автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и разработка машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки деталей

на правах рукописи

НИКИТИНА Ольга Витальевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАШИН С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ВИБРАЦИОННЫМ ПРИВОДОМ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО-ЗАЧИСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.02.13-Машины, агрегаты и процессы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 2004

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

БАСентяков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Б.В. Севастьянов

кандидат технических наук, профессор В.В.Юшков

Ведущая организация: ФГУП «Боткинский завод»

Защита состоится " 2004 года в часов на

заседании диссертационного совета Д 212.065.03 ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим присылать по указанному адресу.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Ю.В.Турыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный уровень развития машиностроения предъявляет высокие требования к оборудованию и оснастке для изготовления деталей машин, к их качеству и внешнему виду, которые в значительной мере определяются отделочными операциями. На предприятиях машиностроительной и приборостроительной промышленности трудоемкость этих операций составляет 10...25 % от общей трудоемкости изготовления детали.

Для выполнения отделочно-зачистных операций на предприятиях используются два основных типа машин. Первый тип - стационарные машины для объемной обработки большого количества деталей небольших размеров, и второй тип - ручной механизированный инструмент с вращательным движением для обработки поверхностей крупногабаритных деталей. Недостатком первого типа машин является невозможность выполнять размерную обработку деталей, а недостатком второго - интенсивное загрязнение окружающей среды пылевидными отходами обработки. Наибольшее распространение получили машины с электрическим приводом, применение которого во взры-вопожароопасных производствах не рекомендуется. Не имеющий такого недостатка пневматический привод используется редко. Указанные выше ограничения в использовании известных машин для выполнения отделочно-зачистных операций определены Международным стандартом OHSAS 18001:1999 «Системы менеджмента здоровья и безопасности на производстве».

Перспективным способом отделочно-зачистной обработки деталей машин является виброабразивная обработка. Интерес к виброабразивной обработке объясняется ее широкими технологическими возможностями, простотой конструкции машин и высокой производительностью процесса. Причинами, которые сдерживают внедрение таких машин в производство, являются ограниченность сведений о простых, надежных и безопасных вибрационных приводах, отсутствие сведений о возможности выполнения размерной обработки деталей и риск загрязнения окружающей среды пылевидными отходами обработки.

Таким образом, исследования в направлении разработки новых машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки деталей актуальны.

Цель работы - научное обоснование проектирования машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки с расширением функциональных возможностей и повышением промышленной и экологической безопасности их применения.

Направления исследования: 1. Разработать и исследовать пневматическую шлифовальную машину для

ручной виброаСразивной

)бр^огжЦ1№МИ|Я*1М11е)й деталей, коториЯ одно-

временно с обработкой офспечИМЩВДИбАие пули:

- определить геометрические параметры проточной части вибрационного привода пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечиваются максимальные частота и амплитуда вибрации;

- определить геометрические параметры проточной части эжектора пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечивается максимальная производительность удаления отходов обработки.

2. Составить математическую модель машины для ручной виброабразивной обработки с пневматическим вибрационным приводом, которая позволит установить зависимость амплитуды и частоты вибрации от основных геометрических и энергетических параметров машины.

3. Составить математическую модель процесса функционирования машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки, которая позволит определить необходимые для практической реализации этого процесса частоту и амплитуду вибрации.

4. Выполнить экспериментальные исследования и получить данные, необходимые при проектировании пневматического вибрационного привода машины для инерционной виброабразивной обработки деталей и обоснования возможности выполнения на такой машине размерной обработки деталей.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе теоретических положений классической механики, методов математического моделирования, аналитических методов и средств вычислительной техники, методов математического анализа, дифференциального и интегрального исчисления.

Экспериментальные исследования базируются на использовании современного оборудования и средств измерительной техники в лабораторных условиях на специально разработанных экспериментальных установках. Обработка полученных результатов проводилась с использованием методов математической статистики средствами вычислительной техники. На защиту выносятся:

1. Научно обоснованная методика проектирования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, в которой совмещены функции обработки и удаления пыли, результаты ее экспериментального и теоретического исследования.

2. Результаты экспериментального и теоретического исследования машины для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях с пневматическим вибрационным приводом, которая обеспечивает возможность выполнения размерной обработки деталей.

Научная новизна состоит: в результатах экспериментального исследования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки, позволяю-

щих определить рациональные параметры вибрационного

привода и эжектора, при которых обеспечиваются максимальная эффективность обработки деталей и удаления пыли;

в математической модели машины для ручной виброабразивной обработки с пневматическим вибрационным приводом позволяющей установить зависимость амплитуды и частоты вибрации от основных параметров машины;

в математической модели процесса функционирования машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки, позволяющей определить необходимые для реализации этого процесса амплитуду и частоту вибрации;

в обосновании возможности выполнения размерной обработки деталей с применением машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки и экспериментальных данных, необходимых при проектировании вибрационного привода такой машины.

Достоверность результатов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью теоретических исследований с экспериментальными данными.

Практическая ценность и реализация работы. Созданы экспериментальные образцы и разработана техническая документация на ручную механизированную машину с пневматическим вибрационным приводом для от-делочно-зачистной обработки поверхностей деталей и на машину для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях. Разработана методика проектирования таких машин и рекомендации по технологическим приемам работы с ними.

Ручная пневматическая шлифовальная машина внедрена на операции окончательной обработки поверхностей деревянных изделий с использованием абразивных шкурок в ОАО «Боткинская промышленная компания», машина для инерционного виброшлифования предложена к внедрению на операции по снятию заусенцев с плоских зубчатых колес после зубофрезерова-ния на ФГУП "Боткинский завод", а также результаты диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Безопасность жизнедеятельности» в Боткинском филиале Иж-ГТУ.

Апробация. Результаты исследований доложены на У-ой Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 19-20 февраля 2002г.); на научно - методической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ (Воткинск, март, 2002г.); на 11-ой Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Пенза, октябрь 2002г.); на научно-технической конференции с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 29-30 мая, 2003г.); на Международной научно-

технической конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 8-14 сентября 2003 г.); на научно-технической конференции, посвященной 50-летию Боткинского филиала ИжГТУ (Воткинск, 9-10 декабря, 2003); на Всероссийской научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (Пенза, 12-13 марта, 2004), международная научно-техническая конференция «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 6-12 сентября 2004 г.), на семинарах кафедры «Технология машиностроения и приборостроения» Боткинского филиала ИжГТУ в 2002,2003,2004 годах.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 печатных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 114 наименований. Работа изложена на 143 листах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, излагается научная новизна и практическая значимость проведенных теоретических и экспериментальных исследований, формулируются основные положения, выносимые на защиту, приводится структура диссертации.

В первой главе проведен анализ машин для обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях с пневматическими вибрационными приводами, приспособлений и технологических процессов для поверхностной виброабразивной обработки деталей.

Обзор оборудования для реализации вибрационного способа обработки показал, что вибрационное оборудование применяют для обработки широкой номенклатуры деталей в условиях массового и серийного производства.

Для осуществления вибрационного движения любой машине необходим вибрационный привод. В машинах применяются как однокомпонетные, так и многокомпонетные, гармонические и полигармонические вибрационные приводы. По принципу возбуждения применяемые вибрационные приводы подразделяются на механические, электрические, пневматические и гидравлические.

Проведенный аналитический обзор виброприводов показал, что струйные пневматические вибраторы являются весьма перспективными для использования их в качестве вибропривода оборудования для инерционной виброабразивной обработки. Они обладают следующими достоинствами: • большой долговечностью, так как используют в качестве силовой кинематической связи поток сжатого ьоздуха, что позволяет исключить подшипники, шарниры и другие силовые механические связи, быстро изнашивающиеся под действием вибрационных нагрузок;

• простота регулировки амплитуды и частоты колебаний;

• достаточно высокой удельной мощностью;

• они более дешевы и просты в изготовлении;

• абсолютно взрыво- и пожаробезопасны;

Исследования машин и процессов вибрационной обработки выполненные Малкиным Д.Д. (НИИ ЧАСПРОМ), а так же исследования вихревых устройств выполненные Бубновым В А (МГТУ "Станкин"), Сентяковым Б.А. и Бакировым P.M. (ВФ ИжГТУ) позволили подойти к созданию средств для отделочно-зачистной обработки с пневматическим вихревым виброприводом, позволяющих при их низкой себестоимости решать конкретные задачи на отделочно-зачистных операциях, в конечном итоге снижающие себестоимость изготовления деталей и повышающие производительность и культуру труда.

Все существующие методы отделочно-зачистных операций (030) плоских поверхностей деталей можно разбить на четыре группы, каждая из которых преследует следующие конечные цели:

удаление дефектного слоя с неорганизованных (черновых) поверхностей, например, снятие дефектного слоя на разных отливках и т. п.; удаление местных дефектов (ликвидов) с обработанных поверхностей, например, снятие заусенцев на всех этапах технологического процесса и т.п.;

создание сильно развитого микрорельефа, либо необходимой шероховатости поверхности, примером этой группы могут служить операции по созданию сильно развитого микрорельефа перед склеиванием, или, например, операции по подготовке поверхности под покрытие, операции по приданию товарного вида поверхности и т.п.;

исправление погрешности формы поверхности детали и получение точного размера, например, шлифование или доводка поверхности детали в размер и т.п.

Операции первых трех групп, в противовес четвертой, не являются формообразующими, а форма и размер обрабатываемых поверхностей после обработки либо безразличны, либо должны быть сохранены прежними.

При формообразовании плоских поверхностей металлических и неметаллических деталей различными методами (литьем, прессованием, ковкой, горячей и холодной штамповкой, фрезерованием и др.) на них остаются излишки материалов, которые должны быть удалены или ликвидированы, поэтому их называют ликвидами. К ним относятся грат, облой, пригары, окалина, шаржированные частицы, жировые и масляные пленки, загрязнения, а так же заусенцы.

Анализ машин, оборудования, приспособлений для обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях показал, что заусенцы среди прочих ликвидов занимают лидирующее место. Установлено, что появление заусенцев неизбежно, можно лишь путем изменения режимов обработки и характеристик инструмента свести до минимума их размеры. Трудо-

емкость операций по удалению заусенцев составляет от 10 до 40 % общей трудоемкости изготовления детали. В настоящее время известно около 40 методов удаления заусенцев, в том числе и с плоских поверхностей деталей, каждый из которых имеет свою рациональную область применения.

Аналитический обзор показал, что снятие заусенцев вибрационной обработкой - это универсальный метод, пригодный для обработки деталей широкой номенклатуры. Он может использоваться при обработке как мелких, так и крупных деталей.

Конструкции струйных пневматических виброприводов известны, но требуют доработки.

Методики расчета пневматических струйных виброприводов практически отсутствуют, а, следовательно, требуется разработка методики расчета основных конструкционных параметров виброприводов для получения частоты и амплитуды колебаний соответствующей требованиям предъявляемым технологией виброабразивной обработки.

В результате критического анализа машин, приспособлений, технологических процессов для поверхностной вибрационной обработки деталей сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

Во второй главе представлены теоретические исследования ручной пневматической шлифовальной машины и машины для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях с пневматическим вибрационным приводом и процесса виброабразивной обработки поверхностей деталей.

Представлены результаты математического моделирования пневматической шлифовальной машины (ПШМ), которое может быть разделено на две основные модели - модель процесса взаимодействия потока сжатого воздуха и несбалансированного объекта (в нашем случае турбины со смещённым центром тяжести), помещенного в замкнутую вихревую камеру и модель процесса шлифования абразивным инструментом пневматической шлифовальной машины (шлифовальной шкурки) с заданными параметрами качества обработки деталей.

При моделировании воздействия потока сжатого воздуха на несбалансированный объект в вихревой камере получена формула максимальной угловой скорости вращения такого объекта: ^

Получено дифференциальное уравнение движения такого объекта:

где 30 - момент инерции турбины относительно её оси вращения, Н'М'С2;

Рм - движущая сила ПШМ, которая появляется за счет потока сжатого воздуха, истекающего из тангенциального питающего сопла, Н;

Кт - радиус турбины, м;

Мтрск - момент силы трения скольжения между подшипником и турбиной ПШМ, возникающая на торце, Нм;

1тт - масса турбины, кг;

тгр - масса груза, кг;

гс - радиус центра масс турбины, который равен отрезку ОС, м;

I/ - коэффициент трения между подшипником и турбиной ПШМ;

г„ - радиус подшипника, м;

со - угловая скорость вращения турбины, 1/с.

Уравнение (2) получено из условия баланса сил, действующих на объект в вихревой камере (рис.1.). Здесь показаны ^ - движущая сила ПШМ, которая появляется за счет потока сжатого воздуха, истекающего из тангенциального питающего сопла, - момент силы трения скольжения между подшипником и турбиной ПШМ, возникающей на торце, Нм; Ф - сила инерции турбины с грузом, Н; N сила реакции опоры, Н.

Рис. 1. Силы, действующие на объект в вихревой камере пневматической шлифовальной машины

Выведено дифференциальное уравнение движения центра масс пневматической шлифовальной машины:

Дважды проинтегрировав это выражение и подставив начальные условия: при 1=0, Хо = е, ха =0,Уо = 0, найдена амплитуда вибрации ПШМ:

е - эксцентриситет центра тяжести ПТТТМ относительно начало координат, то есть радиусу центра масс (гцх) нашей системы;

М- масса пневматической шлифовальной машины, кг; _/) - коэффициент трения между абразивным инструментом ПТТТМ и обрабатываемой деталью.

Далее представлены результаты математического моделирования процесса обработки поверхностей деталей на машине с пневматическим вибрационным приводом. Пневматические вибрационные приводы, в которых реализуется эффект взаимодействия вихревого потока с объектом в виде тела вращения, помещенного в замкнутую вихревую камеру, в силу гибкости их характеристик - возможности без значительных затрат изменения амплитуды и частоты вибрации - являются приводным элементом установки для инерционной виброабразивной обработки деталей, схема которой приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема установки для изучения процесса функционирования машин для инерционной виброабразивной обработки деталей

Установка состоит из корпуса 1, на котором свободно с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости размещена платформа 2 с нанесенным на него абразивом. Соосно платформе, на нижней её поверхности, закреплен вибропривод 3, связанный с источником сжатого воздуха. На абразиве без механического закрепления помещены обрабатываемые детали 4. Сверху рабочая зона установки закрыта прозрачным щитком 6. Для уменьшения сил

трения в зоне контакта платформы с корпусом предусмотрены

аэростатические опоры.

При подаче сжатого воздуха к вибрационному приводу последний приводит в колебательное движение платформу с амплитудой а и частотой со. Вследствие того, что детали, размещенные на платформе, обладают инерцией, при соответствующей скорости колебательного процесса они остаются неподвижны и за счет относительного движения абразивных частиц с их торцевой поверхности происходит съём металла.

Для вывода условия работоспособности такой схемы обработки составлена схема (рис. 3). Любая произвольная точка А, принадлежащая платформе и имеющая полярные координаты Ra, у, совершает движение по закону:

Ха = Ra- cos у+ а • cos cot, (5)

Ya = Ra • sin y+ a " sin cot,

Представив обрабатываемую деталь в виде точки массой и имея в виду, что на неё действуют сала инерции и сила трения, уравнения равновесия детали при таком законе движения имеет вид:

-а• та- со2 • sin a>t = m0-g -fT, -а- та- (о7 • cos cot = ma' g 'fr (б)

Y

X Jy О \ \У(ф)

/\____СО-гг Qi

i Г Г1*

\ \ а \Г 0 У Ха 1/ у

Рис. 3. Кинематика взаимодействия обрабатываемой детали с вибрирующей платформой машины

Возведя обе части этих уравнений в квадрат и суммируя их почленно, получено условие, при котором любая деталь, находящаяся на платформе, заведомо будет иметь относительное перемещение по платформе - т.е. будет возможна обработка ее торцевой поверхности абразивными зернами, размещенными на платформе:

а

где fr - коэффициент трения в зоне контакта обрабатываемой детали с платформой; К- коэффициент запаса, гарантирующий вытолнение эго условия.

Анализируя вид выражений (б) и графики изменения ускорений, заметим, что в некоторые промежутки времени At ускорения движения платформы могут быгть недостаточны для получения сил инерции, превышающих силы трения в зоне контакта обрабатытаемой детали с платформой, следовательно, в течение этих промежутков времени возможно совместное движение платформы и детали без их проскальзывания, т.е. без обработки последней. Величина этих промежутков времени определяется выражением:

At = arcsinfg fT/ а-(о\) (8)

Учитывая гармонический характер движения элементов рассматриваемой системы, принято, что обрабатываемая деталь, в случае ее проскальзыта-ния, также совершает гармонические движения относительно своего центра тяжести, но с меньшей амплитудой, находящейся в прямой зависимости от времени совместного движения:

a/a0 = l/At (9)

где а„ - амплитуда колебаний детали относительно своего центра тяжести.

Линейное относительное смещение обрабатываемой детали и платформы в любом произвольном направлении и на любом расстоянии от центра вращения отделяется как разность амплитуд по формуле:

Аа = а-а„ (10)

Подставив в выражение (4) значение принятой угловой скорости из формулы (3) и используя зависимости (5) и (6), получено выражение для определения относительной величины линейного смещения обрабатытаемой

Так как величина относительного смещения не может бить отрицательной, следовательно, принятый коэффициент запаса К не может быть меньше, чем 1,68. Например, при К=2 смещение детали относительно платформы будет составлять 0,3 от амплитуды колебаний платформы а, при К=3 - 0,686а, при К=4 - 0,823а. Увеличение коэффициента запаса более 4-х может привести к неоправданному увеличению мощностей реального устройства и снижению его эффективности.

При проведении исследований по отклонениям формы поверхностей деталей, обработанный машинами с пневматическим вибрационным приводом, обнаружено, что поверхность последних после обработки имеет отклонения от плоскостности в форме завалов, величина которык увеличивается от центра к периферии детали.

Представлены результаты теоретического исследования этих отклонений, позволяющие в дальнейшем, при обработке, прогнозировать форму

обработанной поверхности и делать выводы о возможности обработки по данному способу.

На распределение нормальной нагрузки в процессе относительного движения детали по абразивной вставке решающее действие оказывают опрокидывающие моменты, действующие на деталь в процессе обработки. Анализ факторов, влияющих на величину опрокидывающих моментов, показал, что последние зависят от кинематики движения обрабатываемых деталей, их массы, положения центра масс и площади опорной поверхности детали (для круглого образца - диаметра опорной поверхности).

Для оценки формы поверхности детали введен коэффициент геометрической точности (КГТ), который для данной точки поверхности детали характеризуется отношением минимального съема материала в данный момент времени по всей поверхности детали к съему в средней точке (рис. 4).

На основе проведенного анализа выдвинута и доказана гипотеза, что значение КГТ не зависит от свойств абразива и обрабатываемого материала детали, а определяется только распределением удельных давлений по обрабатываемой поверхности детали, которые зависят от опрокидывающих моментов, и соответственно от распределения массы детали по высоте и площади опорной поверхности, если поверхность детали испытывает преимущественно один тип разрушения, например, микрорезание.

(1

кгт=—

Ятт

Рис. 4. Определение коэффициента геометрической точности

В ходе исследований обнаружен линейный характер зависимости КГТ от выше перечисленных факторов. Поэтому было принято решение о планировании экспериментов по схеме полного факторного эксперимента. Причем значение времени обработки вынесено из ранга варьируемых переменных и принято равным 7 мин., что характерно для второго периода обработки - стабилизации формы обрабатываемой поверхности.

Для установления зависимости КГТ от параметров обрабатываемой детали реализован полный факторный эксперимент.

Уровни варьирования факторов выбраны исходя из конкретных параметров деталей и представлены в табл. 1.

Приняв уравнение регрессии в виде линейной модели с взаимодействием факторов, после определения коэффициентов регрессии, проверке их значимости и проверки адекватности модели определили, что максимальное

Таблица 1.

_Уровни варьирования факторов.

Уровень _Варьируемые факторы_

фактора Диаметр образца, Высота центра Масса образца,

__4 мм__масс, Нц, мм__ш, гр._

Верхний__70__21/7__291,92

Нижний__25__3,5 28,82

значение КГТ может быть определено по формуле:

КГТ= -148,09 + 3,14-d + ll,93H4-0,25dH4 (13)

d=25 ... 70 мм; Нч = 3,5 ... 21,7 мм.

Исходя из найденного значения КГТ и зная значения номинального линейного съема материала с поверхности детали (q,iOI,), можно прогнозировать максимальные отклонения от плоскостности поверхности детали после обработки, как КГТ ■ q„0M. Реальные значения неплоскостности поверхности детали будут заведомо меньше расчетной величины.

В третьей главе приведены результаты исследования пневматического вибропривода стационарной установки (рис. 5) для обработки плоских поверхностей деталей (шлифование, снятие заусенцев, притирка, изготовление микрошлифов), результаты экспериментального исследования процесса виброабразивной обработки поверхностей деталей.

Для изучения процесса съема заусенцев с плоских зубчатых колес после зубофрезерования проведены эксперименты на новой установке с пневматическим в ибрационным приводом для инерционной виброабразивной

Рис. 5. Экспериментальная установка с пневматическим вибрационным приводом для обработки поверхностей деталей

обработки поверхностей деталей, преследующие своей целью выбора режимов обработки, шлифовальной шкурки для ее осуществления и норм времени таких, чтобы происходил полный съем заусенцев.

Эксперименты проведены на зубчатых колесах из Стали 40Х, модулем т = 2 мм, с числом зубьев Ъ = 50, массой М = 1.1 кг, высотой центра масс Нц = 19 мм, производимые в цехе № 8 ФГУП «ГПО "Боткинский завод"». При опытах частота колебаний виброплатформы составляла Б = 76 Гц, амплитуда колебаний равнялась А = 2,4 мм.

Исследован процесс съема заусенцев на шлифовальных шкурках двух типов: 1) крупнозернистая 71СТ50НМ561 ГОСТ 6456 - 82; 2) мелкозернистая 14А20НМ ГОСТ 5009-82.

На основе данных по высоте отдельных заусенцев найдены средние значения высоты заусенцев в каждый момент времени, результат сведен в

Зависимость изменения средней высоты зусенцев во времени

Рис. 6. Характеристики машины с пневматическим вибрационным приводом по уменьшению средней высоты заусенцев во времени при обработке на установке для ОИВАО. График 1 - на шлифовальной шкурке 71СТ50НМ 561 ГОСТ 6456 - 82; график 2 - обработка на шлифовальной шкурке 14А20НМ ГОСТ 5009 - 82

таблицу, по данным которой построен график уменьшения средней высоты заусенцев во времени (рис.6).

После проведения опытов выяснилось, что для полного удаления заусенцев максимальной высотой 1.8 мм шкуркой типа 2 потребовалось 19 минут, тогда как на шлифовальной шкурке типа 1-13 минут.

Анализ съема заусенцев в процессе экспериментов показывает, что на шлифовальной шкурке типа 2 все заусенцы испытывают преимущественно один тип разрушения - микрорезание, тогда как на крупнозернистой шкурке типа 1 микрорезание сочетается как с усталостным разрушением "длинных" заусенцев, так и с ударно-абразивным их съёмом. В процессе

съема сначала идет интенсивное истирание самых высоких заусенцев, а затем уже и остальных.

В четвертой главе приведены результаты исследования пневматической шлифовальной машины (рис. 7) для виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях. Пневматическая шлифовальная машина (рис. 8) содержит корпус 1, с расположенным в его внутренней полости пневмодвигателем в виде струйного вибропривода, и эжектором для отсоса отходов обработки, который состоит из центральной вставки 6 и трубчатого элемента 5 со сходящимся кольцевым зазором 13, напорная полость которого соединена с внутренней полостью корпуса 1 через выхлопные тангенциальные каналы 12, а также клапан подачи сжатого воздуха 2. Внутрь вихревой камеры помещена несбалансированная турбина 3, на некотором на расстоянии от центра которой расположен груз 20. Трубчатый элемент 5 служит для закрепления к корпусу 1 инструмента в виде эластичного диска 9 с абразивной вставкой 10, например, из шлифовальной шкурки. Осевой канал 11 трубчатого элемента 5 служит для транспортировки пыли из зоны обработки. На крышке 4 с возможностью свободного радиального перемещения размещен корпус рукоятки 7. Осевые и радиальные перемещения рукоятки ограничивает упорное кольцо 8. Рукоятка выполнена полой с кольцевой полостью 14 трапецеидального сечения для сбора пыли и выхлопным отверстием 15. В полости корпуса рукоятки напротив эжектора при помощи регулировочного элемента 16 закреплена заслонка 17 в виде диска. Между центральной вставкой 6 и заслонкой 17 предусмотрен зазор, регулируемый при помощи элемента 16. В корпусе предусмотрено отверстие 18, сообщающее его внутреннюю полость с атмосферой пневмолинией через клапан подачи сжатого воздуха 2, в котором подвижно установлен дросселирующий элемент 19, причем площади проходного сечения отверстия 18 и пневмолинии больше площади проходного сечения клапана подачи сжатого воздуха 2.

Рис. 7. Пневматическая шлифовальная машина

Критериями работоспособности пневматической

шлифовальной машины, предназначенной для реализации технологии виброабразивной обработки поверхностей деталей, являются параметры колебательного процесса - амплитуда и частота вибрации корпуса, и разрежение в центральном канале эжектора. Увеличение амплитуды и частоты вибрации приводит к повышению производительности обработки, а увеличение разрежения повышает эффективность сбора пылевидных отходов обработки.

Рис. 8. Схема пневматической шлифовальной машины

Параметры колебательного процесса определяются геометрической формой и массой размещенного в корпусе машины несбалансированного объекта, которым может быть цилиндр, совершающий обкат по внутренней поверхности корпуса или несбалансированная турбина, а также скоростью и расходом потока сжатого воздуха, истекающего из тангенциального питающего сопла.

Разрежение в центральном канале эжектора зависит от геометрических размеров его проточной части (рис. 9) и расхода воздуха, истекающего через него из внутренней полости корпуса в атмосферу.

Считая воздух идеальной несжимаемой жидкостью, уравнение неразрывности потока, истекающего из тангенциального питающего сопла во внутреннюю полость корпуса и далее из эжектора в атмосферу, можно представить в виде:

Ш2(р0-рМ05={1ц1Г2(рк -рМ0'5 +Ш2(р1-ра)/рг_(14)

где /о и Цо - площадь сечения (м ) и коэффициент расхода тангенциального питающего сопла; /1 и Ц1 - минимальная площадь зазора (м2) и коэффициент расхода кольцевого сопла эжектора; /2 и ц2 - площадь сечения (м2) и коэффициент расхода отверстия; р0 - давление воздуха перед тангенциальным питающим соплом, Па; рк - давление воздуха в рабочей камере пневматической машины, Па; ра - атмосферное давление, Па; р - плотность воздуха, кг/м3.

Из уравнения (14) следует, что для увеличения расхода через тангенциальное сопло давление воздуха в рабочей камере пневматической машины рк нужно уменьшать, а для увеличения расхода через кольцевое сопло эжектора - увеличивать. Это значит, что при расчете параметров проточной части пневматической шлифовальной машины не будет возможности назначить их такими, чтобы одновременно обеспечивалась максимальная производительность машины и максимальная эффективность удаления пыли. Следовательно, расчет может быть только компромиссным.

В четвертой главе приведены результаты исследования пневматической шлифовальной машины для виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях, которые показали, что рациональный диаметр тангенциального питающего сопла Ос = 4 мм, рациональная масса груза Мг = 100 г, рациональный диаметр отверстия, соединяющего внутреннюю полость камеры с атмосферой Оао = 8 мм.

Для проведения опыта по определению зависимости разрежения в центральном канале от давления питания при различных величинах кольцевого зазора ъ в эжекторе была использована экспериментальная установка, состоящая из компрессора, манометра, вакуумметра.

Опыт проводился при закрытом атмосферном отверстии, что обеспечило максимальное разрежение в центральном канале. В центральный канал герметично вставлялась трубка, соединенная с вакуумметром, через тангенциальное питающее сопло подавался сжатый воздух давлением Ро (значение давления определялось по показанию манометра). При включении машины в центральном канале создавалось разрежение, которое фиксировалось на вакуумметре. Вначале был установлен минимальный зазор, равный 0,4мм, затем, путем регулировки, значение увеличивалось на 0,1мм, до значения 0,8мм.

Замеры проводились при пяти различных величинах кольцевого зазора ъ: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8мм. Схема эжектора представлена на рис. 9.

Рис. 9. Схема проточной части и эжектора пневматической шлифовальной машины

Опыт показал, что наибольшее разрежение в центральном канале, а следовательно, максимальный отсос отходов обработки с поверхностей деталей пневматической шлифовальной машиной достигается при зазоре z = 0,5 мм.

По результатам опыта построена диаграмма (рис. 10): Для исследования производительности сбора пыли была использована древесная пыль плотностью р= 167,3 кг/м3. Исследование проводилось при закрытом атмосферном отверстии и оптимальном кольцевом зазоре z, установленным в предыдущем опыте и равном z = 0,5мм, что обеспечило максимальную производительность сбора. С помощью секундомера было установлено время сбора.

Рис. 10. Зависимость разрежения в центральном канале пневматической шлифовальной машины от давления питания при различных кольцевых зазорах z

Пыль была разделена на 3 части по 5г, 5г и 5,2г, и равномерно рассыпана на поверхностях одинаковой площади. Пыль собиралась при различных значениях давления питания Р0. После окончания сбора каждой части, пыль, оставшаяся в пылесборнике, была взвешена, и установлено количество пыли, не задержанное фильтром и выброшенное в атмосферу. Схема опыта показана на рис. 11. Результаты опыта занесены в таблицу 2.

Производительность сбора определена по формуле 0с6=шД По результату эксперимента построена диаграмма (рис. 12).

Таким образом, при рациональных параметрах пневматической шлифовальной машины максимальная производительность сбора пыли <5сб=0,167*10"3 кг/с обеспечивается при давлении питания Ро=0,28 МПа.

Остаток пыли в

Рис. 11. Схема сбора пыли пневматической шлифовальной машиной

Таблица 2.

Результаты опыта по сбору пыли.

Масса собираемой пыли ш, г Давление питания Ро, Мпа Время сбора t, с Выброс пыли в атмосферу пь™, г Остаток пыли в пылесборнике Шост, г

5 0,28 30 0,5 4,5

5 0,24 35 0,2 4,8

5,2 0,18 40 0,1 5,1

J 0 167

Ё1

0 24 ' 0 28

Дав1синс питания Р„ МПа

Рис. 12. Зависимость производительности сбора пыли QC6 от давления питания Pq

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе приведено научное обоснование проектирования машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки поверхностей деталей с расширением функциональных возможностей машин для инерционной и для ручной виброабразивной обработки и повышением их промышленной и экологической безопасности за счет совмещения функций обработки и удаления пыли, а также обоснование возможности выполнения размерной обработки деталей.

В процессе исследования получены следующие основные результаты:

1. Научно обоснована методика проектирования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, которая одновременно с обработкой обеспечивает удаление пыли:

- определены геометрические параметры вибрационного привода пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечиваются максимальные частота и амплитуда вибрации;

- определены рациональные параметры проточной части эжектора, при которых обеспечивается удаление 98% образующейся пыли.

2. Получена математическая модель пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, в которой составлено и решено необходимое при расчете дифференциальное уравнение динамики движения несбалансированного объекта в вихревой камере, учитывающее массу объекта, помещенного в вихревую камеру, силу трения между подшипником и турбиной, а также скорость и расход потока сжатого воздуха, истекающего из тангенциального питающего сопла.

3. Получена математическая модель процесса функционирования машины с пневматическим виброприводом для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей, позволяющая определить необходимые для реализации этого процесса частоту и амплитуду вибрации.

4. Получены экспериментальные данные, необходимые для проектирования пневматического вибрационного привода машины для инерционной виброабразивной обработки деталей и обоснования возможности выполнения на такой машине размерной обработки деталей.

Основные выводы по работе: 1. Для увеличения амплитуды и частоты вибрации рабочего элемента машины для ручной виброабразивной обработки давление воздуха в рабочей камере машины нужно уменьшать, а для повышения эффективности сбора пыли - увеличивать. Это значит, что при расчете параметров проточной части пневматической шлифовальной машины не будет возможности назначить их такими, чтобы одновременно обеспечивалась максимальная производительность машины и максимальная эффективность удаления пыли. Следовательно, расчет может быть только компромиссным.

2. Машина с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки позволяет выполнять размерную обработку деталей, причем коэффициент геометрической точности при этом не зависит от свойств абразива и обрабатываемого материала, а определяется только распределением удельных давлений по обрабатываемой поверхности детали, которые зависят от распределения массы детали по высоте и площади опорной поверхности.

3. Минимальная частота колебаний платформы машины для инерционной виброабразивной обработки деталей пропорциональна коэффициенту трения в зоне контакта обрабатываемой детали с платформой и обратно-пропорциональна требуемому линейному проскальзыванию детали относительно платформы с коэффициентом запаса, гарантирующим выполнение этого условия не меньше, чем 1,68.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в ОАО «Боткинская промышленная компания» в качестве рекомендаций для проектирования и расчета пневматических шлифовальных машин с вибрационным приводом. Изготовлены и апробированы опытные образцы машин. Эффект от их внедрения обусловлен сокращением трудоемкости обработки плоских поверхностей деталей из дерева по сравнению с ручной обработкой, уменьшением вероятности возникновения пожароопасной ситуации по сравнению с применением электрического инструмента и уменьшением случаев профессиональных заболеваний рабочих. Результаты работы используются при чтении лекций по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Безопасность жизнедеятельности» в Боткинском филиале ИжГТУ.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Никитина О.В. Математическая модель пневматической шлифовальной машины. // Сборник трудов научно-методической конференции Боткинского филиала ИжГТУ «Теория. Эксперимент. Практика». - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2004. - С. 117-123.

2. Никитина О.В. Исследование отклонений формы поверхности деталей при виброабразивной обработке. // Сборник статей международной научно-технической конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы». - Волжский, 2003. - С. 150-153.

3. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Порошин А.В. Исследование пневматического вихревого привода элементов оборудования для отделочной обработки // Вестник машиностроения. -2003. - №11. - С. 61-62.

4. Сентяков Б.А., Никитина О.В. Расчет параметров проточной части пневматической ллифовальной машины // Сб. материалов V Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении». - Ч. II. - Пенза, 2002. - С. 140-142.

5. Сентяков Б.А., Никитина О.В. Практическое использование эффекта взаимодействия вихревого потока с механическими объектами в машиностроении // Сб. материалов научно-методической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ. - Воткинск, 2002. - С. 103-107.

6. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Тимофеев Л.В., Овчинников СВ. Исследование эффекта эжекции в пневматической шлифовальной машине // Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференция «Инновации в машиностроении». - Пенза, 2002. - С. 139-141.

7. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Порошин А.В. Экспериментальное исследование элементов оборудования для отделочной обработки с пневматическим вихревым приводом. // Сб. материалов научно-технической конференции с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах». - Ч. III. - Ижевск, 2003. - С. 73-75.

8. Никитина О.В., Сентяков Б.А. Экспериментальное определение коэффициента геометрической точности при вибрационном шлифовании. // Сб. тр. научно-методической конференции Боткинского филиала ИжГТУ. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.-С. 165-171.

9. Никитина О.В., Сентяков Б.А. Моделирование процесса взаимодействия потока частиц абразива с микронеровностями обрабатываемой детали. // Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов». - Пенза, 2004. -С. 56-59.

10. Никитина О.В., Сентяков Б.А. Исследование процесса автоматизированного инерционного виброшлифования. // Сборник статей международной научно-технической конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы». - Волжский, 2004. - С. 253-256.

11. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Порошин А.В. Исследование элементов оборудования для инерционной виброабразивной обработки. // Сборник трудов научно-методической конференции Боткинского филиала ИжГТУ «Теория. Эксперимент. Практика». - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2004. - С. 123-127.

1 2 66 1 4

Подписано к печати 20 11 2004 Формат 60x84/16 Бумага писчая Усл печ л 1.0 Тираж 100 экз

Отпечатано в Боткинском филиале ИжГТУ 427430, г Воткинск, ул Мира 1а

Введение.

Глава 1. Анализ машин, приспособлений, технологических процессов для отделочно-зачистной обработки деталей.

1.1. Анализ машин для реализации вибрационного способа обработки поверхностей деталей.

1.2. Анализ и обоснование выбора пневматического вибропривода машин для отделочно-зачистной обработки поверхностей деталей.

1.3.Обзор и анализ существующих методов отделочно-зачистных операций (ОЗО) плоских поверхностей деталей.

Актуальность темы. Современный уровень развития машиностроения предъявляет высокие требования к оборудованию и оснастке для изготовления деталей машин, к их качеству и внешнему виду, которые в значительной мере определяются отделочными операциями. На предприятиях машиностроительной и приборостроительной промышленности трудоемкость этих операций составляет 10.25 % от общей трудоемкости изготовления детали.

Для выполнения отделочно-зачистных операций на предприятиях используются два основных типа машин. Первый тип - стационарные машины для одновременной объемной обработки большого количества деталей небольших размеров, и второй тип - ручной механизированный инструмент с вращательным движением инструмента для обработки поверхностей крупногабаритных деталей. Недостатком первого типа машин является невозможность выполнять размерную обработку деталей, а недостатком второго - интенсивное загрязнение окружающей среды пылевидными отходами обработки. Наибольшее распространение получили машины с электрическим приводом, применение которого во взрывопожароопасных производствах не рекомендуется. Не имеющий такого недостатка пневматический привод используется редко. Указанные выше ограничения в использовании известных машин для выполнения отделочно-зачистных операций определены Международным стандартом OHSAS 18001:1999 «Системы менеджмента здоровья и безопасности на производстве».

Перспективным способом отделочно-зачистной обработки деталей машин является виброабразивная обработка. Интерес к виброабразивной обработке объясняется ее широкими технологическими возможностями, простотой конструкции машин и высокой производительностью процесса. Причинами, которые сдерживают внедрение таких машин в производство являются ограниченность сведений о простых, надежных и безопасных вибрационных приводах, отсутствие сведений о возможности выполнения размерной обработки деталей и риск загрязнения окружающей среды пылевидными отходами обработки.

Таким образом, исследования в направлении разработки новых машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки деталей актуальны.

Объектом исследования являются машины с пневматическим вибрационным приводом, используемые для отделочно-зачистной обработки поверхностей деталей.

Предметом исследования является математические модели шлифовальных машин для виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделоч-но-зачистных операциях с пневматическим вибрационным приводом и математическая модель процесса инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей

Цель работы - научное обоснование проектирования машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки с расширением функциональных возможностей и повышением промышленной и экологической безопасности их применения. Направления исследования:

1) Разработать и исследовать пневматическую шлифовальную машину для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, которая одновременно с обработкой обеспечивает удаление пыли:

- определить геометрические параметры проточной части вибрационного привода пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечиваются максимальные частота и амплитуда вибрации;

- определить геометрические параметры проточной части эжектора пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечивается максимальная производительность удаления отходов обработки.

2) Составить математическую модель машины для ручной виброабразивной обработки с пневматическим вибрационным приводом, которая позволит установить зависимость амплитуды и частоты вибрации от основных геометрических и энергетических параметров машины.

3) Составить математическую модель процесса функционирования машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки, которая позволит определить необходимые для практической реализации этого процесса частоту и амплитуду вибрации.

4) Выполнить экспериментальные исследования и получить данные, необходимые при проектировании пневматического вибрационного привода машины для инерционной виброабразивной обработки деталей и обоснования возможности выполнения на такой машине размерной обработки деталей.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе теоретических положений классической механики, методов математического моделирования, аналитических методов и средств вычислительной техники, методов математического анализа, дифференциального и интегрального исчисления.

Экспериментальные исследования базируются на использовании современного оборудования и средств измерительной техники в лабораторных условиях на специально разработанных экспериментальных установках. Обработка полученных результатов проводилась с использованием методов математической статистики средствами вычислительной техники.

На защиту выносятся:

1. Научно обоснованная методика проектирования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, в которой совмещены функции обработки и удаления пыли, результаты ее экспериментального и теоретического исследования.

2. Результаты экспериментального и теоретического исследования машины для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей на от-делочно-зачистных операциях с пневматическим вибрационным приводом, которая обеспечивает возможность выполнения размерной обработки деталей.

Научная новизна состоит:

- в результатах экспериментального исследования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки, позволяющих определить рациональные параметры вибрационного привода и эжектора, при которых обеспечиваются максимальная эффективность обработки деталей и удаления пыли;

- в математической модели машины для ручной виброабразивной обработки с пневматическим вибрационным приводом позволяющей установить зависимость амплитуды и частоты вибрации от основных параметров машины;

- в математической модели процесса функционирования машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки, позволяющей определить необходимые для реализации этого процесса амплитуду и частоту вибрации;

- в обосновании возможности выполнения размерной обработки деталей с применением машины с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки и экспериментальных данных, необходимых при проектировании вибрационного привода такой машины.

Практическая ценность и реализация работы. Созданы экспериментальные образцы и разработана техническая документация на ручную механизированную машину с пневматическим вибрационным приводом для отделоч-но-зачистной обработки поверхностей деталей и на машину для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей на отделочно-зачистных операциях. Разработана методика проектирования таких машин и рекомендации по технологическим приемам работы с ними.

Ручная пневматическая шлифовальная машина внедрена на операции окончательной обработки поверхностей деревянных изделий с использованием абразивных шкурок в ОАО «Боткинская промышленная компания», машина для инерционного виброшлифования предложена к внедрению на операции по снятию заусенцев с плоских зубчатых колес после зубофрезерования на ФГУП "Боткинский завод", а также результаты диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Безопасность жизнедеятельности» в Боткинском филиале ИжГТУ.

Апробация. Основные результаты работы отражены в 11 научных публикациях, докладывались на следующих научно-технических конференциях:

- V-ая Всероссийская научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 19-20 февраля 2002г.);

- научно - методической конференция, посвященная 50-летию ИжГТУ (Вот-кинск, март, 2002г.);

- П-ая Всероссийская научно-практическая конференция «Инновации в машиностроении» (Пенза, октябрь 2002г.);

- научно-техническая конференция с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 29-30 мая, 2003г.);

- Международная научно-техническая конференция «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 8-14 сентября 2003 г.);

- научно-техническая конференция, посвященной 45-летию Боткинского филиала ИжГТУ (Воткинск, 9-10 декабря, 2003);

- Всероссийская научно-практическая конференция "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (Пенза, 12-13 марта, 2004);

- Международная научно-техническая конференция «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 6-12 сентября 2004 г.).

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенные на 145 листах машинописного текста. В работу включены 65 рисунка, 23 таблицы и список литературы из 119 наименований.

Основные выводы по работе:

1. Для увеличения амплитуды и частоты вибрации рабочего элемента машины для ручной виброабразивной обработки давление воздуха в рабочей камере машины нужно уменьшать, а для повышения эффективности сбора пыли - увеличивать. Это значит, что при расчете параметров проточной части пневматической шлифовальной машины не будет возможности назначить их такими, чтобы одновременно обеспечивалась максимальная производительность машины и максимальная эффективность удаления пыли. Следовательно, расчет может быть только компромиссным.

2. Машина с пневматическим вибрационным приводом для инерционной виброабразивной обработки позволяет выполнять размерную обработку деталей, причем коэффициент геометрической точности при этом не зависит от свойств абразива и обрабатываемого материала, а определяется только распределением удельных давлений по обрабатываемой поверхности детали, которые зависят от распределения массы детали по высоте и площади опорной поверхности.

3. Минимальная частота колебаний платформы машины для инерционной виброабразивной обработки деталей пропорциональна коэффициенту трения в зоне контакта обрабатываемой детали с платформой и обратно-пропорциональна требуемому линейному проскальзыванию детали относительно платформы с коэффициентом запаса, гарантирующим выполнение этого условия не меньше, чем 1,68.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в ОАО

Боткинская промышленная компания» в качестве рекомендаций для проектирования и расчета пневматических шлифовальных машин с вибрационным приводом. Изготовлены и апробированы опытные образцы машин. Эффект от их внедрения обусловлен сокращением трудоемкости обработки плоских поверхностей деталей из дерева по сравнению с ручной обработкой, уменьшением вероятности возникновения пожароопасной ситуации по сравнению с применением электрического инструмента и уменьшением случаев профессиональных заболеваний рабочих. Результаты работы используются при чтении лекций по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Безопасность жизнедеятельности» в Боткинском филиале ИжГТУ.

Заключение

В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований в работе приведено научное обоснование проектирования машин с пневматическим вибрационным приводом для отделочно-зачистной обработки поверхностей деталей с расширением функциональных возможностей машин для инерционной и для ручной виброабразивной обработки и повышением их промышленной и экологической безопасности за счет совмещения функций обработки и удаления пыли, а также обоснование возможности выполнения размерной обработки деталей.

В процессе исследования получены следующие основные результаты:

1. Научно обоснована методика проектирования пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, которая одновременно с обработкой обеспечивает удаление пыли:

- определены геометрические параметры вибрационного привода пневматической шлифовальной машины, при которых обеспечиваются максимальные частота и амплитуда вибрации;

- определены рациональные параметры проточной части эжектора, при которых обеспечивается удаление 98% образующейся пыли.

2. Получена математическая модель пневматической шлифовальной машины для ручной виброабразивной обработки поверхностей деталей, в которой составлено и решено необходимое при расчете дифференциальное уравнение динамики движения несбалансированного объекта в вихревой камере, учитывающее массу объекта, помещенного в вихревую камеру, силу трения между подшипником и турбиной, а также скорость и расход потока сжатого воздуха, истекающего из тангенциального питающего сопла.

3. Получена математическая модель процесса функционирования машины с пневматическим виброприводом для инерционной виброабразивной обработки поверхностей деталей, позволяющая определить необходимые для реализации этого процесса частоту и амплитуду вибрации.

4. Получены экспериментальные данные, необходимые для проектирования пневматического вибрационного привода машины для инерционной виброабразивной обработки деталей и обоснования возможности выполнения на такой машине размерной обработки деталей.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй М.: Физматгиз, 1960. -712 с.

2. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика М.: Наука, 1976. - 888 с.

3. Айзенберг Т.Б. и др. Руководство к решению задач по теоретической механике / Т.Б. Айзенберг, И.М. Воронков, В.М. Осецкий и др.; Под ред. И.М. Воронкова. 6-е изд. - М.: Высш. Школа, 1968. - 417 с.

4. А.с. 528185 СССР, МКИ В 24 В 23/02. Пневматическая шлифовальная машина /E.JI. Симкин, С.З. Левтов, В.В. Гайдуков, Ю.П. Окунев (СССР), N 2065796/25-8; заявл. 09.10.74; опубл. 15.09.76, Бюлл. N 34.

5. А. с. 747700 СССР, МКИ В 24 В 23/00. Ручная машина / Ибрагимов Е.Х., Левтов С.З., Ведерников Г.В., Мячин Е.В. № 2602168/25-08; заявл. 12.04.78; опубл. 15.07.80, Бюлл. № 2.

6. А.с. 1445813 (СССР) Пневматический вибровозбудитель / Потепенко И.А., Василенко А.Я., Санин С.Л., Солохненко А.А. Опубл. в БИ № 47, 1988.

7. А.с. 1466890 (СССР) Пневматический вибровозбудитель / Гончаревич Ю.Ф., Аверин А.С., Глапзков М.И., Балакин Ю.А., Дружинин Г.И. Опубл. в БИ № 11, 1989.

8. А.с. 1523191 (СССР) Пневматический шариковый вибровозбудитель / Карякин В.П., Григорьева М.Н., Никонов Г.К., Красненков Ю.И., Сидоров О.В., Лоренцо Г.М., Кирсанова Л.А. Опубл. в БИ № 43, 1989.

9. А.с. 1789299 СССР, МКИ В 06 В 1/18. Пневматический вибровозбудитель / Сентяков Б.А., Бакиров P.M., Шаранов А.И., Климов С.В. (СССР), № 4939807/29; заявл. 30.05.91; опубл. 23.01.93, Бюлл. №3.

10. Ахметшин Н.И. Вибрационное резание металлов. М.: Машиностроение, 1987. - 234 с.

11. Аэродинамика закрученной струи / Под ред. Ахмедова Р.Б. М.: Энергия, 1977.-208 с.

12. Бабичев В.Е., Рысев Т.Н. Наладка и эксплуатация станков для виброабразивной обработки. М.: Машиностроение, 1988. - 126 с.

13. Бабичев А.П., Трунин В.Б. Вибрационные станки для обработки деталей. -М.: Машиностроение, 1984. 257 с.

14. Баланин Б.А. О разгоне твердых частиц в канале // Инженерно-физический журнал. 1990. № 1. - т. 58. - с. 16 - 19.

15. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Некоторые вопросы применения вибраций в технологии машиностроения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1961. - № 12. - С. 88 - 99.

16. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. Издание 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. - 326 с.

17. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю. Теоретическая механика в примерах и задачах. Т. 1-2. - М.: Наука, 1986.

18. Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986.-560 с.

19. Близнец М.М., Кузменкова Е.И. Износостойкость эпоксидных покрытий, модифицированных минеральными структурирующими наполнителями в маслоабразивных средах // Известия ВУЗов. Серия Машиностроение, 1991.-№ 1-3.-86-88 с.

20. Будунов Н.Ф., Беляева Т.В. К расчету закрученных течений с возвратными токами // Математические модели течений жидкости. / М.: Наука, 1978.-с. 40-50.

21. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969. - 364 с.

22. Быховский И.И., Гольдштейн Б.Г. Основы конструирования вибробезопасных ручных машин. М.: Машиностроение, 1982. - 224 с.

23. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. Справочник / Под ред. В. А. Баумана, И. И. Быховского и Б. Г. Гольдштейна. -М.: Машиностроение, 1970. 548 с.

24. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. — 27-е изд., испр. М.: Наука, 1986. - 320 с.

25. Высоцкий А.В., Курочкин А.П. Конструирование и наладка пневматических устройств для линейных измерений М: Машиностроение, 1972. -153 с.

26. Генкин М.Д., Русаков A.M., Яблонский В.В. Электродинамические вибраторы. — М: Машиностроение, 1975. 94 с.

27. Герц Е.В., Кудрявцева А.И. и др. Пневматические устройства и системы в машиностроении. Справочник. / Под общ. ред. Е.В. Герц М: Машиностроение, 1981.-408 с.

28. Гладков С.Н. Электромеханические вибраторы — М.: Машиностроение, 1966.-83 с.

29. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. -М.: Наука, 1986.-368 с.

30. Гликман Б.Ф. Нестационарные течения в пневмогидравлических цепях -М.: Машиностроение, 1979. 256 с.

31. Гольдштейн Б.Г., Школьник A.M. Пневматические и гидравлические вибраторы. ЦНИИТЭстроймаш IV серия Механизированный инструмент и отделочные машины. / М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1973. 55 с.

32. Гольдштик М.А. Вихревые потоки Новосибирск: Наука, 1981. - 366 с.

33. Гольдштик М.А., Штерн В.Н. Гидродинамическая устойчивость и турбулентность. Новосибирск: Наука, 1977. - 368 с.

34. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. — М.: Машиностроение, 1988. 256 с.

35. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. / Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-588 с.

36. Енохович А.С. Краткий справочник по физике. М.: Высш. Школа, 1968.- 186 с.

37. Ицкович Г.М. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. — М.: Высшая школа, 1970. 254 с.

38. Калимулин P.M. Конструкции источников колебаний для вибрационных станков // Станки и инструмент. 1993. - № 5. 22-23 с.

39. Каминер А.А., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике Киев: Техника, 1987. - 175 с.

40. Келлер O.K., Кратыш Г.С. Ультрозвуковая очистка Л.: Машиностроение, 1997.-184 с.

41. Ковшов А.Н. Технология машиностроения. Учебник. М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

42. Козлов Ю. С., Кузнецов О. К., Тельнов А. Ф.Очистка изделий в машиностроении М.: Машиностроение, 1982. - 264 с.

43. Кольнер С.В., Мороз И.И. и Харламов И.П. Электрохимический полуавтомат мод. МА-31 для снятия заусенцев на металических деталях // Станки и инструмент.- 1962. N 4. С.

44. Котельников Р.Б. Анализ результатов наблюдений. — М.: Энергоатомиз-дат, 1986.-144 с.

45. Крагельский И.В., Добычин М.Н. Основы расчета на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1974. — 253 с.

46. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов М.: Машиностроение, 1977. -526 с.

47. Красовский Г.П., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Мн.: Изд-во БГУ, 1982. - 302 с.

48. Кривченко Г.И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1978. - 320 с.

49. Кулаков Ю. М., Хрульков В. А. Отделочно зачистная обработка деталей. -М.: Машиностроение, 1979. - 216 с.

50. Кумабэ Д. Вибрационное резание. М.: Машиностроение, 1985. - 246 с.

51. Лебедев И.В. и др. Элементы струйной автоматики / И.В. Лебедев, С.Л. Трескунов, B.C. Яковенко. М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.

52. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа М.: Наука, 1973. - 848 с.

53. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. Т. 1-2. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983. -640 с.

54. Ляч Ю.В., Лапшин К.Л. Расчет неравномерного закрученного потока в кольцевых диффузорах // Теплоэнергетика, 1993. № 11. 48 — 50 с.

55. Мартынов A.M., Лямин В.А., Скрябин В.А. Определение основных технологических параметров камерного способа абразивной обработки деталей // Известия ВУЗов. Серия Машиностроение, 1990. № 9. - 95-101 с.

56. Мартынов A.M., Бродянский В.М. Исследование параметров вихревого потока внутри трубы Ранка-Хилша // Инженерно-физический журнал. -1967.-т. 12.№6. с. 248-253.

57. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. - 358 с.

58. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике / М.: Машиностроение, 1969. 184 с.

59. Мур Д. Основы и применение трибоники / Под ред. И.В. Крагельского и Г.И. Трояновской М.: Мир, 1978. - 488 с.

60. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.

61. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Тимофеев Л.В., Овчинников С.В. Исследование эффекта эжекции в пневматической шлифовальной машине // Сбрник статей II Всероссийской научно-практической конференция «Инновации в машиностроении». Пенза, 2002. - С. 139-141.

62. Никитина О.В., Сентяков Б.А., Порошин А.В. Исследование пневматического вихревого привода элементов оборудования для отделочной обработки // Вестник машиностроения. 2003. - №11. - С. 61-62.

63. Никитина О.В., Сентяков Б.А. Экспериментальное определение коэффициента геометрической точности при вибрационном шлифовании. // Сб. тр. научно-методической конференции Боткинского филиала ИжГТУ. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003. С. 165-171.

64. Обзор зарубежного станкостроения / Вибрационные бункера, транспортеры и вибраторы к ним. // М.: Отдел внедрения и научно-технической информации, 1961. 71 с.

65. Опирский Б.Я., Денисов П.Д. Новые вибрационные станки: конструирование и расчет Львов: Свит, 1991. - 160 с.

66. Отдел очно-абразивные методы обработки. Справ, пособие / Кожуро Л.М., Панов А.А., Пономарева Э.Б., Чистосердов П.С. Под общ. ред. П.С. Чистосернова. Минск: Высшая школа, 1983. - 287 с.

67. Паршин И. П., Коротин И. М. Выбивка, очистка и обрубка отливок. -М.: Высшая школа, 1967. 136 с.

68. Патент на изобретение № 2128569. Пневматическая шлифовальная машина /А.В. Порошин, Б.А. Сентяков, Л.В. Тимофеев; заявл. 20.11.96; зарегистрировано 10.04.99.

69. Патент РФ № 1775279 Устройство для обработки плоских поверхностей / Сентяков Б.А., Бакиров P.M., Исупов Г.П., Шельпяков А.Н. Опубл. в БИ № 42, 1992.

70. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Нау-кова думка, 1988.

71. Повидайло В.А. Вибрационные устройства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1962. - 248 с.

72. Политов И.В., Кузнецов Н.А. Виброабразивная обработка деталей машин и приборов Л.: Лениздат, 1965. - 124 с.

73. Посников В.И., Мымрин Ю.Н. Эффективность исследований и разработок в машиностроении. М.: Машиностроение, 1980.

74. Примеры расчетов по гидравлике. Учебн. пособие для ВУЗов. Под ред. А.Д. Альтшуля. М.: Стройиздат, 1977. - 255 с.

75. Проволоцкий А.Е. Струйно-абразивная обработка деталей машин Киев: Техника, 1989. - 177 с.

76. Промышленная аэродинамика. Аэродинамика лопаточных машин, каналов, струйных и отрывных течений. Сб. статей. М.: Машиностроение, 1987.-224 с.

77. Прудников С.Н. Расчет управляющих устройств пневматических систем М.: Машиностроение, 1987. - 152 с.

78. Рейнольде А. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. /Пер. с англ. М.: Энергия, 1979. - 408 с.

79. Рябинин М.В. Установившееся течение вязкой жидкости в камере вихревого элемента // Известия ВУЗов. Серия Машиностроение. 1990. № И-12.-41-44с.

80. Рябов В.В. Отвод металлической стружки пневмотранспортом — М.: Машиностроение, 1988. 148 с.

81. Сабуров А.Н., Карпов С.В., Осташев С.И. Теплообмен и аэродиномика закрученного потока в циклонных устройствах / Под ред. Сабурова Э.Н. Л.: Изд-во Ленингр. университета, 1989. - 276 с.

82. Сентяков Б.А., Никитина О.В. Расчет параметров проточной части пневматической шлифовальной машины // Сб. материалов V Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении». Ч. И. - Пенза, 2002. - С. 140-142.

83. Сентяков Б.А., Никитина О.В. Практическое использование эффекта взаимодействия вихревого потока с механическими объектами в машиностроении // Сб. материалов научно-методической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ. Воткинск, 2002. - С. 103-107.

84. Сентяков К.Б. Оценка стабильности вращения цилиндра в вихревой камере // Труды электронной заочной конференции «Молодые ученые -первые шаги третьего тысячелетия». Ижевск: Изд-во Ижевского государственного технического университета, 2000. - с. 78-81.

85. Серебрицкий П. П. Обработка деталей металлическими щетками Л.: Лениздат, 1967. - 152 с.

86. Смирнов Е.М. К вопросу формирования закрученных струй, вытекающих из кольцевых сопел // Инженерно-физический журнал. — 1975. № 4. -с. 643-652.

87. Спиридонов А.А., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов Свердловск: Изд. УПИ, 1975.-149 с.

88. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении / под ред. И.Г. Космачева Л.: Ленинград, 1966.

89. Сухович Е.П. Аэродинамика вихревой камеры // Известия академии наук Латвийской ССР. 1969. - № 4. - с. 78-88.

90. Такадзава Т. Техника удаления заусенцев / Пер. Б 20243 статьи из журнала "Кикай-Но Кэнкю". 1978. Т. 30. N 7. С. 875 - 880.

91. Точность и производственный контроль в машиностроении. Справочник / И.И. Болонкина, А.К. Кутай, Б.М. Сорочкин. Б.А. Тайц. Под общ. ред. А.К. Кутая, Б.М. Сорочкина. Л.: Машиностроение, 1983. - 368 с.

92. Трилисский В. С., Эрленеков С. В. К вопросу удаления заусенцев после механической обработки // Вестник машиностроения. 1992. - N 5. - С. 54 - 57.

93. Турбулентное смешение газовых струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. М: Наука, 1974. - 187 с.

94. Фролов С.В., Шостак Р.Я. Курс высшей математики. Учебн. Пособие для ВТУЗов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1973. - Т. 1-2.

95. Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов. Пер. с японского. / Под ред. С.Л. Масленникова М.:Мир, 1982. -232 с.

96. Хвингия М.В. Динамика и прочность вибрационных машин с электромагнитным возбуждением -М.: Машиностроение, 1980. 144 с.

97. Хвингия М.В., Тедошвили М.М. , Питимашвили И.А. и др.; Под ред. К.М. Рагульскиса. Низкочастотные электровибрационные машины. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. - 95 е.: - (Б-ка инженера. Вибрационная техника; Вып. 14).

98. ЮЗ.Хмара В.Н., Сергеев В.Н. Работа вихревой машины в режиме пневмо-двигателя // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. -1982.-N5.-С. 72-74.

99. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания материалов. -М.: Изд-во АН СССР, 1960.105.1Докур А.К., Наружный В.Н. Виброабразивная обработка деталей перед нанесением покрытий // Известия ВУЗов. Серия Машиностроение, 1990. — № 10.- 106-109 с.

100. Шерстюк А.Н. Расчет течений в элементах турбомашины М.: Машиностроение, 1967. - 187 с.

101. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя М.: Наука, 1974. - 711 с.

102. Шукялис А.В. Электромагнитные генераторы механических колебаний. -Д.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 176 с.

103. Юфин А.П. Гидромеханизация М.: Стройиздат, 1974. - 223 с.

104. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. В 2-ух ч. Издание 5-ое, исправленное. -М.: Высшая школа, 1977. 432 с.

105. Ш.Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. М.: Высш. школа, 1966. -Ч. 1-2.

106. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н., Гридин А.Д. Финишная обработка деталей потоком уплотненного абразива М.: Наука и техника, 1978. - 224 с.

107. Aibring W. Uber zeitbestandige, Vom Hauptstrom geschlepte wirbelsysteme // Maschinenbautechnik. 1989. № 5.

108. Finni J. Erosion of Surfaces by Particles // Wear. 1960. Vol. 3. - 87 - 103 p.

109. Gillespie L. K., Blotter P. T. The Formation and Properties of Machining Burrs // Transactions of the ASME. Vol. 98. 1976. N 1. P. 66 74.

110. Lundstrom G., Lundstrom L. Characteristics of a free vortex proximity Sensor // Proc. 5-th Cranfild Conf. 1972, Cranfild - 1973. - p. 8/97 - 8/107.

111. Nestler W. Aktuelle Forschungsaufgaben am Nidergergeschwindigkeitskanal der TU Drezden // Maschinenbautechnik. 1990. № 12.

112. Vatistas G.H., Lam C., Lin S., Kwok C.K. The effect of entrained gas on the vortex combustor flow // AIAA. 1986. № 1608. - p. 3.

113. Wiele N.K., Thibe K.N. Werkzeugubezwachung pneumatische sensorung // Fentigungstechnik und Betz. 1985. № 35. - p. 349-352.