автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Моделирование точности прессовых соединений

Введение.

1 .Аналитический обзор точностных моделей. Постановка задачи исследования.

1.1. Математические модели образования погрешности технологического оборудования

1.2. Объект исследования.

1.3. Постановка задачи исследования.

1.4. Обзор работ, посвященный контакту цилиндрических

1.4.1. Сравнение МКЭ и метода граничных элементов.

1.4.2 Описание контактных задач,методом граничных элементов.

1.4.3 Решение контактных задач методом конечных элементов.

1.5. Выводы по первой главе.

2. Моделирование точности прессовых соединений.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Моделирование условий соприкасания упругих тел при контакте.

2.3. Выводы по второй главе.

3. Вывод основных соотношений для точностных задач прессовых соединений.

3.1. Расчет прессовых посадок при одинаковой длине сопрягаемых деталей.

3.1.1. Вывод основных соотношений.

3.1.2. Моделирование контакта в стыках.

3.1.3. Вывод выражений для контактных нагрузок.

3.2. Расчет прессовых посадок при различной длине сопрягаемых деталей.

3.2.1. Вывод общих выражений для контактной задачи прессовых соединении.

3.2.2. Условие контакта точек сопрягаемых поверхностей.

3.2.3. Вывод соотношений для контактных нагрузок.

3.3. Выводы по третьей главе.

4. Методика расчета точности прессовых соединений.

4.1. Алгоритм расчета.

4.2. Расчетная схема и принятые допущения.

4.3. Перечень необходимых данных.

4.3.1. Обозначения идентификаторов.

4.3.2. Составление расчетной схемы и подготовка исходных данных.

4.3.3. Результаты анализа точности прессовых соединений.

4.5. Выводы по четвертой главе.

В конструкторской и технологической практике часто применяют соединения деталей с натягом. Вследствие натяга на поверхностях контакта возникает давление р, определяющее характер деформирования охватываемой и охватывающей деталей и соответственно, точность функциональных поверхностей деталей и передаваемый крутящий момент.

В настоящее время при исследовании соединений с натягом в технологии машиностроения уделяется внимание преимущественно условиям собираемости и трудоемкости сборки. В то время как в автоматизированном проектировании при анализе размерных цепей вопросы искажения формы функциональных поверхностей, возникающее в результате напрес-совки не учитываются, так как считается, что смещение исполнительной поверхности не происходит. Это объясняется тем, что распределение давлений в стыке принимается равномерным и деформации определяются на основе решения известной задачи Ляме. В теоретических моделях, встречающихся при автоматизированном проектирование, вопрос влияния на точность исполнительной поверхности и положения стыкуемых поверхностей не исследовался, хотя экспериментально установлено, что указанные факторы приводят к неравномерному распределению давлений, следовательно, на качестве и точности соединения в сборочной единице.

Только на основе знания закономерности распределения давлений при напрессовке в зависимости от точности стыкуемых поверхностей, собственных (изгибных) и контактных деформаций деталей возможно получить качественное соединение и оценить точность исполнительных поверхностей, что является актуальным при размерном анализе.

Цель работы. Повышение качества и сокращение сроков проектирования технологического оборудования, содержащего соединение с натягом за счет выявления реальных условий контакта и разработке на этой основе рекомендаций для обеспечения точности относительного положения функциональных поверхностей сопрягаемых деталей.

Научная новизна. Выявление существа функциональных связей между параметрами, определяющими точность сопрягаемых поверхностей для соединений с натягом и совокупностью размерных, точностных и физико-механических свойств материалов сопрягаемых деталей.

Показано, что учет всего комплекса факторов для соединений с натягом приводит к отклонениям формы исполнительных поверхностей и, как следствие этого, к образованию составляющей радиального смещения осей деталей.

На защиту выносится:

•модель формирования качества прессовых соединений на основе анализа процесса контактирования; •раскрытие механизма влияния отклонений формы соприкасающихся поверхностей на достижение качества прессового соединения; •конечно-элементная двухмерная и трехмерная модель контактного взаимодействия прессуемых деталей; •информационное алгоритмическое и программное обеспечение. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, приложений, вывода и рекомендаций, изложенных на 115 страницах, 48 рисунках, списка литературы 88 наименований.

Общие выводы

1. Проведённый анализ методов расчёта прессовых соединений показал, что на этапе автоматизированного проектирования выбор посадок осуществляется из условий передачи крутящего момента или осевой силы на основе известной задачи Ламе. Вопросы точности прессовых соединений не рассматриваются, т.к. исходя из решения задачи Ламе, натяг принимается равномерно распределённым по всему периметру стыка, что приводит к равномерной радиальной деформации и смещение центра оси отверстия становится равным нулю .

2. Анализ литературных источников показал, что вследствие отклонения форм и шероховатости в стыке прессового соединения имеет место неравномерный натяг, вызывающий неравномерное распределение контактных напряжений по всему периметру стыка, что приводит к неравномерной деформации и смещению центра напрессованной детали, что не принимается во внимание в размерном анализе.

3. Количественную оценку точностных показателей прессовых соединений следует производить на основе решения контактной задачи, учитывающей как собственные и контактные деформации, так и неравномерность натяга.

4. Полученные на базе дискретной модели соотношения, описывающие решение конкретной задачи являются нелинейными и для их решения относительно искомых параметров перемещений и контактных нагрузок предложен итерационный метод.

5. В работе показано, что расчёт прессовых посадок при одинаковой длине сопрягаемых деталей с учётом отклонения рельефа сопрягаемых поверхностей можно производить на основа метода конечных и граничных элементов в плоской постановке.

6. Для прессовых посадок с различной длиной соединяемых деталей точность соединения определяется на основе решения контактной задачи в общей постановке. При этом используются объёмные элементы тетраидального типа и поверхностные треугольного типа.

7. Характер контакта деталей в прессовом соединении зависит от допусков и отклонения формы стыкуемых поверхностей. В работе рассматривается точность прессовых соединений для рекомендуемых случаев сопряжения деталей. Показано, что в зависимости от натяга смещения А от втулки достигает для вала диаметром 50мм величин порядка 0,01-г- 0,015мм.

1. Митрофанов В.Г «Связи между этапами проектирования технологических процессов изготовления деталей и их влияние на принятие оптимальных решений». Автореферат Москва: «Мосстанкин», 1980 г.

2. Косов М.Г. «Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования». Автореферат Москва, «Мосстанкин», 1985г.

3. Сычева Н.А. «Обеспечение требуемой точности установки заготовок корпусных деталей в ГПМ с использованием столов-спутников». Автореферат. Москва: «Мосстанкин», 1995 г.

4. Гаврилов А. В. «Определение точности базирования корпусных деталей с учетом размерных, динамических и жесткостных факторов». Автореферат. Москва: МГТУ "СТАНКИН", 1995 г.

5. Данилевский В.В. «Технология машиностроения». М.: Высшая школа, 1977 г

6. Колесов И.М. «Исследование связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей деталей машин». Автореферат Москва: «Мосстанкин», 1967г.

7. Тараненко В.А., Митрофанов В.Г., Косов М.Г. «Технологические способы и средства повышения точности обработки нежестких деталей». -Москва: «Машиностроение», 1969г.

8. Балакшин Б.С. «Основы технологии машиностроения». Москва: «Машиностроение», 1969 г.

9. Комиссаров В.И. «Погрешности выверки и их влияние на точность взаимного расположения соосных и сопряженных отверстий при обработке корпусных деталей на расточных станках». Владивосток, Дальневосточный политехнический институт. 1960 г.

10. Колесов И.М. «Служебное назначение и основы создания машин» Часть 2. Москва: «Мосстанкин», 1973 г.

11. Соколовский А.П. «Научные основы технологии машиностроения». Москва: «Машгиз», 1955 г.

12. Мальков Н.П. «Некоторые закономерности технических размерных связей и использование их при разработке технологических процессов», автореферат. Москва: «Мосстанкин», 1965 г.

13. Прис Н.М. «Исследование пространственных размерных связей и совершенствование методики расчета допусков с целью повышения точности машин». Автореферат. Нижний Новгород, НГТУ.1995 г.

14. Луцюк С.В. «Метод выявления требований к геометрической точности станочного оборудования, исходя из требований к точности изготовляемых деталей». Москва: МГТУ "СТАНКИН", 1999 г.

15. Решетов Д.Н. «Расчет валов (шпинделей) с учетом упругого взаимодействия их с опорами». Москва: «Машгиз», 1939 г

16. Решетов Д.Н., Каминская В.В. и др. «Детали и механизмы металлорежущих станков». Москва: НИИмаш,1979 г.

17. Левина З.М., Решетов Д.Н. «Контактная жесткость машин». -Москва: «Машиностроение», 1971 г.

18. Решетов Д.Н. «Повышение точности металлорежущих станков». -Москва: НИИмаш, 1979 г.

19. Мяченков В.И., Петров В.Б., Заякин С.П. «Численные методы расчета конструкций станков». Москва: «Мосстанкин», 1987 г.

20. Петров В. Б «Разработка методов и средств жесткостных и прочностных расчетов деталей и несущих систем металлообрабатывающих станков в условиях автоматизированного проектирования». Москва: «Мосстанкин», 1985 г.

21. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г. и др. «Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении». Москва: «Машиностроение», 1986г.

22. Царев Г.И. «Разработка метода оценки погрешностей установки деталей в условиях АСТПП». Автореферат. Москва: МГТУ "СТАНКИН", 1999г.

23. Мяченков В.И. и др. «Напряженно-деформированное состояние плоских упруго-пластинчатых систем». Методические указания. Москва : МГТУ "СТАНКИН", 1981 г.

24. Александров А.В. и др. «Методы расчета стержневых систем, пластин и оболочек с использованием ЭВМ». Часть 1. Москва: «Стройиз-дат», 1976г.

25. Александров А. В. и др. «Методы расчета стержневых систем, пластин и оболочек с использованием ЭВМ». Часть 2. Москва: «Стройиз-дат», 1976 г.

26. Хомяков B.C., Луков А. И. «Оптимизация несущей системы одностоечного токарно-карусельного станка». «Станки и инструмент», 1984 г, №5.

27. Чиджавадзе Г.М. «Повышение точности и снижение металлоемкости токарных станков с ЧПУ на основе анализа их конечно-элементных математических моделей». Автореферат. Москва: МГТУ "СТАНКИН",1991 г.

28. Щербаков В.Д. «Сокращение погрешностей обработки нежестких корпусных деталей». Автореферат. Москва: МГТУ "СТАНКИН", 1992г.

29. Рот К. «Конструирование с помощью каталогов» Москва: «Машиностроение», 1995 г.

30. Толкачева И.М. «Структуризация связей в конструкциях режущего инструмента». Москва: ИКТИ РАН, 1999г. Рукопись деп. ВИНИТИ 22.01.99 г., №196-В-99.

31. Зибров П.Ф. «Обеспечение точности функционирования технологического оборудования на основе моделирования процесса трения шероховатых поверхностей с учетом смазки». Автореферат. Москва: МГТУ "СТАНКИН", 1990 г.

32. Базров Б.М. «Технологические основы проектирования самопод-настраивающихся станков». Москва: «Машиностроение» 1978г.

33. Косов М.Г., Феофанов A.M. «Расчет точности технологического оборудования на ЭВМ». Москва: «Мосстанкин»,1969 г.

34. Тимирязев В.А. «Повышение эффективности гибких технологических систем путем комплексного управления размерными связями». Автореферат. Москва: МГТУ «СТАНКИН», 1994 г.

35. Портман ВТ. «Матричный метод расчета точности металлорежущих станков». Автореферат. Москва: МГТУ «СТАНКИН», 1987 г.

36. Портман ВТ., Шустер В.Г., Ребане Ю.К. «Расчет точности станков». Методические рекомендации. Москва: ЭНИМС, 1983

37. Митрофанов В. Г., Схиртладзе А. Г, «Моделирование процесса консольного растачивания отверстий». Москва: «Станки и инструмент». 1981 г., №9.

38. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Косов М.Г «Моделирование точности при автоматизированном проектировании металлорежущего оборудования». Москва: НИИМАШ, 1985 г.

39. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Косов М.Г. «Моделирование точности при проектировании процессов механической обработки». -Москва: НИИМАШ, 1984 г.

40. Саакян Р.В. «Дискретная модель оценки точности закрепления деталей в приспособлениях и соединениях на этапе проектирования». Автореферат. Москва: «Мосстанкин», 1994 г.

41. Сердобинцев Ю.П. «Технологические методы обеспечения требуемых свойств поверхностного слоя сопряжений технологического оборудования». Автореферат. Москва: МГТУ «СТАНКИН», 1991 г.

42. Крагельский И.В. «Трение и износ в машинах». Москва: «Машиностроение», 1968 г.

43. Демкин Н.Б. «Контактирование шероховатых поверхностей». -Москва: «Наука», 1970 г.

44. Рыжов Э.В. «Контактная жесткость деталей машин». Москва: «Машиностроение», 1966г.

45. Пуш В.Э. «Малые перемещения в станках». Москва: «Маш-гиз»1965.

46. Коровчинский М.В. «Теоретические основы работы подшипников скольжения». -Москва: «Машгиз», 1959 г.

47. Коднир Д.С. «Контактная гидродинамика смазки деталей машин». -Москва: «Машиностроение», 1976 г.

48. Каяшев А.И., Митрофанов Р.Г., Схиртладзе А.Г. «Методы адаптации при управлении автоматизированными станочными системами». -Москва: «Машиностроение», 1945г.

49. Апридонидзе А.А. «Моделирование точности обработки с помощью шпиндельных узлов на активных магнитных опорах». Автореферат. -М.: МГТУ «СТАНКИН», 1999 г.

50. Якушев К.И., Воронцов Л.Н., Феофанов Н.М. и др. «Взаимозаменяемость, стандартизация и технологические измерения». Учебник для вузов. 6-е изд. -М.: «Машиностроение», 1987 г.

51. Дунаев П.В. «Конструктирование узлов и деталей машин», -М.: Высшая школа, 1966 г.

52. Воронков Б.Д. «Подшипники сухого трения», 2-е изд. -Л.: Машиностроение, 1979г.

53. Колесов И.М. «Основы технологии машиностроения». М.: Машиностроение, 1997 г.

54. Мирзоев Р.Г. «Пластмассовые детали машин и приборов». -М.: Машиностроение, 1971 г.

55. Андреев Г.Я., Кушаков В.И., Черникова И.Е. «Влияние технологической сборки на качество неподвижных соединений деталей из разнородных материалов». Вестник машиностроения, 1974 г., № 10.

56. Пономарев С.Д., Бидерман В.Л. и др. «Расчеты на прочность в машиностроении». Том 2-Москва: «Машгиз», 1958 г.

57. Галин Л.А. «Контактные задачи теории упругости». «Гостехиз-дат», 1953 г.

58. Галин Л.А. «О давлении твердого тела на пластинку», «Прикладная математика и механика». Том 12, вып. 3, 1948 г.

59. Динник А.Н. «Удар и сжатие упругих тел». Избр. труды, том 1. Изд. АН УССР, 1952 г.

60. Штаерман И.Я. «Контактная задача теории упругости». -Москва: «Гостехиздат», 1949 г.

61. Гальчун Б.Р., Анкудинов Д.Т., Эйдинов М.С. «Инженерный метод расчета распределения удельных давлений на контактных поверхностях цилиндрических шарниров скользящего трения». В сборнике У ПИ, 1966 г.

62. Коваленко Г.Д. «Напряженное состояние цилиндрических упругих тел в условиях действия нормальных и касательных нагрузок». Труды Харьковского инженерного экономического института, том 12, 1962 г.

63. Цейтлин Н.И. «Приближенные аналитические зависимости для определения удельных давлений при тесном контакте цилиндра с цилиндрическим вырезом». В сборнике «Волновые передачи». Москва: «Стан-кин», 1970 г.

64. Косова Н.В. «Влияние изгиба бандажа на распределение контактных напряжений в фрикционных волновых передачах». В сборнике «Волновые передачи». Москва: «Станкин», 1978 г.

65. Косова Н.В. и др. «Исследование контактных давлений в регулируемой цилиндрической опоре». «Машиноведение», 1979 г. №1.

66. Косов М.Г. «Распределение удельных давлений по пятну контакту в фрикционных волновых передачах». В сборнике «Волновые передачи». Москва: «Станкин», 1970 г.

67. Долгов Н.И. «Расчет наружных колец подшипников качения». В сборнике «Расчеты на прочность», Вып. 6.- Москва: «Мосгиз», 1960 г.

68. Огарков В.И., Королев А.Н. «Определение удельного давления между металлическим валом и неметаллической втулкой подшипника скольжения поляризационно-оптическим методом». Известия ВУЗов -Москва: «Машиностроение», 1970 г.

69. Косов М.Г. «Исследование скользящего контакта замкнутого кругового кольца с упругим цилиндром». «Расчеты на прочность», Вып. И.Москва: «Машиностроение», 1971 г.

70. Жаворонок И.В., Кутаева Г.С., Хе В.И. «Распределение напряжений в плоских моделях методом голографической интерферометрии». «Фотоупругость. Развитие методики, инженерные приложения». Москва: «Энергиз», 1975 г.

71. Тарабасов Н.Д. «Расчеты напряженных посадок в машиностроении» Москва: «Машиностроение», 1961 г.

72. Вайнберг Д.В. «Напряженное состояние составляющих дисков и пластин». АН УССР Киев, 1952 г.

73. Косов М.Г. «Исследование некоторых случаев взаимодействия упругих звеньев в волновых передачах». Автореферат Москва: «Станкин», 1968 г.

74. Цейтлин Н.И. «Расчет упругосилового взаимодействия деталей механизмов и его использование в волновых передачах». Сборник «Волновые передачи» Москва: «Мосстанкин», 1983 г.

75. Саакян Р.В., Косов М.Г., Схиртладзе А.Г. «Определение контактных напряжений в РК профильном соединении». - Москва: МГЦНТИ № 324-92, 1992 г.

76. Саакян Р.В., Косов М.Г. «Расчет допусков на составляющие звенья цилиндрических соединений с учетом деформативности». В сборнике «Комплексное обеспечение точности автоматизированных производств». -Пенза: ПГТУ, 1995 г.

77. Абрамов И.В., Щенятский А.В., Турыгин А.Б. «Напряженно-деформированное состояние и несущая способность многослойных прессовых соединений». «Вестник машиностроения» , 1997 г. № 3.

78. Сигерлинд JI. «Применение метода конечных элементов». Москва: Мир, 1979 г.

79. Тимошенко С.П., Гудьер С.П.,Теория упругости.- М.: Наука, 1975г.

80. Шахдева Т., Фамакришнан С., Натараджан Р. «Применение метода конечных элементов при исследовании упругого контакта».

81. Нижина E.J1. «К решению контактных задач методом конечных элементов». «Машиноведение», 1975 г. № 5. 87. Зенкевич О. «Метод конечных элементов в технике». Москва: «Мир», 1975 г.

82. Суржанинов М.В. «Моделирование точности закрепления корпусных деталей в условиях автоматизированного проектирования». Автореферат. Москва: МГТУ «Станкин», 2000 г.