автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Автоматическое устройство для контроля резьбы нежестких звеньев винтовых кинематических пар

Реферат.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ РЕЗЬБОКОНТРОЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА КОНТРОЛЯ РЕЗЬБЫ НЕЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Способы контроля резьб и их анализ.

1.2. Устройства для контроля цилиндрических крепежных резьб.

1.3. Особенности контроля резьбы нежестких деталей.

1.4. Цели и задачи данного исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ СОПРЯЖЕНИЯ

ВИНТОВОЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПАРЫ С ОДНИМ НЕЖЕСТКИМ ЗВЕНОМ.

2.1. Анализ взаимосвязи параметров процесса враща-тельно-ударного свинчивания винтовой пары "калибр-деталь".

2.2. Автоматическое регулирование процесса враща-тельно-ударного свинчивания резьбовых деталей.

2.3. Основные требования к контрольному устройству и анализ его возможных функциональных схем.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО СВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВОЙ ПАРЫ "КАЛИБР-НЕЖЕСТ

КАЯ ДЕТАЛЬ".

3.1. Задачи экспериментального исследования.

3.2. Описание экспериментального стенда и измерительной аппаратуры.

3.3. Методика экспериментальных исследований и обработка результатов измерений.

3.4. Основные результаты экспериментального исследования и их анализ.

L ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО СВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВОЙ ПАРЫ.

4.1. Условия протекания процесса и их анализ.

4.2. Теоретическое определение угла оборота калибра за время удара.

4.3. Определение момента сопротивления в резьбовой паре.

4.4. Теоретическое определение оптимальных параметров процесса вращательно-ударного свинчивания резьбовой пары. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПОЛУАВТОМАТА ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЗЬБЫ.

5.1. Синтез схемы полуавтомата и принцип его работы.

5.2. Анализ работы подающего устройства для схватывания нити резьбы детали и калибра.

5.3. Некоторые результаты теоретического исследования схемы полуавтомата для контроля резьб.

5.4. Описание конструкции макетного образца полуавтомата для контроля резьбы.

Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года предусматривают дальнейшее техническое переоснащение промышленности, повьшгение качества выпускаемой продукции и высвобождение рабочей силы /I/. Достижение поставленных задач возможно за счет комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.В настоящее время на машиностроительных и приборостроительных предприятиях до 30% рабочих, непосредственно участвующих в технологическом цикле, занято на контрольных операциях. Замена рабочих-контролеров автоматизированными устройствами позволяет повысить количество и качество выпускаемой продукции и освободить значительную часть людей от непроизводительного и тяжёлого ручного труда. Поэтому особую актуальность приобретают исследования и разработки, направленные на создание и внедрение новой высокоэффективной контрольной техники.При создании современных контрольных приборов, полуавтоматов и автоматов необходимо стремиться к снижению их стоимости, энергоемкости, габаритов и повышению объективности контроля и его производительности. Кроме того должна учитываться возможность использования новых конструкций в разрабатываемых или модернизируемых поточных автоматических линиях, а также роботизированных участках и комплексах.Существующее измерительное оборудование зачастую отстает по производительности от другого технологического оборудования, что увеличивает время изготовления изделий и ограничивает возможности автоматических линий.Одной из наиболее трудоемких, сложных и слабоавтоматизированных является операция контроля крепежных резьб различных деталей.Анализ научно-технической литературы и патентных документов показал, что задачи механизации и автоматизации резьбоконтрольных операций решены только для измерения крепежных резьб небольшого диаметра (до 80 мм). В основу конструкций приборов заложены способы контроля резьб раздвижными калибрами, гребенками или роликами, позволяющие получить высокую производительность процесса /2...5/. В то же время контроль резьб деталей больших диаметров практически не оснащен контрольной техникой и выполняется вручную навинчиванием комплексных калибров.Рядом авторов /3,4,6,7/ предложены конструкции устройств, механизирующих процесс навинчивания калибра. Однако, в основном, это ручные навинчивающие головки с муфтами предельного момента, которые затруднительно использовать для резьб большого диаметра.Работы по созданию и исследованию автоматизированных резьбоконтрольных устройств проводятся в Львовском политехническом институте, ТШГГИ, СКВ п/о "Калибр", Омском политехническом институте, Новосибирском электротехническом институте и ряде других организаций.Развитие современной контрольной техники стало возможным благодаря основополагающим работам советских ученых Рабиновича А.Н., Пискорского Г.А., Якушева А.й., Григорьева И.А., Дворецкого Е.Р., Володина Е.И., Златогурского P.P. и др.Особзгю сложность представляет контроль резьбы, нарезанной на тонкостенных деталях цилиндрической формы. Подобные детали приобретают в процессе изготовления различные отклонения поперечного сечения, затрудняюпще измерение резьбы. Кроме того, величина указанных искажений может изменяться в процессе контроля за счет малой жесткости детали, что также усложняет эту операцию.Целью данной работы является экспериментальное и теоретиче- 8 ское исследование процесса сопряжения винтовой кинематической пары с одним нежестким звеном, создание на базе этого автоматизированного устройства для измерения резьбы тонкостенных деталей диаметром более 100 мм и внедрение полученных результатов в производство.Основными положениями, которые содержатся в диссертации и выносятся на защиту, являются следующие: синтез функциональной схемы контрольного устройства, автоматически выбирающего рациональный режим работы; результаты экспериментальных исследований процесса свинчивания резьбовых деталей, одна из которых имеет малую жесткость ; результаты теоретического исследования динамической модели, имитирующей навинчивание проходного резьбового калибра на тонкостенную цилиндрическую деталь ; выявление и исследование критерия оптимизации процесса свинчивания ; приближенная методика экспериментально-теоретического определения оптимальных значений основных параметров, влияющих на протекание процесса свинчивания; принципиальная схема полуавтомата для контроля резьбы.Диссертационная работа решает одну из задач комплексной темы "Разработка методов исследования динамических процессов в инерционно-импульсных механизмах при случайном возбуждении на входе", включенной в координационный план НИР АН СССР по проблеме "Теория машин и систем машин" (I.II.I.) на I98I-I985 гг.Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованньк источников / 80 наименований/, 2-х приложений и содержит 163 странищ текста, включая 76 иллюстраций на 47 страницах. -9

Выводы по разделу 5

1. Разработана схема полуавтомата для контроля резьбы, реализующая способ вращательно-ударного свинчивания, с автоматически регулируемым режимом работы.

2. Выполнено теоретическое исследование, позволившее установить кинематические и силовые параметры основных узлов полуавтомата.

3. Создан и испытан макетный образец, подтвердивший правильность основных положений исследования, показавший возможность создания полуавтомата контроля и его внедрения в технологический процесс.

- /5Y

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Изучены особенности контроля тонкостенных резьбовых деталей и показано, что процесс вращательно-ударного свинчивания кинематической пары "калибр-нежесткая деталь" Может быть эффективно реализован в качестве контрольной операции при условии оптимизации его параметров.

2. Предложена функциональная схема полуавтомата для контроля резьб больших диаметров, позволяющая в зависимости от сопротивления вращению калибра устанавливать рациональные значения следующих взаимосвязанных величин: вращающего момента на инструменте, скорости вращения инструмента и числа ударных импульсов, создаваемых ударным механизмом.

3. Проведено экспериментальное исследование процесса сопряжения пары "калибр-нежесткая деталь", в результате которого установлен характер деформации тонкостенного цилиндра при ударном нагружении, коэффициент жесткости детали, оценена доля энергии удара, активно влияющая на процесс свинчивания и определены его энергетические параметры.

4. В качестве критерия оптимизации процесса вращательно-ударного свинчивания исследуемой пары предложена работа, затрачиваемая на процесс и получены значения управляемых параметров, определяющих её минимум.

5. Предложены и исследованы динамические модели вращательно-ударного свинчивания пары "калибр-нежесткая деталь", и колебаний детали при ударе. Получены аналитические выражения, описывающие поведение системы.

6. Установлена взаимосвязь параметров процесса и разработаны методики определения их оптимальных значений.

7. Создан и испытан макетный образец полуавтомата, показавший возможность оптимизации параметров процесса контроля.

8. Предложена конструкция полуавтомата для контроля резьб, реализующая способ вращательно-ударного свинчивания с автоматически регулируемым режимом работы.

9. Выполнено теоретическое исследование, позволившее установить основные конструктивные параметры полуавтомата.

10. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на НПО "Сибсельмаш" при создании резьбоконтроль-ных автоматических устройств нового типа.

Задачи дальнейших исследований включают работы по внедрению предложенного устройства в производство для деталей различных типоразмеров.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. М.: Политиздат, 1981. - 95 с.

2. Левитский И.П. Прибор для контроля наружных резьб. В кн.: Машиностроитель Белоруссии. - Минск: Госиздат БССР, 1959, вып.б, с.171-173.

3. Григорьев И.А., Дворецкий Е.Р., Контроль размеров в машиностроении: Справочное пособие /Под ред. И.Е.Городецкого. М.: Маш-гиз, 1959. - 400 с.

4. Володин Е.И., Снетков A.M. Технический контроль резьбы. М.: ЦБГИ, 1959. - 31 с.

5. Кульчицкий К.С., Таурит Г.Э., Якименко С.И., Николаенко А.К. Изготовление и эксплуатация индикаторных приборов для контроля наружных метрических резьб. В кн.: Технология и организация производства. - Киев: Машгиз Укр.отд-ние, 1977, № 3, с.18-20.

6. Пат. 47-37467 (Япония). Устройство для контроля резьбовых отверстий /Заявитель Тоёта двидося когё К.К. Опубл. в Изобретениях за рубежом, 1972, № 21, МКИ G- 01 в 3/48 НКИ 106 J 2 УДК 658.562.64.

7. А.с. № 278133 (СССР). Устройство для контроля резьбы резьбовыми калибрами /И.Г.Кондрашкин, Д.В.Селезнев, В.П.Солопов.- Опубл. в Б.И., 1970, № 25.

8. Тищенко О.Ф., Валединский А.С. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1977.- 357 с.

9. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1975. - 471 с.

10. Коротков В.П., Кустарев Б.Г., Хынкина А.В. Взаимозаменяемостьрезьбовых сопряжений. Справочник /Под ред. В.П.Короткова. М.:1. Машиностроение. 215 с.

11. ГОСТ 11708-66. Резьбы. Основные определения. Переиздат, июль, 1979.

12. Дунин-Барковский И.В. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1975. - 352 с.

13. Взаимозаменяемость в машиностроении и приборостроении /Под ред.В.В.Бойцова. М.: Изд.стандартов, 1970. - 551 с.

14. Автоматы для контроля размеров изделий в машиностроении. М.: Стандартгиз, I960. - 190 с.

15. Леун B.C., Михайловский М.Н., Цикаленко Б.П. 0 некоторых приборах для механизации контроля наружной и внутренней резьбы.- В кн.: Вопросы проектирования, технологии и контроля в машиностроении. Омск: Зап-Сиб. кн.изд., Омское отд-ние,1965, с.14-20.

16. Jenny И о. 66auton?aiisefics Pru-J-en von Jnnengevt/inden.- Industrie Anzeiger, tg6?, 83, a/6<, p. /357-/35-3.

17. Au-tomatLsche Gevindpru-fmasc/jine. - We , 197Qt 5-6, У4, p. 2S/.

18. Rar. £>5/5-96 (Англия). dmprovements refaiing -60 serew ganges and -tht-edd comparators /Station dudfey JFr-nest r

19. OnySj, 8 /3Bric/grnemts 0/Specifications 0/Jnveniions , f95g} rp /9, MKHQrOiё 6-//S нки/о£(2) V1/2rK62/.gg.oo^.e,

20. Werner. Pro Seme o/er Gevc/ndprufung t Techn. Тёё. Рг-oikt. MetaeeSearS, Zerfm / /g?21 66, л/4,p. Ш- /44-.

21. Пискорский Г.А., Рабинович A.H. Приборы для контроля цилиндрических резьб. Москва - Киев: Машгиз, Южное отд-ние,I960.- 119 с.

22. Пискорский Г.А. Автоматический контроль малых наружных крепежных резьб. В кн.: Автоматизация в машиностроении.- Киев Москва: Машгиз, Укр. отд-ние, 1955, с.254-261.

23. Уваров А.В., Андреев Л.В. Механизация контрольных операций.- Машиностроитель, 1975, № 8, с.18.

24. Игнатов А.В. Приборы для повышения производительности контроля резьб. Машиностроитель, I960, № 3. - 23 с.

25. Рабинович А.Н., Беспалов К.И., Златогурский P.P. и др. Автоматизация контроля в машиностроении и приборостроении. М.: Машгиз, 1963. - 124 с.

26. Рабинович А.Н., Пискорский Г.А. Некоторые вопросы точности контроля наружной метрической резьбы. В кн.: Автоматизация в машиностроении /Под ред. А.Н.Рабиновича. - Львов, Львовский политехи.институт, 1959, с.17-34.

27. Запьол MussedV. determining -thraad. puafuty 8y olLjferentLaB gaging.- Too8.£*пдгч 3>еа8ог-л, /960, а/4, p. 6Б-69.27. dr-uakBu/t 8e trie. £ene G-ewindpru/rnaszhine, fradoe 1975,/Ъ, ^Stp. /62.

28. Пат. 1623208 (ФРГ). Прибор для измерения внутренних и наружных резьб /Пауль Мюллер. Опубл. в изобретениях за рубежом, 1975, № I МНИ G- 01 ё 5/16 НКИ 42в УДК 621.99.001.4.

29. Златогурский P.P. Некоторые вопросы автоматизации контроля внутренних резьб. В кн.: Автоматизация в машиностроении. /Под ред. А.Н.Рабиновича. - Львов, Львовский политехи.институт, 1959, с.259-265.

30. Пат. 1623208 (ФРГ). Прибор для измерения резьбы /Пауль Мюллер.- Опубл. в Изобретениях за рубежом, 1975, № 14. МКИ& 01 S 5/16 НКИ 42в УДК 621.99.001.4.

31. G-aSSeg £. Schrev/-th re аа!ganging.- Machine 5hop magazine Condor?, /gsg t 2Q, y/2,p. 697-7OO.

32. G-p wfno/ea'reipun к t messang. Ma s c/?/n en ma rkt:, VJurzSarg, /9S9f л/ 9Яtp 32.

33. MunkedL.A. £//ccient ihr-aad measurement in n?ass production. Wire Шг-Sd Jniematconaf,

34. Vu'sseftfer/j /96Z, a/S, p. 2.29-2 3 Л

35. Яковенко А.В., Родионов И.В., Ерёмин А.В. Анализ технологических особенностей повышения надежности резьбового сопряжения. В кн.: Вопросы динамики механических систем виброударного действия. - Новосибирск: НЭТИ, 1980, с.137-144.

36. Родионов И.В. Исследование машин для разрушения мерзлых грунтов и горных пород. Новосибирск: Западно-Сибирское книжное изд-во, 1976. - 144 с.

37. Гельфанд М.Л., Ципенюк Я.И., Кузнецов O.K. Сборка резьбовых соединений. М.: Машиностроение, 1978. - 109 с.

38. Солодовников В.В. Основные черты технической кибернетики. Автоматическое управление и вычислительная техника. М.: Гостехиздат, 1958, вып.1, с.36-41.

39. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. - 768 с.

40. Яковенко А.В. Исследование машины вращательно-ударного бурения с автоматически регулируемым режимом работы. Дис. . канд.техн.наук. - Новосибирск, 1970. - 132 с.

41. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. /Под ред. Солодовникова В.В. М.: Машгиз, 1967. - 172 с.

42. Алабужев П.М., Родионов И.В., Белобородов Т.К. 0 применении принципа механического саморегулирования параметров процесса бурения в машинах для проходки скважин. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1966, № 5, с.46-53.

43. Алабужев П.М., Родионов И.В., Белобородов Т.К. Принципы саморегулирования параметров процесса бурения. В кн.: Механика машин. - М.: Наука, 1966, вып.1, с.24-29.

44. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. - 640 с.

45. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1979. - 567 с.

46. Планетарные передачи. Справочник. /Под ред.Кудрявцева В.Н., Кидряшева Ю.Н. Л.: Машиностроение, 1977. - 536 с.

47. Левитский Н.И. Кулачковые механизмы. М.: Машиностроение, 1964. - 288 с.

48. Алабужев П.М., Зуев А.К., Ярунов A.M. Повышение к.п.д. смещенного кулачкового механизма при постоянном нулевом угле давления. В кн.: Изв, СО АН СССР, Новосибирск, 1964, № 6,с.99-103.

49. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. Пер. с англ./Под ред.Бусленко Н.П. М.: Мир, 1972. - 381 с.

50. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Таллай A.M. Планирование промышленных экспериментов: Модели динамики. М.: Металлургия, 1978.- 112 с.

51. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 279 с.

52. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин.- Л.: Энергия, 1975. 576 с.

53. Глаговский Б.А., Пивен И.Д. Электротензометры сопротивления.- Л.: Энергия, 1972. 72 с.

54. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1970.- 544 с.

55. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х т. T.I, 5-е изд., перераб., и доп. М.: Машиностроение, 1978.- 728 с.

56. Болыпев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.- М.: Наука, 1968. 474 с.

57. Ерёмин А.В., Родионов И.В., Шипов А.А., Яковенко А.В. Экспериментальное исследование процесса вращательно-ударного свинчивания резьб. В кн.: Исследование механических систем виброударного действия. - Новосибирск: НЭТИ, 1979, с.147-152,

58. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. -Л.: Наука, 1968. 96 с.

59. Мудров В.И., Кушко B.JI. Методы обработки измерений. М.: Сов.радио, 1976. - 192 с.

60. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Об эффективных коэффициентах трения при вибрациях. В кн.: Изв.АН СССР. Механика. Отд. техн.наук, 1958, № 4, с.68-72.

61. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964. - 412 с.

62. Миклашевский Е.П. Определение сил трения, преодолеваемых вибрирующим оборудованием. М.: Тр.ВИА им.В.В.Куйбышева. Сер.Механика, вып.198, 1964, с.36-42.

63. Александров Е.В., Соколинский В.Б. Прикладная теория и расчёты ударных систем. М.: Наука, 1969. - 201 с.

64. Гольдсмит В. Удар. М.: Стройиздат, 1965. - 448 с.

65. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977. - 224 с.

66. Еидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1972. - 416 с.

67. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. Учебное пособие. 2-е изд.перераб. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 272 с.

68. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Наука, 1968. - 480 с.

69. Мак-Кракен Д., ДоригУ. Численные методы и программированиена ФОРТРАНЕ. Пер. с англ./Под ред.Наймарка В.М. М.: Мир, 1978, - 510 с.

70. А.с. № 769297 (СССР). Полуавтомат для контроля резьбы.

71. А.В.Яковенко, И.В.Родионов, А.В.Ерёмин, А.А.Шипов. Опубл. в Б.И., 1980, № 37.

72. Ерёмин А.В. К вопросу автоматизации контроля резьбы на тонкостенных деталях. В кн.: Автоматизация производственных процессов. - Новосибирск: НГУ-НЭТИ, 1978, с.141-148.

73. В зависимости от сопротивления вращению калибра, макетный >азец обеспечивает три режима работы: вращательный, вращательно-фный и ударный.

74. В процессе испытаний полуавтомат производил следующие опера :: навинчивание калибра на деталь ; расклинивание резьбового со-жения постукиванием по оправке с калибром перед вывинчиванием; инчивание калибра.

75. Регулировка режимов работы полуавтомата при навинчивании плексного проходного калибра на деталь с резьбой УП 116x2 ответ установленным нормам.1. Выводы

76. Макетный образец полуавтомата для контроля резьб в целом со-етствует проектным параметрам.

77. Этот макет положен в основу для создания опытно-промышленного азца полуавтомата для контроля резьб большого диаметра.

78. От п/о "Сибсельмаш": вный технолог/ 'ЛММАЪ/f А. А. Шипов ^главного инженераi——"В.В.Гостенко1. От Н Э Т И:

79. Завкафедрой прикладной механики, профессор

80. И. В. Родионов Младший научный сотрудник А • В. Еремин.' Кузнецови1. АКТо внедрении результатов разработки автоматизированного контрольного устройства для измерения резьб тонкостенных цилиндрических деталей.

81. Внедрение подобной установки в производство позволит полностью зтоматизировать технологический цикл изготовления деталей 02009 и !004.

82. Сроки заводских испытаний опытного образца полуавтомата,установ~ нные решением научно-технического совета НПО "Сибсельмаш" от ,01.82г.по причинам,не зависящим от Еремина А.В.,были перенесены П кв.1985г.