автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обеспечние параметрической надежности ремонтно-технологического оборудования восстановлением шпиндельных узлов полимерными композиционными материалами

На правах рукописи

Ефанов Сергей Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ РЕМОНТНО-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОСТАНОВЛЕНИЕМ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИЦИОННЫМИ

МАТЕРИАЛАМИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 о СЕМ 2015

Саранск - 2015

005562904

005562904

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

Научный руководитель: доктор технических наук профессор

Котин Александр Владимирович

Официальные оппоненты: Сайфуллин Ринат Назирович,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ», заведующий кафедрой технологии металлов и ремонта машин;

Денисов Вячеслав Александрович,

кандидат технических наук, ФГБНУ ГОСНИТИ, заместитель начальника научно-производственного отдела «Технологии упрочнения и восстановления деталей»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА

им. П.А. Столыпина»

Защита состоится 29 октября 2015 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им М.М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» и на сайте 11Ир://\у\у\у.тг8и.ги/ш/с1155/с1155.р11р?ЕЬЕМЕНТ_ГО=Зб232

Автореферат разослан «15» сентября 2015 г. и размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ http://vak2.ed.gov.ru «18» августа 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.А. Величко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. В настоящее время ремонтные предприятия страны оснащены, в основном, морально и физически устаревшим металлорежущим оборудованием, не позволяющим обеспечить высокие требования по точности и качеству механической обработки восстанавливаемых деталей.

Известно, что одним из основных параметров, определяющих параметрическую надежность металлорежущего оборудования, является жесткость технологической системы СПИД (станок - приспособление -инструмент - деталь), повышение которой является главной задачей по обеспечению качественной механической обработки.

Основным формообразующим узлом в станках, в частности, токарной группы, является шпиндельный узел. В процессе эксплуатации станка его доля в общем балансе точности обработки возрастает до 80% из-за износов контактирующих деталей данного узла. В первую очередь это относится к подшипниковым соединениям. Причем основной причиной нарушения неподвижности данных соединений деталей многие исследователи считают фреттинг-коррозионное изнашивание контактирующих поверхностей.

Логично ремонт имеющегося оборудования осуществлять на том же ремонтном предприятии, используя передовые технологии восстановления изношенных деталей, к которым в настоящее время относятся технологические процессы, основанные на использовании наноструктурированных восстановительных покрытий на основе современных полимерных материалов, нашедших широкое применение при восстановлении ресурсных деталей тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин и др.

Однако возможность применения таких материалов для восстановления изношенных поверхностей деталей неподвижных соединений, в частности подшипниковых, ограничивается проблемой обеспечения необходимой точности в процессе эксплуатации как самого соединения, так и точности замыкающих звеньев размерных цепей всего механизма ремонтируемого узла.

В первую очередь это связано с тем, что физико-механические, а особенно - реологические свойства материала сопряженных деталей, а это как правело, железоуглеродистые сплавы, и восстановительного материала (в нашем случае - полимерная композиция) отличаются в значительной степени. Поэтому при подборе полимерной композиции в обязательном порядке необходимо учитывать снижение ее жесткости под действием рабочих температур в процессе эксплуатации восстановительного соединения.

Существует два варианта решения данной проблемы.

Первый - ужесточение допусков на размер восстановленной полимерными материалами поверхности детали с учетом возможных дополнительных деформаций полимерного слоя. Однако этот вариант приведет к значительному повышению себестоимости технологического процесса восстановления из-за необходимости применения высокоточных методов механической обработки и дорогой технологической оснастки.

Второй - подбор полимерных материалов с ограничением их по деформируемости, т.е. с определенными физико-механическими и реологическими свойствами. Это позволит сохранить существующие нормы точности на восстановление детали.

Второй подход видится более предпочтительным, но для его реализации необходимо проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Степень разработанности темы. В настоящее время при восстановлении корпусных деталей машин в ремонтном производстве применяются электродуговые методы, гальванические способы, напыление материалов, нанесение полимерных композиций и др.

Фундаментальные теоретические и практические исследования по разработке прогрессивных технологических процессов восстановления изношенных деталей выполнены советскими и российскими учеными: Ф.Х. Бурумкуловым, Д.Г. Вадивасовым, Е.Л. Воловиком, A.B. Дехтеринским, В.И. Казарцевым, A.B. Котиным, В.М. Кряжковым, И.С. Левицким, И.И. Луневским, В.А. Наливкиным, Ю.Н. Петровым, A.B. Поляченко, Р.Н. Сайфуллиным, В.А. Денисов, В.Н. Сивцовым, И.Е. Ульманом, В.А. Шадричевым и другими.

Перспективным является использование для восстановления посадочных поверхностей корпусных деталей тонкослойных полимерных покрытий, в том числе по заранее подготовленной металлической подложке, образованной общеизвестными и широко распространенными методами. Однако разработка таких технологий требует проведение дополнительных исследований по влиянию таких восстановительных покрытий на параметрическую надежность всего отремонтированного механизма.

Целью исследования является повышение параметрической надежности ремонтно-технологического оборудования при восстановлении подшипниковых соединений шпиндельного узла металлополимерными композиционными материалами.

Объект исследования - параметрическая надежность отремонтированного шпиндельного узла универсального токарно-винторезного станка 1К62Д.

Предмет исследования - закономерности изменения начальных значений точности восстановленных с применением полимерных композиционных материалов подшипниковых соединений шпиндельного узла в процессе его эксплуатации

Методы исследования. Системный подход и анализ, логика научных исследований, математическое моделирование с использованием современных расчетных комплексов. Разработаны частные методики лабораторных исследований с использованием методов математической статистики и современных вычислительных комплексов.

Научная новизна работы состоит:

- в разработке теоретических предпосылок повышения жесткости шпиндельных узлов ремонтно-технологического оборудования, а,

соответственно, его параметрической надежности, при восстановлении подшипниковых соединений металлополимерными композициями;

- в создании на основе программного комплекса АЫЗУБ расчетной схемы и математической модели, адекватно описывающей процесс нагружения восстановленного с использованием полимерных материалов подшипникового узла в процессе эксплуатации ремонтно-технологического оборудования;

- в получении физико-механических и реологических характеристик ряда современных перспективных полимерных материалов отечественного и импортного производства;

- в определении на основе математического моделирования процесса нагружения восстановленного соединения оптимальных свойств восстановительного полимерного покрытия.

Практическую значимость представляют:

- рекомендации по обеспечению необходимой жесткости шпиндельных узлов ремонтно-технологического оборудования при их ремонте с использованием металлополимерных композиций;

- технологический процесс восстановления изношенных подшипниковых соединений шпиндельных узлов с применением металлополимерных композиций.

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретические предпосылки повышения параметрической надежности шпиндельных узлов ремонтно-технологического оборудования при восстановлении их подшипниковых соединений металлополимерными покрытиями;

- расчетная схема и математическая модель, адекватно описывающая процесс нагружения восстановленного с использованием полимерных материалов подшипникового узла в процессе эксплуатации ремонтно-технологического оборудования;

- полученные физико-механические и реологические характеристики ряда современных перспективных полимерных материалов отечественного и импортного производства, рекомендуемых разработчиками для восстановления изношенных деталей и соединений;

- рекомендации по обеспечению необходимой жесткости шпиндельных узлов ремонтно-технологического оборудования при их ремонте с использованием металлополимерных композиций;

- технологический процесс восстановления изношенных подшипниковых соединений шпиндельных узлов с применением металлополимерных композиций.

Достоверность основных положении работы подтверждена сходимостью теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не более 5%). Результаты исследований прошли широкую апробацию в печати и научно-практических конференциях, внедрены в производство.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в ООО «Агро-сервис», ООО «Эффект Гарантия».

з

Личный вклад автора состоит в разработке представленной математической модели, проведении лабораторных исследований, производственной проверки полученных результатов, создания технологии, написании научных статей, оформление заявок на получение охранных документов на программы для ЭВМ.

Апробация работы. Основные результаты исследований отражены в научных статьях, в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени кандидата и доктора наук: «Сельский механизатор», «Трактор и сельхоз машины», «Труды ГОНИТИ» и доложены на международной научно-практической конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» (Саранск, 2012 - 2013гг.); всероссийской научно-практической конференции «Машиностроение: наука, техника, образование» (Рузаевка, 2005г., 2007г., 2010г.); Огаревских чтениях, проводимых в Мордовском госуниверситете им Н.П. Огарева (Саранск, 2009-2014 г.г.); конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовском госуниверситете им Н.П. Огарева (Саранск, 2008-2014 г.); расширенном заседании кафедры механизации переработки сельскохозяйственной продукции Мордовского госуниверситета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2015 г.).

По теме диссертации автором опубликовано 16 печатных работ, в том числе 6 опубликованы в изданиях рекомендованном ВАК РФ, получено 3 свидетельства государственной регистрации программ для ЭВМ. Общий объем публикаций составляет 4,5 п. л., из них автору принадлежит 3,4 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы из 130 наименований. Работа представлена на 121 е., содержит 40 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность научной проблемы, сформулирована цель работы, раскрыты ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследования.

Важной проблемой, возникающей при эксплуатации ремонтно-технологического оборудования, является уменьшение технологической жесткости системы СПИД, приводящей к снижению точности и качества механической обработки за счет износа поверхностей сопряженных деталей подшипниковых опор шпиндельных узлов.

Перспективным направлением для восстановления этих поверхностей является применение полимерных композиционных материалов. Однако при этом необходимо учитывать возможность появления дополнительных упругих и пластических деформаций в соединениях деталей из-за недостаточно высокой жесткости полимерных композиций, и их влияние на точность механической обработки деталей.

Для обоснования оптимальных свойств полимерных восстановительных материалов необходимо провести математическое моделирование процесса нагружения восстановленных подшипниковых соединений с поиском оптимальных решений.

Для реализации поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Определить детали и соединения шпиндельного узла станка, вносяшие наибольший вклад в баланс точности механической обработки, в процессе его эксплуатации;

2. С использованием метода «конечных элементов» на основе программного комплекса АЫБУЗ создать расчетную схему и математическую модель трехмерного напряженно-деформированного состояния восстановительного покрытия в неподвижном подшипниковом соединении деталей;

3. Провести лабораторные исследования физико-механических и реологических свойств перспективных полимерных материалов;

4. На основе математического моделирования процесса нагружения восстановленного соединения определить оптимальные свойства восстановительного полимерного покрытия обеспечивающего необходимую жесткость отремонтированного шпиндельного узла;

5. На основе физического моделирования процесса нагружения восстановленного подшипникового соединения оценить адекватность разработанной математической модели;

6. Разработать технологический процесс восстановления подшипниковых соединений шпиндельных узлов, внедрить его в производство, оценить его экономическую эффективность.

Во второй главе представлены теоретические исследования по обоснованию свойств полимерных материалов, применимых для восстановления подшипниковых соединений шпиндельных узлов.

В настоящее время при выборе полимерных восстановительных композиций зачастую не учитываются их реологические свойства, которые непосредственно влияют не только на нарушение неподвижности посадок отремонтированных соединений, но и на точность расположения деталей сборочной единицы, в частности на изменение исходных размеров замыкающих звеньев размерных цепей, которые определяют долговечность всего механизма.

При силовом замыкании размерной цепи в процессе эксплуатации отремонтированной с применением полимерных материалов сборочной единицы возникает дополнительная погрешность замыкающего звена:

Д(У = ^(Д/у, Д/п), (1)

где Дш - эксплуатационная погрешность замыкающего звена размерной цепи;

Д1у - погрешность вызванная упругими деформациями поверхностей деталей;

Л1п - погрешность от пластических деформаций материала.

Поэтому при определении погрешности замыкающего звена размерных цепей отремонтированной сборочной единицы с использованием неметаллических материалов необходимо наряду с технологическими учитывать и дополнительные погрешности, зависящие от физико-механических и реологических свойств этих материалов.

Для исследования контактных напряжений и возможных деформаций, возникающих в шпиндельном узле ремонтно-технологического оборудования, была разработана математическая модель на базе программного комплекса ANS YS, которая реализована на примере токарно-винторезного станка 1К62Д, который широко распространен на ремонтно-технических предприятиях. Трехмерная конечно элементная схема шпинделя представлена на рис. 1.

Построение и решение методом конечных элементов осуществлялось по схеме «снизу вверх».

Для упрощения расчета предполагаем, что все детали данного узла изготовлены из одного материала с модулем Юнга 2, МО11 Па; коэффициентом Пуассона 0,3; постоянным коэффициентом трения 0,2.

Из результатов математического моделирования следует, что наибольшие напряжения, а соответственно и деформации, возникают в переднем подшипнике шпиндельного узла, что скажется как на точности его пространственно - геометрических параметров, так и на точности механической обработке деталей.

На рис. 2 представлена расчетная схема восстановленного подшипникового узла передней опоры шпинделя.

Разработанная нелинейная математическая модель, воспроизводящая основные особенности эксплуатации восстановленного с использованием полимерных материалов шпиндельного узла, содержит следующие компоненты (рис. 3):

Рисунок 1 - Трехмерная конечно-элементная модель шпиндельного узла станка 1К62Д.

1 - обрабатываемая деталь; 2 кулачковый патрон; 3 - корпус; 4 -шпиндель; 5 - подшипник 4-697920Л1 ГОСТ 21512-76; 6 - подшипник 4-17716Л ГОСТ 21512-76.

Рисунок 2 - Расчетная схема восстановленного шпиндельного узла

£>о - диаметр восстановленной поверхности; О - диаметр восстанавливаемого отверстия; Ь -

величина смещения оси отверстия за счет деформации полимерной пленки; с/н - диаметр вала

4*/

Оз."**. Ог «----г'

V. о, 6Й

Рисунок 3 - Напряженное состояние элементарного объема восстановительного покрытия и обобщённая модель вязкоупругой среды Максвелла

I. Уравнения равновесия для трехмерного напряженно-деформированного состояния:

дагг дсгху да

+ ■

- + X = 0;

да.,у да„, да

ух

+ ■

5.

до\г дагу да

<тж

а0- = (2)

22 /

+ —^ + г =

5„ а.

где а,/ - компоненты полного тензора напряжений. Па; /, / = х,у,г - направления координатных осей.

2. Реологическую модель слабосжимаемой вязкоупругой среды в составе уравнений наследственной теории Больцмана-Вольтерры:

ds„

дт

о о

где 0(г - г) и - г) - сдвиговые (девиаторные) и объемные (гидростатические) релаксационные ядра (для дискретного спектра времен релаксации, описываемого обобщенной моделью Максвелла); ву,£и - девиаторные и

объемные компоненты тензора деформаций.

Релаксационные ядра представляются в виде РЯОЫУ ряда, который предполагает, что:

G(0 = G,, + £G, ехр

; K(t) = Kv +I^,-expl -

(4)

где в, и С, - сдвиговые модули, Па; К,, К: - объемные модули, Па; т1 и г,- -времена релаксации для каждого РЯСЖУ компонента, с.

Задание РЯОМУ ряда осуществляется введением попарных коэффициентов

а?, г? и af , г/1'.

где

а, = G,./G0; =К,/К0

Ga=G., + а:,

Тогда релаксационные ядра будут выглядеть следующим образом

G(f) = G0

+ 2>,G • ехР -

; £(0 = к()

+ £«/ -ехр

/=1

(5)

(6)

(7)

3. Реокинетические константы, такие как дискретные значения модулей сдвига и времен релаксации, объёмный модуль полимерного материала, являются

функцией температуры эксплуатации.

Для проведения анализа напряженно деформированного

состояния восстановленного

шпиндельного узла в программном комплексе ANSYS была построена твердотельная модель по схеме «снизу-вверх» в препроцессоре PREP7, которая состоит из оправки, подшипника радиально упорного, полимерной прослойки (в

зависимости от модели толщина ее Рисунок 4 - Трехмерная модель менялась от 500мкм до ЮООмкм), передней части восстановленного корпуса и передней части шпинделя, шпиндельного узла станка 1К62Д. Данная модель представлена на рис.

1 - оправка; 2 - корпус; 3 - шпиндельный 4.

узел; 4 - подшипник 4-697920JI1 ГОСТ 21512- Нагружение восстановленного

76; 5 - полимерная прослойка

шпиндельного узла осуществляется в несколько последовательных шагов с передачей НДС между ними. На первом шаге к восстановленному узлу прикладывается составляющая силы резания Ру=2800Н. На втором шаге нагружения моделируется выдержка элементов узла под нагрузкой, заданной на предыдущем шаге, в течение длительного времени с целью исследования влияния релаксационных процессов в металлополимерном покрытии корпуса.

В третьей главе приведены методики экспериментальных исследований, охарактеризованы научно-исследовательское оборудование и средства измерения.

Исследования по

определению зависимости

объемного Ко и линейного Е0 модулей полимерных композиций от температуры проводились на разрывной машине AI-7000M компании GOTECH Testing Machines Inc., оборудованной термокамерой GT-7001-HC6

компании UGNLab Co.,Ltd. Testing Equipment и специальным приспособлением.

При известных значениях модулей Ко и Е0 величины модуля сдвига G0 и коэффициента Пуассона v рассчитывались по зависимостям:

Рисунок 5 - Экспериментальная установка 1 - модель подшипника 4-697920Л1 ГОСТ 21512-76, 2 - полимерная восстановительная прослойка из Анатсрма-203, 3 - элемент корпуса шпинделя токарного станка, 4 - опоры

"ТГг-:, ЩШ4?

■ 'о-

ЗА',,

G„ = -

Е„

2(1 + 1')

(8)

I—11

—7 —8 -10

— 9 -12

Рисунок 6 - Разрывная машина Р - 0.5 1 - разрывная машина Р-0.5, 2 - датчик перемещения, 3, 4 и 5 - приборы измерения усилия, перемещения и скорости перемещения, 6 - динамометр, 7 - индикатор часового типа с ценой деления 1мкм, 8 - держатель, 9 - щуп, 10 -экспериментальная модель, 11 -подвижная плита, 12 - поворотный стол, 13 - блок управления.

Определение жесткости новых и отремонтированных шпиндельных узлов проводилось согласно ГОСТ 18097-88

Для адекватности математической проведено моделирование восстановленного

подтверждения разработанной модели было физическое нагружения соединения в

масштабе 1:1. Экспериментальный узел переднего подшипника шпинделя (рис. 5) был подвергнут нагружению на разрывной машине Р - 0.5 (завод «Точприбор») (рис. 6) в течении 110 дней.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований.

Анализ результатов расчета размерных цепей показывает, что наибольшее влияние на радиальное биение шпинделя нового и восстановленного станка оказывает смещение оси наружного кольца переднего подшипника относительно оси отверстия корпуса.

Таким образом,

износ «наружное переднего

Рисунок 7 упругости

температуры

6000

восстанавливая соединения кольцо

подшипника - корпус» можно значительно повысить

точность шпиндельного узла, и соответственно, жесткость всей системы СПИД.

На основании

проведенных лабораторных

ли пи ои ои хии „

исследовании группы

Температура, °с полимерных материалов

■ Зависимость объемного модуля дылп

полимерных композиций от

» Анатерм-201

\

получены зависимости изменения их объемного (рис. 7) и линейного (рис. 8) модулей от температуры испытания.

Для возможности исследуемых материалов компенсатора

40 50 60 70 80 90 100 Температура. °С

* Анатерм 6В ■ Анагерм-203 Ашггерм-201 •1осШе3472

Рисунок 8 -

упругости

температуры

Зависимость линейного модуля полимерных композиций от

определения использования полимерных в качестве износа

«наружное кольцо переднего подшипника - корпус» было проведено имитационное математическое моделирование процесса нагружения восстановленного подшипникового соединения, результаты которого

представлены в таблице 1.

На основе

статистических исследований было получено уравнение регрессии: У= -1,775-0,084X1+0,042X2-0,016X3-0,007X1X2 , которое после потенцирования и раскодировки примет следующий вид:

0.064 _ ^(0.567-0.0561мГ.) £.0.128 У = -1522-' (10)

Таблица 1 Результаты численного моделирования

№ точки плана Значения факторов в кодовых обозначениях Комбинация произведений факторов в кодовых обозначениях Действительное значение показателя параметра оптимизации (КПД)

Х0 X, х2 Хз Х,Х2 х,х, Х2Хз X1X2X3 V, У2 У, У

1 + - - + + - - + 0,178 0,173 0,168 0,173

2 + + - - - - + + 0,154 0,152 0,15 0,152

3 + - + - - + - + 0,2 0,198 0,196 0,198

4 + + + + + + + + 0,163 0,159 0,155 0,159

5 + - - - + + + - 0,179 0,178 0,177 0,178

6 + + - + - + - 1 - 0,152 0,149 0,146 0,149

7 + - + + - - + - 0,191 0,189 0,187 0,189

8 + + + - + - - - 0,165 0,164 0,163 0,164

Х1 - модуль упругости (Юнга) Е, МПа; X; - толщина полимерной прослойки Ъ, мкм; Хз - коэффициент Пуассона у; У- величина смещения оправки мм.

А1А2

АЗ

I

I

А1

Анализ моделирования с метода Паретто

результатов использованием показал, что на

наиоольшее влияние на жесткость отремонтированного с

применением полимерных

композиций шпиндельного узла оказывают следующие факторы: линейный модуль упругости полимера (А]=0,012); толщина полимерной прослойки (А2=0,007); коэффициент Пуассона полимера (Аз=0,006); комбинации факторов (А,А2=0,0001) (рис. 9).

Результаты многофакторного эксперимента показали, что для восстановления неподвижного соединения подшипникового соединения шпиндельного узла станка оптимальными полимерными материалами являются композиции со следующими свойствами: коэффициент Пуассона к>0,395, линейный модуль упругости полимерной прослойки Е >3698МПа и толщина полимерной прослойки Ь<36мкм.

О 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

Рисунок 9 - Степень влняния факторов на эффективность восстановленного корпуса шпиндельного узла

полимерными материалами

Из исследованной группы полимерных восстановительных материалов этим условиям удовлетворяет клей-компаунд Анатерм-203, который и рекомендуется для восстановления подшипниковых соединений шпиндельного узла токарно-винторезного станка 1К62Д.

В пятой главе на основе проведенных исследований был разработан технологический процесс восстановления поверхностей посадочных отверстий корпуса под подшипники качения шпиндельных узлов с использованием клея-компаунда Анатерм-203.

Разработанный технологический процесс внедрен на малых инновационных предприятиях ООО «Агроресурс» и ООО «Эффект гарантия». Годовой экономический эффект при этом составил 447429,8 руб в год на 10 деталей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ состояния вопроса показал, что основным формообразующим узлом ремонтно-технологического оборудования, в частности, металлорежущих станков токарной группы, является шпиндельный узел, на долю которого приходится до 80 % от общего баланса точности обработки деталей. Его жесткость в большей степени определяется зазорами в подшипниковых соединениях, которые в процессе эксплуатации увеличиваются из-за износов контактирующих деталей. С целью повышения параметрической надежности станков при их ремонте перспективным является разработка новых методов восстановления изношенных поверхностей металлополимерными покрытиями, обладающими гарантированными физико-механическими, триботехническими и реологическими свойствами.

2. На основе расчета технологической и динамической размерных цепей определено, что наибольший вклад в суммарную погрешность шпиндельного узла вносит смещение оси наружного кольца переднего подшипника относительно оси отверстия за счет зазора, который увеличивается в процессе эксплуатации станка и достигает 0,11 мм, что значительно превышает предельное значение по его жесткости.

3. С целью определения возможности восстановления изношенных посадочных поверхностей отверстий корпуса коробки скоростей под подшипники шпинделя полимерными композиционными материалами, и таким образом, обеспечить необходимую параметрическую надежность отремонтированного оборудования, на базе программного комплекса АЫБУБ разработана конечно-элементная математическая модель, адекватно описывающая процесс нагружения восстановленного соединения «подшипник-отверстие» в процессе его эксплуатации, позволяющая рассчитывать и визуально представлять значения контактных давлений, напряжений и перемещений в любой точке массива и в любой момент эксплуатации (свидетельства о гос. Регистрации №2014611498 и № 2014611566).

4. На основе лабораторных исследований установлено, что максимальное значение линейного модуля упругости при t = 80° С имеет Анатерм-203 (3841 МПа, минимальное - Анатерм-201 и Loctite 3472 (180 МПа).

Объемный модуль данных материалов до 60°С незначительно растет, а после стремительно уменьшается и при 80°С составляет 1125 МПа у Loctite 3472 и 1050 МПа у Анатерм-201.

5. Результаты математического и физического моделирования, лабораторных исследований показали, что для обеспечения требуемой параметрической надежности при восстановлении неподвижного подшипникового соединения шпиндельного узла станка оптимальными полимерными материалами являются композиции со следующими свойствами: коэффициент Пуассона к>0,395, линейный модуль упругости полимерной прослойки Е >3698МПа и толщина полимерной прослойки Ь<36мкм. Данным требованиям удовлетворяет клей-компаунд Анатерм-203.

6. Разработан и апробирован новый технологический процесс восстановления изношенных поверхностей посадочных отверстий корпусов коробок скоростей ремонтно-технологического оборудования под подшипники качения шпинделя покрытиями на основе клея компаунда Анатерм-203.

7. Разработанный технологический процесс внедрен в производство на малых инновационных предприятиях ООО «Агросервис» и ООО «Эффект Гарантия», а также в учебный процесс Рузаевского Института машиностроения. Экономический эффект от внедрения составляет 447000 руб. на программу ремонта 10 деталей в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ

1. Ефанов С.А. Восстановление шпиндельных узлов полимерными композиционными материалами/ Ефанов С.А., Котин A.B., Федченко В.Ю.// ISSN 0235-8573 Трактор и сельхозмашины. №10 М.: 10, 2012. С50-52.

2. Ефанов С.А. Обеспечение точности ремонтно-технологического оборудования при восстановлении шпиндельных узлов полимерными композиционными материалами / Ефанов С.А., Котин A.B.// ISSN 0235-8573 Трактор и сельхозмашины. №12 М.: 12, 2013. С46-48.

3. Ефанов С.А. Восстановление ремонтно-технологического оборудования полимерными композиционными материалами / Котин A.B., Конаков A.B., Ефанов С.А.// Труды ГОСНИТИ. - 2014. - Т. 117.

4. Котин A.B. Математическое моделирование процесса нагружения восстановленного неподвижного соединения «вал - подшипник» / Котин A.B., Водяков В.Н., Кузнецов В.В., Конаков A.B., Ефанов С.А.// Труды ГОСНИТИ. -2014. - Т.117.

5. Ефанов С.А. Восстановление деталей полимерными композиционными материалами / Котин A.B.. Конаков A.B., Ефанов С.А.// ISSN 0131-7393 Сельский механизатор. №4 М.: 2015. С34-35.

6. Котин A.B. Надежный способ восстановления неподвижного соединения вал подшипник / Котин A.B., Водяков В.Н., Кузнецов В.В., Конаков A.B., Ефанов C.A.II ISSN 0131-7393 Сельский механизатор. №8 М.: 2015. С34-37.

Зарегистрированные програмлшые средства

I. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014611498. Расчет напряженно деформированного состояния восстановленного шпиндельного узла / Котин A.B., Ефанов С.А. - 2014 г.

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014611566. Расчет напряженно деформированного состояния восстановленного подшипникового соединения при радиальном нагружении / Котин A.B., Ефанов С.А. - 2014 г.

9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015615901. Расчет напряженно деформированного состояния шпиндельного узла токарного станка 1К62Д / Котин A.B., Ефанов С.А. - 2015 г.

Статьи в других изданиях

10. Ефанов С.А. Анализ проектирования технологии изготовления детали в различных системах САПР технологических процессов / Ефанов С.А. // Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств: Сб. материалов III Всерос. науч.- конф. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. С. 170-173.

II. Ефанов С.А. Восстановление корпусных деталей полимерными материалами / Ефанов С.А., Котин A.B. // Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств: Материалы IV научно практической конференции.: в 2 частях. 4.2 (естественные и технические науки). - Рузаевка: Рузаевский печатник, 2005 С. 88-91.

12. Ефанов С.А. Анализ напряженно-деформированного состояния посадки с натягом (вал - внутреннее кольцо подшипника) с использованием ANSYS / Ефанов С.А., Котин A.B., Чугунов М.В.// Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств: Материалы IV научно практической конференции.: в 2 частях. 4.2 (естественные и технические науки). - Рузаевка: Рузаевский печатник, 2005 С. 91-93.

13. Душин И.Ф. Анализ напряженно-деформированного состояния токарного резца с использованием ANSYS / Душин И.Ф., Ефанов С.А., Вертиев М.Е.// Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств: Материалы IV научно практической конференции.: в 2 частях. 4.2 (естественные и технические науки). - Рузаевка: Рузаевский печатник, 2005 С. 83-86.

14. Ефанов С.А. Расчет напряженно деформированного состояния шпиндельного узла станка 1К62Д / Ефанов С.А., Котин A.B., Чугунов М.В., Игумнов JI.A. // Машиностроение: наука, техника, образование: Сб. научн. трудов YI Всерос. научн.-практ. конф. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. С.118-121.

15. Ефанов С.А. Система «Solid works - Cosmos» в инженерных расчетах. / Ефанов С.А. // XXXVIII Огаревские чтения. Саранск 2009

16. Ефанов С.А. Основные мероприятия по повышению долговечности подшипниковых узлов. / Ефанов С.А., Котин A.B. // XIV научно -практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов мордовского университета. Саранск 2010.

17. Ефанов С.А. Основные мероприятия по повышению долговечности подшипниковых узлов. / Ефанов С.А., Котин A.B., Чугунов М.В., Игумнов JI.A. // Машиностроение: наука, техника, образование: Сб. научн. тр. YILLI Всерос. научно-практ. конф. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. С. 91-93

18. Ефанов С. А. Восстановление шпиндельных узлов ремонтно-технологического оборудования полимерными композиционными материалами. / Ефанов С.А., Котин A.B. // Международная научно-практическая конференция «Энергоэффективные ресурсосберегающие технологии и системы», посвященная 55 летию института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «МГУ им Н.П. Огарева» Саранск 2012.

19. Ефанов С. А. Восстановление шпиндельных узлов станков полимерными композиционными материалами. / Ефанов С.А., Котин A.B. // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы : межвуз. сб. науч. тр. / редкол.: A.B. Котин [и др.]. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2013. -480 с. С350-353

Подписано и печать 08.09.15. Усл. нем. л. 1,0 Тираж 150 :ж.1. Заказ Л» 962.

Типография Издательства Мордоиского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24