автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Обеспечение качества уплотнительных соединений в серийном автоматизированном сборочном производстве

На правах рукописи

Хайбуллов Константин Анатольевич

Обеспечение качества уплотнительных соединений в серийном автоматизированном сборочном производстве

Специальность 05 13 06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□03064594

Москва 2007

003064594

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» в Московском государственном техническом университете «СТАНКИН»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Гусев Алексей Алексеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор

Житников Юрий Захарович

кандидат технических наук Новоселов Вячеслав Иванович

Ведущая организация:

ОАО «Электромашина», г. Белгород

Защита диссертации состоится «Л6> » С&^/^А. 2007 года в часов на заседании диссертационного совета К212 142 01 при Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу 127055, ГСП, Москва, Вадковский пер, д За

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан « _2007 года

Отзыв на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по адресу диссертационного совета

Ученый секретарь диссертационного Совета К 212 142 01

Тарарин И М

Общая характеристика работы Актуальность работы. Качество многих изделий насосов водяных и масляных автомобильных, тракторных и авиационных, редукторов различных назначений, дифференциалов автомобильных и тракторных гидро- и пневмоци-линдров и многих других изделий зависит от уплотнений и прокладок, обеспечивающих герметизацию этих соединений

При сборке изделий приходится осуществлять герметизацию воздушной и водяной среды, бензина, керосина и других различных агрессивных жидкостей и воды, при различных температурах, нормальном и повышенном давлениях и других условиях работы Нарушение работоспособности в процессе эксплуатации таких устройств может нередко служить причиной повышенной опасности

Решению проблемы качества изделий посвящены работы многих ученых профессоров, докт. техн наук Балакшина Б С, Базрова Б М, Безъязычного В Ф , Гусева А А , Дальского А М, Житникова Ю 3, Косова М Г, Митрофанова В Г, Колесова И М, Новикова М П, Рыльцева И К , Корсакова В С , Вартанова М В , Волчкевича Л И и ряда других заслуженных ученых

Качество изготовляемых изделий окончательно формируется при сборке и нередко оказывается низким

Стабильность качества изделий можно обеспечить посредством автоматизации сборки изделий, однако пока даже в промыпшенно развитых странах автоматизировано не более 15% от общего объема сборочных работ и только в условиях массового производства Серийно собираемые изделия, как правило, соединяются вручную

В соответствии с этим была поставлена актуальная научная задача - обеспечение качества (герметичности) изделий посредством установления качественных и количественных взаимосвязей между параметрами соединяемых деталей, свойствами их материалов и параметрами средств серийной автоматизации их сборки

Цель работы и задачи исследования обеспечение качества уплотни-тельных соединений при автоматической серийной сборке изделий на основе учета свойств материалов деталей, их размеров и точности.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач

Выбор метода достижения точности собираемых изделий с учетом влияния упругих свойств материалов прокладок;

Определение размеров и положения элементов прокладок, обеспечивающих сохранение их качества при автоматической сборке изделий;

Установление качественной и количественной взаимосвязи между параметрами соединяемых деталей и средствами автоматизации сборки изделий

Разработка методики расчета и проектирования автоматических сборочных средств

Научная новизна.

1. Установлена качественная и количественная взаимосвязь между размерными, точностными параметрами и свойствами материалов соединяемых деталей, величиной силы затяжки и выбираемым методом достижения точности;

2. Модель автоматической сборки изделий с учетом размеров и положения взаимосвязанных элементов

3 Установлена взаимосвязь между точностными и размерными параметрами соединяемых деталей и параметрами автоматических сборочных средств серийной сборки изделий.

Практическая ценность.

1 Создана методика расчета точности замыкающих звеньев собираемых изделий с учетом физико-механических свойств уплотнительных соединений

2 Разработка методики расчета размеров и положения элементов уплотнительных соединений, обеспечивающих сохранение их качества при автоматической сборке изделий

3 Методика расчета необходимой точности автоматических серийных сборочных средств и их структуры

Реализация работы.

Результаты работы внедрены при конструировании и изготовлении электромашин в ОАО «Электромашина» (г Белгород) и при проектировании двух автоматизированных сборочных заводов в организации «Эсма» (г Троицк), а также в учебном процессе по дисциплинам «Основы технологии машиностроения» и «Автоматизация производственных процессов машиностроения»

Аиробапия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на кафедре «Технология машиностроения», на II международной электронной научно-технической конференции «Актуальные проблемы машиностроения» г Владимир 2002 г, на VIII научной сессии «Прогрессивные технологические процессы в машиностроении» Москва 2002 г , на 2-ом международном научно-техническом семинаре 2002 г г Свалява - Киев 2002 (Украина - Россия), на Международной конференции «Автоматизация проблемы, идеи, решения» 12-17 сентября 2006 года, Севастополь

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, включая три статьи в ведущих технических журналах издательства «Машиностроение» «Сборка в машиностроении и приборостроении», «Автоматизация и современные технологии»

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и 1 приложения, изложена на 124 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка, 12 таблиц, а также список литературы, включающий 84 наименования

Содержание работы Во введении раскрыта актуальность выполненной работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, представлена краткая аннотация диссертационной работы

Глава 1. Анализ современного состояния теории и практики автоматизации серийной сборки изделий с использованием прокладок и уплотнений

Проведен анализ конструкции машиностроительных изделий с использованием прокладок и уплотнений Выявлены служебное назначение и области их использования Дана классификация прокладок и уплотнений в изделиях машиностроения Осуществлена оценка существующих теоретических методов достижения точности замыкающих звеньев и выявлены их недостатки Показаны недостатки существующих конструкций изделий, включающих прокладки и уплотнения, и намечены пути их совершенствования для осуществления автоматической сборки изделий

Рассмотрено влияние конструкторско-технологических факторов сборочного процесса на качество изделий и на средства автоматизации их сборки

На основе проведенного анализа применения прокладок и уплотнений в машиностроении, выдвинуто положение о неприемлемости существующих методов расчета достижения точности замыкающих звеньев при использовании упругих прокладок и уплотнений

Разработанная заслуженным работником науки и техники, лауреатом Ленинской премии проф , д т н Б С Балакшиным теория достижения точности замыкающих звеньев исходит из абсолютной жесткости соединяемых деталей Часто уплотнительная прокладка имеет упругую податливость «и» величина которой не соизмерима с другими деталями соединения

Кроме того, изготовление соединяемых деталей по методу полной взаимозаменяемости не является гарантией обеспечения качества соединения, поскольку необходимо изменение размеров прокладки для герметизации, например, посредством затяжки

В результате анализа сформулированы цель и задачи исследований

Глава 2. Выбор метода достижения точности при использовании уп-лотнительных прокладок

Автоматическую сборку соединений целесообразно осуществлять по методу регулировки с использованием подвижных или неподвижных компенсаторов Если

">&• (О

где и - усадка (упругая податливость прокладки), Т - допуск г-го звена, п -число звеньев в размерной цепи, включая прокладку (рис 1)

Рис 1 Размерные связи в изделии с использованием уплотнительной прокладки

Регулировка возможна посредством затяжки прокладки в соединении

При

(2)

¡=1

необходимы для регулировки и последующей затяжки компенсационные регулировочные прокладки, то есть использование метода регулировки с применением неподвижных компенсаторов

1=1

где Тк - величина компенсации, обеспечиваемая регулировочными прокладками, К - часть усадки прокладки, служащей для компенсации колебания размеров соединяемых деталей

Предельные отклонения без учета звена компенсатора

1=к___ т- 2,

ВО = \и\, (4)

1=1 г=Ы 1

1=к_, т- 2,_

= (5)

1=1 1=411

где ВО,, НО, - верхнее и нижнее отклонения г составляющего звена, ВО, НО -верхнее и нижнее отклонения замыкающего звена Число групп компенсации

^ = + 1 (6)

Д К<тп

В условиях автоматизированного производства предпочтительно использовать метод регулировки с использованием подвижного компенсатора и, если только это не возможно, то с применением неподвижных компенсаторов

Обеспечить необходимую величину компенсации можно посредством затяжки резьбовыми деталями

Глубина ввинчивания винтов определяется материалами и размерами сопрягаемых деталей, а также величиной компенсации Это позволяет определить размеры крепежных резьбовых деталей в зависимости от усадки прокладок Достоверность вышеизложенного подтверждена экспериментами Несколько иначе приходится решать задачу автоматической серийной сборки изделий при установке уплотнительных резиновых колец на базовые валы и в отверстия корпусных деталей

а) б)

в) Г)

Рис 2 Относительное положение уплотнительной прокладки и сопряженной с ней детали

При автоматической установке резиновых колец на базовый вал их подвергают растяжению - до размеров вписанной в кольцо окружности, диаметральные размеры которых соответствуют допустимому напряжению в кольце Чем больше диаметр вписанной окружности, тем больше зазор между базовым валом и кольцом и тем легче обеспечить его автоматическую установку

Расчеты показывают, что для установки круглых уплотнительных колец в канавки на вал рациональным является пять разжимающих стержней, либо применение разжимных оправок сложной формы, близкой к параболической

Глава 3. Установление взаимосвязи между расположением и размерами отверстий в прокладках собираемых изделий для обеспечения сохранения их качества при автоматической сборке соединений

При автоматической установке уплотнительных прокладок при сборке изделий необходимо обеспечить сохранение их качества Уплотнительная прокладка может быть повреждена при ее установке на центрирующий посадочный поясок фланца (крышки), а также крепежными резьбовыми деталями винтами, болтами, шпильками и др

В результате сборки уплотнительная прокладка должна быть забазирована по торцу фланца (установочная база), центральному отверстию (двойная опорная база) и одному из отверстий под крепежную деталь (опорная база)

Чтобы исключить повреждение уплотнительной прокладки при автоматической установке деталей должно быть в худшем случае лишь касание ее поверхностей сопряженными металлическими деталями Лучше, чтобы детали утшотнитеяьного соединения свободно проходили в отверстия прокладки с тем, чтобы при эксплуатации не была нарушена герметизация соединений Для этого размеры отверстий в прокладке должны быть, по возможности, близки к размерам сопряженных поверхностей соединяемых деталей (рис 2)

Одним из условий автоматической сборки соединений деталей будет являться знание угла относительного поворота ±тн, значение которого определить сложно, так как трудно найти точку контакта двух соединяемых деталей Эту задачу можно решать с использованием уравнений преобразования координатной системы одной детали относительно других, при этом неизвестными будут координаты (Х,У) точки контакта и угол поворота координатных осей, соответствующей искомому углу Т„ Таким образом, имеем три неизвестных и два уравнения

Тх/2 \ч Гр ха'

Ха"

Рис 3 Схема контакта отверстий под крепеж и сопряженных деталей

Для решения этой задачи рассмотрим варианты крайних относительных положений соединяемых деталей

Ось центрального отверстия прокладки и ось посадочной центрирующей поверхности вращения крышки совпадают, а их диаметральные размеры равны (рис 3,а)

Тогда из треугольника АЛ)0 после преобразований имеем

2£>'

(7)

где ёп - диаметры прокладки,

<1д - диаметр сопряженной поверхности детали Б - минимальный диаметр отверстия прокладки Для случая, когда оси центрального отверстия прокладки и посадочной центрирующей поверхности вращения крышки совпадают, отличаются размерами и касаются друг друга (рис 3,6) В этом случае смещения осей будет максимальным

Тх"А=Тхт/2 (8)

Смещение осей соединяемых деталей ограничивается размерами периферийных отверстий

Все отверстия под крепеж контактируют, поэтому поворот прокладки невозможен, а потому

= (9)

Если ось центрального отверстия не совпадает с осью соответствующей поверхности крышки и их диаметры различаются размерами, то ограничением для смещения уплотнительной прокладки с центральным отверстием (рис 3,в) относительно оси посадочной ступени фланца служат их размеры

0 <5ш.<йтах ПО)

2 2

Предполагаем, что относительное смещение осей центрального отверстия прокладки и крышки направлено по оси У, проходящей через ось одного из отверстий под крепеж При относительном повороте сопряженных деталей контакт с отверстием под крепеж будет в одной точке

Значение угла относительного поворота сопряженных деталей находится в пределах

°:т„<тпл (Н)

Тогда, исходя из пропорции, найдем значение

Хтах

'шах

(12)

Наиболее сложный случай, когда ось посадочного центрального отверстия прокладки не совпадает с осью посадочной поверхностью крышки, их диаметры неравны и координатные оси имеют любую направленность Ограничением на относительное смещение осей деталей служат только размеры центральных отверстий

В пределах угла 1„ контакт в крепежных отверстиях возможен в двух точках При этом угол относительного поворота сопряженных деталей находится в пределах

Для определения угла Т„ рассмотрим схему на рис 3,в при контакте в двух отверстиях под крепежные детали

Имеем две системы координат система ХОУ принадлежащую базовой детали, и Х1О1 - присоединяемой детали, например, прокладке Последняя смещена относительно системы ХОУ на величину Тхи/2

Для нахождения значения угла Тн нужно знать возможное положение отверстия под крепежную деталь в присоединяемой детали относительно отверстия базовой детали Координатные системы У^О^Х^ и У^О^', характеризуют крайние положения присоединяемой детали В положении, соответствующем координатной системе У|0|Хь присоединяемая деталь будет контактировать с базовой деталью Это позволяет найти точку контакта Однако в положении, соответствующем координатной системе У^'О^" присоединяемая деталь будет контактировать, с другими отверстиями под крепеж Ось 0]У| проходит между двумя крайними положениями отверстия и делит величину угла ти пополам Для определения тн/2 нужно определить угол между осями О,У, и О,'У,' Ось 0| 'У |1 проходит через окружности отверстия под крепеж, которая занимает одно из крайних положений и контактирует с другой базовой деталью в точке

(13)

2 2

(14)

А1' Эта точка контакта будет лежать на прямой, которая проходит через центры двух соприкасающихся окружностей с центрами С и В)' Центр С находится на оси ОУ на расстоянии ]*.„ от начала координат 0 Центр В)' лежит на оси У/01 на расстоянии Яд от 0, Проведем из точки С окружность радиусом К=СВт' Это будет окружность вероятного положения центров окружности отверстий под крепеж устанавливаемой детали Точка пересечения этой окружности и окружности, радиусом будет искомой точкой В)' - центром окружности, положение которой неизвестно Для этого в системе координат Х^У] запишем уравнения двух окружностей и решим систему

(X—Тх/2)2 + [(/?я ~ТУ/2)Т

Хг+г2=я1 (15)

Решив систему, найдем координаты (ХВ1,Уш) точки В/ Это позволит определить величины сторон прямоугольного треугольника В 0 Координаты вершин этого треугольника В| '(Хв,Ув), 0](0,0) и 1Э](0,УВ), а угол тк при вершине этого треугольника

%н = агссовф, А/0,5,'), (16)

где 0,В,=Х2п1+У2ш=УВ1

Для определения положения уплотнительной прокладки в пространстве необходимо знать еще угол перекоса осей посадочных поверхностей соединяемых деталей и их относительного смещения Тя„ которые рассчитываются по известным зависимостям проф , д т н Гусева А А

Для исключения повреждения краев отверстий необходимо увеличить размеры отверстий Даны зависимости, которые позволяют выполнить такие расчеты, в том числе и с повышенной толщиной уплотнительной прокладки

Следовательно, найдены зависимости, которые позволяют определить размеры отверстий в уплотнительных прокладках и их положения, обеспечивающие требуемое качество изделий

Глава 4. Выбор средств оснащения для автоматизации серийной сборки соединений с использованием прокладок

Для подачи прокладок целесообразно использовать вакуумные захватные устройства, размещаемые на руке пневматического манипулятора, которые значительно дешевле промышленного робота При постоянной траектории движения устанавливаемых деталей в том числе прокладок, когда их установка производится в одно и тоже место и их захват осуществляется из кассет, занимающих также постоянное место целесообразно применение манипулятора Укладку прокладок в кассеты целесообразно осуществлять по двум наиболее удаленным отверстиям под крепеж на два штыря (пальца) в отделении цеха, где изготовляют прокладки

Базирование прокладки по плоскости - установочной базе, направляющей и опорной базам - по двум отверстиям посредством двух штырей

Прокладка в ориентированном положении укладывается на базовую деталь соединения собираемого изделия Легко обеспечивается точность позиционирования захватного устройства в пределах 0,1 мм

При автоматической укладке прокладок в кассету на два штыря и при автоматической установке прокладки на плоскость базовой детали можно воспользоваться обобщенной моделью соединения деталей по поверхностям вращения

Автоматическая сборка окажется возможной, если допуски исходных звеньев сборочной системы в первоначальный момент и последующие периоды присоединения прокладки не превысят расчетных значений (рис 4)

Рис 4 Схема обобщенной модели для расчета условий автоматической сборки соединений деталей

Допустимый угол тш поворота устанавливаемой прокладки на штыри или

установочных пальцев с прокладкой при их установке по отверстиям базовой

детали можно вычислить из треугольника 0кК0о

-arceos ^^(Б^М ' (1?)

где Da, Da2 - наименьшие в пределах допуска диаметры соответственно первого и второго входных отверстий,

dK, di<2 - наибольшие диаметры конусных поверхностей соответственно первого и второго пальцев,

ЪЛ — наибольшее расстояние между осями отверстий, LB - наименьшее расстояние между осями пальцев

Расчетная схема соответствует наиболее неблагоприятному относительному положению прокладки и базовой детали, при котором гарантируется их сборка

Допустимый угол Тд, поворота прокладки относительно сопрягаемых поверхностей пальцев, можно определить из треугольника ОкКОо

Таким образом, установлена взаимосвязь между величиной относительного поворота прокладки и базовой детали в сечении, перпендикулярном к оси сопрягаемой поверхности базовой детали, их конфигурацией и размерами С увеличением зазоров между сопрягаемыми поверхностями 1)Л-с1к и ЦЛ2-с1К2 -значения допустимых относительных поворотов деталей увеличиваются

Подобно уплотнительным прокладкам автоматически устанавливают компенсационные металлические прокладки Аналогично рассчитывают точность относительного положения их и базовой детали

При установке на фланец (крышку) первоначально подают его, а затем металлические регулировочные прокладки, а потом уплотнительные прокладки На заключительных этапах нужно перед ввинчиванием крепежных деталей произвести выверку в соединении всех деталей посредством двух коническо-цилиндрических стержней

Винты и болты целесообразно подавать в отверстия фланцев из транспортного лотка в ориентированном положении из вибробункера Причем вибробункер должен обеспечить подачу винтов со скоростью достаточной, чтобы обеспечить его установку в отверстие фланца и последующее завинчивание

Обычная скорость движения винтов по спиралям вибробункера в режиме без подбрасывания около 160 мм/с Такая скорость винтов оказывается достаточной Это несмотря на то, что часть несориентированных винтов потребуется сбросить обратно в вибробункер и возможны простои из-за заклинивания деталей и по другим причинам в транспортном лотке

Ьв _ (РА - йк )/2

$т(180°-тА) Я1п(х4, -Тд,) После преобразования получим

(18)

Найдены расчетным путем и экспериментально проверены вероятность требуемого положения крепежных деталей, условия их заклинивания в транспортном лотке и величины возможных в связи с этим простоев загрузочно-транспортного устройства

По широко известным условиям автоматической сборки цилиндрических и резьбовых соединений деталей, их базированием, найденным проф , д т н Гусевым А А можно всегда определить техническую возможность осуществления сборки А в случае, если это невозможно, то принимают технологические меры по совершенствованию технологической оснастки или базовой детали - фланца

Для повышения производительности при серийной автоматической сборке изделий целесообразно применение универсального инструмента для завинчивания крепежных деталей Для этой цели создан универсальный рабочий инструмент, автоматически изменяющий свои лезвийные размеры и даже конфигурацию в зависимости от конфигурации головки винта (болта)

В качестве устройств, обеспечивающих завинчивание в определенной последовательности крепежных винтов, могут быть использованы простейшие промышленные роботы типа «Скара», либо гайковерты с поворотными или крестовыми столами

Глава 5. Методика проектирования технологии и автоматических средств для серийной сборки изделий и их технико-экономическая эффективность

Последовательность проектирования средств автоматической сборки изделий следующая

1 Уточнение служебных назначений изделий с применением уплотнений

2 Совершенствование конструкции уплотнения и других деталей соединений и изделия в целом

3 Установление взаимосвязи между геометрическими (размерными и точностными) параметрами прокладок и другими деталями соединений и их физико-механическими свойствами

4 Определение динамических нагрузок, действующих на детали изделий, расчет необходимых моментов затяжки резьбовых соединений и осевых сил

5 Определение условий автоматической сборки резьбовых и цилиндрических деталей собираемых соединений

6 Выбор баз и расчет точности установки деталей собираемого соединения и необходимой точности универсальных средств автоматизации

7 Выбор универсальных рабочих инструментов для крепежных деталей

8 Выбор универсальных загрузочно-транспортных средств для подачи винтов и болтов

9 Средства автоматической подачи прокладок и регулировочных пластин

10 Средства автоматической подачи фланцев

11 Компоновка автоматического сборочного комплекса

Дана оценка технико-экономической эффективности применения автоматического сборочного комплекса

Основные выводы и рекомендации

1 Установлена качественная и количественная взаимосвязь между параметрами соединяемых деталей и выбираем методом регулировки для достижения точности собираемых изделий с учетом влияния упругих свойств материалов уплотнительных прокладок

2 Определены относительные положения и размеры центрального отверстия и отверстия под крепеж, обеспечивающих сохранение их качества при автоматической сборке изделий

3 Установлена качественная и количественная взаимосвязь между параметрами соединяемых деталей и средствами автоматической серийной сборки изделий

4 Предложен новый метод расчета и выбора метода достижения точности звеньев размерных цепей собираемых изделий с учетом физико-механических свойств упругих уплотнительных прокладок

5 Доказана экономическая целесообразность использования метода регулировки при автоматической серийной сборке изделий с использованием уп-

лотнительных соединений по предложенной методике расчета Наибольший эффект в первую очередь ожидается с использованием подвижных компенсаторов, как универсального способа достижения необходимой точности, как и с применением неподвижных компенсаторов, применение которых при использовании уплотнительных прокладок позволяет обычно их число на 2 единицы

6 Разработана методика расчета необходимой точности автоматических серийных сборочных средств и их структуры

7 Результаты работы внедрены при разработке проектов автоматических сборочных заводов по производству высокоэффективных конденсаторов с использованием метода регулировки для автоматической установки пакета электродов и регулировочных пластин в корпус конденсатора, а также проекта средств автоматизации для установки упругих резиновых колец на пробку крышки конденсатора

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1 Хайбуллов К А Обеспечение автоматизации установки уплотнений в условиях серийного производства // Системы управления - конверсия — проблемы Материалы научно-технической конференции - Ковров Изд-во Ков-ровской государственной технологической академии, 1996 - С 112-113

2 Хайбуллов К А Обеспечение автоматизации установки уплотнений в условиях серийного производства // Сб докладов научно-технической конференции «Управление в технических системах» - Ковров, 1998 - С 138-139

3 Хайбуллов К А Базовые детали для процессов автоматизации установки уплотнений в изделиях машиностроения // Автоматизация и современные технологии - № 8, 1998 - С 16

4 Хайбуллов К А Методы и средства автоматической установки уплотнительных колец при серийном производстве изделий // Сборка в машиностроении и приборостроении — №1, 2000 - С 31

5 Гусев А А , Гусева И А, Хайбуллов К А Основы создания высокоэффективных сборочных ГПС и заводов // Материалы Международного научно-

технического семинара «Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении» — г Свалява — Киев, 2001 -С 13-15

6 Хайбуллов К А Методы и средства автоматической установки уплот-нительных колец при серийном производстве изделий // Автоматизация и современные технологии - №4, 2001 - С 7-8

7. Гусев А А, Гусева И А., Хайбуллов К А Формирование технологической операции, ее оптимальной структуры и рациональной компоновки ГПС для серийной сборки изделий // Материалы II международной электронной научно-технической конференции «Актуальные проблемы машиностроения» - Владимир Изд-во Владимирского государственного университета, 2002 - С 77-78

8 Гусев А А, Гусева И А, Хайбуллов К А Выбор оптимальной структуры технологической операции для серийной сборки изделий // Сб докладов VIII научной сессии «Прогрессивные технологические процессы в машиностроении» - М, 2002 - С 83-84

9 Гусев А.А, Гусева И А, Хайбуллов К А Формирование технологической операции, ее оптимальной структуры и рациональной компоновки ГПС для серийной сборки изделий // Материалы 2-го Международного научно-технического семинара «Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении» 26-28 февраля — Свалява, Карпаты, 2002 - С 23-26

10 Гусев А А, Гусева И А, Хайбуллов К А Новые высокоэффективные средства автоматической серийной многономенклатурной сборки изделий // Материалы Международной научно-технической конференции 12-17 сентября — Севастополь, 2006. -С 34

Подписано в печать 04 07 2007 Формат 60х90'/|б Бумага 80 гр/м2

Объем 1,25 пл Тираж 50 экз

Гарнитура Times 3аказ№13б

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11 05 2000 127055, Москва, Вадковский пер, д За

Аннотация Введение

Глава 1. Анализ современного состояния теории и практики автоматизации серийной сборки изделий с использованием прокладок и уплотнений, цели и задачи исследования 1.1. Конструкции машиностроительных изделий с использованием уплотнительных прокладок и круглых уплотнительных колец

1.2. Технологичность и экономичность изделий машиностроения с 20 использованием уплотнительных прокладок и колец и направления совершенствования их конструкции

1.3 Анализ существующих средств автоматизации серийной 33 сборки изделий с применением уплотнительных прокладок и колец. Цели и задачи исследования

Глава 2. Выбор метода достижения точности при использовании 50 прокладок и колец

2.1. Выбор метода достижения точности замыкающих звеньев 50 собираемых изделий при использовании уплотнительных прокладок

2.2. Экспериментальные исследования по определению 54 податливости уплотнительных прокладок и круглых резиновых колец

Глава 3. Установление взаимосвязи между расположением 65 и размерами отверстий в уплотнительных прокладках собираемых изделий для обеспечения сохранения их качества при автоматической сборке соединений

3.1. Выбор конструктивного исполнения уплотнительной прокладки 65 в качестве модели для установления взаимосвязи между расположением, размерами и точностью их отверстий

3.2. Установление взаимосвязи между расположением, размерам 65 и точностью отверстий в уплотнительных прокладках

Глава 4. Выбор средств оснащения для автоматизации серийной 73 сборки соединений с использованием упругих прокладок

4.1. Выбор обобщённой модели для расчёта условий автоматической сборки упругих прокладок , крышек и 73 корпусных деталей

4.2. Выбор захватных устройств для установки упругих 75 и компенсационных прокладок

4.3. Выбор средств подачи и установки крышек

4.4. Методика ориентирования и подачи разнотипных винтов 86 и болтов к универсальным сборочным устройствам, исключающая заклинивание деталей в процессе их транспортирования

4.4. Рабочий инструмент для установки разнотипных винтов 87 и болтов

Глава 5. Методика проектирования технологии и автоматических 95 средств для серийной сборки изделий и их технико-экономическая эффективность

5.1. Методика проектирования технологии и универсальных 95 автоматических сборочных средств для серийной сборки изделий с использованием уплотнительных прокладок

5.2. Методика проектирования технологии и универсальных 105 автоматических сборочных средств для серийной сборки изделий с использованием круглых уплотнительных колец

5.3.Испытание собранных изделий - конических редукторов 131 с упругими прокладками.

5.4. Технико-экономическая эффективность автоматических средств 132 для серийной сборки изделий

Важнейшее значение для современных изделий машиностроения имеет их качество, как необходимое условие для обеспечения конкурентоспособности изделий.

Качество изделий в значительной мере формируется на заключительных сборочных операциях, трудоемкость которых высока.

Трудоемкость этого вида работ в машиностроении США, Англии и ФРГ составляет 30.50% [19] от общей трудоемкости изготовления изделий в нашей стране всего 25.30%. Даже при изготовлении транспортных средств, требующих повышенных мер безопасности, например, автомобилей трудоемкость их сборки составляет всего 22.35%, что свидетельствует о том, что качеству изделий пока не уделяется должного внимания.

Себестоимость современной машиностроительной продукции также в решающей мере определяется себестоимостью выполнения сборочных работ, которая в промышленно развитых странах достигает 50% от себестоимости изделий [19].

Часто качество изделий оказывается недостаточным из-за того, что сборочные работы выполняются вручную. Автоматизировано в промышленно развитых странах не более 10. 12% от общего объема выполняемых сборочных работ. Автоматизация этого вида работ в значительной мере обеспечила бы стабильность качества собираемых изделий.

Причины недостаточной автоматизации в сложности выполнения сборочных работ как в массовом производстве, так и в серийном. Особенно это актуально для многономенклатурного производства, когда требуются значительные затраты времени на переналадку и поднастройку автоматического сборочного оборудования и технологической оснастки.

Тенденция развития общества - в повышении производительности труда -сокращении трудоемкости изготовления изделий путем автоматизации.

Около 70.75% изделий машиностроения в нашей стране изготовляют серийно и для обеспечения конкурентоспособности предприятий необходимо резкое сокращение затрат на подготовку производства.

Решение проблемы многономенклатурной серийной сборки изделий -применение адаптивных автоматических систем.

Качество многих изделий: насосов водяных и масляных автомобильных, тракторных и авиационных, редукторов различных назначений, дифференциалов автомобильных и тракторных гидро- и пневмоцилиндров и многих других изделий зависит от уплотнений и прокладок, обеспечивающих герметизацию этих соединений.

При сборке изделий приходится осуществлять герметизацию воздушной и водяной среды, бензина, керосина и других различных агрессивных жидкостей и воды, при различных температурах, нормальном и повышенном давлениях и других условиях работы. Нарушение работоспособности в процессе эксплуатации таких устройств может нередко служить причиной повышенной опасности.

Необходимое качество изготовления этой аппаратуры, её надежность и долговечность в транспортных машинах: автомобилях, самолетах, строительных машинах могут служить гарантией безопасности их работы. Поэтому обеспечение стабильных качественных параметров при сборке уплотнительных соединений является важной задачей повышения надежности ответственных машин и механизмов.

Для установки круглых уплотнительных колец и прокладок в условиях массового производства создан ряд автоматических сборочных устройств и предприняты попытки по созданию переналаживаемых автоматических сборочных устройств, для условий серийного производства. Однако, на настоящий момент, переналаживаемых автоматических сборочных устройств, обеспечивающих стабильное качество монтажа уплотнительных соединений для условий серийного производства, пока не создано.

Цель работы и задачи исследования - обеспечение качества уплотнительных соединений при автоматической серийной сборке изделий на основе учета свойств материалов деталей, их размеров и точности.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

Выбор метода достижения точности собираемых изделий с учетом влияния упругих свойств материалов прокладок;

Определение размеров и положения элементов прокладок, обеспечивающих сохранение их качества при автоматической сборке изделий;

Установление качественной и количественной взаимосвязи между параметрами соединяемых деталей и средствами автоматизации сборки изделий.

Разработка методики расчета и проектирования автоматических сборочных средств.

Научная новизна.

1. Установлена качественная и количественная взаимосвязь между размерными, точностными параметрами и свойствами материалов соединяемых деталей, величиной силы затяжки и выбираемым методом достижения точности;

2. Создана модель автоматической сборки изделий с учетом размеров и положения взаимосвязанных элементов.

3. Установлена взаимосвязь между точностными и размерными параметрами соединяемых деталей и параметрами автоматических сборочных средств серийной сборки изделий.

Практическая ценность.

1. Создана методика расчета точности замыкающих звеньев собираемых изделий с учетом физико-механических свойств уплотнительных соединений.

2. Разработана методика расчета размеров и положения элементов уплотнительных соединений, обеспечивающих сохранение их качества при автоматической сборке изделий.

3. Разработана методика расчета необходимой точности автоматических серийных сборочных средств и их структуры.

7. Результаты работы внедрены при разработке проектов автоматических сборочных заводов по производству высокоэффективных конденсаторов с использованием метода регулировки для автоматической установки пакета электродов и регулировочных пластин в корпус конденсатора, а также проекта средств автоматизации для установки упругих резиновых колец на пробку крышки конденсатора.

1. Автоматизация и современная технология №5. 1993.

2. Автоматизация сборки. №6. -М.: Знание. 1987.

3. Автоматизация сборочных процессов в машиностроении. -М.: Наука. 1979.

4. Автоматизация сборочных операций в автомобильной промышленности за рубежом. -М. 1967.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя т. 1,2,3 -М.: Машиностроение. 1992.

6. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения -М.: Машиностроение. 1969.-560 с.

7. Белецкий Я. Энциклопедия языка Си

8. Ветров А.П.Шерешевский А.Н. Сокращение ручного труда при сборке гидро- и пневмоаппаратуры на основе использования промышленных роботов. 1983.

9. Гибкие производственные системы (механосборочное производство). Библ. указатель 1982-84гг. Сост. Фишман О.П. -М.: 1985.

10. Гидро- и пневмопривод и его элементы. Рынок продуктов. Каталог -М.: 1992.

11. Гибкие автоматизированные системы сборки. Алексеев П.Н., Герасимов А.Г., Давыденко Э.П. и др. -М.: Машиностроение. 1989. 348с.

12. Гибкие сборочные системы под ред. Хегинботама У.Б. Пер. с англ. Пирон.Д.Ф. -М.: Машиностроение. 1988. -399с.

13. Гусев A.A. Адаптивные устройства сборочных машин. -М.: Машиностроение. 1979

14. Гусев A.A., Гусева И.А. Технологическая оснастка (расчёт и проектирование). -М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2007. 372 с.

15. Гусев A.A. Автоматизация и механизация сборочных процессов /в мелкосерийном и серийном производстве/. -М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш. 1976. -52с.

16. Гусев A.A. Основные принципы построения сборочных гибких производственных систем. -М.: Машиностроение. 1988. -52с.

17. Гусев A.A. Прогрессивные методы и средства автоматизации сборки изделий. -М.: ВНИИТЭМР. 1990. -64с.

18. Гусев A.A. Итоги науки и техники т.6 -М.: ВИНИТИ. 1971.

19. Гусев A.A. Техника №6. Автоматизация сборки. М. 1987.

20. Дёмкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин.-М.: Машиностроение. 1981.

21. Джамп Д. AutoCAD программирование. -М.: Радио и связь. 1992.

22. Джордейн Р. Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC, XT, AT. Справочник. -M.: Финансы и Статистика 1991.

23. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. -М.: Машиностроение, 1981. -189 е., ил.

24. Замятин В.К. Технология и оснащение сборочного производства машино- и приборостроения. Справочник. -М.: Машиностроение. 1995.

25. Иосилевич Г.Б. и др. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. -М.: Машиностроение. 1971. с.

26. Качество машин: Справочник. В 2 т. Под общ. ред. Суслова А.Г. -М.: Машиностроение. 1995.

27. Кондаков JI.A. Уплотнения гидравлических систем. -М.:Машиностроение. 1972. 240с. ЗЬКовальчук Е.Р., Косов П.Г., Митрофанов В.Г. и др. Под ред. Соломенцева Ю.М. Основы автоматизации производства. -М.: Машиностроение. 1995. 312с.

28. Кулаков Г.А., Гусева И.А., Житников Ю.З.Рыльцев И.К. Автоматизация и механизация серийной сборки изделий. -М.: Янус-К, 2003. -324с.

29. Лившиц В.И., Кривошеин А.Л., Прегер М.Л. Гибкая автоматизация производства машиностроении. Опыт, проблематика, системный подход Томск. 1989.-с.261.

30. Машиностроение. Энциклопедия/ Ред. совет: Фролов К.В. (пред.) и др. М.: Машиностроение. Технология сборки в машиностроении. Т. Ш-5/ Гусев A.A., Павлов В.В., Андреев А.Г. и др.; Под общ. ред. Соломенцева Ю.М. 2001. -640с., ил.

31. Металин A.A. Технология машиностроения. -М: Машиностроение. 1985.

32. Механизация и автоматизация сборочных работ в машиностроении. Аннотированный библиографический указатель отечественной литературы. -М.: НИИМаш. 1964.

33. Механизация и автоматизация сборочных работ в машиностроении. Тематический указатель отечественной литературы. -М.: НИИМаш. 1971.

34. Механизация и автоматизация сборочных работ в машиностроении. Аннотированный библиографический указатель зарубежной литературы. -М.: НИИМаш. 1966.

35. Механизация и автоматизация сборочных работ в машиностроении. Библиографический указатель отечественной литературы. -М.: НИИМаш. 1973-1976.

36. Новиков М.П. Основы конструирования сборочных приспособлений. -М.: Маш.гиз. 1960.

37. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. -М.: Машиностроение. 1980.

38. Новиков М.П., Корсаков B.C., Новиков М.П. Справочник по механизации и автоматизации сборочных работ. -М. 1961.

39. Новиков М.П. Научные основы автоматизации сборки машин. -М. 1976.

40. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. -М.: Машиностроение. 1980.

41. Огар П.Н. Исследование влияния контактных давлений в деталях уплотнительных соединений на их герметичность. Дис. к.т.н. Львов 1989.

42. Орлов П.И. Основы конструирования. Кн. 1,2.1988.

43. Осипов Ю.М. Автоматизация процессов машиностроения. Томск. 1994.

44. Попов Г.Н. Механизация и автоматизация сборочных процессов в серийном и крупносерийном производстве. 1972.

45. Проектирование технологии. Бранчукова И.М., Гусев A.A., Крамаренко Ю.Б. и др.; под общ. ред. Соломенцева Ю. М. -М.: Машиностроение, 1990. -416с.

46. Прохоров А.Ф. Общая методология проектирования машин. -М.: МГТУ. 1994.

47. Расчёт на прочность деталей машин: Справочник/ Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. -М.: Машиностроение. 1993. -640 е.: ил.

48. Романов В.Ю. Популярные форматы файлов для хранения графических изображений на IBM PC. -М.: Унитех. 1992.

49. Рябов H.H. Автоматизация сборочных операций в автомобильной промышленности за рубежом. -М. 1967.

50. Соколов Н.Ф. Автоматизация сборки двигателя. -М. 1963.

51. Соломенцев Ю.Г. Основы автоматизации производства. Учебник. -М.: 1995.

52. Соломенцев Ю.М. Механизация и автоматизация сборки в машиностроении-М.: 1985.

53. Соломенцев Ю.М. Роботизированные технологические комплексы и ГПС в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Учебное пособие. -М.: 1989.

54. Строганов Г.А. Технологическое обеспечение надёжности уплотнительной техники. -М.: МАНИ. 1985.

55. Тематический указатель. Кондашева P.P. 1967.

56. Технология машиностроения (специальная часть): Учебное пособие. Гусев A.A., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. -М.: Машиностроение, 1986. -448с.: ил.

57. Технология изготовления, сборки и испытаний уплотнительных устройств в автомобилестроении. Ильин H.H. и др. 1984.

58. Технология машиностроения. Гусев A.A., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. -М.: Машиностроение. 1986.

59. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. Под общ. ред. Кондакова JT.A., Голубева А.И. и др. -М.: Машиностроение. 1994.

60. Уплотнения для гидравлических и смазочных устройств. -М.: Машиностроение. 1972.

61. Управление качеством уплотнений и методологическое обеспечение процессов мехобработки. Сейнов. C.B. 1991.

62. Фёдоров А.И., Миляев О.Н. Автоматизация сборочных процессов -путь интенсификации производства. 1986.

63. Шерман В.А., Зимина JI.A., Шерман B.JI. Механизация и автоматизация сборочных работ в приборостроении. -М. 1066.

64. Шерман В.Л., Лёгоньких Г.В. Механизация и автоматизация сборочных работ в приборостроении. -М.: Маш.гиз. 1963.

65. Шерешевский Н.И. Анализ и синтез схем многоярусной автоматической сборки. Дис. д.т.н. Севастополь. 1966.

66. Шерешевский А.Н., Рабинович Л.А. Особенности автоматизации сборки уплотнительных соединений. // Механизация и автоматизация производства. 1979 №8 с. 16-18. /журнал/

67. Шиповал М.В. Автоматизация сборочных процессов на основе внедрения робототехнических комплексов. Киев. 1985.

68. Яхимович В.А., Нейштадт В.А., Шиманчик И.П. Автоматизация сборки в кассетах. -М.: Машиностроение. 1981.Статьи диссертанта

69. Хайбуллов К.А. Обеспечение автоматизации установки уплотнений в условиях серийного производства. // Сб. докладов научно-технической конференции «Управление в технических системах».- Ковров, 1998-С.138-139.

70. Хайбуллов К.А. Базовые детали для процессов автоматизации установки уплотнений в изделиях машиностроения. // Автоматизация и современные технологии-№ 8,1998 С. 16.

71. Хайбуллов К.А. Методы и средства автоматической установки уплотнительных колец при серийном производстве изделий. // Сборка в машиностроении и приборостроении №1, 2000 - С. 31.

72. Гусев A.A., Гусева И.А., Хайбуллов К.А. Основы создания высокоэффективных сборочных ГПС и заводов. // Материалы Международного научно-технического семинара «Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении» г. Свалява-Киев, 2001.-С. 13-15.

73. Хайбуллов К.А. Методы и средства автоматической установки уплотнительных колец при серийном производстве изделий. // Автоматизация и современные технологии-№4, 2001-С.7-8.

74. Гусев A.A., Гусева И.А., Хайбуллов К.А. Выбор оптимальной структуры технологической операции для серийной сборки изделий. // Сб. докладов VIII научной сессии «Прогрессивные технологические процессы в машиностроении».- М., 2002 С.83-84.

75. Arreger B.J., Burg P. Flaxible assemble system for oscillating gear motor dive. Proc. 8th. int. Conf. Assembly Autom. Conpenhagen, 31 March-2Apr 1987/ Kempston ect, 1987. p. 347-355/

76. Fischer G. Automatische Montage von O-Ringen mit ntuartigen Roboterwekzeugen// VDI-Zeitschift. 1987. Bd.l29.№7.S105-107. Bibliogr.7.Reb.Авторские свидетельства и патенты

77. Захватное устройство для установки уплотнительных колец в расточки отверстий корпусных деталей. Патент ФРГ № 2034, 1989г.

78. Устройство для ручной установки деталей корпусов и уплотнительных колец. Патент России №498 от 18.01.89.

79. Устройство для автоматической установки уплотнительных колец в канавки отверстий корпусных деталей. Патент Японии. № 1246 от 14.08.87.

80. Устройство для автоматизированной установки уплотнений в кольцевую канавку деталей поршней, золотников, пневмо- и гидроаппаратуры. Патент ФРГ №3905, от 14.11.91.