Підвищення якості складання ущільнюючих з'єднань з еластичними кільцевими елементами і внутрішніми канавками

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНІЙ ЗАКЛАД

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення якості складання ущільнюючих з'єднань з еластичними кільцевими елементами і внутрішніми канавками

Тараховський Олексій Юрійович

Донецьк - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі «Технологія машинобудування» Севастопольського національного технічного університету Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Новосьолов Юрій Костянтинович,

Севастопольський національний технічний університет,

м. Севастополь, професор кафедри «Технологія машинобудування».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Павленко Іван Іванович,

Кіровоградський національний

технічний університет,

м. Кіровоград, завідувач кафедри «Технологія машинобудування»;

кандидат технічних наук, доцент

Водолазська Наталія Володимирівна,

ДВНЗ «Донецький національний технічний університет»,

м. Донецк, доцент кафедри

«Гірничозаводський транспорт і логістика».

Захист відбудеться « 16 » червня 2011р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.04 в Державному вищому навчальному закладі «Донецький національний технічний університет» за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема 58, 6-й навчальний корпус, ауд. 6.202а

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державного вищого навчального закладу «Донецький національний технічний університет» за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема 58, 2-й навчальний корпус.

Автореферат розісланий « 13 » травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої

ради Д 11.052.04, к.т.н. Т.Г.Івченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В процесі виробництва виробів провідна роль належить складанню як етапу, що є завершальним і де формуються основні показники якості об'єктів, що випускаються. У загальній структурі трудомісткості виготовлення машин операція складання становить 35-60% загальної трудомісткості і перевищує витрати праці на всіх етапах виробництва. В машинобудуванні механізовано 25-30%, а автоматизовано _ не більше 5-6% операцій. Тому складальні роботи є малопродуктивними і дорогими, внаслідок чого значно підвищується вартість готових виробів і знижується їх якість.

Широкого поширення у всіх галузях сучасного виробництва набули складальні одиниці вигляду «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка». Від якості установки еластичного кільцевого елементу (ущільнюючого кільця) залежить герметичність з'єднання. Кільця ущільнень встановлюються у внутрішні канавки циліндричних поверхонь базових деталей ручною збіркою. При установці ущільнень має місце закручування кільця навколо осі його перетину, і в процесі експлуатації виробу відбувається швидкий (20 - 100 спрацьовувань) розрив ущільнення і втрата герметичності з'єднання, що приводить до виходу з ладу всієї конструкції і необхідності її позапланового ремонту, тоді як якісно встановлене ущільнення може працювати від циклів. Аналіз причин негерметичності ущільнення кільцями круглого перетину показує, що близько 30% дефектів виникає через пошкодження кілець при складанні.

Високий рівень якості і ефективності складального виробництва може бути досягнутий за рахунок розробки і впровадження нового складального обладнання.

Проте для цього недостатньо повно досліджені питання просторової деформації еластичних кілець на етапах складальної операції, взаємодії і взаємовпливу збираних деталей, вибору раціональних компоновок і агрегатування складального обладнання. Завдання розробки і дослідження методів і засобів складання набуває особливого значення, якщо врахувати, що близько 35-40% відмов виробів машинобудівних галузей припадає на вузли типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка».

На основі вищевикладеного можна зробити висновок про те, що дослідження і розробка процесів складання вузлів типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» _ є актуальними, а вирішення поставлених в роботі завдань сприятиме підвищенню науково-технічного рівня складального виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згідно з планами науково-дослідної роботи кафедр «Технологія машинобудування» і «Автоматизовані приладові системи» Севастопольського національного технічного університету (№0197U0089863) і пов'язана з державними науково-технічними програмами: «Науково-технічний прогрес і його соціально-економічні наслідки на 1999-2010 рр. по Україні» НАН України.

Тема дисертаційної роботи відповідає науковій тематиці факультету «Технологія і автоматизація машиноприладобудування і транспорту» Севастопольського національного технічного університету в області розробки технології автоматизованого виробництва.

Метою дисертаційної роботи є розробка методів підвищення якості складання ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» за рахунок керованої деформації.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні

завдання: еластичний кільцевий внутрішній канавка

Досліджувати механізм установки еластичного кільцевого елементу у внутрішню канавку деталі.

Розробити концепцію забезпечення якості з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» на операціях складання на основі вивчення технологічної операції, як динамічної системи.

Визначити умови складеності базової деталі і еластичного кільцевого елементу із зазором при автоматизованому складанні.

Встановити функціональний взаємозв'язок між геометричною характеристикою базової деталі, параметрами деформації кільцевого елемента і параметрами складання.

Розробити методики проектування етапів складання і розрахунку параметрів складання з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка», а також основних елементів складальних механізмів, які забезпечують задану якість ущільнюючих з'єднань.

Виконати перевірку отриманих технічних рішень і упровадити результати теоретичних і експериментальних досліджень в промисловість і навчальний процес.

Об'єктом дослідження є технологічний процес складання з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка».

Предметом дослідження є закономірності формування параметрів якості складання з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка».

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводилися на базі наукових основ технології машинобудування, теорії пружності, варіаційного числення, теорії ймовірності і математичної статистики в поєднанні з машинним експериментом і системним аналізом. При перевірці адекватності моделей застосовані методи моделювання, які базуються на аналітичному і чисельному експериментах, а також на експериментальній перевірці результатів моделювання в лабораторних і виробничих умовах.

Достовірність теоретичних та експериментальних досліджень підтверджується результатами моделювання, дослідно-промислової перевірки і впровадження у виробництво.

Наукові положення, які виносяться на захист. Попередня деформація еластичного кільцевого елементу (ЕКЕ) дозволяє проводити автоматизоване складання без контакту ЕКЕ з поверхнею базової деталі, що гарантовано забезпечує задану якість ущільнюючих з'єднань.

Наукова новизна роботи. На основі основних положень технології машинобудування і системного аналізу технологічної операції складання ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» в роботі отримані наступні нові наукові результати:

Вперше розроблена і науково обґрунтована концепція проектування структури і елементів складального процесу ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка», використання якої дозволяє гарантовано забезпечити якість з'єднань.

На основі аналізу умов складання виробів в автоматизованому виробництві і функціональних взаємозв'язків встановлені вимоги до технологічного процесу складання ущільнень і технічного оснащення складальної операції.

Встановлений функціональний взаємозв'язок між геометричною характеристикою базової деталі, параметрами деформації кільцевого елементу і параметрами складання.

Розроблені методи визначення технологічних параметрів процесу сполучення еластичного кільцевого елементу з внутрішньою канавкою деталі, які забезпечують допустимі залишкові деформації ущільнюючих елементів.

Практичне значення результатів роботи полягає в тому, що застосування розроблених теоретичних методів дозволило визначити граничні режими роботи елементів складального обладнання залежно від параметрів еластичного кільцевого елементу, його фізико-механічних властивостей і конструктивних особливостей обладнання.

Сформульовані технічні вимоги до складальних пристроїв, які дозволяють забезпечити складання ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» з гарантованою якістю.

Результати виконаних досліджень упроваджені на підприємстві ТОВ Мелітопольський «АВТОГІДРОАГРЕГАТ» м. Мелітополь. Економічний ефект від впровадження полягає в сукупності: економії втрат від браку, що за 2009 рік склали 44 908, 09 грн., і збільшенні випуску товарної продукції на 40 869 360 грн. (орієнтовно на 2011 рік).

Розроблені методи проектування використовуються в навчальному процесі при створенні методичних комплексів по дисциплінах циклу «Технологія машинобудування» Севастопольського національного технічного університету.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети і завдань роботи, розробці методів їх рішення, проведенні експериментальних досліджень, побудові математичних моделей, встановленні теоретичних залежностей, формулюванні новизни і основних висновків за наслідками роботи, аналізі і узагальненні отриманих результатів досліджень. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень, які виносяться на захист, одержані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення, результати і підсумки роботи доповідалися на науково-технічних конференціях і семінарах: «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы», (г. Севастополь, 2000); «Технология машиностроения: проблемы и перспективы», (г. Севастополь, 2000); «Проблемы автоматизации технических объектов и технологических процессов», (г. Севастополь, 2000); «Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем», (м.. Краматорськ, 2001); «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве», (г. Харьков, 2001); «Машиностроение и техносфера: шаг в XXI век», (г. Донецк - г. Севастополь, 2001, 2002); I, II, III, IX Всеукраинских конференциях «Машиностроение Украины глазами молодых: прогрессивные идеи - наука - производство», (г. Сумы, 2001, 2002; г. Запорожье, 2003, 2009); «Прогрессивные направления развития машино- приборостроительных отраслей и транспорта», (г. Севастополь, 2001, 2008); «Сучасні тенденції розвитку машинобудування та транспорту», (м. Кременчук, 2009); «VIII Международной научно-практической конференции «Тяжелое машиностроение. Проблемы и перспективы развития», (г. Краматорск, 2010); Международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении», (г. Севастополь, 2010).

В повному обсязі дисертація доповідалися і була схвалена на розширеному науковому семінарі кафедр «Технологія машинобудування» і «Металорізальні верстати та інструменти» Донецького національного технічного університету, на наукових семінарах кафедри «Технологія машинобудування» Кіровоградського національного технічного університету і кафедри «Технологія машинобудування» Севастопольського національного технічного університету.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 16 друкованих роботах, зокрема в 6 статтях у фахових наукових виданнях ВАК України, в 2 статтях у провідних технічних зарубіжних виданнях (Польща, Росія) і в 8 тезах доповідей на науково-технічних конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи становить 173 сторінки, зокрема 142 сторінки основного тексту, 10 ілюстрацій на 8 сторінках, 41 рисунок по тексту, 2 таблиці на 4 сторінках, 7 таблиць по тексту, список літературних джерел з 212 найменувань на 22 сторінках і 6 додатків на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Сучасний стан проблеми забезпечення якості ущільнюючих з'єднань. Постановка завдань дослідження» приведений стан теорії і практики автоматизації складання ущільнюючих з'єднань.

Однією з основних причин негерметичності ущільнюючих пристроїв є пошкодження кілець при складанні.

Дослідженням у галузі автоматизації установки кільцевих ущільнень присвячені роботи Гусєва О.О., Голубєва О.І., Житникова Ю.З., Іщенка О.Л., Кондакова Л.А., Михайлова О.М, Шабайковича В.А., Шерешевського О.М., Ямпольського Л.С., Яхимовича В.О. та інших.

Процес складання ущільнюючих з'єднань характеризується низкою технологічних особливостей, зв'язаних, в основному, із специфічними властивостями еластичного кільцевого елементу - гумового кільця і необхідністю його установки в канавку базової деталі з натягом.

Порівняно з найбільш загальною структурою складальної операції в процесі складання ущільнюючого з'єднання з'являється додатковий елемент - попередня деформація еластичного гумового кільця. Еластичному гумовому кільцю для установки в канавку потрібно забезпечити значну зміну габаритних розмірів і форми, при переміщенні до канавки запобігти його скручування, а для установки в канавку - відновити його форму. Такі умови різко ускладнюють проектування складального процесу і його автоматизацію.

Використання відомих способів і технічних засобів для складання з натягом приводять до появи в кільці внутрішніх напруг, оскільки кільце в канавку встановлюється в закрученому стані, що знижує довговічність ущільнюючих пристроїв. Вивчення видів деформацій, які надаються кільцю при складанні, показує, що його закручування відбувається в результаті контакту кільця з рухомими поверхнями базової деталі або виконавчого механізму. При цьому може відбутися або руйнування кільця, або виникнути залишкові деформації.

У зв'язку з вищевикладеним поставлені мета і завдання досліджень і наведені методи їх вирішення.

У другому розділі «Методологія роботи і методи теоретичних і експериментальних досліджень» був виконаний вибір напряму і методів досліджень. Розроблена структурна схема і методологічно обґрунтована послідовність вирішення задач, сформульованих в першому розділі.

Проведений порівняльний аналіз конструктивних особливостей еластичних кільцевих елементів, вживаних у різних ущільнюючих з'єднаннях, які значно впливають на структуру і послідовність складальних процесів, а також на склад і компоновку виконавчих механізмів.

Якість ущільнюючих з'єднань регламентується комплексом стандартів ІSО, в яких передбачено більше 30 показників. Велика частина з них визначає вимоги до поверхонь циліндра і штока, які сполучаються (допуски на розміри поверхонь, відхилень форми, шорсткість і хвилястість поверхні, і т.п.). Але можна виділити і параметри якості, які залежать від умов і особливостей виконання складальних операцій. Основні з них: відсутність пошкоджень на поверхні ущільнюючого елементу; відсутність закручування (спірального скручування) ущільнюючого елементу; відсутність при складанні деформацій ущільнюючого елементу, які перевищують допустиму межу, при якій повне відновлення форми кільця стає неможливим; відсутність перекосу ущільнюючого елементу в канавці; відсутність руйнування ущільнюючого елементу.

Особливістю процесу складання ущільнюючих з'єднань є те, що контроль якості з'єднання після складання практично неможливий. Для оцінки якості використовують дані стендових випробувань, а також дані з експлуатації виробів, які містять такі з'єднання. Для розробки вимог до процесу механізованого й автоматизованого складання в роботі виконана чисельна оцінка ймовірності появи браку при використанні найбільш поширених методів складання. Так для процесу ручного складання розраховані ймовірності появи закручування, розриву і залишкової деформації.

Еластичні кільцеві елементи контактних ущільнень встановлюються в гідравлічні агрегати з натягом. При цьому на замикаючих поверхнях створюється попередній питомий тиск.

Проведені обчислення для окремих ущільнень з метою виявлення порядку величини попереднього питомого тиску, який виникає при складанні на поверхнях, що ущільнюються, показують, що у кільця при відносному стисненні при складанні =15%; МПа.

При установці кілець у канавки отворів види деформацій характеризуються великою різноманітністю. Перш за все, необхідно ототожнювати форму деформованого кільця з деякою циліндричною обмежуючою поверхнею (ЦОП) перед установкою в канавку. Тобто потрібно забезпечити деформацію кільцю, при якій його форма вписується в ЦОП.

Найвигідніше було б зменшити габаритні розміри гумового кільця в його площині рівномірно розподіленим навантаженням для того, щоб вписати його в ЦОП. Проте, як показав аналіз, величина складальної деформації набагато перевищує значення критичної деформації, при якій кільце втрачає стійкість в своїй площині.

Тому ввести кільце в отвір можна, забезпечуючи лише великі переміщення в просторі окремих його ділянок, створенням найрізноманітніших форм. Найбільш простий вид деформації, який застосовується при ручній збірці - додання кільцю форми еліпса. При цьому стає можливим вписати його в ЦОП, встановивши під кутом щодо осі ЦОП велику вісь еліпса. Кільцю надаються мінімальні деформації згинання.

У вигляді еліпса кільце може бути вписано тільки за умови, якщо (де _ довжина утворюючої еліпса, який може бути вписаний в ЦОП; _ довжина утворюючої кільця по зовнішньому діаметру).

У разі невиконання цієї умови доводиться деформувати додатково кільце в просторі, оскільки деформацію в одній площині здійснити неможливо. Використовуючи вищеописані форми деформації, до краю канавки можна подати лише частину кільця. Решта ділянок кільця при ручному складанні досилаються в канавку додатковою дією.

Поверхня отвору не має регулярної геометрії, вершини мікро профілю розташовані на різній висоті і геометрія вершин визначається методом обробки. Ймовірність появи пошкодження, враховуючи численність актів контакту поверхні кільця з гребінцями шорсткості, завжди більше нуля. Вона зростає при русі кільця перпендикулярно рискам. Отже, гарантоване забезпечення якості з'єднання при ручному методі складання неможливе. Воно може бути забезпечено тільки за відсутності контакту кільця з поверхнею базової деталі, тобто при .

При переміщенні кільця з контактом по поверхні, що ущільнюється, виникає крутний момент , під дією якого відбувається закручування кільця.

Якщо , то елемент закручується на 180 і приймає нове стійке положення.

Залежність між моментом і кутом закручування

, (1)

де _ внутрішній радіус ущільнюючого кільця ();

_ модуль зрушення;

, де .

Залежність між моментом і напругою

. (2)

Особливо ймовірно закручування елементів круглого і Х - образного перетину. Враховуючи пульсуюче навантаження (залежить від мікро і макрогеометрії поверхні, що ущільнюється), ймовірність закручування кільця завжди більше нуля, а для дотримання якості складання ущільнюючого вузла необхідно прагнути до .

При установці кільця з контактом по поверхні, що ущільнюється, кільце деформується і залишкова гранична деформація визначається

, (3)

де _ внутрішній діаметр кільця;

_ діаметр поверхні отвору (циліндра), що ущільнюється.

Формула для розрахунку критичної деформації стиснення кільця має наступний вигляд

(4)

де _ діаметр перетину кільця, мм;

_ зовнішній діаметр кільця, мм.

За умови отримання заданої якості ущільнюючого вузла необхідно, щоб . Оцінка показує, що це не завжди можливо. Проведені розрахунки для різних типорозмірів кілець показують, що еластичні кільця при установці в канавки радіальних ущільнюючих з'єднань зазнають великих радіальних деформацій - до 70-80% від критичних, хоча величина деформації і зменшується зі збільшенням типорозміру кілець. Враховуючи велику кількість збурюючих чинників і випадкових відхилень, виконання вимоги не завжди можливе.

Враховуючи відсутність у реальному процесі даних про значення параметрів, що визначають якість, виконана експертна оцінка значень ймовірності появи браку при ручному складанні ущільнюючих з'єднань гідроапаратури.

Проведена кількісна оцінка за шкалою відносин ймовірності появи дефектів (пошкодження поверхні, скручування, деформація) при ручному складанні ущільнюючих вузлів, які містять ущільнюючі елементи у вигляді кілець різних перетинів.

Експертиза підтвердила зроблений раніше на основі аналітичних розрахунків висновок, що для отримання гарантованої якості ущільнюючого з'єднання складання повинно відбуватися без контакту ущільнюючого кільця з поверхнею базової деталі.

Виконаний аналіз дозволив сформулювати основні вимоги до процесу механізованого та автоматизованого складання, які забезпечують отримання гарантованої якості:

Відсутність контакту ущільнюючого кільця з поверхнею базової деталі в процесі складання, що дозволить уникнути пошкодження поверхні кільця.

Забезпечення кутової і подовжньої орієнтацій ущільнюючого кільця відносно канавки.

Відсутність спірального скручування.

Відсутність залишкової деформації ().

Виконано аналіз умов складання в умовах автоматизованого складання:

Умова відсутності контакту поверхні еластичного елементу з поверхнею отвору

(5)

де і _ радіуси, визначені з урахуванням допусків на виготовлення і похибки, що виникає при деформації;

_ зсув осі кільця щодо осі отвору на початку отвору;

_ кут між вектором напряму руху кільця і віссю отвору.

Зсув кільця відносно центру канавки в подовжньому напрямі, визначений за формулою , повинен бути меншим критичної величини .

визначається за умови відсутності зависання

(6)

де _ похибка установки кільця відносно центру канавки в подовжньому напрямку;

_ кут тертя.

Згідно сформульованим вимогам і умовам складеності для складання радіального ущільнюючого пристрою ЕКЕ перед установкою у внутрішню канавку повинно бути заздалегідь деформовано. Сполучення деталей розділяється на три елементи:

деформування ЕКЕ;

подача ЕКЕ до канавки базової деталі із заданою точністю;

відновлення форми ЕКЕ в канавці базової деталі (власно, сполучення кільця з канавкою базової деталі).

Вид деформації кільця є головною характеристикою методу автоматичного складання ущільнюючих з'єднань. При установці у внутрішню канавку циліндричної поверхні деталі основним видом деформації ЕКЕ є вигин.

У третьому розділі «Розробка методики розрахунків параметрів складання з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» проведені теоретичні дослідження процесу деформування кільця для сполучення із зазором при установці його у внутрішню канавку деталі.

Умови складання ущільнюючих з'єднань, як встановлено на основі аналізу в другому розділі, значною мірою залежать від геометричних характеристик деталей, що складаються. Вплив характеристики базової деталі можна знизити, виконуючи всі елементи складальної операції без контакту еластичного кільця з поверхнею, що ущільнюється. Саме цим обґрунтовується необхідність проведення сполучення кільця з канавкою базової деталі із зазором. Крім того, при подачі кільця до канавки із зазором спрощується сам складальний процес, що особливо важливо для технології гнучкого автоматизованого виробництва. Установка кільця у вільному стані, без закручування, сприяє також значному підвищенню якості, надійності і довговічності ущільнюючого пристрою, а тобто і якості машини в цілому.

У зв'язку з цим, першочерговим є вибір способу деформації кільця для ефективного зменшення його габаритних розмірів, що дозволило би вписати кільце в циліндричну обмежуючу поверхню базової деталі із зазором. Таке завдання розв'язується, коли кільцю забезпечується прогин виступом всередину. Після деформації кільце можна подавати до канавки базової деталі деформуючим органом без контакту з поверхнею, що ущільнюється.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Для ефективного зменшення габаритних розмірів ущільнюючого кільця вирішене завдання вибору способу деформації кільця.

Два упори 2 і 3 (рис.1) розташовуються усередині кільця по обидві сторони від зовнішнього упору 1. При переміщенні зовнішнього упору до центру кільця і досягається вказана деформація. Можливість руйнування або закручування кільця виключається, оскільки кільце подається до канавки базової деталі із зазором.

Для математичного опису деформацій і визначення форми деформованого кільця необхідно знати координати X і Y множини точок, що визначають пружну лінію (), для визначення якої використовувався варіаційний метод Рітца. Форма пружної лінії кільця визначалася в параметричному вигляді

, (7)

де _ довжина дуги кільця, відрахована від деякої початкової точки.

Функціонал потенційної енергії деформації, який містить шукані функції (7) і їх похідні, після ряду перетворень представлений в безрозмірному вигляді

, (8)

де _ відповідно, перша і друга похідні абсциси і ординати пружної лінії () по довжині кривої;

_ геометричний параметр кільця;

_ радіус кривизни осьової лінії недеформованого кільця;

_ внутрішній діаметр кільця;

_ діаметр перетину кільця.

Шукані функції замінювалися наближеними виразами, які задовольняють граничним умовам. Функції (7) добре описуються тригонометричними поліномами

, (9)

де _ коефіцієнти, які надалі підлягають визначенню;

_ порядкові номери;

_ ступінь полінома.

Для урахування симетрії деформованого кільця і розташування упорів на його форму накладалися додаткових обмежень. При цьому було одержано умов для визначення і , що дозволило вирішити систему нелінійних алгебраїчних рівнянь виду ; , , тобто, визначити і потім отримати за формулами (9) функції і .

Для здійснення сполучення із зазором необхідно, щоб габаритні розміри деформованого кільця стали менше діаметру ЦОП. Тому проведена оцінка габаритів кільця при деформуванні його виступом всередину. Для оцінки габаритів кільця при деформуванні визначені радіус і координати і центру кола, описаного навколо пружної лінії.

Хай пружна лінія кільця побудована при положенні зовнішнього упору, наприклад, в ординаті (рис. 2). Оскільки пружна лінія симетрична відносно осі, абсциса центру описаного кола дорівнює 0.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Проведемо через точок, рівномірно розташованих по довжині пружної лінії, кіл із центром у довільній ординаті . Одне з безлічі цих кіл із максимальним радіусом торкається, але не перетинає пружну лінію. Точка дотику, наприклад, з координатами і може бути знайдена простим перебором, що при використанні ЕОМ проводиться з невеликими витратами часу. Тоді радіус дотичного кола визначається з наступної залежності

.(10)

З рис. 2 і із залежності (10) видно, що радіус дотичного кола є функцією від ординати, тобто

. (11)

При зміні значення переміщенням центру кола вздовж осі Y, визначається характер зміни функції .

Вона є гладкою і має один мінімум (рис. 3), тобто для функції (11) справедлива умова .

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Мінімальний радіус дотичного кола і є радіусом описаного кола

. (12)

Головним критерієм оцінки габаритних розмірів деформованого кільця є радіус описаного кола, для розрахунку якого складені алгоритм і програма на ЕОМ.

Зміни положень деформуючих упорів і відстані між увігнутими і протилежними ділянками не впливають на вигляд пружної лінії, але змінюють радіус описаного кола. Залежності, які побудовані для кілець з мінімально можливими значеннями відстаней і для v, що знаходиться в межах від 0,12 до 0,28, представлені на рис.4.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

З отриманих графіків видно, що при збільшенні радіус описаного кола зменшується до мінімального радіусу , а потім надалі зростає. Розроблений загальний алгоритм розрахунку мінімального радіусу описаного кола. Проведені розрахунки дозволили визначити також величину відстані між упорами при мінімальному радіусі і положення упорів щодо будь-якої точки, у тому числі і координати центру описаного кола.

У четвертому розділі «Експериментальні дослідження параметрів, які впливають на процес складання ущільнюючих з'єднань» представлені результати експериментальних досліджень. Основною метою проведення експериментів було підтвердження результатів теоретичних досліджень. При цьому для кілець, деформованих виступом всередину, визначалися координати точок пружної лінії при різних положеннях деформуючих упорів для оцінки радіусу описаного кола і визначення силових параметрів приводних органів виконавчого механізму. З цією метою вимірювалися зусилля, які сприймаються упорами при деформуванні.

Для визначення координат точок пружної лінії деформованого кільця використовувався метод прямих вимірювань координат точок пружної лінії за допомогою координатно-вимірювальної машини рис. 5.

На рис. 6 детально розкритий деформуючий пристрій. Він містить підставу 1 з хрестоподібним пазом, в якому розміщені повзуни 2, 3 і 4. Повзун 2 переміщується гвинтовим механізмом 5, встановленим на нижній стороні підстави, а встановлення повзунів 3 і 4 здійснюється по калібрах. На повзунах встановлені спеціально виготовлені тензометри, які уявляють собою пружні плоскі балочки 6 з наклеєними на них з двох сторін тензорезисторами (на рисунку не показані), сполученими за мостовою схемою. На кінцях балочок

із сталі 65Г встановлені упори: упор 7 на балочці повзуна 2 і упори 8 і 9 на балочках повзунів 3 і 4. Причому балочки на повзунах 3 і 4 можуть бути розташовані в двох взаємно перпендикулярних пазах повзунів. Кожен виготовлений тензометр тарували в координатах «Зусилля на кінці балочки - переміщення променя осцилографа».

Порівняльний аналіз отриманих теоретичних і експериментальних результатів показав, що їх розбіжність не перевищує 5%.

Рис. 5. Експериментальний стенд для дослідження деформації кільця

виступом всередину



Рис. 6. Пристрій для дослідження деформації кільця виступом всередину

У п'ятому розділі «Методика розрахунку і проектування виконавчих механізмів для складання ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - канавка отвору» описано розроблений пристрій, який реалізує запропонований спосіб сполучення із зазором кільця і базової деталі.

При дослідженні пристроїв для складання ущільнюючих з'єднань типу, «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» оцінено вплив похибок виготовлення деталей і одержана методика розрахунку їх параметрів. При коливанні допусків на внутрішній діаметр і діаметр перетину кільця в діапазоні (0,5…2,0) мм, що відповідає основній групі кілець (), діапазон зміни мінімального радіусу описаного кола, який є визначальним показником при сполученні, лежить в межах (0,3…0,8) мм.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішене важливе науково-технічне завдання забезпечення заданої якості з'єднань, ущільнювачів, за рахунок попередньої деформації еластичного кільцевого елемента (ЕКЕ), що дозволяє проводити автоматизовану збірку без контакту ЕКЕ з поверхнею базової деталі.

За результатами роботи зроблені наступні висновки

Досліджений механізм установки еластичної кільцевої деталі у внутрішню канавку базової деталі.

Розроблена концепція забезпечення якості з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» на операціях складання в автоматизованому виробництві на основі вивчення поведінки технологічної операції, як динамічної системи.

Визначені умови складання базової деталі та еластичної кільцевої деталі із зазором, що дозволяє розробляти науково обгрунтовані технічні завдання при проектуванні автоматизованих складальних модулів.

Встановлений функціональний взаємозв'язок між геометричною характеристикою базової деталі, параметрами деформованої кільцевої деталі і параметрами складання, які забезпечують задану якість збираного виробу.

Розроблена концепція проектування складального процесу з обґрунтуванням структури складання і вимог до складального обладнання.

Розроблена методика розрахунку параметрів складання з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» і основних елементів складальних механізмів, які забезпечують задану якість ущільнюючих з'єднань.

Виконана перевірка отриманих технічних рішень у лабораторних і виробничих умовах показала на можливість їх широкого застосування в промисловості при складанні ущільнюючих з'єднань. Результати роботи впроваджені на підприємстві ТОВ Мелітопольський «АВТОГІДРОАГРЕГАТ» м. Мелітополь і в навчальному процесі Севастопольського національного технічного університету Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України..

СПИСОК ДРУКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Шерешевский А.Н. Системный поход к анализу сборки узлов с эластичными кольцевыми деталями / А.Н. Шерешевский, А.Ю.Тараховский // Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. /Редкол.: В.Я. Копп (отв. Ред.) и др.; Севастоп. гос. техн. ун-т. - Севастополь, 1999 г. _ №2. - С.145_149.

Новоселов Ю.К. Анализ и структурно-компоновочный синтез сборочных устройств для сборки уплотнительных соединений (эластичная кольцевая деталь - канавка отверстия) / Ю.К.Новоселов, А.Ю.Тараховский // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 17. - С.132_136.

Новоселов Ю.К. Повышение эффективности технологических процессов сборки внутренних уплотнительных узлов / Ю.К.Новоселов, А.Н.Шерешевский, А.Ю.Тараховский // Вісник інженерної академії України, №3 (частина 1). Київ, 2001. - С.343_347.

Новоселов Ю.К. Повышение эффективности автоматизированных процессов сборки узлов с эластичными кольцевыми деталями / Ю.К.Новоселов, В.В.Медведева, А.Ю.Тараховский // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ, 2002. Вып. 21. - С.159_163

Тараховский А.Ю. Параметрический синтез сборочных устройств для сборки уплотнительных соединений / А.Ю.Тараховский, Ю.К.Новоселов // Вісник СумДУ. Суми: Видавництво СумДУ, 2002. _ №2 (35). - С.106-110.

Новосёлов Ю.К. Обоснование требований к механизированному и автоматизированному процессу сборки уплотнительных соединений с внутренними канавками / Ю.К. Новосёлов, А.Ю. Тараховский // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Выпуск 27. Технические науки. - Симферополь: НИЦ КИПУ, 2011. - С. 11_15.

Szereszewskij A.N. Wyznaczanie granicznych wartosci promienia okregu opisanego dla polaczenia z luzem / A.N.Szereszewskij, A.Ju.Tarachowskij // Technologia I automatyzacja montazu zespolow, maszyn I urzadzen. - Ogolnopolski Kwartalnik Naukowo - Techniczny Nr 2(28) kwiecien - czerwiec 2000. - Str. 32_35.

Тараховский А.Ю. Способы деформации уплотнительных колец круглого сечения при установке их во внутренние канавки цилиндрических поверхностей / А.Ю. Тараховский // Сборка в машиностроении, приборостроении. - М.:Машиностроение, 2010. _ №11 (124). - С.10 _15.

Шерешевский А.Н. Анализ сборки узлов, содержащих эластичные уплотнительные резиновые кольца / А.Н. Шерешевский, А.Ю.Тараховский // Проблемы эксплуатации и ремонта автомобильных транспортных средств: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции 24-27 сентября 1997. - Севастополь: СевГТУ, 1997. - С.33_34.

Шерешевский А.Н. Метод расчета упру гой линии деформированного кольца / А.Н. Шерешевский, А.Ю.Тараховский // Автомобильный транспорт: прогресс, технологи, кадры: Материалы III-й международной научно-технической конференции, 16-20 сентября 1999. - Севастополь: СевГТУ, 1999. - С.140_145.

Шерешевский А.Н. Сборка эластичной кольцевой детали с канавкой отверстия / А.Н. Шерешевский, А.Ю.Тараховский // Технология машиностроения: проблемы и перспективы: материалы докл. научн. техн. конф. 2-6 октября 2000. - Севастополь: СевГТУ, 2000. - С.140_145.

Новосьолов Ю.К. Параметрический синтез сборочных устройств для сборки уплотнительных соединений / Ю.К.Новосьолов, О.Ю.Тараховський // Тези доповідей Першої Всеукраїнської науково-технічної конференції «Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво». - Суми:СумДУ, 2001. С.61_63.

Тараховский А.Ю. Методика расчета упругой линии деформированного кольца и оценка его габаритных размеров / А.Ю. Тараховский // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Тези доповідей 8-ї міжнародної науково-технічної конференції /Краматорськ: ДДМА, 2001. - С.41.

Тараховский А.Ю. Анализ устройств для сборки уплотнительных соединений (эластичная кольцевая деталь - канавка отверстия) / А.Ю.Тараховський // Тези доповідей Другої Всеукраїнської науково-технічної конференції «Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво». - Суми:СумДУ, 2002. _ С.94_96.

Тараховский А.Ю. Анализ устройств для сборки уплотнительных соединений (эластичная кольцевая деталь - канавка отверстия) / А.Ю. Тараховский // Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво: тези доповідей ІХ всеукраїнської молодіжної наук._техн. конф., 26_27 листопада 2009 р., Запоріжжя / відп. Ред.. Ю.М.Внуков. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. - С.148_149.

Тараховский А.Ю. Методика решения нетипових задач сборки узлов с эластичными кольцевыми деталями (ЭКД) / А.Ю.Тараховский // Всеукраїнська науково-технічна конференція молодих учених і спеціалістів КДУ імені Михайла Остроградського «Актуальні проблеми життєдіяльності суспільства»: тезиси доповідей. - Кременчук: КДУ, 2010. - С.91_92.

Особистий внесок автора в роботах, які опубліковані у співавторстві.

[1] _ проведений аналіз існуючих типів ущільнень, визначені методи розрахунку плоских деформованих форм ущільнюючих кілець; [2] _ розроблена блок-схема послідовності рішення задач синтезу системи складального пристрою; [3] _ визначений функціонал потенційної енергії деформації ущільнюючого кільця; [4] _ розроблена схема виконавчого складального механізму для установки ущільнюючих кілець у внутрішні канавки деталей; [5] _ на основі структурної схеми технологічної системи складального пристрою построєна група морфологічних матриць різних рівнів ієрархії; [6] _ сформульовані основні вимоги до процесів механізованого і автоматизованого складань ущільнювачів типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка», що забезпечує отримання гарантованої якості; [7] _ розроблений алгоритм пошуку мінімального радіуса деформованого кільця; [9] _ розроблений класифікатор деформацій, запропонований геометричний коефіцієнт, який характеризує еластичність ущільнюючого кільця; [10] _ розроблена система для розрахунку середньої лінії деформованого кільця; [11] _ проаналізовані види плоскої і просторової деформацій і зроблені розрахунки жорсткості ущільнюючого кільця; [12] _ створені варіанти матриць для станів елементів «завантажувальний пристрій» і «базова деталь».

АНОТАЦІЯ

Тараховський О.Ю. Підвищення якості складання ущільнюючих з'єднань з еластичними кільцевими елементами і внутрішніми канавками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - Технологія машинобудування. - Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2011.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі - розробці методів підвищення якості складання ущільнюючих з'єднань типу «еластичний кільцевий елемент - внутрішня канавка» за рахунок керованої деформації.

Відповідно до умов складання визначено, що для складання радіального ущільнюючого пристрою ущільнююче кільце перед установкою у внутрішню канавку деталі потрібно заздалегідь деформувати.

Запропонована система математичних залежностей для опису деформацій і визначення форми деформованого кільця. Для оцінки габаритів кільця при деформуванні визначений радіус описаного кола і координати центру кола, описаного навколо пружної лінії. Проведені експериментальні дослідження за визначенням координат точок пружної лінії при різних положеннях деформуючих упорів для оцінки радіусу описаного кола. Порівняльний аналіз отриманих теоретичних і експериментальних результатів показав, що їх розбіжність не перевищує 5%.

Сформульовані технічні вимоги до складальних пристроїв, які дозволяють забезпечити збірку з'єднань ущільнювачів із гарантованою якістю.

Ключові слова: еластичний кільцевий елемент, внутрішня канавка, деформування, умови складеності, якість з'єднання.

АННОТАЦИЯ

Тараховский А.Ю. Повышение качества сборки уплотнительных соединений с эластичными кольцевыми элементами и внутренними канавками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения. - Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», Донецк, 2011.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи разработке методов повышения качества сборки уплотнительных соединений типа «эластичный кольцевой элемент - внутренняя канавка» за счет управляемой деформации.

В работе определено, что использование известных способов и технических средств для сборки с натягом приводят к появлению в кольце внутренних напряжений, так как кольцо в канавку устанавливается в закрученном состоянии, что снижает долговечность уплотнительных устройств. Изучение видов деформаций, сообщаемых кольцу при сборке, показывает, что его закручивание происходит в результате контакта кольца с движущимися поверхностями базовой детали или исполнительного механизма. При этом может произойти или разрушение кольца, или возникнуть остаточные деформации.

Проведен сравнительный анализ конструктивных особенностей эластичных кольцевых элементов, применяемых в различных уплотнительных соединениях, которые значительно влияют на структуру и последовательность сборочных процессов, а также на состав и компоновку исполнительных механизмов.

Качество уплотнительных соединений регламентируется комплексом стандартов ИСО, в которых предусмотрено более 30 показателей. Можно выделить и параметры качества, которые зависят от условий и особенностей выполнения сборочных операций. Основные из них: отсутствие повреждений на поверхности уплотнительного элемента; отсутствие закручивания (спирального скручивания) уплотнительного элемента; отсутствие при сборке деформаций уплотнительного элемента, превышающих допустимый предел, при котором полное восстановление формы кольца становиться невозможным; отсутствие перекоса уплотнительного элемента в канавке; отсутствие разрушения уплотнительного элемента.

В соответствии с условиями собираемости определено, что для сборки радиального уплотнительного устройства уплотнительное кольцо перед установкой во внутреннюю канавку детали должно быть предварительно деформировано.

Условия сборки уплотнительных соединений, как установлено на основе анализа во втором разделе, в значительной мере зависят от геометрических характеристик собираемых деталей. Влияние характеристики базовой детали можно снизить, выполняя все элементы сборочной операции без контакта эластичного кольца с уплотняемой поверхностью. Именно этим обосновывается необходимость проведения сопряжения кольца с канавкой базовой детали с зазором. Кроме того, при подаче кольца к канавке с зазором упрощается сам сборочный процесс, что особенно важно для технологии гибкого автоматизированного производства. Установка кольца в свободном состоянии, без закручивания, способствует также значительному повышению качества, надежности и долговечности уплотнительного устройства, а значит и качества машины в целом.

Первоочередным является выбор способа деформирования кольца для эффективного уменьшения его габаритных размеров, что позволило бы вписать кольцо в цилиндрическую ограничивающую поверхность базовой детали с зазором. Такая задача решается, когда кольцу обеспечивается прогиб выступом внутрь.

Предложена система математических зависимостей для описания деформаций и определения формы деформированного кольца. Для оценки габаритов кольца при деформировании определен радиус описанной окружности и координаты центра окружности, описанной вокруг упругой линии. Проведены экспериментальные исследования по определению координат точек упругой линии при различных положениях деформирующих упоров для оценки радиуса описанной окружности.

Сравнительный анализ полученных теоретических и экспериментальных результатов показал, что их расхождение не превышает 5%.

Применение разработанных теоретических методов позволило определить предельные режимы работы элементов сборочного оборудования в зависимости от параметров эластичного кольцевого элемента, его физико-механических свойств и конструктивных особенностей оборудования.

Сформулированы технические требования к сборочным устройствам, позволяющие обеспечить сборку уплотнительных соединений с гарантированным качеством.

Результаты выполненных исследований внедрены на предприятии ООО Мелитопольский «АВТОГИДРОАГРЕГАТ» г. Мелитополь и в учебный процесс.

Ключевые слова: эластичный кольцевой элемент, внутренняя канавка, деформирование, собираемость, качество соединения.

SUMMARY

Tarakhovskyi A.Yu. Upgrading assembling of connections with elastic circular elements and internal ditches. _ Manuscript.

Dissertation on competition of graduate degree of candidate of engineering sciences on the specialty of 05.02.08 - Manufacturing Engineering. _ State higher educational establishment «Donetsk National Technical University» Donetsk, 2011.

Dissertation is devoted to the decision of actual task to development of methods of upgrading assembling of connections of type «elastic circular element is internal ditch» due to the guided deformation.

It is certain in accordance with the terms of assembling that for assembling of radial packoff a O-ring before setting in the internal ditch of detail must be preliminary deformed.

The choice of method of deformation of ring is primary for the effective diminishing of its overall sizes, that would allow to enter a ring in the cylindrical limiting surface of base detail with a gap. Such task decides, when bending by a ledge inward is provided to the ring.

The system of mathematical dependences is offered for description of deformations and determination of form of the deformed ring. For estimation of sizes of ring at deformation a circumradius and co-ordinate of center of the circumference described round a resilient line is certain. Experimental researches are conducted on determination of co-ordinates of points of resilient line at different positions of deforming supports for estimation of circumradius.

The comparative analysis of the got|received| theoretical and experimental results rotined that their divergence did not exceed 5%.

Application of the developed theoretical methods allowed defining the maximum modes of operations of elements of frame-clamping equipment depending on the parameters of elastic circular element its deceit-mechanical properties and structural features of equipment.

The technical requirements to the frame-clamping devices, allowing providing assembling of connections with the assured quality, are formulated.

The results of the executed researches are inculcated on the enterprise of manufacturing and in an educational process.

Keywords: elastic circular element, internal ditch, deformation, terms of assembling, quality of connection.

Размещено на Allbest.ru