автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Повышение качественных характеристик соединений с натягом при автоматизированной сборке с охлаждением

ПІДВИЩЕННЯ ЯКІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК З’ЄДНАНЬ З НАТЯГОМ ПРИ АВТОМАТИЗОВАНОМУ СКЛАДАННІ З ОХОЛОДЖЕННЯМ

Спеціальність 05.02. 02 - Машинознавство

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Мохамед Касим Альгази

(громадянин Йордании)

УДК 621.81:621.753.2

Київ -1998

Робота виконана в Державній академії легкої промисловості України (ДАЛПУ) на кафедрі метрології, стандартизації і сертифікації.

Науковий керівник

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Петко Игор Валентинович, професор кафедри електромеханічних систем ДАЛПУ

кандидат технічних наук Кравченко Віктор Иванович, старший науковий співробітник відділу математичного моделювання і задач механіки руйнування деформованого твердого тіла, Інституту проблем міцності НАН України

Ведуча організація

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра динаміки, міцності та опору матеріалів

Захист відбудеться “11” червня 1998 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.102. 01 при Державній академії легкої промисловості України за адресою: 252011, м. Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці академії.

Автореферат розіслано “ 3 ” т/іаі'яЛ,- 1998 року.

доктор технічних наук, професор Зенкін Анатолій Семенович, професор кафедри метрології, стандартизації і сертифікації ДАЛПУ

/7

Вчений секретар спеціалізованої / вченої ради, кандидат ''

технічних наук, доцент

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З’єднання з гарантованим натягом широко стосовуються в машинобудуванні в тих випадках, коли необхідно іредати значні осьові зусилля, обертаючі моменти або навантаження д їхньої спільної дії. Найбільш характерними випадками відмов роботи ких з’єднань є порушення міцності сполучення, пошкодження від ретинг-втомленості та поломки внаслідок втоми. Тому підвищення зздатності цих сполучень - одне з найважливіших питань в забезпеченні ідійності і довговічності деталей машин. В Україні та за кордоном юлідження, що проводилися в цій галузі, пов’язані, передусім, з тим, □б знайти раціональні технологічні засоби складання, механізації та ітоматизації їхньої посадки, створенню ефективних засобів контролю ості з’єднань і, звичайно, вдосконаленню засобів розрахунку.

Відомо, що міцність з’єднань з натягом, які зібрано, термічними зтодами (з нагріванням або охолодженням), значно вище міцності юлучень, які здійснено механічним запресовуванням. Слід, однак, цзначити, що в останні роки значно поширені дослідження, пов'язані з ікористанням в різноманітних галузях машинобудування складання з ізькотемпературним охолодженням, яке не тільки успішно конкурує із ігріванням під час складання, але в цілій низці випадків є більш ірспективним.

Нажаль, відсутність глибоких досліджень в галузі оцінки якісних ірактеристик з’єднань з натягом при складанні з охолодженням, ікрема, явищ, що відбуваються в зоні контакту при формуванні з’єднань, зз врахування яких неможливо здійснити розрахунок міцності та точності їх сполучень, безумовно стримує їхнє використання при виготовленні масних машин та механізмів. Крім того, чинником, що перешкоджає ікористанню низьких температур при складанні з’єднань, є практична цсутність теоретичних та експериментальних даних з вибору і >зрахунку оптимальних режимів охолодження, транспортування та зієнтування різноманітних за вагою, габаритами та матеріалами юплюваних деталей, встановленої дієздатності та ефективності зміченого до проектування автоматизованого обладнання, розробка зго раціонального компонування та структури, а також призначення іхнічно обгрунтованих вимог до точності і продуктивності його позицій,

о гарантують якісне, високопродуктивне і економічне складання виробів.

Зв'язок роботи з науковими планами. Дисертаційна робота дповідає науковому напрямку досліджень Державної академії легкої )омисловості України з проблем “Обладнання, системи управління їхнологічними процесами та контроль якості виробів”.

Мета і задачі дослідження. Забезпечення характеристик міцності та точності з’єднань з натягом, підвищення їхньої довговічності на підставі встановлення функціональних зв’язків між характеристиками міцності, станом поверхонь, що сполучаються, та побічними інформативними параметрами, які характеризують якість зони сполучення деталей, а також забезпечення умов їхнього автоматизованого складання.

Для досягнення цієї мети в роботі були поставлені наступні задачі:

- встановити і обгрунтувати закономірність отримання з’едань з натягом, які мають високу міцність та малу напругу при складанні з охолодженням;

- уточнити вплив конструктивних і технологічних чинників, процесів, що протікають в зоні контакту при формуванні сполучень, які складаються з термовпливом, на параметри міцності та точності;

- виконати комплекс експериментальних досліджень по уточненню та отриманню нових даних про конкретний стан сполучень, які зібрано з охолодженням;

- розробити алгоритми і програмне забезпечення розрахунків характеристик міцності з’єднань, з урахуванням геометричних, технологічних чинників і фізико-механічних змін сполучаємих деталей, що складаються з охолодженням;

- отримати аналітичні і експериментальні залежності, що дозволять

здійснити складання відповідальних з’єднань необхідної якості на автоматизованому обладнанні; .

- розробити методику створення автоматизованих установок для низькотемпературного складання, з високою мобільністю та точністю складання з’єднань з натягом.

Засоби дослідження. В теоретичній частині роботи було використано аналітичний метод, який дозволив розкрити фізичну суть процесів у зоні контакту з'єднань. При проведенні експериментальних досліджень використовувались сучасні технічні засоби, для обробки експериментальних: даних при моделюванні на ЕОМ - засоби математичного програмування....

Об'єктом дослідження є засоби розрахунку міцності і можливості складання з охолодженням з’єднань з натягом.

Наукова новизна. Отримано нове рішення задачі, пов'язаної з вдосконаленням засобів розрахунку сполучень з натягом при складанні з охолодженням, встановлені функціональні зв'язки між характеристиками міцності, станом сполучаємих поверхонь і параметрами, що характеризують якість зони сполучення деталей в з’єднаннях. Отримані залежності, які пов'язані із зміною фізико-геометричних параметрів деталей, що з'єднуються при низьких температурах. Це дозволило

ібезпечити якісні характеристики • сполучень при автоматизованному їладанні.

Праіггична цінність роботи. Розроблена методика оцінки кількісної тежності якості з’єднань, розрахунками значень режимів складального юцесу і необхідної для сполучення точністю відносного положення зталей, що сполучаються. Це дозволило створити принципово нові інструкції складальних приладів, скоротити трудові і матеріальні витрати

і аналіз, пошук і розробку нових інженерних рішень.

Особливий вклад дисертанта полягає в розробці комплексного дходу до розрахунку з'єднань з натягом при їхньому ізькотемпературному формуванні. Автору належать основні ідеї «рахунку напруг у зоні контакту з урахуванням теплопровідності зталей. Ним обгрунтовані і проведені дослідження впливу інструктивних чинників на розподіл напруг у з’єднаннях з натягом, а ікож отримані закономірності, пов'язані з утворенням зон скріплення, >и формуванні натягу. Це, в результаті, дозволило запропонувати ілежності для розрахунку характеристик міцності сполучень, які було Зрано із охолодженням. Дисертантом обгрунтовані і запропоновані іилади для автоматизованого складання виробів високої точності.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідалися і -римали позитивну оцінку на науково-технічних конференціях “Сучасні хнології машинобудування. Прогресивні методики навчання у вищому івчальному закладі " (м. Суми - 1997 p.), “Сучасна контрольно-іпробувальна техніка промислових виробів і їхня сертифікація” .Мукачево - 1997 p.). Робота доповідалася на семінарах кафедри їтропогії, стандартизації і сертифікації і на наукових конференціях юфесорсько-викладацького складу Державної академії легкої юмисловості України (1995-1997 p.p.), а також на засіданні технічної іди Чернівецького державного підприємства “Чернівцілегмаш” у 1996 іці та в Харківському науково-дослідному інституті технології зшинобудування у 1997 році.

Публікації. Матеріали, що відбивають основні результати ісертаційної роботи, опубліковані у 12 друкованих працях.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота падається із вступу, чотирьох розділів, висновків і додатку. Основний її ііст викладено на 156 сторінках машинописному тексту, ілюстровано 42 >люнками. Бібліографія складається з 112 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, исло сформульовані її мета і задачі.

У першому розділі виконано аналіз вітчизняної і зарубіжної науково-технічної літератури, що дозволило дисертанту критично оцінити переваги, недоліки і перспективи застосування низьких температур для утворення з’єднань з натягом і сформулювати мету та задачі досліджень.

Встановлено, що складання з охолодженням забезпечує значне (у ряді випадків в 2- 2,5 рази) підвищення характеристик міцності з’єднань у порівнянні з їхньою міцністю при механічному запресовуванні, і що цей засіб складання найбільш доцільно використовувати, передусім, для відповідальних сполучень, які працюють при високих статичних та динамічних навантаженнях. Нажаль, практично повна відсутність сучасних засобів розрахунку міцності сполучень, які було сформовано з охолодженням, стримує впровадження у виробництво цієї прогресивної технології складання. Очевидно, що проведення теоретичних і експериментальних досліджень в цій галузі безумовно є актуальною задачею сучасного машинознавства. Актуальність проведення таких робіт значно зростає, при використанні механізованих і автоматизованих складальних агрегатів для реалізації низькотемпературного складання, які дозволять не тільки підвищити продуктивність і покращити умови праці, але і забезпечити високу якість зібраних виробів. Однак, широкому їхньому використанню в промисловості перешкоджає відсутність чітких та обгрунтованих рекомендацій, пов'язаних як із створенням цього специфічного обладнання, так і з оцінкою якісних параметрів виробів, які були зібрані з охолодженням. Очевидно, що більш широке застосування низьких температур у промисловості стане можливим тільки після чіткого уявлення щодо їхнього впливу на фізико-механічні властивості деталей виробів, які збираються, і механізмів складальних приладів, що зазнають відповідно короткочасний і тривалий вплив глибокого холоду.

Не сприяє згадане низьких температур у складальне виробництво також і відсутність методичних вказівок, які дозволять здійснити розрахунки і дати техніко-економічне обгрунтування доцільності використання глибокого холоду у порівнянні з традиційними засобами складання.

Усе вищезгадане дозволило сформулювати задачі досліджень, вирішення яких дасть можливість не тільки обгрунтовано вибирати конструктивно-технологічні параметри з’єднань при складанні з охолодженням, що максимально відповідають вимогам експлуатаційної надійності, але й здійснити їхнє складання у автоматичному режимі.

У другому розділі наведені теоретичні і експериментальні дослідження, за допомогою якіх отримані залежності для оцінки якісних характеристик з’єднань з натягом при низькотемпературному складанні та можливості їхнього автоматизованого складання.

У роботах Бобровникова Г. А., Зенкіна А. С., Михайленка Л. Ф. та . встановлено, що при складанні з охолодженням формування зони інтакту з’єднань зумовлене підвищеною твердістю мікронерівностей солодженої деталі. Однак, при цьому не враховувався вплив наслідків, о викликані нагріванням валу та охолодженням втулки в певний момент ормування натягу, що, очевидно, повинно відбитися на інтенсивності їребігу процесу та величині напруг у контактній зоні. При цьому на ірший план виступає задача теплопровідності між деталями, що зднуються. На підставі проведених теоретичних і експериментальних зсліджень формування зони контакту, дисертантом подана методика ззрахунку напруг у сполученнях з натягом із урахуванням іплопровідності з’єднуваних деталей. Експериментально встановлено,

о деталі з’єднань, складання яких здійснюється термічними засобами, ірівномірно нагріваються або охолоджуються по радіусу. Дослідження ззволили встановити, що по перетину деталі можна виділити зону, де імпература підвищується (знижується) на якусь постійну для всієї деталі гличину і після контактування деталей, що сполучаються, напруга в зоні інтакту зростає і в певний час може перевищити напруги, що ізначаються натягом.

В роботі показано, що таке тимчасове збільшення тиску може бути леспрямовано використане для інтенсіфікіції процесу формування зони інтакту, і, як результат, більш повне заглиблення мікронерівностей солодженої деталі в тіло охоплюючої деталі. Проведені автором іеціальні дослідження з використанням поляризаційно-оптичного методу 4інки напруженого стану деталей у з’єднань, які зібрано з охолодженням, ззволили встановити, що зрушення сполучаємих деталей відносно одна іної в осьовому напрямку при формуванні зони контакту не юстерігається,.

Для практичного вирішення задач, пов'язаних із визначенням зміни імператури і геометричних параметрів деталей, що сполучаються, під іс протікання процесу складання з’єднань, а також напруг у зоні контакту )и формуванні натягу, були розроблені алгоритм і програма розрахунку.

В роботі проведені спеціальні дослідження по вивченню впливу інструктивних чинників на розподіл напруг у сполученнях з натягом з іахуванням змінної контактної податливості з’єднання.

На рис. 1 наведена зміна відносних напруг по довжині з’єднання тя його лівої половини; тут і далі прийнято я = я(г)/^л, де дл ->мінальна напруга в сполученні, обчислена за формулою Ляме. начення Ч на краях сполучень (взяті у рамку) дорівнюють теоретичному іефіціенту концентрації напруг аа =дшах/ял.

9

Крива 1 відповідає випадку абсолютно жорсткої охоплюючо деталі (втулки), а крива 2 ■ абсолютно жорсткому валу. Ц криві, як і крива 3, відповідають, деформованим деталям із стал (Е=2-105 МПа; р=0,3) для тих випадків, коли деталі виготовлені ідеально точно. Якщо параметр шорсткості контактуючих поверхонь Яа=1,25мкм, то розподіл напруг дещо покращується (крива 4). При дії змінної напруги ^ _ внаслідок обминання

” о 0,25 о,5 щ мікронерівностей відбувається

збільшення оса до значення, яке Рис. 1. Зміна відносного контактного майже відповідає ідеально

1

7777777 я

о.

и ’

V

тиску по довжині з’єднання

[016 = 2,0; иа = 1,0; 25/с1 = 0,001)

точному з єднанню.

Рис. 2. Вплив деяких конструктивних чинників на розподіл відносного контактного тиску по довжині з’єднання;

а)0/<і=2І0;ис1=0І5;26М=0,001;б) і в) сіа/сі = 1,6; <1с/сІ=2,0;Ь/сІ=1,0г 25/Ь = 0,001; г) а/сі = 0,2; Ь/гі = 0,1; г/сі = 0,05; 0/сі = 2,0;І./сІ = 1,0; с/£І = 0.15

Вплив деяких конструктивних чинників на теоретичний коефіцієнт юнцентрації напруг показаний на рис. 2.3, з якого постає, що на краях пгулок змінного перетину (рис. 2 б, в) значення а<, практично співпадають

і аналогічними значеннями для втулок постійного перетину (рис. 2, а).

Ефективність використання розвантажуючих проточок, показана на )ис. 2,г (штрихова лінія тут відповідає втулці без проточки). Визначення юзмірів, форм і зон розміщення цих проточок вимагає додаткових юзрахунків.

При збільшенні натягу у з’єднанні до 25/сІ=0,002 на краях :получення з'являються пластичні деформації і розподіл напруг при *ьому дещо покращується. Однак, при змінних навантаженнях дія цього їфекту не виявляється, бо натяг у зоні пластичності змінюється незначно.

Відомо, що міцність з’єднань з натягом визначається контактним ■иском і фактичною площею контакту. Визначення площі контакту, яке 5азується на моделюванні процесу контактування твердих тіл, для :получень з натягом задача достатньо складна, так як процеси, що іротікають в контактній зоні, не завжди можливо змоделювати. З метою аочнення ціх процесів і визначення місць скріплення мікронерівностей і’єднуємих поверхонь, в роботі були виконані спеціальні дослідження юведінки металів в контактній зоні на тонких зрізах (товщиною 4-5 мм), ікі було зроблено перпендикулярно повздовжній осі дослідних зразків.

Відомо, що при відділенні тонкого диску осьові залишкові напруги іиску переходять у додаткові радіальні і окружні напруги, а самий диск заходиться у рівноважному стані. Це дозволило, застосувавши методи /іеталографії та виміру мікротвердості, вивчити контактну зону з’єднань у іапруженому стані.

Для досліджень було виготовлено три партії сполучень валу зі ітулкою різноманітних розмірів і форми (рис. 3), що мало метою виявити іплив цих чинників на поведінку металу в контактній зоні. Кожна партія :кладалася із 12 зразків, для яких величини натягів знаходилися в межах Ю-350 мкм. Складання здійснювалося з охолодженням валиків до емператури -190° С.

Відомо, що в з’єднаннях з натягом можливе скріплення металів, обто явище утворення металевих зв'язків між деталями, що вступили у ізаємний контакт. При зближенні поверхонь твердих тіл на відстань юрядку 0,1 - 0,2 мкм вже виникають молекулярні зв’язки на основі ван-(ер-ваальсових сил притягання.

У зв'язку з вищевикладеним під скріпленням у з’єднаннях з натягом лали на увазі ті області контакту, ширина контактних ліній яких була ;умірна з товщиною меж між структурними складовими. Під щільним юнтактом розуміли ті області контактної зони, де зв'язки не пішли далі !ан-дер-ваальсових (ширина контакту не перевищувала 0,1 - 0,2мкм).

Рис. 3. Геометричні розміри зразків дослідних з’єднань з гарантованим натягом а - вал із сталі 50, втулка із сталі 25кл; 6 - вал і втулка із сталі 20; в -вал і втулка із сталі 35.

Рис. 4. Емпірична залежність довжини зони щільного контакту і скріплення дослідних зразків (рис. З.в) з’єднань з натягом від величини р контактного тиску

Рис. 5. Залежність ширини Дт кільцевої зони пластично деформованного металу у з’єднанні з натягом від величини р контактного тиску для дослідних зразків (рис.З.в, натяг 100 мкм)

Металлографичні дослідження проводили на мікроскопі МІМ-8М, а мікротвердість вимірювали мікротвердоміром ПМТ-3. Досліджували повну довжину контактної зони кожного зрізу з’єднання, визначаючи при цьому зеличину зони пластичної деформації, наявність зон скріплення та цільного контакту, сумарні довжини зон скріплення і щільного контакту та їазорів.

Отримані експериментальні дані дозволили встановити залежність сумарної довжини зон скріплення та щільного контакту від величини сонтактного тиску р для усіх трьох партій зразків з’єднань. Вона близька 10 залежності типу

5Ж=ьрсп, (і)

і=1

де lie- довжина і-ї зони скріплення і щільного контакту; b -усереднена сумарна довжина зон щільного контакту і скріплення для сонкретного сполучення; с- показник ступеня; п - коефіцієнт іропорційності, що враховує пластичні властивості матеріалу деталей, до сполучаються, 1/Мпа,.

Тиск р. підраховували по залежностям теорії пластичності для7 говстостінного кільця, яке знаходиться під внутрішнім тиском без іміцнєння, та перевіряли експериментально. Після підстановки усереднених експериментальних значень Ь, с і п емпірична формула іабула вигляду

І І; = г31р0026. (2)

І = 1 с

Аналіз залежності (2), яку наведено у вигляді графіка рис.4, юказує, що граничні умови дотримуються, бо за відсутності контактного

7tde

гиску фізичний контакт також буде відстуній, тобто при р->0 і ]Гііо -> о j,

і-1

навпаки, при дуже високому контактному тиску можливе утворення ювного фізичного контакту, тобто зварювання деталей. Як відомо, в і’єднаннях з натягом контактний тиск лімітується міцністю охоплюючих ;еталей, тому в області високого контактного тиску крива залежності буде асимптотично наближатися до свого граничного значення, тобто фактична площа контакту буде також наближатися до номінальної.

Фізичну суть явищ, які протікають в контактній зоні з’єднань деталей із сталей феритно-перлітного і перлітно-феритного класів, ножна пояснити за допомогою кривої залежності ширини зони Дт металу,

що пластично деформувався, від величини р контактного тиску (рис. 5). Отримана методом виміру мікротвердості феритних зерен крива складається з трьох дільниць. Перша дільниця (30<р.<90МПа) характеризується пружнопластичною деформацією поверхневих структур контактуючих деталей з перевагою пружної деформації. При цьому утворюються зони щільного контакту і частково зони скріплення. Друга дільниця (90< р^ 150 МПа) характеризується інтенсивною пластичною деформацією мікронерівностей, основним утворенням зон скріплення і щільного контакту. На третій дільниці при р. > 150 Мпа в контакт вступає вже хвилястість, що деформується пружно; при цьому формується фактична площа контакту, в основному за рахунок утворення зон щільного контакту.

На підставі аналізу процесів в зоні контакту запропонована методика розрахунку міцності з’єднань з натягом при складанні з охолодженням, що пов'язує контактні, механічні і теплофізичні параметри із осьовим зусиллям розпресовування. Зону контакту можна уявити, як прошарок (шов), який має інші властивості, ніж матеріал деталей. Тоді міцність з’єднання Р на відносне зрушення деталей при розпресовуванні можна розрахувати по наступній залежності

де тс - напруга шву; Б - номінальна площа зрушення; Ф - інтегральна функція імовірності, що характеризує імовірність отримання контакту по всій номінальній площі зрушення і залежить від макрогеометрії посадочних поверхонь.

Номінальна площа зрушення залежить від радіальних сил стиску деталей, які визначаються величиною натягу, геометричних параметрів з'єднання і мікронерівностей, властивостей найбільш м'якого матеріалу деталей, і може бути знайдена по формулі:

де сі і г - діаметр і радіус сполучення деталей відповідно; и - радіус внутрішнього отвору охоплюваної деталі; І - довжина сполучення; р -питомий (контактний) тиск у зоні контакту; Е, ц - модуль пружності та коефіцієнт Пуассона матеріалу; Р?0 - параметри шорсткості; а - кут вершини мікропрофілю.

Розрахункова залежність для визначення міцності з’єднання Р з урахуванням вищенаведених параметрів буде мати вигляд

Р=тс»8 (1-Ф),

(3)

^+(1 + |і)

(4)

а І г

рсПЕсоз^Ка-^г

Р=ІГ

г2 г2

(1-ш)(1 + т5— 2) + (1 + т):

г?~г2

г*Г — і*

) }И-Ф)

а а RaE + ^соб—біп—г

2 2 (1— т)(1н—2“ 2)+(1 + т)-р—^ ](1-Ф)

Г<| —Г Г-^ —г

(5)

Таким чином, варіюючи властивостями прошарку при інших рівних умовах можна в значній мірі впливати на міцність з’єднань. Так встановлено, що найбільшої міцністі на зрушення з’єднань із сталевих деталей, які складено з охолодженням, можна досягти при обробці поверхонь валу з шорсткістю РІа=2,5... 2,0 мкм, найменшої - при 1^=1,25... 1,0 мкм. Максимальна міцність сполучень забезпечується спеціальною обробкою, в результаті якої на поверхні охоплюваної деталі створюється спеціальний трикутний мікрорельєф профілю з кутом при вершині а=120°, глибиною 0,5... 0.8 величини натягу, та кутом нахилу до осі з’єднання 0... 90°, який залежать від напрямку дії навантаження.

У третьому розділі роботи розглянуті основні положення створення з’єднань з натягом при низькотемпературному складанні. Виконані теоретичні і експериментальні дослідження дозволили запропонувати залежності для розрахунку оптимального часу охолодження деталей, максимально допустимого часу їхнього транспортування по конвейєру на складальну позицію, часу скріплення деталей з урахуванням їхніх геометричних і фізико-механічних характеристик.

Процес охолодження деталі в середовищі рідкого хладагенту (азоту) є нестаціонарним процесом конвективного теплообміну. Згідно закону Ньютона кількість тепла, що віддається деталлю при охолодженні,

с!0=5„овн ■ а!|(Тс - Т0) • сіт, (6)

че Бполн - площа тепловіддавальної поверхні, м2; а[ - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/( м2 -°С); Тс і Т0 - відповідно температура середовища і ючаткова температура деталі, °С; т - час, с.

Час охолодження деталі визначається за залежністю

т <*оР-ст Хі(1~Уі) . ...

Тохол_ 4а\ Х1 +0,5(1-уп)'( ІП0)’ (7)

(е р - густість матеріалу деталі, кг/м3; Ст - питома теплоємність, Дж/(кг-°С); іь уі - геометричні коефіцієнти сполучаємих деталей; 0 - відносна

Т,-Тс -Г •

емпература в = гг—=г-, де Тґ миттєва температура деталі.

Т0 ~ Тс

Після розшифровки критеріїв подібності та ряду перетворень в роботі була отримана залежність для визначення мінімально можливого часу транспортування, орієнтування і безпосередньо складання

'Р' ст | (Тс-ТоКхсрі-Чо _______

Хтр 4а; ■' (Тс -Т„)(аср1 -аср)• сі0 + N + 8тіп

де аСр і асрі - середні коефіцієнти лінійного розширення матеріалу деталі в інтервалі температур 196°... 0° і 0°... 20°С; Ы- натяг у з’єднанні; 5тіп-початковий зазор між з’єднуємими деталями.

Скріплення суміщених деталей при складанні з охолодженням складається із двох етапів: власне скріплення (зменшення зазору між ними до нуля) і формування натягу. Теплообмін між деталями відбувається через поверхню контаюу Б», на який істотний вплив, як було встановлене експериментально, має термічний опір ІЧТ.

Розв’язавши систему рівнянь відносно часу скріплення, маємо

_ _____________^шіп

Тскр =

1+^рІп(1-0)], (9)

де та і та - маса охоплюваної та охоплюючої деталей; 7^ - коефіцієнт теплопровідності середовища між контактуючими поверхнями; са, св-теплоємність сполучаємих деталей.

В результаті експериментальних досліджень отримані числові значення зазначених вище параметрів, що дозволяє, здійснити проектування функціональних вузлів автоматизованої складальної установки.

В результаті комплексного дослідження взаємозв'язку процесів автоматизованого складання з’єднань з натягом при використанні охолодження встановлено, що якісне виконання з’єднань з тимчасовим технологічним зазором залежить від сукупності діючих чинників: конструктивних особливостей деталей, їхніх фізико-механічних властивостей, умов теплообміну, точності орієнтування, силової взаємодії, швидкості транспортування і суміщення деталей. В роботі запропонована методика для розрахунку основних технологічних параметрів складання.

У четвертому розділі роботи дисертантом подані результати аналізу вимог до міцності і Точності елементів блоків штампів для листового штампування, складання яких здійснюється у автоматизованому режимі. Показано, що безвідмовність суміщення деталей штампів при складанні з охолодженням забезпечується

бов'язковою наявністю західних фасок на деталях, що з'єднуються. Так /т західної фаски повинен бути у колонках- до 30°, у втулках - 30-40°, у творі плит- 45°. Забезпечення максимальної міцності з’єднань осягається при певній шорсткості поверхонь контакту, різною для злонок, втулок і отвору в плитах. Застосування технології складання епорушних з’єднань з попереднім охолодженням охоплюваних деталей озволяє на 25-30% зменшити натяги із збереженням міцності сполучень, ак, для верхнього комплексу пропонується застосувати посадку Н7/зб, а ля нижнього Н7Яі5, що для діаметрів 30-50 мм забезпечить натяги ідповідно 9-50 мкм і 9-37 мкм. Шорсткості поверхонь сполучаємих еталей повинні знаходитися в межах: для колонок Ра=1,6мкм; втулок -!а=3,2 мкм; отвору в плитах - (Ча=1,25 мкм.

В дисертації наведено опис роботи складального агрегату в цілому його основних вузлів, а також подано аналітичні залежності, які озволяють здійснити їхній розрахунок з урахуванням впливу на них изьких температур. Наведені технічні характеристики агрегату, вимоги

о надійності і техніки безпеки. Слід відзначити, що незважючи на те, що роботі розрахунки були виконані для розв’язання конкретної задачі, они можуть бути використані і при створенні ряду інших втоматизованих агрегатів для складання з’єднань з натягом.

В результаті проведення експериментальних досліджень процесу кладання сполучень з урахуванням технологічних і конструктивних собливостей сполучаємих деталей на прикладі складання бронзових тулок дисертантом запропоновані зручні для практичних розрахунків алежності, що дозволяють розраховувати температуру охолодження ,еталей і мінімальний час її досягнення. Для спрощення практичних юзрахунків низькотемпературного складання у виробничих умовах апропоновані номограми і графічні залежності. Обгрунтовані іерспективи використання низьких температур для складання іідповідальних високоточних сполучень з підвищеними характеристиками ііцності.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Теоретичні і експериментальні дослідження якісних характеристик 'єднань з натягом, дослідження можливостей забезпечення їхньої іисокої надійності при складанні з охолодженням, а також умов івтоматизованого складання дозволили зробити наступні висновки:

1. Розкрито закономірності перебігу процесів в зоні контакту і’єднань з натягом під час їхнього формування при

низькотемпературному складанні, що дозволило обгрунтувати можливість підвищення характеристик міцності з’єданань і встановити ряд принципово нових наукових положень:

- складання з охолодженням істотно впливає на розподіл напруг по довжині з’єдананння, при цьому контактний тиск розподіляється рівномірніше; _

- при складанні з застосуванням охолодження відбувається переформування не тільки мікронерівностей охоплюючої деталі, але і її геометричної форми, що є більш характерним для тонокстінних деталей;

- інтенсифікація процесу заглиблення мікронерівностей охоплюваної деталі в тіло охоплюючої сприяє тимчасове підвищення напруг у зоні контакту, викликане зміною розмірів деталей в результаті інтенсивного теплообміну між охолодженою (охоплюваною) і охоплюючою деталями.

2. Отримані закономірності утворення сукупності структурних зв’язків, які діють в процесі термічного складання з’єданань з натягом, і на їхній основі розроблена загальна методика оцінки кількісної залежності між необхідною якістю будь-якого з’єднання, розрахунковими значеннями режимів складального процесу і необхідної для з’єданання точністю відносного положення сполучаємих поверхонь. При цьому встановлено ряд нових наукових положень:

- якість складання з’єданань з натягом при термічних засобах формування визначається взаємодією просторових, силових і тимчасових параметрів цього процесу і залежить від сукупності діючих чинників, зокрема, геометричних параметрів і фізико-механічних властивостей сполучаємих деталей, точності орієнтування, тривалості транспортування

і суміщення деталей, а також умов теплообміну;

- теоретичні і експериментальні дослідження дозволили сформулювати конструкторсько-технологічні вимоги до створення агрегатів для складання з термічною дією. Отримані залежності, що дозволять при термічних засобах складання з урахуванням конструктивних особливостей і точності основних розмірних характеристик деталей обгрунтовано вибрати для конкретного виробу схему складання автоматизованого складального обладнання. Встановлені вплив геометричних параметрів сполучаємих деталей і кута перекосу на можливість заклинювання деталей при складанні.

3. На базі розроблених загальних теоретичних положень і експериментальних даних спроектований і створений агрегат для складання блоків і блок-штампів для листового штампування. Продуктивність агрегату складає 120 комплектів за годину, маса деталей 0,300-2,148 кг, діаметр і довжина відповідно дорівнюють 24-56 мм і 80-240

у. Здійснені розрахунки надійності і довговічності вузлів агрегату, що зацюють при тривалому впливі низьких температур.

4. Узагальнення даних експериментальних досліджень, виконаних дисертації, і даних, наведених в технічній літературі, дозволили автору ■(пропонувати методику для розрахунку часу охолодження деталей у іредовищі рідкого азоту до конкретної температури, максимально зпустимого часу складання при різноманітних фізико-механічних їрактеристиках деталей і умовах складання. Перевірка результатів ^сліджень і рекомендацій на ряді машинобудівних підприємств України зказала техніко-економічну ефективність використання низьких змператур для підвищення надійності, довговічності і точності з’єднань з атягом, зібраних на автоматизованому складальному обладнанні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНИЙ У НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

. Зенкин А.С., М. К. Альгази, Козелло Н.Л. Использование низких эмператур для интенсификации технологических процессов в ашиностроении: Учебное пособие. - К.: ИСМО, 1997.-92с.

. Зенкин А.С., Зак Ю., Хадам Резк, М. К. Альгази, Козелло Н.Л. азработка математических моделей оптимизации работы синхронных энвейеров сборки изделий машиностроения // Информатизация и овые технологии. - 1995. - №2,-С.22-24.

. Оборський I. Л., Зубрецька Н. А., М. К. Альгази, Зенкін А. С. ехнологічні методи підвищення надійності з’єднань з натягом //Експрес-овини: наука, техніка, виробництво. -1997. - № 11-12. - С. 28-29.

. Зенкин А.С., Зубрецкая Н.А., Ахмед М.А.Гаванмех, М. К. Альгази. -Іетодьі контроля прочности соединений с натягом при термических етодах сборки// Труды 1-ой Международной конференции

Современные технологии ресурсо-энергосбережения”. - Партенид. -997. -С.83-87.

. Ю. А. Халек, М. К. Альгази, А. С. Зенкін. Розробка та побудова атематичної моделі процесу конвейерного складання//Наукові праці Обілейна наукова конференція професорсько-викладацького складу, рисвячена 65-річчю заснування Академії”. - Частина II. - Київ, ДАЛПУ. -995. - С. 28.

. В. А. Клуб, М. К. Альгази, А. С. Зенкін - Кількісні методи оцінки рівня ехнологічності конструкцій виробів машинобудування//Тези доповідей івілейної наукової конференції професорсько-викладацького складу.-Іастини II. - Київ: ДАЛПУ. -1995. - С. 26.

7. А.С.Зенкин, М. К. Альгази, Н.Л.Козелло. Моделирование параметров качества деталей при механической обработке II Тезисы докладов конференции “Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии”.- Крым, Никитский ботанический сад. - 1995.- С.111.

8. Зенкин А.С., М.К.Альгази. Методы оценки конкурентоспособности изделий машиностроения в условиях рыночной экономики //Материалы конференции “Организация и технология ремонта механизмов, машин, оснастки”.- Крым, Никитский ботанический сад.-1996 - С.44-45.

9. М. К. Альгази, Н. Л. Козелло. Техніко-економічний аналіз складальних виробництв в автомобільній промисловості//3бірка наукових праць молодих вчених та студентів. - Частина II. - Київ: ДАЛПУ. -1995. - С. 28.

10. М. К. Апьгази, А.С.Зенкин. Технологические способы повышения прочности и надежности соединений с натягом II Материалы конференции “Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента”. - Киев. -1997 - С.6-7.

11. Технологические основы проектирования сборочных конвейеров массового и крупносерийного производства /ЗакЮ.А., Козелло Н.Л., Ю. А.Халик, М. К. Альгази, Зенкин А.С.; Гос.академия легкой промышленности Украины. - Киев, 1994. - 27с. - Рус.- Деп. в ГНТБ Украины 25.01.95, №249 - Ук95.

12. Технологические способы повышения прочности и надежности соединений с натягом / Зенкин А.С., Оборский И.Л., Зубрецкая Н.А., М. К. Альгази ; Гос.академия легкой промышленности Украины. - Киев, 1995. -34с. - Рус.-Деп. в ГНТБ Украины 20.10.95, №2306 -Ук95.

Мохамед Касим Альгази. Підвищення якісних характеристик з’єднань з натягом при автоматизованому складанні з охолодженням. -Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02. 02. - машинознавство. - Державна академія лекгої промисловості України, Київ, 1998 р.

Дисертація присвячена питанню пошуку шляхів забезпечення якості, зниження трудомісткості і вартості з’єднань з натягом, складання яких здійснюється з використанням низьких температур на автоматизованому обладнанні. Отримані закономірності утворення сукупності структурних зв’язків, діючих в процесі складання з’єднань з натягом з використанням термічних засобів, і на їхній основі розроблена загальна методика оцінки кількісної залежності між необхідною якістю будь-якого з’єднання, розрахунковими значеннями режимів складального

процесу і необхідною для з’єднання точністю відносного положення сполучаємих поверхонь.

Ключові слова: складання,натяг, з’єднання, напруга,'надійність.

Мохамед Касим Альгази. Повышение качественных характеристик соединений с натягом при автоматизированной сборке с охлаждением . -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02. - машиноведение. - Государственная академия легкой промышленности Украины, Киев, 1998г. '

Диссертация посвящена вопросу изыскания путей обеспечения качества, снижения трудоемкости и стоимости соединений с натягом, сборка которых осуществляется с использованием низких температур на автоматизированном оборудовании. Получены закономерности образования совокупности структурных связей, действующих в процессе сборки соединений с натягом с использованием термических методов, и на их основе разработана общая методика оценки количественной зависимости между требуемым качеством любого соединения, расчетными значениями режимов сборочного процесса и необходимой цля соединения точностью относительного положения сопрягаемых поверхностей. _

. Ключевые слова: сборка, натяг, соединение, напряжение, надежность. • .

Mohamed Qasem Alghazi Urgraiding of gualitative characteristics of joints with tension in automatic assembly using. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Technical Sciences in the speciality 05.02. 02. - Science of machines. - State Academy of Light Industry-of Ukraine, Kiev, 1998.

Thesis is devoted to problem of searching for ways providing quality, decrease of labour intensity, and value of joints with tension that are assembled using law temperatures with the help of automatic equipment. Objective laws of formation of structural connections set functioning in the arocess of assembling of joints with tension using thermal methods were obtained. The objective laws were used in development of general, method of evaluation of quantitative dependence between required quality of any joint ated values of regimes of assembling process and accuracy of relative position of surfaces integration needed for connection.

Key words: assembly, tension, joint, tension, reliable.

Підп.до друку 05.05.98р. Формат 60x84 I/I6. Папір рук.№1. Друк офсетний. Умови.др.арн.1,16. Умови.фарбо-відо.І,с/.

Облік .-вид.арк. 0.91. Вид. Зам. Й94. Тираж 120.______________________

Дільниця оперативної полі графіг..при Державній академії легкої промисловості України.

2520ІІ,Київ-ІІ,вул.Немировича-Данченко,«с.