автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматической сборки цилиндрических соединений изменением положения центра тяжести подвижной детали

Ка правах рукописи

Жарков Геннадий Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ПОДВИЖНОЙ ДЕТАЛИ

специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 МАР 2015

Самара 2015

005560409

005560409

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Прилуцкий Ванцетги Александрович

Официальные оппоненты: Житников Юрий Захарович, доктор технических наук,

профессор, ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия им. А. Дегтярева», заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

Горшков Борис Михайлович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет сервиса», заведующий кафедрой «Сервис технических и технологических систем»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тольятгинский государственный университет (ТГУ)»

Защита состоится «27» апреля 2015 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д212.217.02 при Самарском государственном техническом университете по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, д. 141, корпус № 6, ауд. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан «27» февраля 2015 г.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах заверенные печатью) просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244. Главный корпус, учебному секретарю диссертационного совета Д212.217.02.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.217.02, доктор технических наук, профессор

Денисенко А.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматривается метод автоматической сборки с помощью искусственно смещенного центра тяжести (ЦТ) подвижной детали.

Актуальность темы. Удельный вес сборочных работ в машиностроении, несмотря на разработку все новых методов сборки, длительное время, (примерно) с 70-х годов остается на одном уровне и составляет в машиностроении около 20 %, в приборостроении до 40 %. Объясняется это все большей автоматизацией обрабатывающих технологий и трудностью решения проблем, возникающих в процессе сопряжения при сборке.

Несмотря на все растущую точность транспортирующих и манипулирующих устройств, не достает адаптационных средств в зоне локальных перемещений подвижной сопрягаемой детали, на порядок более точных, чем дают базовые устройства и иные средства позиционирования. Меняющиеся по мере совмещения деталей характеристики сил трения требуют адекватного реагирования со стороны сборочной головки. Недостаточность такого реагирования в режиме реального времени (online) приводит к заклиниванию в разных фазах сопряжения.

Применение адаптивных систем с замером возникающих рассогласований и отработкой их сервоустройствами делает сборочные головки громоздкими и дорогостоящими, быстродействие их, ограниченное дискретностью и чувствительностью не позволяет достичь требуемой точности. Таким образом, запрос на разработку метода сопряжения, при котором средства адаптации переносятся на саму движущуюся деталь, является актуальным для теории автоматизации сборочных работ.

Особенности локальных перемещений при сопряжении изучены недостаточно, не даны ответы на проблему преодоления заклинивающих сил и моментов в разных фазах сопряжения, поэтому актуальным является поиск и обоснование метода, который бы позволял вести локальный процесс сопряжения так, чтобы преодолевать или не допускать заклинивания деталей.

Нигде не рассматривалась возможность использовать методику воздействия на месторасположение центра тяжести (ЦТ) комплекта «подвижная деталь присоединяемый ориентатор» (ПДПО), который является фактически новым сборочным комплектом с заранее рассчитанным положением ЦТ. Соответственно не было теории, описывающей систему сил, воздействующих на комплект ПДПО, со смещенным ЦТ, его динамику в различных фазах взаимодействия с ответной деталью, а также поведение его как физического маятника. Возможно также развитие теории регулирования положения ЦТ по времени или отклонению.

Цель работы.

Повышение эффективности автоматической сборки путем исключения возможности заклинивания сопрягаемых деталей и расширения допустимого отклонения от соосности.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

з

1. Разработать технологический процесс автоматической сборки, исключающий возможность заклинивания собираемых деталей и значительное расширение зоны отклонения от соосности.

2. Разработать математические модели перемещения детали в составе подвижной части технологической системы:

- при движении по фаскам;

- при наклонном нависании и наложении осевых колебаний;

- при трехточечном контакте вала и отверстия.

3. Разработать метод исключения заклинивания и расширения зоны допустимого отклонения от соосности между валом и отверстием.

4. Экспериментально проверить эффективность процесса автоматической сборки с использованием разработанного метода.

5. Разработать научно обоснованные рекомендации по определению параметров и функциональному ставу универсальных сборочных головок на базе предложенного метода.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является технологический процесс автоматической сборки цилиндрических деталей с гарантированным зазором.

Предметом исследования является метод автоматической сборки с помощью изменения положения ЦТ подвижной детали.

Методы исследования. Методологической основой работы является гипотетико-дедуктивный метод с созданием трех феноменологических моделей и математическим описанием их поведения под действием внешних сил, реакций и трения с использованием теории равновесия, уравнений Лагранжа для плоскопараллельного движения твердого тела, теории колебаний.

Экспериментальные исследования выполнялись на специально созданной установке с образцами и деталями в лабораторных и производственных условиях. Использованы современная измерительная техника, методы корреляционного и регрессионного анализа.

Научная новизна.

1. Разработаны математические модели сборки при перемещении подвижной детали в составе наклонного комплекта в основных фазах сопряжения вала и отверстия: по фаскам, вне зоны фасок и при трехточечном контакте.

2. Разработан метод автоматической сборки цилиндрических соединений изменением положения центра тяжести подвижной детали и способ наложения на нее осевых колебаний.

3. Установлено, что при смещении центра тяжести более, чем на

где (1 - диаметр вала, 5 - зазор в соединении, сопряжение происходит, минуя фазу трехточечного контакта и заклинивания. Установлено также, что зона допустимого отклонения от соосности при наложении осевых колебаний достигает величины

/ + О?)» гДе С! и С2 - размеры фасок вала и отверстия в плоскостях их торцев.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Технология автоматической сборки цилиндрических соединений путем создания сборочного комплекта «подвижная деталь - ориентатор» с изменяемым общим ЦТ.

2. Технология автоматической сборки изменением ЦТ и наложением осевых колебаний на сборочный комплект.

3. Математические модели, описывающие перемещение сборочного комплекта с измененным ЦТ в трех характерных фазах сопряжения:

- движение по фаске с определением величины смещения ЦТ для исключения трехточечного контакта и заклинивания;

- перемещение наклонного комплекта под действием осевых колебаний с расчетом расширенной зоны возможного отклонения от соосности;

-выведение комплекта из фазы трехточечного контакта наложением осевых колебаний и перенесением ЦТ выше отверстия базовой детали.

4. Алгоритмы расчета параметров сборочного комплекта и наложенных колебаний и определения функционального состава сборочных головок, основанных на методе изменения ЦТ подвижной детали. Установленные закономерности и количественные оценки параметров комплекта при определении смещения ЦТ и допустимого отклонения от соосности.

Практическая ценность работы.

1. Применение данного метода существенно расширяет технологические возможности автоматизации сборки, позволяя за счет значительного увеличения допускаемого отклонения от соосности собираемых деталей снизить требования к точности используемого оборудования, транспортных систем и оснастки.

2. Решение задачи устранения заклинивания увеличивает надежность и эффективность сборочного процесса, снижая сборочные усилия и позволяя собирать детали, в том числе нежесткие и хрупкие.

3. Спроектирована и изготовлена установка для экспериментальных исследований, которые показали высокую эффективность метода по параметрам надежности и точности и определили границы его применения при различных значениях отклонения от соосности вала и отверстия как в случае наложения осевых колебаний, так и их отсутствии; выявлена адаптивность метода к погрешности направления колебаний и наклону оси базового отверстия.

4. Внедренные на заводах автопрома способ и устройство показали техническую эффективность сборки методом с изменением ЦТ подвижной детали, подтвержденную актами использования и испытания.

Реализация полученных результатов.

Метод сборки смещением ЦТ подвижной детали использован рядом предприятий автомобильной промышленности.

В ОАО АВТОВАЗ г. Тольятти в составе работотехнологического комплекса

(РТК), чертеж № 6970.003.00.0.000, для сборки сердечника реле стартера СТ142-3708870 использовано а.с. № 988521 (СССР), МКИ 23Р19/04, Устройство для сборки деталей (его варианты), работающие по Способу сборки деталей типа вал-втулка, а.с. № 1119225, МКИ 23319/04.

Тот же РТК использован на заводе БАТЭ в г. Борисов, Республика Беларусь.

Метод сборки также был использован на КЗАТЭ им. Тарасова, г. Самара в РТК сборки реле сердечника стартера СТ221-3708870, чертеж № 1676.002.00.00.000.

Экономический эффект заключается в повышении производительности, возможности организации многостаночного обслуживания, социальный эффект — в исключении травмоопасного и монотонного труда.

На основании теоретических и экспериментальных исследований подана заявка № 2013127904, МПК 23Р19/04, Способ сборки деталей вал-втулка, опубликована 27.12.2014 года. Бюл. № 36.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях с международным участием «Высокие технологии в машиностроении (Самара, 2012 и 2013 г. г.), а также на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения», СамГТУ.

Публикации.

По теме исследований опубликовано 13 печатных работ в журналах и материалах научных конференций, в том числе 3 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 5 патентов и 11 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, результатов и общих выводов. Диссертационная работа изложена на 133 страницах, включая 40 рисунков, 20 таблиц и графиков, а также список использованной литературы, состоящий из 121 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены научная и практическая значимость, обоснованы результаты, достигнутые в ходе теоретических и экспериментальных исследований.

В первой главе выполнен анализ существующего положения теории и практики методов сборки подвижных цилиндрических соединений.

Проблеме разработки технологии сборочных процессов и создания автоматического оборудования посвящены труды Б.М. Базрова, Б.С. Балакшина, Ю.М. Буднико-ва, А.Г. Герасимова, A.A. Гусева, Ю.З. Житникова, И.М. Колесова, B.C. Корсакова, М.П. Новикова, А.Н. Рабиновича, Л.Б. Черняховской, В.Г. Шуваева, В.А. Яхимовича.

Необходимость автоматизации сборочных процессов предъявляет повышенные требования к производительности сборочных автоматов.

Главной причиной недостаточной эффективности существующих методов автоматической сборки является заклинивание собираемых деталей.

Наиболее полно проблема заклинивания исследована в работах ряда ученых, в том числе Ю.М. Будникова, Л.Б. Черняховской, в которых показана неизбежность заклинивания и увеличения сил трения в точке контакта вала и втулки при уменьшении угла перекоса с позиции геометрических соотношений и силовым расчетом.

Сборочные устройства делятся на три основных типа:

- самоцентрирующиеся по сопрягаемым поверхностям, рассмотренные в работах Ю.М. Будникова, А.Г. Мешкова, Б.М. Базрова и других;

- использующие сканирование без контроля положения собираемых деталей, приведенные в работах КЛ. Муценека, A.A. Сгалидзана, Д.М. Левчука, Ю.З. Житни-кова, в которых разработаны методы вихревой, вибрационной сборки, метод вращающейся трубки и метод использования упругого элемента;

- с контролем положения собираемых деталей и с обратной связью по рассогласованию, рассмотренные в работах В.А. Яхимовича, A.A. Гусева, G Reinhart, J. Werner.

В первом случае не исключается заклинивание деталей, так как возможен перекос их осей.

Недостаток метода сканирования заключается в уменьшении производительности, связанном с увеличением времени поиска до совпадения оси собираемых деталей.

Устройства третьего типа требуют сложного аппаратурного обеспечения для замера действительной погрешности взаимного расположения осей, возникающего в процессе сопряжения, и преобразования ее в компенсирующее движение.

При существующих методах валу сообщают сборочное усилие, которое создает заклинивающий эффект. Это заклинивание воспроизводится во время всего процесса и его нейтрализуют различными методами: вибрацией, вращающейся трубкой, вращающимся вихрем и др.

В диссертации выдвинута альтернативная возможность автоматической сборки, заключающаяся в искусственном смещении центра тяжести комплекта (подвижная деталь и ориентатор) и предложена феноменологическая модель процесса.

Предложенная модель включает три фазы положения подвижной детали.

Фаза I - комплект опускают на торец втулки до контакта с ней.

Фаза II — комплект ориентатор-деталь, качаясь относительно точки контакта под действием момента, поворачивается в главной плоскости до контакта цилиндрической поверхности с кромкой отверстия втулки.

Фаза III - под действием момента комплект поворачивается в сторону компенсации погрешностей, переводя процесс сопряжения к двухточечному контакту и дальнейшими автоколебаниями при окончательной сборке.

В каждой фазе сборки компенсирующий момент направлен в сторону расклинивания собираемых деталей, что устраняет заклинивание - основную причину отказов.

Компенсация погрешностей, возникающих в процессе сборки происходит без их замера в режиме саморегулирования.

Предложенная модель позволила перейти к рассмотрению вариативности в виде плоской сетевой морфологической матрицы (рис. 1), на вертикальной координате которой отложены значения сборочных модулей, разработанных в модульной теории сборки Б.М. Базрова.

Рис. 1 Сетевая морфологическая матрица сборочных технологий со смещением ЦТ

Возможные координаты сетевой морфологической матрицы:

А - модуль соединения: вал — отверстие, «ласточкин хвост», резьбовое - цилиндрическое, коническое соединение, шпоночное, штифт, срезанный штифт, шпонка на конической поверхности, шаровое соединение;

В - охватываемая, охватывающая поверхность;

С - ось сборки: вертикальная, горизонтальная;

£> - ЦТ ниже базовой детали, выше;

Е - вращения подвижной детали нет/есть;

гравитационное, магнитное, струйное и др;

й - управление положением ЦТ нет/есть;

Н-наложение колебаний нет/есть;

/- виды схватов - 4 вида;

К — передачи, энергии нет или есть: контактная, бесконтактная, на борту комплекта.

Методика, описанная в диссертации, занимает часть сетевой морфологической матрицы с началом в точке А:

А1 ВI С1 П1 Е1 в! Н1II К1 В2 й2 С2 Н2 12 К2 .

Всего вариантов, устройств и технологий сборки со смещением ЦТ:

N=1 х2*1 *2><1 x2y.2~x.2y-2—126, Ыт=1 х] х1 х^х/ х1 *2х2х1 х2=16.

Матрица позволяет решать задачу генерации произвольного варианта. Задавшись любой комбинацией в обозначениях координат, расшифровывают ее вербально, получая описание устройства или способа.

Во второй главе исследуется движение комплекта ПДПО по фаске.

Движение комплекта ПДПО можно условно представить суммой двух движений: во-первых, вдоль фасок при скольжении точки В комплекта и, во-вторых, одновременный поворот его относительно этой точки, как физического маятника с массой, сосредоточенной в центре тяжести С (рис. 2).

Для оценки и сравнения времени скольжения г и периода колебания комплекта Т рассматривается схема сил, действующих на комплект.

На рис. 2 изображен вал 2 диаметром </, соединенный с ориентатором 3 в комплект так, что центр тяжести смещен ниже втулки 1 диаметром О. Комплект ПДПО находится под действием силы веса Р и силы трения Ртр.

фаске те.

Фаски вала и отверстия принимаются равными С под углом 45°. Комплект скользит под этим углом, проходя расстояния 5, равное:

2С

Время скольжения: I = —,

V а

где а = (1-/тр)^ 5ш45°,

/тр - коэффициент трения, ускорение свободного падения. После подстановки время скольжения равно:

/= 40, 8С (1) Период качания комплекта как физического маятника длиной ¿:

Т = 2*Ж

т

Время скольжения меньше периода качания в — раз:

Принимая для стали /шр =0,15, получают: — = 2,05 Назначив Ь=200 мм, С=1 мм, получают:

— =29 раз,

то есть после установки комплекта, например, вертикально и завершения соскальзывания по фаскам, отклонение его от вертикали у составит не более, чем:

Если комплект ПДПО отклонится на угол у < ут1П, он перейдет в фазу окончательной сборки; если у > утг„, то образующая вала 2 коснётся кромки отверстия втулки 1 в точке А, как изображено на рис. 3. Пренебрегая энергией движения комплекта, рассматривается условие его равновесия в нейтральном положении, в котором сила тяжести Р комплекта находится на вертикали, проходящей через точку скольжения В. Смещение центра тяжести комплекта в точке б создает нескомпенсированный момент силы веса, который доворачивает комплект ПДПО, совмещая оси вала и отверстия.

УА и ¥в~ скорости точек АнВ вала, Ыл и Ыв~ нормальные реакции, РА и Ев- силы трения,

точка О - мгновенный центр скоростей комплекта, а - плечо силы Р относительно точки О, ¿¡ий- диаметры вала и отверстия, С *45 фаски отверстия и вала, Ь - длина ориентатора до точки <7.

В случае квазиотсутствия трения, например, с помощью осевых вибраций

направленный в сторону совмещения осей собираемых деталей.

В случае наличия сил трения можно определить критический коэффициент трения /йр, при котором еще возможен поворот комплекта. Для комплекта ПДПО, находящегося в статическом равновесии, должна быть равна 0 сумма векторов всех приложенных сил и моментов сил, например, относительно точки В, то есть

у =-агсям-

4-29

1

Ш-2-I

Р=Ма+Мь

и выявляет нескомпенсированный момент от веса комплекта

М = Р-а

ю

FA+Nл+Fв+Nв+P=0

Еа-АО-Иа-во = О

где АО и ВО - плечи сил трения и нормальной реакции в точке А относительно точки В. Так как

Ра = ¡КрыА >

то

откуда

fKp-NA-AD^NA-BD, BD

/кр

AD

Из Д ABD видно, что

VD2 - (d - С)2

или окончательно:

fKp ss —-—, где 5 - зазор в соединении.

*j2dS d

Последняя формула соответствует положению ПДПО, когда, независимо от наличия фасок, вал входит в отверстие при известном угле между осями

d

У min = arccos—.

При этом

•JldS

¿8У min Jkp ^

Длина ориентатора Lmin, соответствующая началу этой фазы окончательной сборки,

0,5d

^min

tgr,

mm

Подставляя значение Ьдут1п , получают:

¿2

1тт=1Ш' (2)

При достаточной длине ориентатора вал, скользя по фаске, не соприкасается с кромкой отверстия в точке А, а сразу оказывается в последней фазе двухточечного контакта кромок вала с образующей отверстия.

Необходимая для этого длина ориентатора, например, при й = 20 мм и 8 — 0,05 мм и составляет:

2°2 ,^ Л = —, « 143 мм.

тш 2^2-20-0,05

В третьей главе диссертации рассматривается поведение комплекта ПДПО при наложении на него осевых колебаний.

При отсутствии фасок и углах у > /„¡„происходит наклонное зависание комплекта, из которого его выводят осевыми колебаниями. Величина амплитуды колебаний не должна превышать минимальную величину погружения вала при у ~ ymin ,

h^ = VD2 - d2 « V2dS . (3)

Чтобы использовать наклон комплекта для сопряжения деталей с отклонением от соосности на сборочной позиции wcn, значительно большей С, + С2 , предложен способ наложения осевых колебаний на комплект включением в состав ориентатора возбудителя колебаний. При этом комплект ПДПО перемещается в направлении оси отверстия в зону наименьшего гравитационного потенциала.

Точки Oi и О2 - центры отверстия и вала, С - размеры фасок (в случае С, = С2), w — межосевое расстояние, Ъ — плечо силы веса комплекта, G — положение центра тяжести при первоначальной установке комплекта в вертикальном положении, G, пентр тяжести в положении равновесия комплекта ПДПО как физического маятника.

L = 02G - его длина.

Из ДВ02С' видно, что ВС' = VL2 + Ь2, (4)

то есть центр тяжести опускается с увеличением плеча Ь.

Величину плеча b можно определить, рассматривая треугольники О,В,В и 02В,В. У них общий катет В ¡В (точка В расположена на середине отрезка BiB2).

На рис. 4 изображена схема комплекта ПДПО в положении зависания на точках BJ, В2.

Принимая 52 ~ 0, получают: b = —-

w ~2

(5)

Рис. 4 Схема наклона комплекта ПДПО

Рис. 5 Схема траектории колебаний комплекта ПДПО

При наличии фасок 8 = 0 и тогда:

Если С = 0

и> 2

Максимальное отклонение от соосности №тах, при которой возможен наклон, возникает при Ь = 0. Она равна:

м?тах=±^Ш (6)

при наличии фасок и

(7)

+ №

И> = + /— тах —л! 2

в их отсутствие.

В условиях вышеприведённого примера

\Vnax = л/2-20-1 « ±6,5 мм,

то есть, более чем в 3 раза суммы фасок С]+С2 = 2мм.

Если фасок нет, то

120-0,05

">тах = у-~- ~ ±0-7 лш

или в 14 раз больше 8.

Для наложения на наклонный комплект ПДПО осевых колебаний к ориентатору присоединяют возбудитель осевых колебаний так, чтобы центр тяжести оставался на оси комплекта. При этом колебания наклонного комплекта всегда будут направлять его в сторону совмещения осей собираемых деталей.

Мощность колебаний N задается массой комплекта т. частотой колебаний т] и амплитудой Н, которая должна быть меньше минимальной глубины погружения

Тогда N = тдЩ . (8)

Колеблющемуся комплекту ПДПО необходимо пройти кромкой вала по кромке отверстия расстояние Б от максимального возможного отклонения от сосности до зоны фасок (рис. 5). Траектория этого движения вдоль оси X есть цепь парабол под меняющимся углом у к этой оси. Весь путь 5 комплект проходит некоторым количеством этих парабол п. Среднее значение величины перемещения за один период колебания:

Так как при IV — у12йС, у = 0 и продвижения комплекта не происходит, весь путь берется на несколько меньшем интервале, например,

2С<™<-4Ш: .

4

Тогда весть путь 5 = 0,75^12е1С - 2С

будет пройден за и шагов

■У = 0754МС - 2С _ 0,754МС - 2С £

'й '

А5.

ср

■ ж-'

¿-2С

а время всего пути составит:

'ах

Предельный случай сборки деталей с гарантированным зазором, когда у вала и отверстия отсутствуют фаски, обеспечивается величиной этого зазора 8. Наклон комплекта ГТДПО возникает на интервале

Для увеличения допустимого отклонения от соосности IV комплект ПДПО может быть установлен наклонно, как показано на рис. 7, где приведены два положения вала на кромке отверстия: начальное положение - под углом у0 и конечное после единичного перемещения - под углом у.

Рис. 6 Схема поворота комплекта ПДПО при трехточечном контакте

Перемещение на величину амплитуды а = СК0 под углом у0 отрывает вал от контакта в паре точек В0 и предоставляет комплекту ПДПО перемещение под действием силы тяжести его и накладываемых связей (сила трения в точке А). Это пере-

мещение можно условно разбить на прямолинейное скольжение по точке А под углом у0 и поворот относительно точки А за одно и тоже время.

Исходя из геометрических соотношений двух соседних положений комплекта, составлены математические выражения обоих движений. Исключением времени получено уравнение относительно угла у

. ( 2Ь-2С, D-d■cosy а-С,

где С ! = й, С2 = соБу - /Тр5ту0,

5ШУо

d2 ( 2L-2C, \ С3= —+(L-Сг)2, С4 = sin \arctg---+ yj.

Для конкретного начального угла у0 = 30 " из (9) получают кубическое уравнение с одним неизвестным: sin3y — 2,18sin2y + 12siny — 5,35 = 0 .

Решение его с помощью метода Виетта-Кардано дало действительный корень siny = 0,48 или у = 28 °69'. Рассчитав средний угол уср, можно определить число единичных перемещений п и, задаваясь амплитудой колебаний а = 1 мм и частотой г] = 50 Гц, вычислить время сборки t = 0,9 с. Мощность возбудителя колебаний N = ОД ватт при массе комплекта т = 0,2 кг.

В четвертой главе описаны исследования метода сборки смещением ЦТ. Для проведения опытов была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка.

Сборочное устройство предназначено для захвата комплекта ПДПО и удержания его над втулкой с плавно изменяемым положением отклонения от соосности вала и отверстия втулки wcn.

Экспериментальная модель - это сборочный узел соединенных вала, ориентатора и возбудителя колебаний, изготовленного в виде микроэлектродвигателя с вращающимся дисбалансом.

Серии экспериментов подразделялись на качественные и количественные. Качественные эксперименты на надежность проводились для каждого значения wcn по 100 попыток до пределов, когда надежность становилась менее 100%.

На основании данных опытов получены графики экспериментальных функций зависимости времени t от смещения: t = f{wcn). Количественные серии экспериментов проводились с помощью информационно-фиксирующей системы с киносъемкой процесса в режиме реального времени. Съемка проводилась таким образом, что в кадре видны перемещения комплекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях с помощью наклонного зеркала.

Анализ кривых показал превышение наибольших экспериментальных значений wcn относительно теоретических за счет неучтенных энергетических фактов при соударении и эффекта сползания вблизи границ фасок.

Кроме того, проводилась серия экспериментов по выяснению адаптивности метода к направлению перемещений. Метод показал эффективность в разных направлениях смещения. При включенных колебаниях и максимально возможном wcn =

5,5 мм регистрировалось время сборки t по четырем взаимоперпендикулярным направлениям.

Надежность сборки проверялась для случая, когда ось отверстия установлена с отклонением от вертикали величиной 1:40; это не повлияло на собираемость.

В целом для данной пары собираемых деталей диаметром 021, зазором S = ОД мм и суммой фасок С Сг = 1мм определены пределы метода: без вибрации они составляют wc„ = 2,5 мм, а с вибрацией - ivcn > 5,5 мм, то есть более половины радиуса, временем сборки от 0,2 с до 1,6 с и нечувствительностью к анизотропности перемещений в горизонтальной плоскости и отклонению оси базовой детали по параметру надежности.

В пятой главе описано практическое применение метода сборки изменением

ЦТ.

Способ сборки был использован на ВАЗе, г. Тольятти в составе робототехнологического комплекса (РТК) для сборки сердечника реле стартера, а также на КЗАТЭ им. Тарасова.

РТК в составе робота, узлов поштучной выдачи, делительных столов и сборочных головок был признан типовым и предложен к продаже лицензий за границу; имеется рекламный проспект.

Анализ производств ВАЗа выявил около 100 мест применения способа с экономическим эффектом и повышением производительности на 20%. Социальный эффект выразился в облегчении труда операторов и исключении ручного, монотонного и травмоопасного труда с прессовым и иным оборудованием. Обеспечена низкая себестоимость сборочных головок.

В РТК применена сборочная головка, работающая по принципу смещенного ЦТ без наложения колебаний. Теоретические исследования метода позволили обосновать его развитие с использованием колебаний; получено положительное решение о выдаче патента на новый способ сборки, в котором использованы элементы управления ЦТ.

На основе универсальных сборочных головок с управлением положения ЦТ возможно создавать гибкие сборочные центры (ГСЦ).

Обладая свойствами автономного микроробота, такие сборочные головки могут переставляться транспортным роботом в локальную зону сопряжения. При смене изделия робот может использовать другую головку из магазина.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана технология автоматической сборки подвижных цилиндрических соединений с изменением положения ЦТ подвижной детали, исключающая заклинивание собираемьк деталей при увеличенном отклонении от соосности.

2. Разработаны математические модели контактирования собираемых деталей для трех возможных положений, позволяющие найти условия преодоления их заклинивания и расширения зоны возможных отклонений от соосности:

- при перемещении подвижной детали в составе комплекта по фаскам с определением величины смещения ЦТ, при которой исключается заклинивание, для увеличения надежности автоматической сборки;

- при наложении осевых колебаний при наклонном положении вала с расчетом увеличения зоны возможных отклонений от соосности для снижения требования к точности позиционирования транспортирующих, ориентирующих, питающих и базирующих устройств.

- при трехточечном контакте с расчетом параметров колебаний и смещения ЦТ для вывода вала из этого положения без заклинивания в случае автоматической сборки деталей без фасок.

3. Разработан метод автоматической сборки, основанный на математическом описании перемещений подвижной детали в характерных фазах ее положений, использующий расчетную величину смещения ЦТ и наложение осевых колебаний на наклонную деталь, обеспечивающий повышение надежности и точности процесса.

4. Подтверждены экспериментально все теоретические модели и расчеты, обосновывающие метод автоматической сборки изменением положения ЦТ подвижной детали при гарантированном зазоре как при наложении осевых колебаний, так и без них.

5. Разработаны научно обоснованные рекомендации по определению параметров сборочных головок, основанных на предложенном методе в виде алгоритма для инженерных расчетов и блок-схемы для определения их функционального состава; показаны возможности метода для построения гибких сборочных центров.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Жарков, Г.Е. Метод сборки изменением положения центра тяжести//Сборка в машиностроении, приборостроении. - М.: 2014. № 11, С. 5 - 12.

2. Жарков, Г.Е. Самоадаптация подвижной детали как способ повышения надежности автоматической сборки//Автомобильная промышленность. — М.: 2014. № 9.

3. Жарков, Г.Е., Саморегулирование положения подвижной детали при сборке/ Г.Е. Жарков, В.А. Прилуцкий //Сборка в машиностроении, приборостроении. - М.: 2012. №9. С. 11 - 12.

Авторские свидетельства и патенты

4. A.c. № 1119225 СССР, МКИ В23Р19/04 Способ сборки деталей типа вал -втулка/ Жарков Г.Е. заявл. 28.10.1980; опубл. 20.12.2012. Бюл. № 35.

5. A.c. № 988521 СССР, МКИ В23Р19/04 Устройство для сборки деталей (его вариаенты)/Жарков Г.Е. опубл. 15.01.1985. Бюл. № 2.

6. A.c. № 1199567 СССР, МКИ В23Р19/04 Устройство для сборки деталей/ Жарков Г.Е. опубл. 23.12.1985. Бюл. № 47.

7. A.c. № 1348134 СССР, МКИ B23Q7/02 Устройство ориентации деталей/ Жарков Г.Е. опубл. 30.10.1987. Бюл. № 40.

8. A.c. № 1421492 СССР, МКИ B23Q7/10 Загрузочное устройство/ Жарков Г.Е., Вигушин Г.Е. опубл. 07.09.1988. Бюл. № 33.

9. A.c. № 1313632 СССР, МКИ B23Q7/02 Способ ориентации и подачи деталей и устройство для его осуществления/Федоров В.В., Жарков Г.Е. опубл. 30.05.1987. Бюл. № 20.

10. A.c. № 1007968 СССР, МКИ B25J15/00 Захват/ Жарков Г.Е., Хачатурьян З.Г. опубл. 30.03.1983. Бюл. № 12.

11. A.c. № 1140945 СССР, МКИ B25J15/00 Схваг промышленного робота/ Жарков Г.Е., Хачатурьян З.Г. опубл. 23.02.1985. Бюл. № 7.

12. A.c. № 1161374СССР, МКИ B25J15/00 Схват (его варианты)/ Жарков Г.Е., Хачатурьян З.Г. опубл. 15.06.1985. Бюл. № 22.

13. A.c. № 1248796 СССР, МКИ B25J15/00 Схват промышленного робота/ Жарков Г.Е., Хачатурьян З.Г. опубл. 07.08.1986. Бюл. № 29.

14. A.c. № 1313645 СССР, МКИ B23Q7/10 Загрузочное устройство/Жарков Г.Е., Курин Ю.Н., Буяков А.Г. опубл. 30.05.1987. Бюл. № 20.

15. Патент РФ на изобретение № 1444139 МКИ B25J9/00 Промышленный робот Жаркова/ Жарков Г.Е.; Заявитель и патентообладатель Г.Е. Жарков; заявл. 06.04.1987; опубл. 15.12.1988. Бюл.№46.

16. Патент РФ на изобретение № 1548038 МКИ В25Л1/00 Манипулятор Жаркова/Жарков Г.Е.; Заявитель и патентообладатель Г.Е. Жарков; заявл. 29.06.1987; опубл. 07.03.1990. Бюл. №9.

17. Патент РФ на изобретение № 1581440 МКИ B21D/13 Магазинное устройство для заготовок/Жарков Г.Е., Жаркова А.Г.; Заявители и патентообладатели Г.Е. Жарков и А.Г. Жаркова; заявл. 05.01.1987; опубл. 30.07.1990. Бюл. № 28.

18. Патент РФ на изобретение № 1316786 МКИ B25B23Q7/02 Способ ориентации и подачи деталей/Жарков Г.Е., Будников Ю.М.; Заявители и патентообладатели Г.Е. Жарков и Ю.М. Будников; заявл. 06.09.1985; опубл. 15.06.1987. Бюл. № 22.

19. Заявка № 2013127904 МПК Б23П19/12. Способ сборки деталей вал-втулка/ Г.Е. Жарков; Заявитель Самарский государственный технический университет; заявл. 18.06.2013; опубл. 16.10.2014. Бюл. №36.

Публикации в других изданиях

20. Жарков, Г.Е. Преодоление трения при сборке//Актуальные проблемы трибологии. Международная научно-техническая конференция. - Самара.: СНЦ РАН. Т. 17 № 1.2015, С. 206-207.

21. Жарков, Г.Е. Автоматическая сборка методом изменения центра тяжести подвижной детали//Высокие технологии в машиностроении - Самара.: Самар. гос. техн. ун-т.2014.

22. Жарков, Г.Е. Сборочные головки маятникового вида/Г.Е. Жарков, В.А. При-луцкий//Высокие технологии в машиностроении.- Самара.: Самар. roc техн ун-т 2012.

23. Жарков, Г.Е. Робототехнологический комплекс для закалки токами высокой частоты (ТВЧ)/ Г.Е. Жарков, В.В. Федоров, А.Г. Буяков//Информационный лист. -Куйбышев. 1987.

24. Жарков, Г.Е. Робототехнологический комплекс дли сборки сердечника реле стартера//Экспресс - информация «Организация автомобильного производства».- Тольятти, филиал НИИН автопрома, 1983. № 16. С. 14 - 23.

25. Жарков, Г.Е. Создание комплексов оборудования собственного станкостроения в автомобильной промышленностиУЛ.М. Царев, Г.Е. Жарков, A.A. Плисс, В.М. Бритовский Обзорная информация. - Тольятти, филиал НИИНавтопрома. 1983. № 23. 52 с.

26. Жарков, Г.Е. Автоматический манипулятор/ Г.Е. Жарков, А.Н. Князев //Экспресс - информация «Организация автомобильного производства»,- Тольятти: филиал НИИНавтопрома. 1980. № 23. С. 6 - 14.

27. Жарков, Г.Е. Болгарские промышленные манипуляторы серии «PIRIN»/ Ю.С. Вильчинский, Р.Г. Яшунский, Г.Е. Жарков //Технология автомобилестроения. -М.: НИИНаетопром. 1980. № 3. С. 10 - 12.

28. Жарков, Г.Е. Промышленный робот «Молния»/ Г.Е. Жарков, Ф.В. Макаров, В.И. Борисов, Н.С. Кабанов //Всесоюзное совещание по робототехническим системам. - М.: Наука. 1978. С. 45.

29. Жарков, Г.Е. Промышленный универсальный манипулятор с программным управлением (микроробот) для загрузки сборки штучных заготовок - деталей/ А.Г. Герасимов, Г.Е. Жарков//Теория, принципы устройства и применение роботов и манипуляторов. Трубы V Всесоюзного симпозиума. - Ленинград: 1974. С. 25 - 28.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.02 ФГБОУ ВГТО «Самарский государственный техшяеский университет» (протокол № 85 от 25.02.2015 г.) Заказ № 160 Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе. ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» Отдел типографии и оперативной печати 443100 г. Самара ул. Молодогвардейская, 244