close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение точности и производительности установки уплотнений в сборочные узлы при автоматизированной сборке путем математического моделирования с использованием средств пассивной адаптации

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЩЕТКИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
УСТАНОВКИ УПЛОТНЕНИЙ В СБОРОЧНЫЕ УЗЛЫ
ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СБОРКЕ
ПУТЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ПАССИВНОЙ АДАПТАЦИИ
Специальность: 05.02.08 – Технология машиностроения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Рыбинск – 2016 г.
Работа
выполнена
в
федеральном
государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
образования
«Ковровская
государственная технологическая академия имени В.А.Дегтярева».
Научный руководитель:
Заслуженный
изобретатель
РФ,
почетный
работник
высшего
профессионального образования РФ, доктор технических наук, профессор
Житников Юрий Захарович.
Официальные оппоненты:
Кристаль Марк Григорьевич, доктор технических наук, профессор кафедры
«Автоматизация производственных процессов», ФГАОУ ВО «Волгоградский
государственный технический университет».
Сутягин Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры
«Технология авиационных двигателей и общего машиностроения», ФГБОУ ВО
«Рыбинский государственный авиационный технический университет имени
П.А. Соловьева».
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Владимирский государственный университет имени
Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».
Защита диссертации состоится 28 декабря 2016 г. в 13-00 на заседании
диссертационного совета Д 212.210.01 в федеральном государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Рыбинский
государственный
авиационный
технический
университет
имени
П.А.Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул.
Пушкина, 53, ауд. Г–237.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте федерального
государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
образования «Рыбинский государственный авиационный технический
университет имени П.А.Соловьева» (www.rsatu.ru).
Автореферат разослан 27 октября 2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д-р техн. наук, доцент
Надеждин Игорь Валентинович
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований
Одной из сложнейших и трудоемких сборочных операций является
операция установки уплотнений различной конфигурации, жесткости и
размеров. Для автоматизированной установки уплотнений сборочных узлов
машиностроения необходимо преодолеть ряд трудностей:
- обеспечить точную ориентацию уплотнения относительно собираемого
узла, особенно в тех случаях, когда оно имеет отверстия под резьбовые
соединения;
- учесть малую жесткость и прочность уплотнений, что приводит при их
установке к нежелательным деформациям и даже к разрыву, а так же к
снижению качества сборки изделий;
- сжатие кольцевых уплотнений при их установке во внутренние канавки
цилиндрических деталей вызывает их упругую «неустойчивость» понижая
надежность и качество сборки;
- растяжение кольцевых уплотнений при их установке в наружные
канавки цилиндрических деталей при их перемещении по конической
поверхности приспособления может вызывать перекручивание уплотнения
вокруг оси сечения понижая качество установки, а в процессе эксплуатации
приводит к разрыву и нарушению герметичности изделий.
В свою очередь ручная и механизированная сборка изделий имеет малую
производительность. Разработка эффективных способов и средств
автоматизированной установки уплотнений позволяет значительно повысить
производительность и качество установки уплотнений.
Под качеством автоматизированной установки уплотнений принимаем
точную ориентацию уплотнения на собираемом узле обеспечивающую
гарантированную сборку изделия.
Повышение
точности
установки
уплотнений
и
качества
автоматизированной сборки изделий с уплотнениями является актуальной
задачей современного машиностроения.
Целью настоящего исследования является повышение точности и
производительности автоматизированной установки уплотнений различной
формы и конфигурации в сборочные узлы на основе выявления и устранения
причин, вызывающих их не качественную сборку путем математического
моделирования с обоснованием средств пассивной адаптации.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1) анализ существующих способов и средств установки уплотнений
различной формы и размеров;
2) обоснование способов пассивной адаптации соединяемых деталей и
разработка средств автоматизированной установки уплотнений в зависимости
от их формы, размеров, жесткости;
4
3) обоснование точности позиционирования и предельных режимов
движения элементов устройств автоматизированной установки уплотнений для
обеспечения качественной сборки;
4) экспериментальное
подтверждение
качественной,
высокопроизводительной
автоматизированной
установки
уплотнений.
Рекомендации к проектированию.
Решаемая научная задача
Автоматизация процесса установки уплотнений различной конфигурации,
жесткости и размеров путем разработки семейства устройств, обеспечивающих
высокопроизводительную и качественную сборку.
Основная научная задача состоит в выявлении причин, вызывающих
некачественную автоматизированную сборку и устранение их в
разрабатываемых конструкциях.
Научная новизна работы
- получены математические зависимости необходимых условий надежной
доориентации элементов сборочного оборудования и собираемого узла на
основе пассивной адаптации при автоматизированной установке жестких,
плоских, упругих кольцевых и цилиндрических уплотнений в зависимости от
точности изготовления и сборки устройств и параметров уплотнений;
- обоснованы
предельные
режимы
высокопроизводительной,
автоматизированной работы элементов сборочного оборудования установки
уплотнений в зависимости от конструктивных параметров устройств и физикомеханических свойств материалов элементов устройств и уплотнений;
- на основе способов автоматического управления и регулирования
разработаны структурные и кинематические схемы универсальных устройств
автоматизированной установки плоских, кольцевых и цилиндрических
уплотнений.
Практическая значимость работы заключается в использовании
- разработанных
универсальных
кинематических
схем
автоматизированной установки уплотнений при создании промышленных
образцов устройств;
- обоснованных математических зависимостей необходимых условий
доориентации элементов оборудования для назначения допустимых
отклонений при разработке автоматизированных устройств установки
уплотнений;
- математических зависимостей для определения предельных режимов
надежной работы автоматизированных устройств установки уплотнений;
- рекомендации для разработки автоматизированных устройств установки
уплотнений.
5
Основные положения, выносимые на защиту
1) Разработка структурных схем управления и универсальных
кинематических схем устройств автоматизированной установки жестких
плоских, упругих кольцевых и цилиндрических уплотнений;
2) Математические зависимости необходимых условий надежной
доориентации элементов оборудования при автоматизированной установке
уплотнений в сборочные узлы;
3) Предельные
режимы
высокопроизводительной,
надежной
автоматизированной работы элементов оборудования при установке
уплотнений в сборочные узлы;
4) Конструкции универсальных устройств автоматизированной установки
уплотнений в сборочные узлы на основе математического моделирования с
использованием средств пассивной адаптации, часть из которых внедрены в
производство.
Степень достоверности и апробации работы. Достоверность научных
результатов подтверждается проверкой адекватности математических
выражений на основе экспериментальных исследований. Полученные
результаты не противоречат данным других исследований.
Основные положения диссертационной работы докладывались на
Международных и Всероссийских конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том
числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, заключения по работе, списка используемой литературы.
Объем работы - 126 страниц текста, включающего 48 рисунка, 7 таблиц, списка
использованных источников из 65 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследований.
В первой главе дан анализ современного уровня механизированной
установки уплотнений различной формы, жесткости, размеров.
Вопросами механизации и автоматизации технологических процессов
изготовления и сборки изделий занимались ученые: Безъязычный В.Ф., Березин
С.Я., Вартанов М.В., Вороненко В.П., Воркуев Д.С., Горленко О.А., Гусев А.А.,
Дальский А.М., Житников Ю.З., Кристаль М.Г., Ланщиков А.В., Осетров В.Г.,
Первухина Е.Л., Сысоев С.Н., Харламов Г.А., Шуваев В.Г.
Анализ литературных источников и существующих средств сборки
показал, что на предприятиях установка уплотнений ведется вручную или
механизировано с малой производительностью и низкого качества.
Отсутствуют надежные средства автоматизированной установки уплотнений.
Поэтому для современного производства необходимо разработать
семейство
универсальных
устройств
автоматизированной
установки
уплотнений различной конфигурации, жесткости, размеров.
На основе анализа сформулирована цель и задачи исследований.
6
Во второй главе на основе анализа структурных схем управления
разработаны универсальные кинематические схемы автоматизированной
установки уплотнений.
Структурная схема управления автоматизированной установки плоских
жестких уплотнений на гладкие поверхности собираемых узлов представлена
на рисунке 1.
где
и
–
зу
зу
задающие устройства
по координатам; чз и
–
сигнал
чз
сформированный от
датчиков
обратной
связи;
и
–
сигнал управляющего
–
воздействия; ∆
Рисунок 1 – Канал регулирования положения уплотнения
разность сигналов
от задающего устройства и от датчика обратной связи; кз – координирующие
звенья; у – усилитель сигнала; дв и дв – двигатель обработки сигналов; мп
– механизм преобразования движения (перемещения); 1⁄
– контуры
самонаведения;
,
– учет сухого трения.
Автоматизированная установка
плоских жестких уплотнений на
гладкие поверхности собираемых
узлов представленная на рисунке 2
работает
следующим
образом.
Поворотный стол 14 поворачивается
и устанавливает спутник 13 вместе с
собираемым узлом 15 напротив
питателя 2 выдачи уплотнений.
Срабатывает пневмоцилиндр 8 и
шибер 10 вместе с уплотнением 9
выдвигается из питателя 2 и своими
скосами взаимодействует с фасками
специального
гнезда
А,
выполненного
под
размер
уплотнения на крышке 1 спутника
Рисунок 2 – Универсальная кинематическая
схема
автоматизированной
установки 13. За счет угловых податливостей
плоских жестких уплотнений на гладкие вокруг осей –
, ,
, а также
поверхности собираемых узлов: 1– крышка; податливости крепления штыря 11 по
2 – питатель; 3,4 – пружина; 5, 11 – упор; 6 –
и
шибер доориентируется
плита; 7 – опора; 8 – пневмоцилиндр; 9 – осям
входит в гнездо А. При
уплотнение; 10 – шибер; 12 – ось; 13 – и
возвращении шибера 10 в исходное
спутник; 14 – стол; 15 – собираемый узел
7
положение за счет упора уплотнение 9 остается в гнезде строго ориентировано
на поверхности собираемого узла 15.
Пассивная адаптация (самодоориентация) уплотнения обеспечивается за
счет силового взаимодействия скосов шибера с фаской гнезда, податливости
крепления питателя уплотнений и его поступательного движения.
По аналогии разработаны остальные универсальные кинематические
схемы устройств автоматизированной установки уплотнений в сборочные узлы.
Кинематические схемы универсальных устройств автоматизированной
установки комплекта уплотнение-деталь и упругого или податливого
уплотнения на гладкие поверхности узлов.
Устройства
состоят
из
исполнительного
органа
с
двумя
пневмоцилиндрами, питателей выдачи шиберами скрепляемой детали и
уплотнения. Пассивная адаптация обеспечивается за счет перемещения
исполнительного органа к собираемому узлу, подаваемого шаговым
конвейером, штырями с коническими наконечниками, которые, проходя через
отверстия, незакрепленных на шиберах, детали и уплотнения, сходя в
резьбовые отверстия узла.
Кинематическая схема универсального устройства автоматизированной
установки кольцевых уплотнений в наружные канавки цилиндрических
деталей.
Устройство состоит из питателя уплотнений, которые на позицию
растяжения подаются шибером, механизма растяжения и перемещения
растянутого кольца к оправки, которые осуществляются под действием двух
пневмоцилиндров, оправки, на которую сбрасывается растянутое кольцо.
Оправка снабжена пневмоцилиндром и сбрасывателем уплотнения. Оправка
закреплена на поворотном механизме, который поворачивается, располагая
оправку по оси детали с канавкой на внешней стороне. Оправка опускается, и
сбрасыватель устанавливает уплотнение в канавку. Доориентация уплотнения
обеспечивается за счет растяжения его на больший диаметр и точного
опускания оправки.
Кинематическая схема универсального устройства автоматизированной
установки кольцевых уплотнений во внутренние канавки цилиндрических
деталей.
Устройство состоит из питателя уплотнений, которые на позицию
деформации подаются шибером. Механизма деформации у установки
уплотнения во внутреннюю канавку. Деформация уплотнения обеспечивается
подпружиненными рычагами при перемещении его по конической поверхности
с тремя выступами, имеющих волнистую форму деформированного
уплотнения. При достижении нижней части конуса уплотнение сбрасывается в
канавку и за счет упругости принимая исходную форму, надежно занимает
положение в канавке.
Доориентация уплотнения обеспечивается за счет его деформации до
меньшего диаметра описанной окружности контура, чем отверстие детали.
8
Кинематическая схема универсального устройства автоматизированной
установки цилиндрических уплотнений в гладкие и ступенчатые отверстия
собираемых узлов.
Устройство состоит из исполнительного механизма с пневмоприводом и
толкателями для продавливания уплотнения через конические втулки в
отверстия узлов, питателя уплотнений с подпружиненными ползунами для
перемещения уплотнений к коническим втулкам, поворотного стола со
спутниками, в которых расположены собираемые узлы.
Доориентация цилиндрических уплотнений обеспечивается за счет их
продавливания через конические втулки, нижний диаметр которых меньше
диаметров отверстий на узлах.
В третьей главе обоснованы необходимые условия доориентации
уплотнений при их установке в собираемые узлы, по которым назначается
точность изготовления элементов сборочного оборудования и их необходимая
доориентация в процессе сборки.
1) Точность позиционирования жестких уплотнений (рисунок 2). Угол
доориентации при повороте исполнительного органа вокруг вертикальной оси.
!"# $
' # $
%ис
'# $
%ус
' # $
%уу
' # $
%иу
( $ ) *+/2. /(.
(1)
Угол доориентации при повороте исполнительного органа устройства
вокруг горизонтальной оси Х:
х # $
%ис
х # $
%ус
х # $
%уу
х
%тб
# $
(. /(.
(2)
Угол доориентации при повороте исполнительного органа устройства
вокруг горизонтальной оси У:
у
%ис # $
у
%ус # $
у
%уу # $
3+. /3+.
(3)
Максимальное смещение от резьбового отверстия узла в спутнике в
горизонтальной плоскости запишется:
4∆5
' # $
%ис
' # $
%уу
' # ,
%иу
(4)
где ! – погрешность угла поворота многопозиционного стола; " – радиус
положения спутника на столе; %ис – погрешность изготовления элементов
спутника; %уу – погрешность установки узла в спутнике; %иу – погрешность
изготовления собираемых узлов; %тб – торцевое биение многопозиционного
стола; ( – расстояние от оси симметрии исполнительного органа до торца
шибера;
– погрешность угла разворота исполнительного органа вокруг оси
Z от неточности изготовления и сборки; ) – погрешность смещения конца
шибера из-за разворота исполнительного органа;
– погрешность угла
– погрешность угла
разворота исполнительного органа вокруг оси X;
разворота исполнительного органа вокруг оси Y.
9
Окончательно, необходимое условие надежного
отверстий на уплотнении и резьбовых отверстий на узле:
67 869
$: ;
' # $
%ис
' # $
%уу
совмещения
осей
' # ,
%иу
(5)
%ш $ %и $ %му $ %ишу . ;
(6)
где dO– диаметр отверстия на уплотнении; <= > наибольший диаметр тела
шпильки; C – длина фаски.
2) Точность позиционирования упругих уплотнений и комплекта
уплотнение–деталь.
Необходимые условия надежного совмещения осей отверстий уплотнений,
детали и резьбовых отверстий на собираемом узле:
– для относительного смещения резьбовых отверстий на узле и отверстий
уплотнения:
< ? <ш > 2
%пуз $ %муз $ %гуз $
– для относительного смещения резьбовых отверстий на узле и отверстий
сопрягаемой детали:
< ? <ш > 2
%пуз $ %муз $ %гуз $
%ш $ %и $ %му $ %ишу . ;
(7)
– для относительного смещения резьбовых отверстий на узле и штифтов
исполнительного органа (съемника) сборочного оборудования:
< ? <ш > 2 A %ио $ %нп $ %нс $
%пуз $ %муз $ %гуз .,
(8)
где < > минимальный диаметр конического наконечника штыря; <ш > диаметр
штыря; %пуз – случайная погрешность положения собираемого узла на шаговом
конвейере; %муз – случайная погрешность межцентровых расстояний резьбовых
отверстий на собираемом узле; %гуз – случайная погрешность от неточности
изготовления габаритных размеров узла; %шу – случайная погрешность
смещения положения уплотнения на шибере; %иу – случайная погрешность
изготовления габаритных размеров самого уплотнения; %му – случайная
погрешность изготовления межцентровых расстояний на уплотнении; %ишу –
случайная погрешность изготовления и сборки шибера в положении установки
уплотнения на собираемый узел.
3) Точность позиционирования упругих колец в наружные канавки
цилиндрических деталей.
Необходимое условие надежного совмещения упругого кольца с
описанной окружностью по губкам рычагов:
<вк > <нг ; 2 B
к #
%вд
$
к# $
%ш
к #
%нд
$
уг
ц
%з # $ %з $ %н C.
(9)
Необходимое условие надёжного совмещения растянутого упругого
кольца и оправки:
к
<вр
> <но ; 2 B D %E F $ G %ф H $ %н C.
рк
рк
(10)
10
Необходимое
условие
надежного
поверхностей детали и торца оправки:
совмещения
цилиндрических
<во > <н ; 2 B Dδ%д F $ Dδ%б F $ Dδ%о F $ Dδ%з F $ δ%зо $ δ%нE C.
Д
Д
Д
Д
Д
(11)
Необходимые условия надежной доориентации торца оправки и канавки на
цилиндрической детали примут вид:
д
# $ δ%пд # $ δ%зо $ δ%нL ,
< ; A δ%из
(12)
E уп
где <вк > внутренний диаметр упругого уплотнительного кольца; <нг >
наружный диаметр описанной окружности расположения губок; ∆кш >
максимальная погрешность смещения упругого кольца при его подаче на
позицию расположения губок, возникающая от неточности изготовления и
сборки подающего шиберного устройства; ∆гр >максимальная погрешность
смещения рычагов с губками, возникающая от неточности изготовления и
к
сборки; %вд
– случайная погрешность смещения упругого кольца, возникающая
к
от неточности изготовления его внутреннего диаметр; %ш
– случайная
погрешность смещения шибера с упругим кольцом от наличия зазора в
к
– случайная погрешность смещения упругого кольца от
направляющих; %нд
уг
неточности изготовления его наружного диаметра;
%з – случайная
погрешность от зазора между уплотнением и гнездом под него на шибере; <но >
наружный диаметр оправки; <во > внутренний диаметр оправки; <нД – наружный
Д
диаметр детали; %дД – погрешность изготовления диаметра детали; %б –
Д
%о
–
погрешность
от
погрешность
от
базирования
детали;
Д
неперпендикулярности детали; %з – погрешность от наличия зазоров в
направляющих; δ%зо – погрешность от наличия зазора в шарнире поворота; δ%нE –
д
–
погрешность от наладки; <уп – диаметр сечения упругого кольца; δ%из
Д
погрешность положения канавки из-за неточности изготовления; %п –
погрешность вертикального перемещения детали относительно номинального
положения; δ%зо – погрешность в шарнире при повороте; δ%нL – погрешность
настройки.
4) Точность позиционирования упругих колец во внутренние канавки
цилиндрической поверхности.
Необходимое условие надежного совмещения внутреннего диаметра
детали и наружного диаметра втулки деформации кольцевого уплотнения
аналогично выражению (11).
Необходимое условие надежного совмещения торца втулки с канавкой на
внутренней цилиндрической поверхности аналогично (12).
Необходимое условие надежного совмещения упругого кольца и
наружного диаметра входной фаски конической втулки аналогично (9).
В четвертой главе на основе математического моделирования
предложены предельные режимы работы и силовое взаимодействие элементов
устройств автоматизированной установки уплотнений, при которых
обеспечивается их точная доориентация и качественная сборка изделий.
11
При подаче уплотнений шибером (рисунок 2) в горизонтальной плоскости
в момент его остановки происходит удар взаимодействующих поверхностей
шибера и фаски гнезда крышки спутника, при котором могут возникать как
упругие, так и упругопластические деформации. Рассмотрим случай, когда на
взаимодействующих поверхностях возникают только упругие деформации.
Воспользуемся теоремой об изменении главного вектора количества
движения механической системы в интегральной форме:
PPP > mV
PPP5 ∑ FPST ∆t,
mV
(13)
где
– масса шибера вместе с уплотнением; V1, V0 – скорость движения
шибера в конце и в начале движения; ∑ FPST – сумма сил действующих на
систему; ∆t – время взаимодействия шибера и фаски.
Для случая удара в проекции на ось, направленную по движению шибера,
при условии, что скорость V в конце удара равна нулю:
>mV5 >F уд ∆V,
(14)
уд
где F – сила удара.
Учитывая, что работа силы при ударе равна работе силы при медленном
сжатии, при условии равенства деформаций запишем: Ауд=Асж,
(15)
где Ауд – работа силы удара; Асж– работа силы сжатия взаимодействующих
поверхностей.
Для случая упругого взаимодействия:
Y
(16)
W уд · 7 · ∆V Z[см \ · 2]% · D" > √" > ] F,
где > угол фаски гнезда; Z[см \ – допустимое напряжение смятия; ] – полуось
пятна контакта взаимодействия поверхностей; % – толщина шибера, " – радиус
кривизны скоса шибера.
Согласно формулы Герца после преобразований полуось пятна контакта
примет вид:
]
, 5_` Zaсм \· b·c
Епр
,
(17)
где Епр – приведенный модуль упругости материалов шибера и крышки
спутника.
Выделим из выражения (15) правую часть выражения (14) и после
преобразований получим предельную скорость соударения фаски паза гнезда
спутника и криволинейного скоса шибера, при которой на взаимодействующих
поверхностях будут возникать только упругие деформации:
V5 ?
LdeZσсм \· f8Afg 8dg #
h·ijkl
.
(18)
При подаче уплотнения или детали шибером при торможении его без
удара уплотнение под действием силы инерции может сместиться, нарушив
ориентацию.
Необходимое условие исключающее смещение уплотнения или детали
(19)
относительно шибера запишется: Wтр ; Wmин ,
12
где Wтр – сила трения уплотнения или детали; Wmин – сила инерции, возникающая
при торможении.
Для случая равнозамедленного торможения с учетом силы трения,
предельная скорость движения шибера запишется: n5 ?
opq
r
,
(20)
где > путь торможения равный величине деформации пружин; s >ускорение
свободного падения; t > коэффициент трения; u > коэффициент запаса силы
трения.
Для обеспечения требуемой скорости движения для случая удара или
торможения установим витую цилиндрическую пружину.
Жесткость пружины определяется на основе принципа Даламбера:
∑ WPvb $ ∑ "Pv $ ∑ WPvин 0
yvb $ ∑ x
yvc $ ∑ x
yvин 0,
∑x
(21)
yvb > векторные суммы внешних сил и моментов, действующих на
где ∑ WPvb , ∑ x
yvc > векторные суммы реакций и моментов реакций связей;
систему; ∑ "Pv , ∑ x
yvин > векторные суммы сил и моментов сил инерции.
∑ WPvин , ∑ x
Для случая горизонтального перемещения шибера в проекции на ось
(22)
движения можно записать: Fпц $ Fτин > Fтр > Fпр 0,
ин
где Fпц – сила пневмоцилиндра; Fτ – сила инерции уплотнения или детали; Fтр
– сила трения; Fпр – сила пружины.
С учетом всех сил выражение примет вид:
u· ·:$
a Y7g
p o
> [t > :
0,
(23)
где : – жесткость пружины; [ – вес уплотнения или детали; n5 – скорость
движения шибера.
Окончательно, жёсткость пружины запишется:
C
a{
| }8 #
>
a
•g7
~ |g }8 #
.
(24)
Определение сил рычагов для растяжения упругого кольцевого уплотнения
(рисунок 3).
Необходимое
условие
растяжения
кольцевого уплотнения запишется:
W 2Wуп · cos ,
(25)
где W – сила рычага; Wуп – сила упругости
уплотнения;
– угол сектора взаимодействия
силы.
Найдём силу упругости кольца:
Fуп С∆λ ,
(26)
где С – жёсткость удлинения упругого кольца;
∆λ >удлинение упругого кольца в окрестностях
точки А (губки рычага).
Рисунок 3 – Расчетная схема
13
Линейное удлинение кольца равно разности половин длины стороны
многоугольника «] » и половины длины дуги «L», заключённых между
d
†
∆…
> ,
где ] – длина хорды; ‡ – длина дуги сектора.
†
Половина длины дуги равна:
"ˆ ,
губками:
(27)
(28)
где "ˆ >радиус вписанной окружности, который на 1 мм больше наружного
радиуса торца оправки, куда устанавливается растянутое кольцо.
Половина длины стороны многоугольника найдём из геометрии:
d
"5 · cos ,
(29)
где "5 > радиус описанной окружности, соответствующий радиусу торца
оправки.
Окончательно получим:
W
2·C
]‰
LAŠ Š8]#‰
· cos φ > R • φ. cos φ ,
где Ž – число секторов; P – периметр многоугольника.
Радиус описанной окружности равен:
"5
d•
LA‘ ‘8d#•
.
(30)
(31)
Для обоснования силы продавливания цилиндрического уплотнения через
коническое отверстие, воспользуемся известной графической зависимостью
контактного давления Pк относительной деформации уплотнения ’ %:
Рк t ’ %#.
(32)
Наибольшая относительная деформация уплотнения находится из
выражения:
—˜
—˜
6
’ –G > 7H™ š · 100% ,
(33)
где + >диаметр цилиндрического уплотнения; <5 >наименьшее значение
диаметра конического отверстия.
Площадь соприкосновения уплотнения и конуса равна:
›D+ $ <5 F · % ,
(34)
бок
где % > длина боковой поверхности конуса.
Максимальное значение сил трения, возникающее при продавливание
цилиндрического уплотнения через конусное отверстие запишется:
Wтр •r · бок · f •r · ›D+ $ <5 F · % · t ,
(35)
где t > коэффициент сухого трения резинового уплотнения о стальную
поверхность конуса.
Условие надежного продавливания цилиндрического уплотнения через
коническое отверстие:
P;Fтр ,
(36)
где P – сила продавливания.
14
В главе пять представлен эксперимент, подтверждающие качество,
надежность и высокую производительность устройств автоматизированной
установки уплотнений в сборочные узлы машиностроения.
Эксперименту подверглись промышленные установки снабженными
средствами адаптации с обеспечением необходимых условий надежной
доориентации:
- автоматического комплекса сборки головки цилиндра трактора;
- устройства установки ступенчатых цилиндрических уплотнений (рисунок 4);
- устройство установки жестких уплотнений;
- устройство установки комплекта уплотнение-деталь (рисунок 5).
Рисунок 4 - Устройство автоматизированной
установки цилиндрических резиновых
ступенчатых втулок
В процессе проведения эксперимента
и
промышленного
использования
Рисунок 5 - Общий вид
устройств, брака, т.е. ненадежной и
автоматизированного комплекса
некачественной сборки не выявлено.
Результатом использования предлагаемых устройств автоматизации
производительность процессов установки уплотнений возросла в 1,6–2,5 раза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обоснованы и разработаны средства надежной, высокопроизводительной
автоматизированной установки уплотнений различной формы, размеров,
жесткости на основе выявления и устранения причин, вызывающих
некачественную сборку с использованием средств пассивной адаптации,
включающие:
1) Структурные схемы управления процессом автоматизированной
установки уплотнений, позволяющие на их основе разработать кинематические
схемы устройств: плоских жестких и податливых в стык соединяемых деталей;
кольцевых упругих уплотнений во внутренние и наружные канавки
15
цилиндрических деталей; цилиндрических упругих уплотнений в гладкие и
ступенчатые отверстия.
2) Математические выражения необходимых
условий надежной
доориентации уплотнений и элементов оборудования в зависимости от
параметров устройств, уплотнений и их физико-механических свойств при
автоматизированной установки уплотнений различной формы, размеров и
жесткости, позволяющие определить точность изготовления элементов
сборочного оборудования и податливость средств пассивной адаптации при
сборке.
3) Предельные режимы работы элементов оборудования для обеспечения
надежной высокопроизводительной автоматизированной установки уплотнений
в зависимости от конструктивных параметров устройств и физикомеханических свойств используемых материалов. Производительность сборки
возросла в 1,6-2,5 и более раз.
4) Разработку устройств автоматизированной установки уплотнений
различной формы, размеров и жесткости с пассивными средствами адаптации,
показавших в условиях производства высокопроизводительную, надежную
работу и качественную сборку изделий включающих: металлизированных
плоских на гладкую поверхность; комплекта уплотнения - сопрягаемой детали;
плоских на гладкую поверхность; кольцевых в наружные канавки деталей;
кольцевых во внутренние канавки деталей; упругих цилиндрических в гладкие
и ступенчатые отверстия деталей.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ
В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК
1) Житников, Б.Ю. Устройство автоматизированной установки упругих
колец во внутренние канавки деталей [Текст] / Б.Ю.Житников, Ю. З. Житников,
А. В. Щеткин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2015. –
№2(175). – С. 23–24.
2) Щеткин, А.В. Предельные режимы движения шиберов при
автоматизированной установке комплекта «уплотнение-сопрягаемая деталь»
[Текст] / А. В. Щеткин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2015.
– №9(182). – С. 3–6.
3) Щеткин, А.В.
Предельные режимы движения шиберов при
автоматизированной установке комплекта «уплотнение-сопрягаемая деталь»
[Текст] / А. В. Щеткин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2016.
– №1(186). – С. 11–13.
Материалы конференций
1) Щеткин, А.В. Способы установки уплотнений при автоматизированной
сборке изделий [Текст] / А. В. Щеткин, В. В. Пискунов // Вооружение.
Технология. Безопасность. Управление: материалы VII научно-технической
конференции аспирантов и молодых ученых с международным участием. –
Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А.Дегтярева». – 2015. – 528 с.
16
2) Пискунов, В.В. Средства пассивной адаптации взаимодействующих
поверхностей деталей при роботизированной сборке изделий [Текст] / В. В.
Пискунов, А. В. Щеткин // Вооружение. Технология. Безопасность.
Управление: материалы VII научно-технической конференции аспирантов и
молодых ученых с международным участием. – Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА
им. В.А.Дегтярева». – 2015. – 528 с.
3) Миронова, Е.А. Затяжка групповых резьбовых соединений с учетом
установки уплотнения в стык соединяемых узлов и деталей [Текст] / Е. А.
Миронова, А. В. Щеткин // Вооружение. Технология. Безопасность.
Управление: материалы VII научно-технической конференции аспирантов и
молодых ученых с международным участием. – Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА
им. В.А.Дегтярева». – 2015. – 528 с.
4) Щеткин, А.В. Устройство автоматизированной установки упругих
колец во внутренние канавки деталей [Текст] / А. В. Щеткин, Е. А. Миронова //
Материалы IV международного научно-технического семинара «Современные
технологии сборки»: сборник (Москва, 22-23октября 2015 г.) / Университет
машиностроения; под ред. И.Н.Зининой. – Москва: МГИУ. – 2015. – 167 с.
5) Миронова, Е.А. Многошпиндельное завинчивающее устройство для
крепления фланцевых соединений с установкой уплотнений [Текст] / Е. А.
Миронова, А. В. Щеткин // Материалы IV международного научнотехнического семинара «Современные технологии сборки»: сборник (Москва,
22-23октября 2015 г.) / Университет машиностроения; под ред. И.Н.Зининой. –
Москва: МГИУ. – 2015. – 167 с.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа