Технологічно-адаптивне забезпечення складання різьбових з’єднань машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Технологічно-адаптивне забезпечення складання різьбових з'єднань машин

Кулинич Іван Якович

Тернопіль - 2005

Анотація

Кулинич І.Я. Технологічно-адаптивне забезпечення складання різьбових з'єднань машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2004.

Дисертація присвячена технології складання різьбових з'єднань адаптивними засобами, дослідженням двох схем податливого базування різьбових деталей і процесу наживлення метричної різьби. Отримано математичні моделі процесів взаємного орієнтування з'єднуваних деталей, що дозволяють розрахувати раціональні режими загвинчування залежно від очікуваної лінійної похибки їх базування. Розроблено геометричну модель процесу наживлення, одержано залежності кутів наживлення від геометрії західної частини метричної різьби та її параметрів.

Адаптація полягає в тому, що взаємне орієнтування і наживлення виконуються з обмеженими частотою обертання і крутним моментом, чим попереджується пошкодження різьби у випадку заклинювання. На заклинювання гайкокрут автоматично реагує короткочасним реверсом шпинделя і наступною спробою загвинчування. Після наживлення частота обертання збільшується, що забезпечує прискорене загвинчування і заданий момент затягування різьби. Головка гайкокрута оснащена податливою базою, що дозволяє компенсувати лінійні і кутові похибки взаємного розташування різьбових деталей і створити умови для їх з'єднання.

Основні результати роботи реалізовано в дослідних зразках пневматичного адаптивного гайкокрута, головки з податливою базою гайки і касети для кріпильних виробів. Їх працездатність підтверджена лабораторними і виробничими випробуваннями.

Ключові слова: технологічне забезпечення, різьбові з'єднання, механізація складання, взаємне орієнтування, наживлення, загвинчування, податлива база, адаптивний гайкокрут.

Аннотация

Кулинич И.Я. Технологически-адаптивное обеспечение сборки резьбовых соединений 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, 2004.

Диссертационная работа посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям технологии сборки резьбовых соединений и разработке адаптивного резьбосборочного оборудования с целью надежного выполнения процесса завинчивания без повреждения резьбы соединяемых деталей.

Анализ литературных источников, производственного опыта и проведенных в рамках диссертационной работы исследований показали, что наибольшее количество отказов резьбосборочного оборудования случается на первом этапе автоматизированной сборки резьбовых соединений - наживлении. Это обусловлено тем, что не всегда возможно обеспечить необходимую точность взамного расположения резьбовых деталей перед их сопряжением, что приводит к заклиниванию и повреждению резьбы и снижает производительность резьбосборочного оборудования на 2-9%. Поэтому наживление часто выполняют вручную, а следующие этапы, завинчивание и затягивание - средствами механизации и автоматизации.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованных источников и приложений.

В первом разделе проведен анализ работ, посвященных методам и способам сборки резьбовых соединений, режимам завинчивания, надежности работы резьбосборочного оборудования, точности базирования резьбовых деталей и их технологичности.

Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям процесса взаимоориентирования гайки и резьбового стержня в условиях их податливого базирования. Получены математические модели данного процесса для двух схем базирования резьбовых деталей, которые позволяют рассчитать гарантируемые режимы завинчивания и жесткость податливой базы в зависимости от ожидаемой несоосности расположения деталей перед сборкой. Создана геометрическая модель наживления резьбы и выведены аналитические зависимости угла поворота резьбовой детали, необходимого для наживления, от параметров заходных фасок резьбы, ее шага и отклонений внутреннего и внешнего диаметров.

Третий раздел содержит программу и методику экспериментальных исследований, а также характеристики и особенности необходимого оборудования, приспособлений и инструментов.

В четвертом разделе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, определены рациональные режимы завинчивания и условия податливого базирования резьбовых деталей в зависимости от начальных линейной и угловой погрешностей их расположения.

Пятый раздел посвящен вопросам разработки адаптивного резьбосборочного оборудования, технологичсеким требованиям к его функционированию и оценке его экономической эффективности.

Суть адаптации резьбосборочного оборудования состоит в следующем:

- величина крутящего момента на начальном этапе завинчивания ограничена с целью исключения повреждения и не может повредить заходных витков резьбы при заклинивании;

- на заклинивание резьбы гайковерт автоматически реагирует кратковременным реверсом шпинделя и повторной попыткой завинчивания;

- после наживления резьбы включаются максимальные обороты привода гайковерта и происходит ускоренное завинчивание;

- в конце завинчивания крутящий момент возрастает и обеспечивает необходимый момент затяжки резьбы.

Головка гайкокрута оснащена податливой базой, которая позволяет компенсировать линейные и угловые погрешности взаимного расположения резьбовых деталей и создать условия для их соединения.

Основные результаты работы реализованы в экспериментальных образцах пневматического адаптивного гайковерта, головки с податливой базой гайки и кассеты для крепежных изделий, их работоспособность подтверждена лабораторными и производственными испытаниями.

Адаптивное резьбосборочное оборудование испытано при навинчивании гаек на шпильки с резьбами М8-М11 и при угловой скорости завинчивания 24-150с^-1, осевом усилии 20-60 Н, жесткости радиальных пружин податливой базы 0,9-2,5Н/мм, жесткости осевой пружины 5-10Н/мм обеспечило надёжную сборку резьбовых деталей, расположенных с несоосностью до 4,5мм, перекосом осей до 6^° и любым сочетанием этих погрешностей базирования.

Ключевые слова: технологическое обеспечение, резьбовые соединения, механизация сборки, взаимное ориентирование, наживление, завинчивание, податливая база, адаптивный гайковерт.

Summary

Kulynych I.Ya. Technology adapted ensuring of assembly thread connections machines. - Manuscript.

Thesis in getting scientific degree of Candidate of technical science in speciality 05.02.08 - technology of machine-building. - Ternopil State Technical University named after Ivan Pulny, Tenopil, 2004.

The dissertation is devoted to technology of assembly thread connections by adopted means, researching of both schemes of flexible base in fasteners and geometry of screwing metric thread. It has been got the mathematics models of processes mutual orientation if connected details which allow the optimal conditions if screwing according to linear disparity of their basing.

Adaptation is in it that initial stage of screwing is going with limited freguent of turning and torque, which prevent the damage of thread in wedging. At the wedging of thread the screwing nut can have automatic action in short reverse of spindle and its making of screwing. After initial stage of screwing the freguent of turning and torque have been higher; it is given the faster screwing and possible degree tightening thread. The top of screwing has pliable base, it allows to compensate linear and cornerer disparities of mutually accommodation of threading details and make up conditions for their connections.

The main results of work are realized in researching examples of adaptable device for screwing, the top with flexible base of nut and holder for fasteners. Their capacity for work and efficiency have been confirmed in laboratory and production researches.

Key words: technology ensuring, thread connections, mechanization of assembly, mutually accomodation, screwing, flexible base, adaptation, device for screw.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В процесі виготовлення і ремонту машин значний обсяг робіт припадає на складання і розбирання різьбових з'єднань. В конструкціях сучасних машин їх частка складає 30-40% від загального числа з'єднань, а в окремих машинах та механізмах - до 80% [6]. Трудомісткість розбирання і складання різьбових кріпильних з'єднань становить близько 45 % від загальної трудомісткості ремонту машин. В машинобудуванні трудомісткість всіх складальних операцій у загальній трудомісткості виготовлення виробів також доволі значна і залежно від типу виробництва та особливостей конструкції виробів сягає 20-40% [4]. Найбільш відчутно на зниження продуктивності механізованого і автоматизованого складання різьбових з'єднань впливає його перший етап - наживлення. Це зумовлено відмовами в роботі різьбоскладального обладнання, бо не завжди можна забезпечити потрібну точність взаємного розташування різьбових деталей перед спряженням. Тому наживлення часто виконують вручну, а наступні етапи: загвинчування і затягування - засобами механізації і автоматизації.

Незважаючи на значну кількість праць, присвячених дослідженню технології складання різьбових з'єднань, процес наживлення різьби, його фізична і геометрична суть, а також умови гарантованої якості виконання процесу наживлення різьби вивчені недостатньо. Отже, вирішення завдань, які полягають в поглиблених теоретичних і експериментальних дослідженнях процесу наживлення різьби, його диференціюванні на окремі елементарні операції та обґрунтуванні умов і режимів їх надійного виконання, а також у створенні адаптивного різьбоскладального обладнання є дуже актуальними для машинобудівних і ремонтних підприємств як України, так і інших держав.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження виконані за держбюджетним планом науково-дослідних робіт кафедри механіки і графіки Львівського державного аграрного університету на тему: “Підвищення рівня механізації і автоматизації розбирально-складальних процесів” (№ держреєстрації 0193U029510, 1996 р.), державною програмою розвитку сільськогосподарського машинобудування та забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою, затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України №1341 від 1 грудня 1997 року, а також відповідно до координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України, розділу “Машинобудування” (позиція 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні” на 2000 - 2005 роки.

Мета і завдання досліджень. Мета роботи - підвищення продуктивності і якості різьбоскладальних операцій на основі адаптивних технологій в умовах механоскладального і ремонтного виробництв.

Відповідно до поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- проаналізувати відомі технологічні методи і засоби розбирання і складання різьбових з'єднань, режими механізованого і автоматизованого складання різьбових з'єднань і необхідну точність взаємного розташування різьбових деталей, вплив конструктивних і геометричних елементів різьбових деталей на технологічність їх спряження;

- диференціювати початковий етап процесу механізованого і автоматизованого складання різьбових з'єднань до елементарних операцій, встановити режими їх виконання;

- розробити математичні моделі взаємного орієнтування гайки і різьбового стержня для двох схем податливого базування, які дають змогу розрахувати режими загвинчування і параметри податливої бази залежно від очікуваної лінійної похибки базування;

- створити геометричну модель наживлення різьбових деталей і вивести аналітичні залежності для визначення кута повертання різьбової деталі, необхідного для наживлення різьби залежно від кутів фасок, її кроку, а також відхилень зовнішнього і внутрішнього діаметрів;

обгрунтувати технічні і технологічні вимоги до адаптивного різьбоскладального обладнання, розробити і виготовити це обладнання, перевірити його працездатність і оцінити його економічну ефективність.

Об'єкт досліджень - адаптивні технологічні процеси механізованого і автоматизованого складання різьбових з'єднань.

Предмет досліджень - залежність показників надійності, якості і продуктивності процесу механізованого складання різьбових з'єднань від технологічних можливостей обладнання та режимів його роботи.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з застосуванням методів математичного моделювання, класичної механіки, графічного моделювання, структурного аналізу та синтезу. Аналіз математичних моделей здійснено за допомогою спеціально розроблених програм на ЕОМ. Дослідження надійності наживлення залежно від режимів загвинчування і параметрів податливого базування проведені на основі багатофакторного експерименту, а результати експериментів опрацьовані методами математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

* на поглибленому рівні диференціювання представлено структуру початкового етапу спряження гвинтових різьбових поверхонь метричної різьби і обґрунтовано умови його надійного виконання;

* вперше розроблено математичні моделі взаємного орієнтування гайки і різьбового стержня для двох схем податливого базування, які дають змогу розрахувати режими загвинчування (частоту обертання, осьове зусилля) і параметри податливої бази (масу рухомих елементів, коефіцієнти тертя в їх напрямних і на торцях різьбових деталей, жорсткість радіальних пружин) залежно від сподіваної лінійної похибки базування;

* побудовано геометричні моделі наживлення різьби для всіх можливих варіантів взаємодії різьбових деталей фасками, які передбачені стандартом, за умови розгляду наживлення як спряження гвинтових різьбових поверхонь неповними західними витками різьби;

* вперше виведено аналітичні залежності для визначення кута повертання різьбової деталі, необхідного для наживлення різьби, залежно від кутів фасок різьби, кроку і відхилень її зовнішнього і внутрішнього діаметрів.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати теоретичних і експериментальних досліджень рекомендується використовувати для:

* інженерного розрахунку режимів виконання різьбоскладальних операцій під час розробки нових технологій;

* розрахунку конструктивних параметрів адаптивного різьбоскладального обладнання для механізованого і автоматичного складання.

Комплект запропонованого адаптивного різьбоскладального обладнання пропонується використовувати для:

* ручного механізованого розбирання і складання різьбових з'єднань;

* автоматичного складання різьбових з'єднань на позиціях складальних автоматів і автоматичних ліній та роботизованих складальних комплексів.

Адаптивний гайкокрут [11] впроваджений у виробництво на ВАТ "Львівагромашпроект" для складання різьбових з'єднань обприскувача ОПШ-2000 і протруювача ПК-20. Теоретичні та практичні результати дисертаційних досліджень впроваджені в навчальний процес кафедри технічного сервісу і надійності машин Львівського державного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. В наукових працях, опублікованих у співавторстві [1, 2, 7], здобувачем виконано теоретичні і експериментальні дослідження процесів взаємоорієнтування і наживлення різьбових деталей, одержано математичні моделі і рівняння регресії для двох схем податливого базування гайки, розроблено конструктивні схеми податливого базування різьбових деталей, проаналізовано особливості їх технологічної взаємодії і опрацьовано результати експериментів. У працях [4, 5, 6, 14, 15] здобувачем започатковано і розвинено основну ідею адаптивних різьбоскладальних пристроїв - короткочасний реверс шпинделя у випадку заклинювання різьби з повторною спробою загвинчування, розроблено структурну схему адаптивного технологічного процесу складання різьбових з'єднань. В авторських свідоцтвах СРСР і деклараційних патентах України на винаходи [8, 9, 10, 11, 12] розроблено і вдосконалено конструкції адаптивних гайкокрутів. Творчий внесок всіх авторів в ці розробки рівнозначний. У роботі [3] здобувач дослідив процес наживлення різьби і його залежність від геометрії західної частини різьби, а також запропонував геометричну модель наживлення різьби і вивів залежності для визначення кута наживлювального обертання різьбової деталі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і обговорювались на наукових і науково-практичних конференціях Львівського державного аграрного університету (м. Дубляни, Львівська обл., Жовківський р-н, 1994-2004 рр.), 1-му міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (ЛПІ, м.Львів, 1993 р.), науково-практичній конференції “Современные проблемы геометрического моделирования”, присвяченій 200-літтю нарисної геометрії (ТДАА, м. Мелітополь, 1995 р.), 3-й українській конференції з автоматичного керування “Автоматика 96” (СевДТУ, м.Севастополь, 1996 р.), ІІІ міжнародній науково-технічній конференції “Technika i technologia montazu maszyn” (Політехніка Жешувська, м. Жешув (Польща), 1997 р.), Міжнародній науково-практичній конференції „Еколого-економічні проблеми розвитку АПК” (ЛДАУ, м. Львів, 2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції „Науково-практичні аспекти кормовиробництва та ефективного використання кормів” (ЛДАУ, м. Львів, 2003 р.), ІІІ міжнародній науково-технічній конференції „Problemy recyklingu” (Політехніка Варшавська, м.Варшава (Польща), 2003р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 1 статті у науковому журналі, в 6 статтях у збірниках наукових праць (кількість публікацій у виданнях, що затверджені ВАК України як фахові - 7), в 6 матеріалах, тезах і працях наукових, науково-технічних та науково-практичних конференцій, в 1 авторському свідоцтві СРСР та в 4 деклараційних патентах України. Загальна кількість публікацій за темою дисертації - 18.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації - 186 сторінок, в тому числі 68 ілюстрацій, 16 таблиць, 6 додатків і список використаних джерел з 130 найменувань. Обсяг основного тексту дисертації - 124 сторінки.

2. Основний зміст роботи

У вступі доведено актуальність теми, сформульовано мету, об'єкт, предмет, методи досліджень, окреслено наукове й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі “Аналіз технологічних методів і засобів розбирання і складання різьбових з'єднань та завдання дослідження” подано огляд літературних джерел стосовно способів і обладнання для складання різьбових з'єднань, надійності його роботи і режимів загвинчування. Проаналізовано формули і вирази для визначення допустимих похибок взаємного розташування осей різьбових деталей перед спряженням.

Теоретичні й експериментальні дослідження цих питань відображені в роботах А.Н. Рабіновича, В.С. Корсакова, А.А. Гусєва, М.П. Новікова, М.С. Лебедовського, М.А. Левіна, Р.Р. Рунга, В.О. Яхимовича, Ю.З. Житнікова, В.І. Смілянського, багатьох інших вчених і інженерів.

За результатами аналізу літературних джерел і патентної інформації виокремлено низку завдань, вирішення яких потребує відповідних теоретичних та експериментальних досліджень і конструкторсько-технологічних розробок. Зокрема встановлено, що відсутні теоретичні дослідження процесів взаємного орієнтування і наживлення різьби під час нагвинчування гайки на різьбовий стержень за умови їх податливого базування. Не створено адаптивного різьбоскладального обладнання із захистом різьби від пошкоджень у випадках порушення умов взаємоорієнтування, не обгрунтовано техніко-технологічних вимог до його параметрів і адаптивних властивостей. Виходячи з цього сформульовано тему дисертації, визначено мету та задачі досліджень.

У другому розділі “Моделювання процесів взаємного орієнтування різьбових деталей і наживлення різьби” розроблено і досліджено дві схеми податливого базування різьбових деталей і геометричну модель наживлення метричної різьби. Для цих схем отримано математичні моделі процесів взаємного орієнтування з'єднуваних деталей, що дозволяють розрахувати раціональні режими загвинчування залежно від очікуваної лінійної похибки їх базування. Математичні моделі розв'язано на ЕОМ за допомогою складеної програми, яка передбачає закінчення розрахунків для двох випадків:

* коли неспівісність гайки і різьбового стержня зменшиться до величини е_гр=R₂ - R₁, серпоподібна площа контакту зникає і дальше центрування здійснюється за рахунок їх взаємодії конічними поверхнями фасок;

* коли після 10-ти обертів задана неспіввісність не зменшилась до е_гр=R₂ - R₁, обчислення також припинялися, бо вважалося, що при вибраних режимах і радіальній жорсткості податливої бази взаємне орієнтування неможливе.

За першою схемою податливого базування гайки - гайка має чотири ступені вільності - переміщення у напрямі двох взаємно перпендикулярних осей і обертання навколо них, а гвинт здійснює тільки технологічні рухи - обертання та осьове переміщення [2]. Математична модель процесу взаємного орієнтування гайки і гвинта одержана у вигляді наступних диференціальних рівнянь:

. (1)

Тут позначено:

;

де x, y - змінні координати центру гайки; f - коефіцієнт тертя між торцями гвинта і гайки; N - осьова сила підтискання гвинта; m₁ - маса гайки з базою; A - серпоподібна площа контакту торців гайки і гвинта;c - жорсткість радіальних пружин; f₁ - коефіцієнт тертя між рухомими елементами податливої бази; m₂ - маса гайки з базою і її напрямною; - кутова швидкість шпинделя; и, с - полярні координати; е - неспіввісність гвинта і гайки (лінійна похибка взаємного розташування їх осей).

У другій схемі податливого базування гайки (рис.3, рис.4) - гайка володіє усіма шістьма ступенями вільності, із них осьову подачу і обертання здійснює разом з головкою, а шпилька закріплена жорстко [1].

За наявності кутової і лінійної похибки взаємного розташування різьбових деталей перед загвинчуванням їх початковий контакт відбувається точками фасок або торців. За рахунок технологічної взаємодії (осьового зусилля і обертання) і осьових пружин 4 усувається кутова похибка взаємного розташування різьбових деталей і вони контактують площинами торців, якщо е_гр R₂ - R₁, або конічними поверхнями фасок, якщо е_гр R₂ - R₁.

Математична модель процесу взаємного орієнтування гайки і шпильки одержана у вигляді наступних диференціальних рівнянь:

(2)

,

де Т_х, Т_у - проекції сумарної сили тертя між торцями гайки і шпильки.

Розв'язок цих рівнянь можна здійснити чисельними методами, зокрема методом Рунге-Кутта, за певних початкових умов, наприклад f=0, x=y=0, .

Дотепер загально-прийнято називати наживленням загвинчування різьбової деталі на 1...2 витки, що неточно відображає суть цього процесу. Вважаємо, що наживлення - це безпосереднє спряження гвинтових різьбових поверхонь першими неповними витками заходження різьби. Наживлені різьбові деталі повинні зберігати початковий спряжений стан без додаткової фіксації і, не обертаючи, їх неможливо роз'єднати осьовим або радіальним зусиллям без руйнування різьби.

У загальному випадку для наживлення різьбових деталей з фасками 60° в однієї із них і 45° - в іншої одержано наступне значення кута їх відносного обертання (кута наживлення):

, (3)

де, Е_D - відхилення внутрішнього діаметру різьби гайки;

е_d - відхилення зовнішнього діаметру різьби гвинта; Р - крок різьби.

Виведено аналітичні залежності для визначення кута наживлення різьбових деталей з різними комбінаціями кутів фасок різьби.

Якщо кути фасок різьб гайки і гвинта однакові, то їх сліди ідентичні. Це означає, що на початку наживлення всі точки сліду різьби гвинта розташуються під точками сліду різьби гайки і кут наживлення буде близьким до 0°. Відхилення Е_D і е_d на це не впливатимуть.

У третьому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” викладена програма і методика експериментальних досліджень, описані обладнання, приладдя, дослідна установка. В програмі досліджень передбачено проведення машинного моделювання і експериментальних досліджень для обґрунтування параметрів податливої бази, режимів взаємного орієнтування різьбових деталей, наживлення різьби і загвинчування.

Ефективність використання розробленого комплекту адаптивного різьбосклакдального обладнання порівнювалась з роботою стандартного пневмогайкокрута на підставі часових і якісних показників. Дослідження проводилися за типовими методиками. Зокрема, надійність взаємоорієнтування і наживлення гайки на гвинт за першою схемою їх базування досліджувались за допомогою піврепліки 2^5-1 з узагальненим визначальним контрастом 1=ХХ₂Х₃Х₄Х₅.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” подано результати досліджень надійності взаємного орієнтування і наживлення різьбових деталей для двох схем їх базування залежно від режимів загвинчування і параметрів податливої бази. Досліджено вплив геометрії заходу різьби і її параметрів на процес наживлення. За результатами експериментів наживлення гайки М11Ч1-6H на гвинт М11Ч1-6h для першої схеми базування і їх математичного опрацювання, одержано функцію відгуку:

у = 0,4879+0,0137 Х₁ - 0,0547 Х₂ - 0,2206 Х₃ - 0,2685Х₄ - 0,0311 Х₅ +0,0271Х₁Х₂ + +0,0432 Х₁Х₃ - 0,0484 Х₁Х₄ + 0,053 Х₁Х₅ - 0,0405 Х₂Х₅ +0,0422 Х₂Х₄ + 0,923 Х₃Х₅ - 0,0883 Х₄Х₅,

де Х₁ - радіальна жорсткість податливої бази гайки с, Н/мм (0,4; 0,8; 1,2); Х₂ - осьове зусилля N, Н (20; 40;80); Х₃ - кут перекосу осей г (20', 55', 90'); Х₄ - неспіввісність е, мм (0,55; 1,55; 2,55); Х₅ - кутова швидкість загвинчування щ, рад/с (31,4; 83,7; 136).

В дужках наведені значення чинників на нижньому, середньому і верхньому рівнях їх варіювання, кодове позначення яких -1; 0; 1 відповідно.

Дозволяє встановити, що зменшення початкових лінійної е і кутової г похибок базування гайки і гвинта і забезпечення гарантованого наживлення відбувається при значеннях кутової швидкості менших ніж щ=110 с^-1. Збільшення радіальної жорсткості с податливої бази гайки вимагає більшої кутової швидкості, щоб початкові похибки базування зменшити до допустимих значень і гарантувати на живлення гайки на гвинт.

Значення осьової сили, що розташовані у заштрихованій ділянці, забезпечують взаємне орієнтування різьбових деталей при певних значеннях кутової швидкості загвинчування і радіальної жорсткості податливого базування. Траєкторія руху осі гайки під час взаємоорієнтування наближена до спіралі Архімеда. Відхилення цієї траєкторії від спіралі Архімеда пояснюється обмеженням напрямків руху бази гайки двома взаємно перпендикулярними напрямними. Сили взаємного орієнтування, що виникають в площі контакту гайки і шпильки за рахунок тертя мають неоднакові напрями дії відносно цих напрямних, тому пересування осі гайки до осі шпильки не є однаковими у цих напрямах, що й зумовлює таку траєкторію руху.

Ці графіки демонструють мінімальні значення осьової сили, що забезпечує виконання згаданих процесів при зміні значень кутової швидкості загвинчування і заданій радіальній жорсткості податливої бази. Верхня межа величини осьової сили обмежується можливістю завальцювання західних витків різьби.

При фіксованій кутовій швидкості осьове зусилля збільшується із підвищенням радіальної жорсткості пружинного кільця податливої бази. Для фіксованого значення радіальної жорсткості цього кільця із збільшенням кутової швидкості шпинделя від 30 до 150 с^-1 осьове зусилля спочатку зменшується (щ=90 с^-1), потім знову зростає, але не сягає початкового рівня.

Радіальна жорсткість пружинного кільця і кутова швидкість суттєво не впливають на мінімальне значення осьової сили. Її величина в основному залежить тільки від значення кутової похибки. Більша кутова похибка відносного розташування гайки і шпильки вимагає більшої осьової сили для забезпечення їх взаємоорієнтування і наживлення.

У п'ятому розділі “Розробка адаптивного різьбоскладального обладна-ння” сформульовано принципи адаптації різьбоскладального обладнання і техніко-технологічні вимоги до нього, описано особливості його функціонування, подано результати лабораторно-виробничих випробувань і розраховано економічний ефект від впровадження у виробництво.

Суть адаптації полягає в реагуванні на перешкоди виконання перших етапів процесів загвинчування (взаємного орієнтування, наживлення) і їх усунення. Основними технологічними вимогами до адаптивного різьбоскладального обладнання є автоматичний короткочасний реверс під час заклинювання різьби з наступною спробою загвинчування сумісно з податливим базуванням різьбових деталей для компенсації недопустимих похибок їх взаємного розміщення.

Якщо загвинчування виконується ручним адаптивним гайкокрутом, то функцію спеціальних головок з податливою базою частково виконує система “рука-гайкокрут”.

Щоб забезпечити продуктивну роботу ручних адаптивних гайкокрутів їх кріплять на балансирних підвісках над робочим місцем складальника і доукомплектовують пристроями для подачі кріпильних виробів в головку.

Залежно від вимог виробництва ці пристрої можуть бути виконані у вигляді плоскої касети з гніздами і штирями для кріпильних виробів, або автоматичного живильника від бункера.

Прогнозований річний економічний ефект від впровадження одного комплекту розробленого адаптивного різьбоскладального обладнання залежно від програми виробництва і коефіцієнту його використання може складати 1000-12000 грн. в рік. Очікуваний економічний ефект від впровадження розробленого обладнання на ВАТ “Львівагромашпроект” для складання обприскувача ОПШ-2000 і протруювача насіння ПК-20 - 5500 грн.

Висновки

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-практичної задачі, що виявляється в розробці, теоретичному дослідженні і практичній реалізації технологій адаптивного складання різьбових з'єднань машин із захистом від пошкодження у випадку порушення умов взаємоорієнтування за рахунок створення математичних моделей процесу взаємного орієнтування гайки та різьбового стержня для двох схем податливого базування різьбових деталей і створення адаптивного різьбоскладального обладнання, що в кінцевому підсумку дозволяє підвищити продуктивність і якість механізованих та автоматичних складальних операцій під час виготовлення і ремонту машин.

2. Вперше розроблено геометричну модель наживлення і виведено аналітичну залежність для визначення кута провертання деталі для наживлення різьби. Його величина залежить від кутів фасок західної частини різьби, які можуть дорівнювати 45 і 60, і відхилень зовнішнього та внутрішнього діаметрів різьби. При однакових значеннях кутів фаски різьби у гайки і гвинта кут наживлення близький до 0. Його найбільше значення, що дорівнює 195, зумовлене наживленням різьбових деталей з фасками 45 і 60.

3. Вперше розроблено математичні моделі процесу взаємного орієнтування гайки і різьбового стержня для двох схем податливого базування. Складено програми для їх рішення на ЕОМ, що дозволяє розрахувати режими загвинчування і параметри податливої бази залежно від очікуваної похибки взаємного розташування різьбових деталей перед спряженням. Розраховано величину осьової сили, необхідної для наживлення гайки М81-6H, розташованої з неспіввісністю е=0,55 - 3,55 мм відносно шпильки, і гайки М111-6H, розташованої з неспіввісністю е=1,6 - 4,5 мм, при коефіцієнтах тертя торцьовими поверхнями f=0,15 - 0,18. Ці моделі також придатні для розрахунку режимів взаємного орієнтування деталей типу вал-втулка і під час складання циліндричних з'єднань.

4. Для зниження втрат продуктивності, які на існуючому різьбоскладальному обладнанні сягають 9%, сформульовано нові принципи адаптації до умов автоматизованого складання різьбових з'єднань. Зокрема, обмежена величина крутного моменту і обертів шпинделя на початку загвинчування, що попереджує пошкодження різьби під час заклинювання, на яке адаптивний гайкокрут реагує реверсом шпинделя і наступною спробою загвинчування. Після наживлення частота обертання і крутний момент збільшуються, що забезпечує прискорене загвинчування і задану ступінь затягування різьби. Головка гайкокрута оснащена податливою базою, що дозволяє компенсувати лінійні і кутові похибки взаємного розташування різьбових деталей і створити умови для їх з'єднання.

5. В результаті проведених експериментальних досліджень адаптивного різьбоскладального обладнання встановлено, що раціональними для забезпечення складання різьбових з'єднань М8 - М11 є наступні режими: кутова швидкість загвинчування 24-150 с^-1, осьове зусилля 20-60 Н, радіальна жорсткість податливої бази 0,9-2,5 Н/мм, жорсткість осьової пружини 5-10 Н/мм. Податливе базування забезпечило гарантоване складання різьбових деталей, розташованих з неспіввісністю до 4,5 мм, з перекосом осей до 6 та з поєднанням цих параметрів у різних комбінаціях.

6. Теоретичними і експериментальними дослідженями встановлено, що при постійній кутовій швидкості і радіальній жорсткості податливої бази осьове зусилля, що необхідне для забезпечення процесу взаємоорієнтування, залежить лише від лінійної і кутової похибок розташування гайки і шпильки і зростає в міру їх збільшення. При сталій величині радіальної жорсткості податливої бази і зміні кутової швидкості від 30 до 150 с^-1 осьове зусилля спочатку зменшується в 1,5-2 рази, потім знову зростає, але не сягає початкового рівня. Поєднання кутової і лінійної похибок базування різьбових деталей вимагає не менше ніж на 15% більшої осьової сили для їх взаємоорієнтування у порівнянні з наявністю лише лінійної похибки.

7. Експериментальні дослідження, проведені відповідно до розроблених програми і методики, підтвердили адекватність теоретичних і експериментальних значень раціональних режимів механізованого складання різьбових з'єднань і параметрів податливої бази. Порівняльний аналіз значень осьової сили, кутової швидкості і радіальної жорсткості податливої бази, отриманих багатофакторними експериментальними дослідженнями і машинним моделюванням, показав достатню точність розрахунків, похибка яких знаходиться в межах 5-20%.

8. На основі теоретичних і експериментальних досліджень сформулювано технологічні і технічні вимоги до роботи адаптивних різьбоскладальних пристроїв і функціонування їх систем керування, розроблено експериментальні зразки пневматичного адаптивного гайкокрута, касети для кріпильних виробів, головки з податливим базуванням гайки, доведено їх працездатність і оцінено економічну ефективність. Виробничі випробування комплекту різьбоскладального обладнання підтвердили його надійну роботу і підвищення продуктивності складання різьбових з'єднань на 15-18%.

9. На основі отриманих результатів теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано інженерну методику проектування адаптивних технологічних процесів. Розроблено, виготовлено, випробувано та впроваджено у виробництво на ВАТ “Львівагромашпроект” комплект адаптивного різьбоскладального обладнання для механізованого складання різьбових з'єднань обприскувача ОПШ-2000 і протруювача насіння ПК-20. Очікуваний річний економічний ефект становить 5500 грн. на один комплект адаптивного різьбоскладального обладнання.

ремонтний різьбоскладальний гайка математичний

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. І.Я. Кулинич, І.О. Ніщенко. Умови взаємного орієнтування різьбових деталей //Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. - Львів:Держ. ун-т “Львівська політехніка”. - 2003.- Випуск 37.-C.28-32.

2. І.Я. Кулинич, І.О. Ніщенко. Моделювання процесу взаємного орієнтування різьбових деталей //Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні.- Львів: Держ. ун-т “Львівська політехніка”. - 1995. - Випуск 32. - С.84-89.

3. Чухрай В., Кулинич І. Обґрунтування умов наживлення різьбових деталей // Машинознавство. -2002. - № 9.- C.42-45.

4. Чухрай В.Є., Кулинич І.Я. Адаптація обладнання до структури технологічного процесу механізованого складання різьбових з'єднань // Вісник Львівського державного аграрного університету. Серія: "Агроінженерні дослідження". №6. - Львів: Вид. центр ЛДАУ. - 2002. - C.248-258.

5. В. Чухрай, В. Сиротюк, І. Кулинич. Спеціальне технологічне обладнання для механізації складання різьбових з'єднань // Вісник Львівського державного аграрного університету. Серія: "Агроінженерні дослідження". №5. - Львів: Вид. центр ЛДАУ. - 2001. - C.207-216.

6. В. Чухрай, І. Кулинич. Механізація складання різьбових з'єднань // Вісник Львівського державного аграрного університету. Серія: "Агроінженерні дослідження". №4. - Львів: Вид. центр ЛДАУ. - 2000. - C.200-207.

7. Яхимович В.О., Головащенко В.Е., Кулинич И.Я. Условия автоматической сборки резьбового соединения // Автоматизация сборочных процессов: Межвуз. сб. науч. трудов. - Рига: Ред.-изд. отд. РПИ. - 1980. - С.48-61.

8. Пневмовинтоверт: А.с. 1484546 А1 СССР, МКИ В23Р19/06, В25В21/00 / И.Я. Кулинич, И.А. Нищенко, А.П.Гавриш, Ю.Г.Васюков (СССР). -№4270448/30-08; Заявлено 30.06.87; Опубл. 07.06.89, Бюл. №21. -5 с.

9. Пат. 29758А України, МПК В25В21/00, В23Р19/06. Гвинтоверт: Пат.29758А України, МПК В25В21/00, В23Р19/06/ Кулинич І.Я., Ніщенко І.О. (Україна); Львівський держ. аграр. ун-т.-№97052328; Заявл. 21.05.7997; Опубл. 25.12.7998, Бюл. №6. -6 с.

10. Пат. 40759А України, МПК В25В21/00. Пневматичний гайковерт: Пат.40759А України, МПК В25В21/00/ Кулинич І.Я., Чухрай В.Є.(Україна); Львівський держ. аграр. ун-т.-№99073826; Заявл. 06.07.1999; Опубл. 15.08.2001, Бюл. №7. -5 с.

11. Пат. 50407А України, МПК В25В21/00. Пневматичний гайковерт: Пат.50407А України, МПК В25В21/00/ Кулинич І.Я., Сиротюк В.М., Чухрай В.Є. (Україна); Львівський держ. аграр. ун-т.-№2002010092; Заявл. 03.01.2002; Опубл. 15.10.2002, Бюл. №10. -3 с.

12. Пат. 67920 А України, МПК В25В21/00, В23Р19/06. Пневматичний гайковерт: Пат. України, МПК В25В21/00, В23Р19/06/ Кулинич І.Я., ЧухрайВ.Є.(Україна); Львівський держ. аграр. ун-т.-№2003054198; Заявл. 12.05.03; Опубл. 15.07.2004, Бюл. №7. - 6 с.

13. Іван Кулинич. Складання і розбирання різьбових з'єднань пристроями із захистом від пошкодження різьби // III Miedzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna “Problemy recyklingu” (Materialy konferencyjne). - Rogow (Polska): Wydawnitstwo SGGW (Warszawa).- 2003.-C.149-154.

14. В. Чухрай, І. Кулинич. Диференціювання механізованого виконання операцій складання різьбових з'єднань // Матеріали міжнародної наук.-практ. конф. “Еколого-економічні проблеми розвитку АПК”. - Том 1.- Львів: Вид. центр ЛДАУ. - 2002.- С.229-235

15. Чухрай В., Кулинич І., Рис В., Блауцяк О. Технологічні аспекти процесів розбирання та складання машин під час їх ремонту// Матеріали Міжнародної наук.-практ. конф. „Науково-практичні аспекти кормовиробництва та ефективного використання кормів”. -Львів: Вид. центр ЛДАУ.-2003.-С.439-455.

16. І.Я. Кулинич. Адаптивні системи керування різьбоскладальними комплексами //Праці 3-ї Української конференції з автоматичного керування “Автоматика 96”. -Том 3. - Севастополь: Вид. центр СевГТУ. - 1996. -С.123-124.

17. І.Кулинич. Підвищення надійності різьбоскладального обладнання // 1-ший міжнар. симпозіум українських механіків-інженерів у Львові (Тез.доп.).- Львів: Львівський політехнічний ін-т. - 1993.- С.331.

18. Кулинич І.Я. Геометрична модель заклинення різьби // Тезисы докладов научно-практической конф., посвященной 220-летию начертательной геометрии “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: Таврическая государственная агротехническая академия. -1995. -С.161.

Размещено на Allbest.ru