Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА МНОГОРЕЖИМНЫХ ВИБРАЦИОННО - ОРИЕНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ И СБОРОЧНО-ДЕМОНТАЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ

ЩЕРБАКОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

Иркутск 2013

Работа выполнена в Забайкальском государственном университете.

Научный руководитель: С.Я. Березин доктор технических наук, профессор кафедры «Технологических и биотехнических систем, автоматики и управления» Забайкальского государственного университета.

Официальные оппоненты:

1. Зайдес Семен Азикович - доктор технических наук, профессор, зав.кафедрой машиностроительных технологий и материалов Иркутского государственного технического университета. Черепанов Анатолий Петрович - начальник бюро надежности Ангарской нефтехимической компании, кандидат технических наук.

Ведущая организация:

Иркутский государственный университет путей сообщения

Защита состоится «13» июня 2013 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 в Национальном исследовательском Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск-74, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета и Забайкальского государственного университета.

Автореферат разослан 13.05.13 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 664074, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ; ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Валерию Михайловичу Салову.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор В.М. Салов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном автоматизированном сборочном производстве важное значение отводится работоспособности и эффективности действия ориентирующих устройств. Надежность выполнения переходов совмещения осей сопрягаемых деталей определяет и реализацию дальнейших переходов сборочного процесса. Разработка ориентирующих устройств является важнейшим этапом процесса проектирования сборочного оборудования. Неслучайно, что в современных условиях все чаще встречаются работы, посвященные данному вопросу, а инженерные конструктивные решения и методики расчетов постоянно совершенствуются.

Анализ функций существующих ориентирующих устройств показывает что они используются, в основном, для совмещения осей собираемых деталей и, частично, для обеспечения начального наживления. Других функций в них, как правило, не предусмотрено, что не позволяет им совмещать функции ориентирования, завинчивания, интенсификации резьбообразования и выполнять другие операции. Поэтому для повышения эффективности автоматизированных сборочных операций возникает актуальная проблема разработки таких устройств, которые позволяли бы участвовать во всех переходах резьбообразования и сборки соединений, а также применять их для ряда других операций, например для демонтажа соединений, и их разгрузки от остаточных моментов. Кроме того, необходимы устройства со способностью изменять режимы вибраций для адаптации к конкретному процессу. Это позволит расширить технологические возможности оборудования и повысить эффективность его использования. Таким образом, задача создания многорежимных вибрационно - ориентирующих устройств, предназначенных для ориентирования деталей, интенсификации сборочных и демонтажных операций, является актуальной.

Установленные в ходе анализа признаки ориентирующих устройств позволяют произвести их подробную систематизацию и разработать классификатор, системно представляющий их возможности и области применения.

Материалы диссертационной работы являются составной частью инициативной госбюджетной темы ЗабГУ №28 г/б «Разработка прогрессивных средств реализации сборочно-резьбообразующих операций» (№ госрегистрации 01201001696).

Цель работы: Повышение эффективности сборочных и резьбообразующих процессов на основе разработки и применения многорежимных вибрационно-ориентирующих устройств, работающих в низкочастотном диапазоне.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ проблем, возникающих в процессах резьбонарезания, сборки и демонтажа резьбовых соединений;

- систематизация известных устройств для вибрационной сборки и резьбообразования, установление комплекса системообразующих признаков;

- разработка научно обоснованной методики оценки эффективности применения универсальных многорежимных вибрационно-ориентирующих устройств в автоматизированных процессах обработки резьбы, сборки и демонтажа соединений;

- разработка математических моделей динамики движения активных узлов ориентирующего устройства и взаимодействия соединяемых деталей в начальный момент сопряжения;

- проведение серий экспериментальных исследований динамических рабочих характеристик устройства и факторов, определяющих эффективность его применения;

- проведение серий экспериментальных исследований технологических возможностей вибрационного устройства в процессах разгрузки резьбовых соединений от остаточных моментов и демонтажа соединений;

- разработка компьютерной модели работы вибрационно-ориентирую-щего устройства и информационно-поисковой системы с наглядным графическим интерфейсом;

- разработка технических рекомендаций по применению эффективных режимов работы устройства при ориентировании деталей, активации при резьбообразовании, демонтаже соединений и разгрузке от остаточных моментов.

Научная новизна работы

- на основе установленной совокупности признаков, расположенных в приоритетном порядке, разработан классификатор подробной систематизации вибрационно-ориентирующих устройств;

- разработана математические модели динамики вибрационных движений активных элементов ориентирующего устройства и динамики взаимодействия соединяемых деталей в начальный момент сопряжения;

- впервые установлена структура остаточного момента в собранных резьбовых соединениях различного типа, позволяющая оценить его значения расчетным путем;

- экспериментально исследованы определяющие факторы резьбонарезных и сборочных операций, формирующие показатели эффективности применения вибрационно-ориентирующего устройства;

- разработана система компьютерного моделирования работы вибрационно-ориентирующего устройства и информационно-поисковая система для выбора наиболее эффективных режимов работы устройства.

Практическая ценность работы заключается в разработке нового типа универсального многорежимного вибрационного устройства для ориентирования, наживления, монтажа и демонтажа резьбовых соединений, работающего в низкочастотном диапазоне вибраций. Разработаная программа компьютерного моделирования процессов монтажа резьбового соединения позволяет оперативно назначить оптимальные режимы работы универсального многорежимного вибрационного устройства для различных операций.

Новизна технической разработки подтверждается патентом на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. и свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г. «Информационно-поисковая система выбора режимов активации автоматизированных процессов резьбообразования и сборки на основе многорежимного вибрационного ориентирующего устройства».

Методы исследования. В работе сочетаются теоретический анализ и физический эксперимент. В теоретических исследованиях использован аппарат аналитической геометрии и анализа дифференциальных уравнений.

В экспериментальных исследованиях использовалась статистическая обработка данных с применением метода теории вероятности, методы планирования экспериментов и многофакторного регрессионного анализа с помощью пакета статистических программ Statistica 6.0 (StatSoft). Исследования проводились с использованием как специальных, так и стандартных измерительных устройств и установок.

Достоверность результатов исследований определяется корректным использованием математического аппарата, который основывается на использовании теоретической части (теоретическая механика, математический анализ), методах математической статистики и оптимизации, сравнение расчетных данных с эмпирическими данными для определения адекватности модели.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной темы ЗабГУ №28 г/б «Разработка прогрессивных средств реализации сборочно-резьбообразующих операций» (№ госрегистрации 01201001696). Технические разработки переданы в Читинский межотраслевой центр научно-технической информации и опубликованы в информлистке № 75-004-12. Разработки демонстрировались в павильоне международной выставки «Инновации-2011» Забайкальского краевого выставочного центра. Конструкторская документация на устройство передана для внедрения на ОАО «Машзавод».

На защиту выносится:

– конструкция нового универсального многорежимного вибрационного ориентирующего и активирующего устройства, работающего в режиме колебаний низких частот;

– методика теоретических и экспериментальных исследований эффективности работы вибрационно-ориентирующего устройства;

– математические модели динамики движения активного органа универсального многорежимного вибрационного устройства и динамики вибрационного взаимодействия собираемых деталей в начальный момент сопряжения;

– физические экспериментальные установки для изучения динамических характеристик универсального многорежимного вибрационного устройства и показателей реализуемых технологических операций;

– результаты экспериментальных исследований показателей, определяющих эффективность работы устройства на различных режимах;

– программа компьютерного моделирования вибрационных режимов работы устройства, информационно-поисковая система выбора оптимальных режимов вибраций для различных операций и условий;

– технические рекомендации по применению эффективных режимов работы устройства при ориентировании деталей, активации при резьбонарезании, демонтаже соединений.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

· IX Международной научно-практической конференции “молодежь Забайкалья: дорога в будущее” (Чита, 2005);

· III Международной научно-технической конференции. “Прогрессивные технологии в современном машиностроении”. (Пенза 2007);

· VI Всероссийской научно-практической конференции “Кулагинские чтения” (Чита, 2007);

· VII Всероссийской научно-практической конференции “Кулагинские чтения” (Чита, 2008);

· VI Международной научно-практической конференции “Материалы и технологии 21 века” (Пенза, 2008);

· Международной заочной научно-практической конференции. “Проблемы повышения качества производства и услуг” (Чита, 2009);

· II Всероссийская научно-практическая конференция (Чита, 2009);

· IX Всероссийская научно-практическая конференция “Кулагинские чтения” (Чита, 2009);

· ХХХVI научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов (Чита, 2009);

· Материалы Всероссийской научно-технических конференции. “Современные промышленные технологии” (Нижний Новгород, 2010);

· ГОУ ВПО IX Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием “Механики - 21 веку” (Братск, 2010);

· X Международная научно-практическая конференция “Кулагинские чтения” (Чита, 2010);

· Проблемы повышения качества производства и услуг. Международная заочная научно-практическая конференция (Чита, 2010);

· Экспонат устройства демонстрировался на международной промышленной выставке «Инновации - 2011» Забайкальского краевого выствочного центра.

Работа докладывалась на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация производственных процессов», «Технология металлов и конструирование» Забайкальского государственного университета и научном семинаре факультета «Технология и компьютеризация машиностроения» национального исследовательского Иркутского государственного технического университета.

· Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 18 научных работ, из них 2 статьи в ведущих научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 172 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 19 таблиц, список литературы, включающий 132 наименований, одного приложения.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена область исследования, также определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе произведен обзор литературы по теме диссертации, проанализировано современное состояние ориентирующих механизмов а также их область применения. Анализ функций существующих известных ориентирующих устройств и устройств, предназначенных для интенсификации сборочного процесса, позволяет сделать вывод, что они используются, в основном, для производства действий по совмещению осей собираемых деталей и, частично, по обеспечению начального наживления. Других функций в них не предусмотрено т.е. нет устройства, которое могло совмещать и функцию ориентирования и функцию интенсификации сборочного процесса. Поэтому для повышения эффективности необходимо разработать такое устройство, которое бы позволяло участвовать во всех переходах сборки или сопряжения, и расширить технологические возможности сборки. Тем самым задача о создании многорежимного вибрационно - ориентирующего устройства, предназначенного для ориентирования, интенсификации сборки и демонтажа, является актуальной. Решение этой задачи позволит усовершенствовать автоматизированный сборочный процесс на этапе ориентирования и наживления.

Предложена система признаков классификатора ориентирующих устройств.

Во второй главе проводится описание многорежимного вибрационно - ориентирующего устройства, обосновывается объем экспериментальных исследований, производится выбор крепежных изделий и образцов для исследований.

Экспериментальная установка была собрана на столе вертикально-сверлильного станка 2А150. Процесс сборки и демонтажа резьбового соединения с многорежимным ориентирующем механизмом производится при помощи патрона, в котором расположена шпилька. На столе станка установлен динамометр, на котором расположен многорежимный ориентирующий механизм. На верхней его плите расположен патрон для фиксации детали с отверстием. Параметры оптимального режима работы колебаний, частоты, и других параметров устанавливаются при помощи автоматизированной системой управления. К многорежимному ориентирующему устройству к верхней плите подключена виброизмерительная аппаратура ВИ6-6ТН, которая снимает показания датчиком ускорения ДУ-5С. Полученные данные ВИ6-6ТН фиксируется при помощи двухканального цифрового запоминающего осциллографа АСК-2105, который записывает их на собственный жесткий диск. С датчиков динамометра и ВИ6-6ТН данные поступают в автоматизированную систему управления, где происходит процесс анализа собираемых данных. После чего все результаты экспериментов поступают на ЭВМ (ноутбук RoverBook Voyager V553) от автоматизированной системы управления.

Ориентирующий механизм содержит верхнюю и нижнюю платформы, причем нижняя является основанием (рис.1.). На встречных плоскостях платформ снизу и сверху закреплены по 3 пары электромагнитных катушек со встречно направленными металлическими полюсами. Вся конструкция закреплена наклонными ребрами из закаленной пружинной стали, установленными под углом 70-80° для создания вертикально-крутильных колебаний. На катушки ориентирующего механизма подаются пилообразные импульсы, которые вызывают крутящие и осевые вибрации. Подача импульсов может производиться при различных режимах, в зависимости от поставленной цели. Катушки имеют якори, направленные встречно друг другу. Данный ориентирующий механизм установлен в экспериментальную установку, которая показана на рисунке 2.

Рис. 1. Вибрационно-ориентирующее устройство

Электрические импульсы, подаваемые на парные электромагниты, формируют несколько режимов для поддержки переходов ориентации и сборки, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1 Схемы распределения импульсов для основных режимов работы устройства

Номера пар электромагнитов	Режимы тактов работы пар
	1. Одиночные одной полярности	2. Парные одной полярности
	1.1	1.2	2.1	2.2
1 2 3	+ 0 0 0 + 0 0 0 +	- 0 0 0 - 0 0 0 -	+ + 0 0 + + + 0 +	- - 0 0 - - - 0 -
Номера пар электромагнитов	3. Парные разной полярности	4. Тройные с парной полярностью	5. Синхронные
	3.1	4.1	4.2	5.1	5.2
1 2 3	+ - 0 0 + - - 0 +	+ + - - + + + - +	- - + + - - - + -	+ + +	- - -
Примечание: (+) - режим притягивания пар электромагнитов; (-) -режим отталкивания; 0 - электромагниты не запитаны.

Рис. 2. Элементы экспериментальной установки

Устройство работает в режиме ориентации, когда (1) на одну из пар электромагнитов подается одиночный импульс, затем на другую и т.д. При монтаже резьбового соединения ориентирующее устройство работает в режиме простых колебаний, в котором на все пары электромагнитов подаются непрерывные импульсы переменного тока, а также в режиме отталкивания при необходимости демонтажа. В первом случае, за счет асимметрии расположения электромагнитов относительно центра, одиночный импульс приводит к возникновению перекоса верхней платформы устройства относительно вертикальной оси. Последующий одиночный импульс, поданный на другую пару, смещает перекос относительно предыдущего на 120° и т. д. Распределением серии импульсов по кругу добиваются планетарно-качательного движения верхней платформы. Такое движение обеспечит след движения оси платформы в виде перевернутого конуса. Это способствует автоматическому поиску оси крепежного элемента и совмещению с ним оси отверстия образца, расположенного на верхней платформе. После совмещения осей основной переход завинчивания будет происходить во втором режиме с вертикально-крутильными колебаниями платформы, обеспечивая вибрационный режим сборки. Импульсы могут подаваться с различными циклами, в зависимости от поставленной задачи. Сверху конструкции расположен токарный патрон для закрепления деталей, строго по центру.

На рисунке 3 показано АСУ ориентирующего механизма. Центральным звеном системы управления является микроконтроллер 1 фирмы Atmel atmega8. Он подключен в соответствии с типовой схемой. Кнопка 2 (Reset) производит сброс режимов управления.

Рис. 3. Электронный блок управления ориентирующего механизма

Тактирование контроля обеспе-чивается внешним кварце-вым резонатором 3 с двумя фильтру-ющими конденсаторами 4 малой ёмкости. Индикация работы всего устройства осуществляется свето-диодом 5, включенным через резистор к питанию. Отдельно сделаны выводы 6 для подклю-чения программатора, чтобы можно было программировать микро-контроллер, не удаляя его из схемы.

Для питания всей схемы на плате установлен разъем 7, обеспе-чивающий подключение блока питания от персонального компьютера и подвод к схеме напряжения 5В и 12В. Данный микроконтроллер снабжен шестиканальным аналоговым цифровым преобразователем АЦП, к одному из каналов этого АЦП подключен переменный резистор 8 (потенциометр). Таким образом, можно подавать на эту ножку микроконтроллера от 0 до 5В. Кроме того, установлен токопонижающий резистор 9. Потенциометр подключен к питанию, а средний вывод идет через резистор на контроллер. Также к микроконтроллеру подключен многоканальный переключатель 10, обеспечивающий переключение до 10 режимов работы АСУ ориентирующего механизма и выдающий номер установленного режима в виде двоичного кода на четыре входа микроконтроллера. Таким образом, выключатель со встроенным шифратором расшифрует позицию выключателя как четырех разрядный двоичный код. Установлена кнопка, обеспечивающая выбор режима работы АСУ ориентирующего механизма, т.е. при определенном выбранном режиме работы АСУ ориентирующего механизма при нажатии на кнопку происходит фиксирование выбранного режима работы и происходит соединение одного из контакта микроконтроллера с землей. вибрационный резьба сборка демонтаж

Для индикации режима работы устройства АСУ выведены три светодиода 12 с токоограничивающими резисторами. Светодиоды установлены в форме трех катушек в виде треугольника и таким образом изображают включение или выключение соответствующей катушки, однако индикация происходит на постоянной частоте в 1Гц, отличающейся от действительной частоты переключения катушек. Это сделано для удобства наблюдения за процессом работы режима катушек т.к. к примеру, при работе катушек и светодиодов в 100-200 Гц невозможно будет разглядеть процесс работы режима. Для управления катушками используется три мощных полевых транзистора 13 с изолированным затвором. Транзисторы способны коммутировать токи до 47A и напряжения до 55В. Транзисторы подключены на прямую к микроконтроллеру и силовые выводы 14 выведены в колодку для коммутации с катушками. Выводы 16 для подключения реле, которые при необходимости могут менять полярность у катушек. Также стоят фильтрующие конденсаторы 15 по питанию на микроконтроллере для цифрового и аналогового питания. С данной автоматизированной системой управления при помощи широтно - импульсного модулятора задаются любые сигналы для катушек, т.е. по мощности, по последовательности. В соответствии с разработанной схемой изготовлена печатная плата.

Измерения силовых параметров осуществлялось с помощью динамометра крутящего момента, принцип действия которого основан на методе электрической тензометрии.

В третьей главе изложены теоретические принципы работы вибрационного устройства для ориентации деталей и активации резьбообразования. Разработана динамическая модель вибрационных перемещений верхней платформы устройства, несущей деталь с отверстием.

Состояние верхней платформы описывается следующей системой диферинциальной системой уравнений:

где - составляющая силы , смещающая верхнюю платформу по координате ;

- момент смещения в круговом направлении;

- момент инерции верхней подвески в круговом направлении;

- частота возмущающих сил;

- время.

Сила притяжения электромагнитов находится по формуле:



где - коэффициент пропорциональности;

- частота тока в Герцах;

- ток импульсов;

- напряжение;

- зазор между полюсами.

Сила и момент можно определить, рассмотрев расчетную схему на рис.4.

Рис. 4. Расчетная схема смещений от возмущающей силы .

Реакции на опорах и выразятся в виде

Решением системы уравнений найдены значения амплитуд вертикальных и крутильных колебаний в соответствии с жесткостью подвесок платформы, её моментов инерции, значение собственной частоты колебаний. Анализ амплитуд перемещений позволяет установить траекторию движения отверстий, которое описывает определенный объем пространства, в которую может попасть спрягаемая деталь при работе 3-х пар электромагнитов. Траектория представляет собой 3-х овальное псевдоотверстие, описанное вокруг исходного отверстия, соответствующая статическому режиму. Конфигурация псевдоотверстия дает основания считать, что при включении вибрационных режимов, пространство статического отверстия расширяется, что дает возможность сопрягаемой детали проваливаться вниз и соединяться торцовыми фасками с осью отверстия. Эффект проваливания деталей в более “широкое” псевдоотверстие определяется динамикой взаимодействия нижней детали, установленной на платформе и верхней детали, установленной в патроне и подводимой к отверстию при сопряжении.

Динамическая система взаимодействующих деталей описывается дифферинциальным уравнением:

Рис. 5. Схемы взаимодействия детали- эквивалентная динамическая схема.Решение уравнения позволяет установить два режима:

 - работа без отрыва деталей друг от друга;

1. - работа с отрывом в режиме виброударной системы .

Режим не желателен в силу того, что взаимодействие двух деталей может происходить с отрывом. Режим был выбран за исходный. Устранение вибрационного ударного режима производиться подбором определенной осевой жесткости подвески патрона.

Уравнение двух массовой системы устанавливает величину коэфициента трения в следующем виде:

Коэффициент трения обратно пропорционален квадрату возмущающей силы или, соответственно квадрату колебательной скорости в направлении продольной оси.

Таким образом, при вибрационном режиме происходит снижение коэффициента трения, что способствует соскальзыванию верхней сопрягаемой детали в отверстие.

На основе формулы коэффициента трения определено расчетное значение жесткости пружин подвески верхней платформы, что необходимо для конструкторских расчетов и проектирования подобных устройств.

Анализ работы устройства в режиме активации в процессах резьбонарезания и окончательной сборки резьбовых соединений рассматривался относительно известных формул крутящих моментов для обоих случаев.

Известные формулы для резьбонарезания и сборки, затяжки резьбовых соединений позволяют получить расчетные значения крутящих моментов для обоих процессов.

Проанализирована структура суммарного крутящего момента завинчивания резьбообразующих деталей, которые включают деформационную составляющую и составляющую трения на последующей последеформационной части витка крепежной детали. Установлена роль остаточного торсионного момента, который оказывает отрицательное влияние на устойчивость затянутого резьбового соединения. Проанализирована структура торсионного момента и установлена его роль в затянутом резьбовом соединении, а также в случае демонтажа или отвинчивания крепежной детали при разборке.

Установлена зависимость коэффициента стопорения затянутого резьбового соединения с учетом остаточного момента в нем. Торсионный момент способствует снижению коэффициента стопорения, что может привести к ослаблению затяжки или к отвинчиванию. Экспериментально установлено, что использование режима 5.1 для силовой разгрузки затянутого резьбового соединения при постоянно приложенном моменте затяжки снижает величину торсионного момента в среднем на 48ч56% и повышает устойчивость соединения к отвинчиванию, по коэффициенту на 15ч25%. или к его полному устранению. Также применение вибрационная активация способствуют разрушению адгезионных связей и химических отложений соединений.

В четвертой главе разработана программа для компьютерного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства на основе алгоритма, использующего множество показателей сборочного процесса. В зависимости от выбранных критериев устанавливается определенный режим работы ориентирующего механизма. Для информационного обеспечения разработана информационно-поисковая система с удобным и наглядным графическим интерфейсом. В ней содержится информация для:

· выбор работы «монтаж» и «демонтаж»;

· выбор типов резьбовых стержней: болт, метчик, резьбообразующие детали;

· установка диаметра резьбы;

· в зависимости от диаметра выбирается режим работы;

· выбор частоты;

· выбор имитации заклинивания;

· сравнение с видеооригиналом;

Для визуального показа работы оборудования были разработаны имитации движений системы компьютерного моделирования, которое включается в зависимости от выбранных параметров работы.

В данной программе учтены многие факторы, влияющие на работу оборудования. Разработанный сложный алгоритм работы позволяет проанализировать работу многорежимного вибрационного ориентирующего устройства.

В пятой главе приведены экспериментальные исследования, направленые на подтверждение теоретических положений, разработанных в 3-й главе. Описаны результаты исследований динамических режимов работы устройства на точность углового положения собранных деталей или завинченных метчиков, а также проанализированы влияния режимов вибраций на уровень и характер изменений крутящего момента на момент отвинчивания при демонтаже соединений или вывинчивания метчиков с учетом величин остаточных моментов затянутых соединений.

На основе серии предварительных экспериментов установлен характер влияния основных определяющих факторов на величины остаточных углов перекоса или крутящих моментов :

,

Предварительные эксперименты позволили установить характер влияния на остаточный угол перекоса показателями предварительного смещения осей, амплитудно-частотных характеристик, значения угла заборного конуса, количество ниток резьбы сопряжения (глубина завинчивания).

Рис. 6. Графики экспериментальных зависимостей от

Предварительное смещение задавалось принудительно смещением оси вибрационно-ориентирующего устройства относительно оси шпинделя с патроном. По результатам предварительных экспериментов был установлен вид регрессионых зависимостей для осточных углов перекоса, а также крутящих моментов завинчивания и обратного отвинчивания. Характер вибрационных режимов определяется динамическими возможностями вибрационно-ориентирующего устройства, которое оценено амплитудно-частотными характеристиками движениями верхней платформы при определенных режимах колебаний. С помощью серий предварительных экспериментов установлен характер амплитудно - частотных характеристик верхней платформы для радиальных, вертикальных и угловых колебаний.

При реализации регрессионого анализа были получены экспериментальные формулы остаточных углов перекоса и крутящих моментов для различных режимов колебаний, которые сравнивались с расчетными значениями, полученные по известным формулам, представленные в главе №3.



Рис. 7. Сравнение экспериментальных и кр расчетных значений с расчетным значением 46,8 Нм для винта.

Экспериментально исследован характер влияния режимов колебания на процесс демонтажа соединений и установлен вид экспериментальных зависимостей регрессионных уравнений для изучения экспериментальных зависимостей момента страгивания при демонтаже, а также параметра S, который является средней интегральной оценкой эффективности стопорения характеристикой интенсивности развинчивания

Произведем многофакторный анализ данных при U=50В для и интенсивной характеристики .

Таблица 2. Многофакторный анализ данных при U=50В для , .

					расч		расч
1	200	40000	0,4	72	73,8	56	62,8
1	200	40000	0,4	75	73,8	60	62,8
1	50	2500	1	85	88,3	78	92,5
1	50	2500	1	89	88,3	76	92,5
1	120	14400	0,6	76	81,3	57	77,6
1	120	14400	0,6	78	81,3	56	77,6
1	200	40000	0,4	80	73,8	92	62,8
1	50	2500	1	96	88,3	146	92,5

Регрессионное уравнение имеет вид:

Рис. 8. Сравнение экспериментальных и расчетных значений момента страгиванияи параметра стопорения .

Статистический анализ показывает, что на основании критерия F экспериментальные зависимости адекватно отображают характер изменения моментов страгивания и оценочного параметра .

В рекомендациях предлагается выбор оптимальных режимов при ориентировании в зависимости от совокупности различных факторов (вес детали, от диаметра шпильки, смещения детали и т.д.), при нарезании резьбы и ввинчивании деформирующих винтов, при демонтаже соединений и разгрузке от остаточных крутящих моментов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе известных типов ориентирующих механизмов установлена совокупность системообразующих признаков, на базе которой создан классификатор, описывающий их основные параметры и свойства, обладающий морфологической структурой и возможностью создания новых устройств с ранее неизвестной совокупностью признаков.

2. На основе морфологического подхода разработан многофункциональный ориентирующий механизм, предназначенный для реализации переходов ориентирования, наживления, монтажа и демонтажа, защищенный патентом на полезную модель №110321 от 20.11.2011г.

3. Разработаны математические модели, описывающие физические принципы вибрационной динамики в работе ориентирующей механики и процессы взаимодействия контактирующих деталей на этапах ориентации, наживления и сопряжения.

4. Установлены основные режимы работы ориентирующего устройства и геометрические параметры конфигурации ориентирующего пространства для обеспечения высокой надежности взаимодействия контактных поверхностей сопрягаемых деталей.

5. Экспериментально установлен характер влияния независимых настроечных параметров на точность углового положения резьбообразующих крепежных деталей и инструмента и получены экспериментальные уравнения для основных видов сборки и резьбонарезания.

6. Экспериментально установлена эффективность режима активирующего демонтажа затянутых резьбовых соединений и режима, снижающего торсионный момент в соединениях. Установлен факт снижения силовой напряженности развинчивания на 9ч26%, снижения величины торсионного момента на 48ч56% и повышения устойчивости соединения к отвинчиванию на 15ч25%.

7. На основе анализа экспериментальных и теоретических исследований определены области наиболее эффективного применения режимов работы вибрационно-ориентирующего устройства для основных технологических процессов и переходов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

Публикации в журналах, входящих в перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ:

1. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Способы устранения влияния остаточного момента на стопорящие свойства крепежно-резьбообразующих деталей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - Самара: СНЦ РАН. 2011. с. 533…535.

2. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Сборка и демонтаж резьбовых соединений с применением многорежимных вибрационно-активирующих устройств. // Сборка в машиностроении. №5. 2011. с. 26…29.

Патенты и свидетельства:

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г. Информационно-поисковая система выбора режимов активации автоматизированных процессов резьбообразования и сборки на основе многорежимного вибрационного ориентирующего стройства. Березин С.Я., Щербаков Е.В.

4. Патент на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. Авторы: Березин С.Я., Щербаков Е.В. Патентообладатель ЗабГУ.

Другие публикации:

5. Щербаков Е.В., Шибирин А.Н. Повышение надежности ответственных резьбовых соединений // Девятая международная научно-практическая конференция молодежь Забайкалья: дорога в будущее. - Чита: ЗабИЖТ, 2005. c. 177…178.

6. Березин С.Я., Шибирин А.Н., Щербаков Е.В. Интенсификация сборки резьбовых соединений с крепежно-резьбообразующими деталями с применением мощного ультразвука. //Прогрессивные технологии в современном машиностроении. Матер. III-ей международной научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ. 2007. С. 67-69.

7. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Имитационное моделирование условий автоматической сборки резьбовых соединений. Матер. VII-й всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ. - 2007. С. 21…23.

8. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Типизация процессов наживления резьбовых деталей при автоматической сборке. Матер. VII-й научно-практической конференции «Кулагинские чтения». (27-28 ноября 2008г.). В 5-ти ч. Ч. 2. - Чита: ЧитГУ. - 236…239 с.

9. Шибирин А.Н., Щербаков Е.В. Применение модуляции ультразвука в сборочно-резьбообразующих процессах. Матер. VI-й международная научно-практическая конференция «Материалы и технологии 21 века». - Пенза: ПДЗ. 2008. С. 178…180.

10. Березин С.Я, Щербаков Е.В., Шигаева Е.В. Меры обеспечения качества наживления резьбовых деталей при автоматической сборке. Научно-практическая конференция «Проблемы повышения качества производства и услуг». - Чита: ЧитГУ. - 2009. 124…128 с.

11. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Многофункциональное вибрационно-импульсное устройство для автоматической сборки деталей. Матер. второй всероссийской научно-практическая конференции. - Чита: ЗабГППУ. 2009. С. 200…203.

12. Щербаков Е.В. Автоматизированная система управления для функционального вибрационно-импульсного ориентирующего механизма. Матер. IX-й всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ. 2009. С. 128…131.

13. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Автоматическое устройство для многорежимного ориентирования и интенсификации сборки резьбовых соединений. ХХХVI научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов - Чита: ЧитГУ. - 2009. 112…114 с.

14. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Система имитационного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства. Матер. всероссийской научно-технических конференции (июнь 2010г.). «Современные промышленные технологии». Н.-Новгород: НГУ. С. 18…19.

15. Щербаков Е.В. Интерфейс программы имитационного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства. Матер. IX-й всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики - XXI веку». - Братск: 2010. С. 47…48.

16. Щербаков Е.В. Информационно-поисковая система выбора режимов активации резьбообразования с применением вибрационного ориентирующего механизма. Десятая международная научно-практическая конференция “Кулагинские чтения” Чита 2010г. с. 185…188с.

17. Щербаков Е.В. Повышение качества ориентирования и сборки резьбового соединения. Матер. международной заочной научно-практической конференции «Проблемы повышения качества производства и услуг». - Чита: ЧитГУ 2010. С. 76…79.

18. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Устройство для автоматической ориентации и вибрационного нарезания резьбы. Информационный листок Читинского ЦНТИ № 75-004-12. - 6 с.

Размещено на Allbest.ru

...