовки на 30-150 штук неперервним навиванням на оправку. Розроблено технологічний процес виготовлення стопорних кілець з відхиленням від площинності не більше 0,2 мм, шорсткістю Ra=2,5 мкм, точністю розмірів 8-10 квалітету і твердістю HRC 43-51. Спроектовано і виготовлено технологічне оснащення, яке забезпечує якісне виготовлення СК. Експериментально встановлено, що значення коефіцієнтів Ср і показників степенів х і у для визначення сил різання для Сталі 35 відповідно дорівнюють Ср=218; х=1,1; у=1,052, для чавуну СЧ 18 Ср=139; х=1,12; у=1,048, швидкості різання для Сталі 35 V=51,6-55,7 м/хв, для СЧ 18 V=53,1-74,6 м/хв.

8. Встановлено максимальні значення радіальних ходів різців в РГ і режимів різання, що покращують техніко-економічні показники технологічних процесів для розточування отворів діаметром 60-90 мм для розточних механізмів різних типів: байонетний паз-зубчата рейка, максимальний хід різців – 5,23 мм, подача різців 0,03-0,08 мм/об, подача шпинделя 0,09-0,24 мм/об; байонетний паз-еліпс, максимальний хід різців – 2,5 мм, подача різців 0,03-0,08 мм/об, подача шпинделя 0,18-0,47 мм/об; кут підйому байонетного пазу , параметри еліпса оправки а=12 мм, в=7 мм; з шарнірними тягами – хід різців – 5,2 мм, подача різців 0,04-0,09 мм/об, подача шпинделя 0,18-0,47 мм/об; вісь-косий паз – максимальний хід різця 3 мм, подача різців 0,04-0,09 мм/об, подача шпинделя 0,06-0,16 мм/об.

9. На основні проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень створено конкурентноздатні ВОС, технології виготовлення заготовок СК і розточування КК з розробленням технологічного оснащення, різальних і вимірювальних інструментів, що забезпечило підвищення продуктивності праці на 18-28% і якості продукції. Технічна новизна розроблених пристроїв для виготовлення СК, розточування КК і вимірювальних пристроїв для заміру параметрів КК захищена 7 деклараційними патентами України на винаходи. Результати досліджень впроваджено на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” і Роменському заводі “Тракторозапчастина” м. Ромни Сумської області з річним економічним ефектом 3924 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гевко І.Б. Розмірний аналіз механізму осьового стопоріння пальців ходових вузлів машин // Вісник Тернопільського державного технічного університету. –2004. –Т. , №1. –С. .

2. Гевко І.Б. Технологічні особливості розточування і відновлення отворів в корпусних деталях // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). –Вип. 9. –Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. –2001. –С. .

3. Гевко І.Б. Технологія виготовлення стопорних кілець з горизонтальними поличками механізмів осьового стопоріння // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем (Донбаська державна машинобудівна академія). –Вип. . –Краматорськ: Вид. відділ ДДМА. –2004. –С. .

4. Гевко І.Б. Техніко-економічне обґрунтування технологічного процесу виготовлення вузлів осьового стопоріння ходових механізмів сільськогосподарських машин // Науковий вісник Національного аграрного університету. –Вип. . -К.: Вид. відділ НАУ. –2005. –С. .

5. Гевко І.Б., Матвійчук А.В. Теоретичні основи процесу розточування кільцевих канавок розточною головкою // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). –Вип. 12. –Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. –2003. –С. .

6. Матвійчук А.В., Гевко І.Б. Технологія відновлення і розточування кільцевих канавок в корпусних деталях // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. –Вип. . –Харків: Вид. відділ ХДТУСГ. –2003. –С. .

7. Матвійчук А.В., Гевко І.Б. Інструменти для заміру конструктивних параметрів кільцевих канавок в отворах // Вісник Тернопільського державного технічного університету. –2003. –Т. , №3, –С. .

8. Матвійчук А.В., Гевко І.Б. Левкович М.Г. Технологічне забезпечення розточування кільцевих канавок в корпусних деталях // Зб. наук. праць Кіровоградського державного технічного університету. –Вип. . –Кіровоград: Вид. відділ КДТУ. –2003. –С. .

9. Пилипець М.І., Гевко І.Б., Комар Р.В. Технологія виготовлення гвинтових заготовок різних типорозмірів // Сільськогосподарські машини (Луцький державний технічний університет). –Вип. . –Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. –2000. –С. .

10. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б. Результати експериментальних досліджень розточування кільцевих канавок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. –Вип. . –Харків: Вид. відділ ХДТУСГ. –2004. –С. .

11. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б. Експлуатаційні основи проектування механізмів осьового стопоріння ходових вузлів машин // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. –Вип. . –Харків: Вид. відділ ХДТУСГ. –2003. –С. .

12. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б. Технологічне спорядження для розточування кільцевих канавок // Вісник Тернопільського державного технічного університету. –2004.
–Т. , №3. –С. .

13. Пат.  А Україна, МКВ В23В5/14. Пристрій для виготовлення спіралей шнеків / М.І. Пилипець, І.Б. Гевко, І.С. Геник, Р.В. Комар. -№2000053068; Заявл. 30.05.2000; Опубл. 15.05.2001; Бюл. №4. –4 с.

14. Пат.  А Україна, МКВ В23В5/14. Пристрій для розточування кільцевих канавок в отворах деталей / І.Б. Гевко. -№2001107131; Заявл. 22.10.2001; Опубл. 16.09.2002; Бюл. №4. –4 с.

15. Пат. Україна, МКВ В23В41/02. Пристрій для розточування кільцевих канавок в отворах деталей / І.Б. Гевко. -№2001128581; Заявл. 13.12.2001; Опубл. 16.09.2002; Бюл. №9. –3 с.

16. Пат. Україна, МКВ G01В3/20. Мікрометричний нутромір /А.В. Матвійчук, І.Б. Гевко, М.І. Левкович, В.М. Глух. -№2003043407 Заявл. 15.04.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12. –2 с.

17. Пат. Україна, МКВ F16В33/00. Механізм осьового стопоріння деталей / І.Б. Гевко. -№2001107132; Заявл.22.10.2001; Опубл. 15.11.2002; Бюл. №11, –3 с.

18. Пат.  А Україна, МКВ В04В3/20. Індикаторний нутромір для заміру параметрів кільцевих канавок / А.В. Матвійчук, І.Б. Гевко. -№2003065972; Заявл. 26.06.2003; Опубл. 15.04.2004. Бюл. №4. –3 с.

19. Пат. А Україна, МКВ В23В35/00. Пристрій для розточування ущільнюючих поясків під гільзи блоків циліндрів двигунів / А.В. Матвійчук, І.Б. Гевко. -№2003087708; Заявл. 14.08.2003; Опубл. 15.09.2004; Бюл. №9, –3 с.

20. Гевко І.Б. Особливості розточування матриць формувальних штампів // Матер. Міжнар. наук.-техн. конф. студ., асп. та молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта”. –Том 1.–Севастополь: Вид. відділ СевНТУ. –2004. –С. .

А н о т а ц і я

Гевко І.Б. Технологічне забезпечення виготовлення елементів осьового стопоріння механізмів машин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.08 – технологія машинобудування.– Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2005.

Робота присвячена підвищенню продуктивності праці і якості виготовлення елементів осьового стопоріння машин з використанням стопорних кілець з компенсаторами зношування і проведення розмірного аналізу з визначенням параметрів проміжних і замикальної ланок розмірного ланцюга. Розроблено динамічну модель розточування кільцевих канавок, яка дозволила виявити вплив технологічних чинників на якість оброблюваних поверхонь. Вперше запропоновано методику відновлення ходових механізмів осьового стопоріння пластичним деформуванням, яка передбачає ще на стадії проектування закладати відповідний запас об’єму металу для подальшого забезпечення ремонтопридатності на основі принципу перерозподілу цього об’єму під час ремонту. Представлено багатоваріантну структуру формоутворення кільцевих канавок розточними головками з різними типами розточних механізмів, а також прилади для заміру конструктивних параметрів. Розроблено технологічний процес виготовлення стопорних кілець з компенсаторами зношування з використанням гвинтових заготовок з Г-подібним поперечним перерізом.

Розроблено нові конструкції вузлів осьового стопоріння і технологічне спорядження, різальні та вимірювальні інструменти і методики їх розрахунку, що розширило технологічні можливості механізмів та процесів, зменшило ресурсовитрати і забезпечило підвищення продуктивності праці на 18-28% при одночасному підвищенні якості продукції.

Ключові слова: технологічний процес, розмірні ланцюги, вузли осьового стопоріння, кільцеві канавки, стопорні кільця, розточні головки.

А н н о т а ц и я

Гевко И.Б. Технологическое обеспечение изготовления элементов осевого стопорения механизмов машин. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения. –Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2005.

Работа посвящена повышению производительности труда и качества элементов узлов осевого стопорения машин за счет отработки конструкции на технологичность с точки зрения повышения ресурса роботы. В предлагаемых узлах осевого стопорения используются стопорные кольца с компенсаторами износа, а также проведение размерного анализа с определением параметров промежуточных и замыкающего звеньев размерной цепи. Установлены закономерности формообразования рабочих поверхностей кольцевых канавок и стопорных колец, а также взаимосвязей параметров точности с технологическими факторами растачивания и шлифования. Впервые предложено методику восстановления ходовых механизмов осевого стопорения пластичным деформированием, которая еще на стадии проектирования предусматривает наличие определенного объема металла для дальнейшего обеспечения ремонтопригодности на основании принципа перераспределения этого объема во время ремонта. Представлена многовариантная структура формообразования кольцевых канавок расточными головками с различными типами расточных механизмов, а также измерительные приборы. Разработан технологический процесс изготовления стопорных колец с горизонтальными компенсаторами с использованием в качестве заготовок винтовых заготовок с Г-образным поперечным сечением. Установлены аналитические зависимости для определения характеристик параметров процесса изготовления кольцевых канавок и стопорных колец.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений.

В первом разделе проведен анализ известных в литературе результатов исследований технологических процессов формообразования кольцевых канавок и стопорных колец. Рассмотрены способы их изготовления, технологическая оснастка, режущие и измерительные инструменты для их реализации и сформулирована цель и задачи исследования.

Во втором разделе приведена усовершенствованная конструкция узла ходового механизма, которая отработана на технологичность конструкции с точки зрения повышения ресурса эксплуатации и является конкурентоспособной. Для этого используют стопорные кольца Г-образного профиля с горизонтальными полками, которые выполняют функцию компенсатора в период износа. Составлены уравнения номинальных размеров ходовых механизмов осевого стопорения с определением промежуточных и замыкающего звеньев размерной цепи.

Разработана многовариантная структура расточных головок с различными типами расточных механизмов: шарнирный, палец-косой паз, зубчатое колесо – рейка, байонетный паз – эллипс. Важным элементом при этом есть определение соотношения величины подачи расточных резцов Sp к величине подачи шпинделя Sш, которая называется коэффициентом соотношения подач. Разработана динамическая модель технологического процесса растачивания кольцевых канавок, составлены уравнения движения для определения колебания расточных головок с определением величины амплитуды в зависимости от величины сил демпфования. Решение системы нелинейных дифференциальных уравнений проведено численным методом Рунге-Кутта.

В последующих разработана программа и методика исследований