автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности затяжки резьбовых соединений путём разработки одношпиндельных гайковёртов прямого и ударного действия

На правах рукописи

Житникова Ирина Васильевна

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПУТЁМ РАЗРАБОТКИ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫХ ГАЙКОВЁРТОВ ПРЯМОГО И УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 и ЯНВ 2013

Ковров 2012

005048229

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Сазыкин Юрий Михайлович доктор технических наук, профессор, Александров Александр Юрьевич, ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева»;

кандидат технических наук, доцент, Голованов Игорь Евгеньевич, ОАО «Магнетон» г. Владимир. ОАО «Завод имени В.А. Дегтярева», г. Ковров

Защита состоится « 08 » февраля 2013г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.090.01 в ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва»

Автореферат разослан « 08 » декабря 2012г. Ученый секретарь

диссертационного совета ^^^^ ^ Пантелеев Евгений Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Завершающим этапом выпуска изделий машиностроения является операция сборки, от качества которой в значительной степени зависит надежная работа машин и механизмов. Для скрепления узлов и деталей изделий, машиностроения широко применяются резьбовые соединения. Так, только при сборке крупных авиалайнеров используется от 250-300 тысяч резьбовых соединений.

Под качественной сборкой изделий, скрепляемых резьбовыми соединениями, будем понимать сборку, при которой гарантируется требуемая плотность стыков скрепления узлов и деталей между собой с обеспечением заданной точности осевых сил затяжки.

В настоящее время в производстве применяется ручная, механизированная и автоматизированная сборка. В тех случаях, когда на сборочном чертеже узла отсутствуют требования контроля моментов затяжки резьбовых соединений, механизированная сборка осуществляется ручными одно-шпиндельными гайковёртами прямого или ударного действия. Погрешности моментов затяжки резьбовых соединений этими гайковертами превосходят 20 %. Если же на чертеже указаны диапазоны возможного изменения моментов затяжки резьбовых соединений, то сборка осуществляется вручную при помощи моментных (динамометрических) ключей. В автомобиле-и тракторостроении диапазон моментов крепления крышки шатунов задаётся в пределах 108-127 (Нм), моменты крепления шпилечными соединениями крышек под подшипники коленчатых валов - 250-294 (Нм); для болтов крепления корпусов бортовых передач тракторов - 225-274 (Нм); элементов двигателей мотоциклов - 245,1-294, 3 (Нм) и т.д. При этом требуется обеспечить точность затяжки резьбовых соединений с погрешностями не более 18 %. В ответственных узлах авиационной промышленности и спецтехники погрешности моментов затяжки резьбовых соединений не должны превышать 15,5 %.

Следовательно, для обеспечения высокопроизводительной механизированной сборки необходимо иметь одношпиндельные гайковёрты, погрешности моментов затяжки которыми не должны превышать 8-10%.

На основании изложенного можно утверждать, что в производстве существует научно-техническая задача повышения точности механизированной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.

Целью настоящего исследования является повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений, путём разработки одно-шпиндельных гайковёртов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса на основе выявленных взаимосвязей между пара-

метрами затяжки и конструктивными особенностями завинчивающих устройств.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выявление способов контроля и управления процессом затяжки резьбовых соединений, при которых возможна высокоточная сборка.

2. Выявление взаимосвязей между параметрами высокоточной затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одно-шпиндельных гайковёртов.

3. Выявление погрешностей осевых сил затяжки высокоточными ручными одношпиндельными гайковёртами.

4. Исследование динамики ударной затяжки резьбовых соединений.

5. Экспериментальное подтверждение работоспособности разработанных одношшщдельных гайковёртов и точности затяжки резьбовых соединений.

6. Обоснование методик разработки одношпиндельных гайковёртов повышенной точности затяжки резьбовых соединений.

Научная новизна работы

1. Обоснован способ повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами прямого и ударного действия с последовательной затяжкой: предварительной — малым моментом с большой угловой скоростью и с контролем точности затяжки по моменту - и окончательной - большим моментом с малой угловой скоростью и с контролем точности по углу поворота резьбовой детали, на основе выявленных взаимосвязей между технологическими параметрами сборки и конструктивными особенностями устройств, гарантирующий заданную точность.

2. Обоснованы математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельным гайковёртами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.

3. Разработана математическая модель, описывающая процесс ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами с приложением ударных импульсов.

4. Доказано, что в процессе ударной затяжки возникают моменты сопротивления в резьбе, зависящие от совокупности параметров - угла и угловой скорости поворота резьбовой детали.

Практическая значимость работы

Разработаны высокоточные одношпиндельные гайковёрты внешнего крутящего момента и ударного действия, обеспечивающие погрешности осевых сил затяжки, не превышающие 10%.

На защиту выносится теоретическое обоснование повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений для разработки высокоточных одношпиндельных гайковёртов, включающее:

¡.Выявленные взаимосвязи между технологическими параметрами затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковёртов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса.

2. Оригинальные кинематические схемы одношпиндельных гайковёртов.

3. Математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндель-ными гайковёртами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.

4. Математическую модель, описывающую процесс завинчивания и ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами.

5. Математическую зависимость момента сопротивления в резьбовом соединении при ударной затяжке.

6. Методики разработки одношпиндельных гайковёртов и средств контроля качества затяжки резьбовых соединений.

Апробация работы. Результаты работы доложены на научно-технических конференциях: XXIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых учёных и студентов. - Москва, РАН Институт машиноведения им. A.A. Благонравова, 2011 г.; «Вооружение, автоматизация, управление». - Ковров, КГТА, 2006 г.; «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей», Рыбинск, 2007г.; «Современные технологии сборки», Москва, МГТУ «МАМИ», 2011г.; «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление», Ковров, КГТА, 2012г.; на I вузовской научно-технической конференции аспирантов и молодых учёных, Ковров. -КГТА, 2006г.

Работа выполнялась по Государственному контракту №14.740.11.0984.2010-2011г. Программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». Поисковые научно-

исследовательские работы по теме «Сборка машин: конструкция, технология,-оборудование». Раздел «Разработка семейства высокоточных ручных одношпиндельных гайковёртов и шпильковёртов нового класса для высококачественной сборки»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, среди них 3 в журналах, рекомендованных ВАК, 1- патент на изобретение, 6 в различных сборниках научных трудов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов. Текстовая часть изложена на 145 страницах, иллюстрирована 24 рисунками, имеет 21 таблицу. Список литературы содержит 80 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, приведены основные положения и результаты, вынесенные на защиту.

В первой главе приведен анализ научной литературы по вопросам сборки изделий с резьбовыми соединениями:

- конструктивные особенности и точность осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами прямого и ударного действия;

- пути повышения точности осевых сил затяжки одношпиндельными гайковёртами.

Вопросам сборки изделий посвящены работы отечественных учёных: Балакшина Б.С., Безъязычного В.Ф., Вейца ВЛ., Вартанова М.В., Воронен-ко В .П., Гусева A.A., Горленко O.A., Дальского А.М., Житникова Ю.З., Иванова A.A., Иосилевича Б.Г., Корсакова B.C., Косилова В.В., Кристаль М.Г., Лебедовского A.A., Малова А.Н., Муценюка К.Я., Непомилуева В.В., Новикова М.Н., Семёнова А.Н., Робиновича А.Н., Рыльцева И.К., Федотова

A.И., Харламова Г.А., Штрикова Б.Л., Яхимовича В.А., Ямпольского Л.С. и других; и зарубежных исследователей Альмгрена Р., Б. Наджи, Кролла, Вандала, де Бойко, Шабайковича и других.

Исследованиями в области резьбовых соединений и создания средств завинчивания занимались Бостон И.А., Бойко В.Г., Варченко

B.Р., Гельфанд М.А., Гольштейн Б.Г., Гусев A.A., Дольник Е.В., Зенкин A.C., Ланщиков A.B., Цепенюк Я.И. и другие. К зарубежным фирмам, разрабатывающим и производящим завинчивающие устройства, относятся «Trumf», «Bosch» - Германия, «Atlas Copeo» - Швеция, «Furlair-tools» — Япония и другие.

Установлено, что существующие конструкции ручных одношпин-дельных гайковёртов не удовлетворяют требованиям- по точности обеспечения осевых сил затяжки резьбовых соединений. Погрешности осевых сил затяжки не должны превышать 10%.

На основании анализа сформулированы цели и задачи исследований.

Вторая глава посвящена выявлению взаимосвязей между точностью осевых сил затяжки и конструктивными особенностями одношпин-дельных гайковёртов прямого и ударного действия и обоснованию кинематических схем.

Установлено, что существенное влияние на точность осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельных гайковёртов прямого действия оказывают:

- нестабильность срабатывания муфт предельного момента, погрешности от которых могут достигать до 5,5% от номинальных значений моментов затяжки;

- неточность измерения момента затяжки - погрешность до 3%;

- нестабильность момента сопротивления в резьбовом соединении - погрешности достигают 20% и более.

Известно, что осевая сила затяжки резьбового соединения находится из выражения:

_М,_

где Мг - момент затяжки резьбового соединения; /лт - коэффициент трения на торце головки болта; О - средний диаметр головки болта; с10 — диаметр тела болта; ¿2 - средний диаметр резьбы; Р - шаг резьбы; р -угол трения в резьбе.

Отсюда следует, что такое большое значение погрешностей осевых сил затяжки от последнего фактора обусловлено тем, что в зависимости от качества шероховатостей поверхностей торца головки болта и скрепляемой детали, сопрягаемых поверхностей резьб, а также попадания на эти поверхности влаги, смазки и других веществ, момент сопротивления может резко уменьшиться, что приведёт к возрастанию погрешностей.

Анализ точности осевых сил затяжки резьбовых соединений ударными гайковёртами показал, что возникают аналогичные погрешности, которые имели место в гайковёртах прямого действия с учетом, что первая погрешность возникает при переходе от процесса завинчивания к ударной затяжке.

Тем не менее, в гайковёртах как прямого, так и ударного действия контроль качества затяжки резьбовых соединений осуществляют по моменту. Только исключив или уменьшив погрешность от нестабильности момента сопротивления в резьбовом соединении можно повысить точность затяжки.

Известен ряд способов контроля качества затяжки, но наиболее приемлемым является контроль по углу поворота резьбовой детали. Математическая зависимость угла поворота резьбовой детали при затяжке от параметров резьб, физико-механических свойств их материалов, осевой силы затяжки запишется:

где ф - угол поворота резьбовой детали; /6 - длина растягиваемой части болта; рй - площадь сечения растягиваемой части болта; £6 - модуль упругости материала болта; Р - шаг резьбы.

Но при контроле качества затяжки по углу поворота резьбовой детали необходимо определить начальную точку отсчета. Эта точка может соответствовать моменту окончания процесса предварительной затяжки.

В работе обоснованы и сформулированы требования к управлению процессом затяжки одношпиндельными гайковертами прямого действия:

1. Высокоточную затяжку необходимо осуществлять в два этапа: на первом - предварительная затяжка с контролем качества по моменту затяжки, а на втором - по углу поворота резьбовой детали.

2. Для простота управления процессом сборки кинематическая схема гайковерта должна иметь две ветви вращения - быстроходную, но ма-ломоментную для обеспечения процессов завинчивания и предварительной затяжки, и тихоходную, но высокомоментную для процесса окончательной затяжки.

3. Для уменьшения влияния на точность затяжки процесса предварительной затяжки с контролем по моменту момент предварительной затяжки должен составлять не более 10% от номинального значения.

4. Частота вращения шпинделя в процессе предварительной затяжки не должна превышать 60 мин'1, а окончательной -15 мин"1.

На основании последовательности процесса сборки резьбовых соединений и сформулированных требований разработана структурная схема управления. С учётом замены электрических элементов на механические аналоги разработано шесть вариантов кинематических схем, одна из которых представлена на рис. 1.

Рис. 1. Высокоточный гайковерт прямого действия

При нажатии на курок 24 начинается процесс предварительной затяжки. Вращение передаётся от двигателя 1 планетарному редуктору 38, далее на центральную шестерню 33, где оно разделяется по двум кинематическим ветвям. По тихоходной вращение передаётся колесу 32 на шестерню 22, которая не взаимодействует с колесом 14, прерывая передачу вращения. По быстроходной ветви вращения от центральной шестерни 33 передаётся колесу 7, шестерне 8 на колесо 9, далее через муфту предельного момента 13 на шпиндель 17. Как только в резьбовом соединении величина момента достигнет момента предварительной затяжки, полумуфты муфты 13 начнут проскальзывать, не передавая вращение на шпиндель. Оператор нажимает на курок с большой силой, вводя в зацепление шестерню 22 с колесом 14. Вращение по тихоходной, но высокомоментной ветви передаётся на шпиндель. Одновременно замыкается контакт 21 и датчик Д установленный у подвижной полумуфты, замыкаясь при каждом её перемещении, он переда-

ёт импульс устройству согласования импульсов (СИ), при достижении тре-.буемого числа импульсов, соответствующих углу затяжки резьбового .соединения, сработает реле (Р), отключая двигатель гайковёрта.

Модернизирована кинематическая схема ударного гайковёрта с введением механизма отсчёта угла затяжки (рис.2).

Рис. 2. Высокоточный гайковёрт ударного действия

При нажатии на курок 46 начинается процесс предварительной затяжки. Вращение от двигателя 2 передаётся на планетарный редуктор 3, боёк 7, наковальню 11 и далее - на шпиндель 29 к резьбовой детали. При достижении момента предварительной затяжки кулачки бойка расцепляются с кулачками наковальни, отжимая пружину 8 и преодолевая сопротивление в направляющей канавке корпуса. Затем под действием пружины вращающийся боёк, приближаясь к наковальне, своими кулачками ударяет по её кулачкам. Начинается процесс ударной затяжки резьбового соединения. При повороте шпинделя 29 вращение через мультипликатор 18 передаётся на модуляционный диск 26, 27. Замыкаются контакты 35, 36 при взаимодействии со штырями 28, запитывая электрическую цепь, и счётчик импульсов (СИ) начинает отсчитывать импульсы. При достижении требуемого числа импульсов, соответствующих углу поворота шпинделя при полной затяжке резьбового соединения, срабатывает реле (Р), отключая двигатель. Затяжка завершена. Мультипликатор позволяет измерять угол поворота шпинделя с точностью до 0,1°.

В третьей главе найдены математические зависимости погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений, возникающих гТрй сборке высокоточными одношпиндельными гайковёртами прямого и ударного действия.

При сборке резьбовых соединений высокоточными одношпиндель-ными гайковёртами прямого и ударного действия возникают погрешности осевых сил затяжки на этапах предварительной затяжки - «пр» и окончательной - «о» от следующих факторов: нестабильность вращения вала шпинделя - ¿(¿^ и £(5°; нестабильности крутящего момента на валу

двигателя - щ"? и 8(2м> кинематической погрешности в зубчатых передачах - ¿¡О'к и 5(2%, величины приведённых моментов инерции к оси шпинделя - ¿¡(}*р и нестабильности срабатывания муфты предельного момента - 8(2"^ нестабильности моментов сопротивления в резьбовых сопряжениях - 8(}рр и 8(}р, неточности настройки гайковёрта на момент предварительной 6(}"р и окончательной затяжки; измерения угла затяжки - 6(1^-

Для всех перечисленных погрешностей найдены математические зависимости погрешностей осевых сил затяжки от параметров гайковёртов, резьбовых соединений и физико-механических свойств материалов резьб.

Суммарные погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от параметров, оказывающих существенное влияние на точность сборки, гайковёртами прямого действия находятся из выражения:

= ^¡зо;р2+8О7ш?++<502/++т.

Погрешности от нестабильности моментов сопротивления в резьбе на этапах предварительной и окончательной затяжки найдены на основе метода линейных ошибок из выражений (1) и (2):

дп"? до^ щпр т4 щ? до? д():

где Чр Ур ^Р Ур - коэффициенты влияния параметров на

дм3' ' дТЗ ''"' др погрешности осевых сил затяжки; Ар ~ допустимые от-

клонения данных параметров;

д01 3<?" д02 до; до"

Учитывая, что муфта предельного момента жестко связана со шпинделем гайковёрта, крутящий момент срабатывания муфты равен

моменту предварительной затяжки резьбового соединения, а осевая сила при срабатывании муфты равна осевой силе затяжки. Момент срабатывания муфты запишется:

где <2 - осевая сила прижатия полумуфт; £>о - наружный диаметр муфты; £>1 - внутренний диаметр; й - диаметр вала муфты; / - приведённый коэффициент трения муфты по валу; а - угол скоса зубьев; <р' - угол трения на контактных поверхностях зубьев;

^-^^^¿^¿Ъ^Ч?*. и

Погрешность измерения угла поворота шпинделя запишется:

2ж 1В,9 " ¿7,33 гчл &<Рш = — ■ -;-1 (7)

2 7Я32 ' '22Д4

где г - число зубьев храпового колеса; / - передаточные отношения зубчатых пар.

Погрешности осевых сил затяжки от неточности измерения угла поворота шпинделя в гайковёртах прямого действия:

= ... ..-—п-•

2 16 '7,32 122,14

Погрешности от неточности настройки гайковёрта на момент предварительной и окончательной затяжки находятся из выражения:

8<}н = л/№е-А0е)2 + СЛ»-А<?«)2 >

где кс, кт - соответственно, коэффициенты, учитывающие отклонения законов распределения от нормального в зависимости от способа настройки гайковёрта и измерения момента затяжки; - погрешность регулирования положения устройства контроля при измерении; Д0из -погрешность устройства контроля при измерении момента.

Суммарная погрешность осевых сил затяжки резьбовых соединений от параметров, оказывающих существенное влияние на точность сборки, гайковёртами ударного действия находится из выражения:

- I I I 6<2* \ . (10)

По сравнению с гайковёртом прямого действия изменится только погрешность угла поворота шпинделя (резьбовой детали), которая запишется:

2Дm

SVa=~T' .. ™

где А<р - угол между штырями модуляционного диска; i - передаточное отношение мультипликатора.

Погрешности осевых сил затяжки от неточности измерения угла поворота шпинделя в гайковёртах ударного действия:

№

В четвёртой главе определены режимы работы одношпиндельных гайковёртов прямого действия и математическое описание динамики работы гайковёртов ударного действия.

Предельная угловая скорость завинчивания резьбовых деталей находится из выражения:

[М • Р ч1^

m] ■ w

где Мта* - максимальный момент сопротивления в резьбе при завинчивании; Р - шаг резьбы; b - коэффициент сопротивления в резьбовом сопряжении; Н\ - длина завинчивания; а - степень угловой скорости вращения при минимальном сопротивлении в резьбе (1 la = 2,48).

Угловая скорость вращения шпинделя в момент начала затяжки:

пр _

где М3 - максимальное значение момента затяжки; <р - угол затяжки; а -коэффициент сопротивления в резьбе при затяжке; /Зг - приведённый

момент инерции вращающихся элементов гайковёрта, патрона и резьбовой детали к оси шпинделя.

Установлено, что для исключения влияния погрешностей осевых сил затяжки на этапах предварительной и окончательной затяжки резьбовых соединений от приведённого момента инерции - SQ"P и SQf, а

так же изменения угловой скорости - SQ^ и частота вращения

шпинделя должна быть не более и^бО мин"1, п°<15 мин'1.

Учитывая, что процесс ударной затяжки резьбовых соединений изучен недостаточно полно, опишем динамику этого процесса на основе дифференциальных уравнений вращательного движения.

Дифференциальное уравнение вращения резьбовой детали при первом ударе бойка о наковальню запишется:

4^1 = М1Я-Мвр-М1 (15)

где 1г - приведённый момент инерции вращающихся частей ударного гайковёрта, патрона и самой резьбовой детали к оси шпинделя; ^- угловое ускорение вращения; ~ момент ударного импульса бойка о

наковальню; Мпр - момент сопротивления вращения от предварительной затяжки резьбового соединения (принимаем' Мпр=0,\М3); - момент

сопротивления вращению при ударном повороте резьбовой детали.

При последующих ударах дифференциальные уравнения примут

вид:

] .................................................. (16)

-----

Момент ударного импульса найден по теореме изменения кинетической энергии механической системы:

Ае = (17)

1 2 9,

где /у - приведенный момент инерции вращающихся частей гайковерта от двигателя до оси бойка (момент инерции ударного импульса); соу -угловая скорость вращения бойка в момент удара; щ - угол поворота резьбовой детали при каждом ударе.

В настоящее время отсутствуют сведения о математической зависимости момента сопротивления вращению резьбовой детали при ударной затяжке. Предположительно её может представить в функции угла поворота резьбовой детали М° = Ъ^ угловой скорости - Мс = Ъ'гф или суммы

сопротивления - МС = Ъъф + Ь[ф, где ЪХ И ъ{ - коэффициенты вязкого трения.

С учётом последних выражений, дифференциальные уравнения вращения резьбовой детали для случая затяжки при первом ударе запишутся:

ф1+А1<р1-в/<р1 = -0, при И± — Ьгср', (18)

А +Афг - = -О' ПРИ М*г = № (19)

фг +Аф1 = "Ри М1 = ^(р + Ь^ф; (20)

л - Ь*- А - • П - П - ^

где А д _ и- .

12 1Т 2 ¡2

Получены нелинейные дифференциальные уравнения.

Пятая глава посвящена экспериментальному подтверждению теоретических положений, ..определяющих точность осевых „сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами прямого и ударного действия, а также выявлению математической зависимости момента сопротивления при ударной затяжке соединений.

.Для этих целей созданы опытные образцы одношпиндельных гайковёртов прямого (рис.3) и ударного (рис.4) действия.

Данные расчётов и экспериментальных исследований точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковёртами прямого действия в зависимости от их параметров и осевой силы предварительной затяжки приведены в таблице 1, а ударного - в таблице 2.

Таблица 1

Погрешности осевых сил затяжки Параметры гайковёрта Расчетные значения Экспериментальные значения

Суммарная погрешность осевых сил затяжки 50Е(кН) Относительная погрешность осевых сил затяжки 5&% Суммарная погрешность осевых сил затяжки (кН) Относительная погрешность осевых сил затяжки ЗЩ %

0пр=2,5%от0о; 20=1,55 (кН); -мгтм=60; /у//б=3 4,205 6,78 5,017 8,09

<2пР=5% от 0О; 0О=3,1 (кН); 2мпм=бО; ///6=3 4,869 7,85 5,906 9,52

£?пР=7,5% от 0О; 00=4,65 (кН); ^мпм=60; /т//б=3 5,495 8,86 6,433 10,37

0пр=1О%от0о; 00=6,2 (кН); ^мпм=60; г'У/б=3 6,136 9,89 6,95 11,21

Из таблицы 1 видно, что при назначении моментов предварительной затяжки резьбовых соединений менее 7,5% от номинального значения по-

грешности осевых сил затяжки гайковёртами прямого действия не превос ходят 10%, а ударного действия - обеспечивают погрешности в этих преде лах и при больших значениях моментов предварительной затяжки.

Рис. 3. Опытный образец ручного одношпиндельного гайковерта прямого действия

Рис. 4. Опытный образец ручного одношпиндельного гайковерта ударного действия

Таблица 2

Погрешности осевых сил затяжки Параметры гайковёрта Расчетные значения Экспериментальные значения

Суммарная погрешность осевой силы затяжки 6Єі(кН) Относительная суммарная погрешность осевой силы затяжки 5 &% Суммарная погрешность осевой силы затяжки SQI кН) Относительная суммарная погрешность осевой силы затяжки SQI %

2пр=3% от вз 6пр=1.86 (кН) 5,254 8,47 5,83 9,4

бпр=7,5% от 03 бт=4,65 (кН) 5,488 8,56 5,97 9,62

£>пр=ю% от д3 &Ф=6,2 (кН) 5,65 9,11 6,15 9,92

Экспериментально подтверждено, что моменты сопротивления при ударной затяжке резьбовых соединений подчиняются закону:

Мс ^Ь^ + Ь'-ьф. (22)

Расхождение теоретических значений углов затяжки, полученных при решении уравнения (20) методом Рунге-Кутта, от экспериментальных при первом и последнем ударах бойка о наковальню не превышает 22%.

Получены практические зависимости теоретических и экспериментальных значений углов затяжки при первом и последнем ударах в зависимости от 1г, /у, М^ и суу. Они позволяют при разработке гайковёртов подбирать эти углы в зависимости от требуемой точности затяжки и величины полной затяжки соединений, которые в зависимости от наличия или отсутствия уплотнения могут составлять от 25° до 230°.

Следует заметить, что минимальный угол поворота резьбовой детали при последнем ударе может лежать в диапазоне от 26 до 184 минут.

Предложена методика проектирования одношпиндельных гайковёртов прямого действия и системы контроля качества затяжки резьбовых соединений по углу поворота резьбовой детали.

Методика проектирования ударных гайковёртов осталась неизменной.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача, заключающаяся в повышении точности осевых сил затяжки путем разработки и модернизации гайковертов прямого и ударного действия.

1. Доказано, что контроль точности осевых сил затяжки резьбовых соединений необходимо осуществлять не по моменту, а по углу затяжки, что позволит значительно повысить точность.

2. Обоснованы взаимосвязи между технологическими параметрами сборки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одно-шпиндельных гайковертов, что позволило разработать структурную схему управления процессом сборки гайковертами прямого действия.

3.На основе структурной схемы путем замены электрических элементов на механические аналоги разработано семейство оригинальных кинематических схем гайковертов прямого действия, что позволяет при создании гайковертов брать их за основу.

4. С учетом контроля точности осевых сил затяжки по углу модернизирован одношпиндельный гайковерт ударного действия, в основу которого взята существующая конструкция и введена система контроля по углу поворота резьбовой детали, что обеспечило повышение точности в 3 раза.

5. Получена математическая модель ударной затяжки резьбовых соединений, что позволяет на этапе разработки с достаточно высокой точностью рассчитать углы затяжки при каждом ударе и суммарный угол затяжки.

6. Получены математические зависимости составляющих и суммарных погрешностей осевых сил затяжки, что позволяет на этапе проектирования оценить достижимую точность осевых сил затяжки гайковертов.

7. Доказана и получена математическая зависимость сопротивления в резьбовом соединении при ударной затяжке, что позволит с большей точностью рассчитывать углы поворотов резьбовых деталей при каждом ударе.

8. Экспериментально подтверждена работоспособность гайковертов, определены погрешности осевых сил затяжки:

- для гайковертов прямого действия погрешности составляют не более 11,5% от номинальных значений моментов затяжки, что более чем 2,5 - 3 раза точнее существующих образцов гайковертов;

- для гайковертов ударного действия не более 10%, что также в 3 раза точнее существующих образцов гайковертов.

9. Внедрение одношпиндельных гайковёртов прямого и ударного действия при повышении их себестоимости до 10% позволит обеспечить:

- повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений не менее, чем в 2,5 раза;,

- исключить ручной труд сборщика;

- повысить производительность сборки не менее, чем в 4 раза.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Житникова, И.В. Обоснование момента сопротивления в резьбе при ударной затяжке резьбовых соединений [Текст] / И.В. Житникова // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2012. - №10. - С. 41-44.

2. Житников, Ю.З. Ручные одношпиндельные гайковёрты на основе муфт предельного момента повышенной точности осевых сил затяжки [Текст] / Ю.З. Житников, И.В. Житникова // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2012. - №4. - С.25-29.

3. Матросова, Ю.Н. Высокоточный ручной одношпиндельный гайковёрт прямого действия нового класса [Текст] / Ю.Н. Матросова, Ю.З. Житников, И.В. Житникова // XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых учёных и студентов. - М.: РАН Институт машиноведения им. A.A. Благонравова. - 2011. - С. 118.

Патенты

4. Пат. 2360784 Российская Федерация, С2, МПК В25В 21/00. Многошпиндельный гайковёрт [Текст] / Б.Ю. Житников, И.В. Житникова, Д.С. Воркуев, А.Е. Матросов, Ю.Н. Матросова, A.A. Шмагин; заявитель и патентообладатель Ковровская государственная технологическая академия. опубл. 10.07.09. Бюл.№19.

Статьи в трудах конференций и сборниках

5. Житникова, И.В. Разработка ручного одношпиндельного гайковёрта прямого действия повышенной точности осевых сил затяжки резьбовых соединений [Текст] / И.В. Житникова // Вооружение. Технология. Безопасность. Управление: материалы VI юбилейной всероссийской конференции аспирантов и молодых учёных. - Ковров: ФБГОУ ВПО «КГТА им. В .А. Дегтярёва», 2012. - С. 17-18.

6. Житников, Ю.З. Обеспечение герметичности фланцевых соединений робототехнических модулей при затяжке резьбовых деталей мно-

гошпиндельными гайковёртами на основе дифференциальных механизмов, муфт предельного, .момента и механизма переключения'скоростей [Текст] / Ю.З. Житников, И.В. Житникова, A.A. Шмагин // «Вооружение, автоматизация, управление»: сборник научных трудов. — Ковров: KITA, 2006. — С.284-290.

7. Шмагин, A.A. Обоснование точности затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами на основе муфт предельного момента и механизма переключения скоростей [Текст] / A.A. Шмагин, И.В. Житникова // Материалы I научно-технической конференции аспирантов и молодых учёных: сборник статей. - Ковров: КГТА, 2006. -С.75-82.

8. Житников, Ю.З. Многошпиндельные гайковёрта на основе муфты предельного момента, дифференциального механизма и механизма свободного хода для завинчивания кратного числа резьбовых деталей [Текст] / Ю.З. Житников, И.В. Житникова, Д.С. Воркуев // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии: сборник научн.трудов. -Рыбинск. -2007.-№1(11). -С.100-103.

9. Житников, Ю.З. Повышение точности осевых сил затяжки одно-шпиндельных гайковёртов с возбудителями поворотных колебаний [Текст] / Ю.З. Житников, И.В. Житникова // Международный научно-технический семинар «Современные технологии сборки»: материалы семинара. -М.: МГТУ «МАМИ», 2011. -С.17-20.

Ю.Житникова И.В. Ручной одношпиндельный гайковерт на основе двух ветвей вращения [Текст] / И.В. Житникова // Достижения в области технических наук: сборник науч. трудов. - Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2012. - С.58-66.

Изд. лиц. № 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 27.11.2012 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая №1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,16. Уч.-изд.л.1,19. Тираж 100 экз. Заказ № 904.

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева» 601910, Ковров, ул. Маяковского,19

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ОСЕВЫХ СИЛ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СУЩЕСТВУЮЩИМИ ОБРАЗЦАМИ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫХ ГАЙКОВЕРТОВ.

1.1. Анализ точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.

1.2. Одношпиндельные гайковерты внешнего крутящего момента.

1.2.1. Одношпиндельные гайковерты прямого действия.

1.2.1.1. Одношпиндельные гайковерты с обеспечением завинчивания и затяжки резьбовых соединений.

1.2.1.2. Одношпиндельные гайковерты с обеспечением механизированного завинчивания и ручной затяжки.

1.2.2. Одношпиндельный гайковерт с гидравлической системой окончательной затяжки резьбовых соединений.

1.3. Одношпиндельные гайковерты на основе муфт предельного момента.

1.3.1. Одношпиндельные гайковерты на основе муфт предельного момента без контроля осевых сил затяжки.

1.3.2. Одношпиндельные гайковерты с муфтой предельного момента и датчиком отключения затяжки резьбовых соединений.

1.3.3. Одношпиндельные гайковерты со следящей системой управления и контроля качества затяжки.

1.4. Одношпиндельные гайковерты ударного действия.

1.4.1. Редкоударные одношпиндельные гайковерты.

1.4.1.1. Редкоударные одношпиндельные гайковерты без контроля момента затяжки резьбовых соединений.

1.4.1.2. Редкоударные одношпиндельные гайковерты с устройствами контроля момента затяжки.

1.4.2. Высокочастотные (вибрационные) одношпиндельные гайковерты

1.4.2.1. Одношпиндельные вибрационные гайковерты с пневмоприводами

1.5. Цель и задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОТОЧНЫХ ОДНОШПИНДЕЛЬ-НЫХ ГАЙКОВЕРТОВ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ МЕЖДУ ТОЧНОСТЬЮ ЗАТЯЖКИ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ.

2.1. Разработка высокоточных одношпиндельных гайковертов прямого действия.

2.1.1. Обоснование степени влияния нестабильности параметров одно-шпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента на точность затяжки резьбовых соединений.

2.1.1.1. Оценка влияния угловой скорости вращения шпинделя и ее нестабильности, а также приведенных моментов инерции вращающихся элементов гайковерта на точность затяжки резьбовых соединений.

2.1.1.2. Оценка влияния кинематических погрешностей в зубчатых передачах на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений

2.1.1.3. Оценка влияния нестабильности переключения муфт предельного момента при отключении вращения гайковертов на погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений.

2.1.1.4. Оценка влияния^ нестабильности трения в подвижных элементах гайковерта.

2.1.1.5. Оценка влияния неточности настройки одношпиндельных гайковертов на погрешности моментов затяжки резьбовых соединений.

2.1.1.6. Оценка влияния нестабильности сопротивления в резьбовых соединениях на погрешности осевых сил затяжки.

2.1.2. Выявление путей повышения точности осевых сил затяжки одно-шпиндельными гайковертами прямого действия.

2.1.3. Обоснование кинематических схем одношпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента.

2.1.3.1. Обоснование требований к конструктивным особенностям, способам управления работой и контроля качества сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами на основе муфт предельного момента.

2.1.3.2. Разработка структурной схемы управления процессом сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.

2.1.3.3. Разработка кинематических схем одношпиндельных гайковертов на основе муфт предельного момента.

2.1.4. Классификация одношпиндельных гайковертов прямого действия

2.2. Выявление путей повышения точности осевых сил затяжки одношпиндельными гайковертами ударного действия.

2.2.1. Модернизация кинематической схемы одношпиндельного ударного гайковерта путем введения системы контроля качества затяжки по углу поворота резьбовой детали.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ПОГРЕШНОСТИ ОСЕВЫХ СИЛ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОТОЧНЫМИ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫМИ ГАЙКОВЕРТАМИ.

3.1. Обоснование погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными высокоточными гайковертами прямого действия.

3.1.1. Погрешности моментов затяжки резьбовых соединений от приведенных моментов инерции подвижных элементов гайковертов и угловых скоростей вращения шпинделей.

3.1.2. Погрешность моментов затяжки резьбовых соединений от нестабильности срабатывания муфты предельного момента на этапе предварительной затяжки.

3.1.3. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от нестабильности моментов сопротивления в резьбе в процессе предварительной и окончательной затяжки.

3.1.4. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от неточности измерения угла поворота резьбовых деталей электромеханической системой контроля качества сборки гайковертами прямого действия.

3.1.5. Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений при настройке муфты предельного момента и гайковерта на требуемые значения.

3.1.6. Суммарные погрешности осевых сил (моментов) затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами на основе муфт предельного момента.

3.2. Обоснование погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельными гайковертами ударного действия.

3.2.1. Погрешности осевых сил затяжки от неточности измерения угла поворота резьбовых деталей электромеханической системой контроля качества сборки ударными гайковертами.

3.2.2. Суммарная погрешность осевых сил (моментов) затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами ударного действия повышенной точности.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫХ ГАЙКОВЕРТОВ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ.

4.1. Режимы работы одношпиндельных гайковертов прямого действия повышенной точности.

4.2. Режимы работы одношпиндельных гайковертов ударного действия повышенной точности.

4.2.1. Дифференциальные уравнения вращения шпинделя и резьбовой детали при приложении ударного импульса от бойка к наковальне.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОСЕВЫХ СИЛ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫМИ ГАЙКОВЕРТАМИ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВА

5.1. Экспериментальное оборудование.

5.2. Экспериментальное подтверждение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений гайковертами прямого действия с учетом величины момента предварительной затяжки.

5.2.1. Экспериментальное определение погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельным гайковертом прямого действия.

5.3. Экспериментальное подтверждение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений гайковертами ударного действия с учетом величины момента предварительной затяжки.

5.3.1. Экспериментальное подтверждение математической зависимости момента сопротивления в резьбе при ударной затяжке соединений.

5.4. Методики разработки одношпиндельных гайковертов прямого и ударного действия.

5.4.1. Методика разработки одношпиндельных гайковертов прямого действия.

5.4.2. Методика модернизации рядного одношпиндельного гайковерта ударного действия.

5.4.3. Эффективность использования разработанных высокоточных одношпиндельных гайковертов в производстве.

Выводы по главе.

Завершающим этапом выпуска изделий машиностроения является операция сборки, от качества которой в значительной степени зависит надежная работа машин и механизмов. Для скрепления узлов и деталей изделий машиностроения широко применяются резьбовые соединения. Так только при сборке крупных авиалайнеров используется от 250-300 тысяч резьбовых соединений

Под качественной сборкой изделий, узлы и детали которых скрепляются резьбовыми соединениями, будем понимать сборку, при которой гарантируется требуемая плотность [29] скрепления узлов и деталей между собой с обеспечением заданной точности осевых сил затяжки.

В настоящее время в производстве применяется ручная, механизированная и автоматизированная сборка. В тех случаях, когда на сборочном чертеже узла отсутствуют требования по контролю моментов затяжки резьбовых соединений, осуществляется механизированная сборка одношпиндельными гайковертами прямого или ударного действия. Погрешности моментов затяжки резьбовых деталей этими гайковертами превосходят 20 %. Если же на чертеже указаны диапазоны возможного изменения моментов затяжки резьбовых соединений, то сборка осуществляется вручную при помощи момент-ных (динамометрических) ключей. В автомобиле- и тракторостроении диапазон моментов крепления крышки шатунов задается в пределах 108-127 (Нм), моменты крепления шпилечными соединениями крышек под подшипники коленчатых валов - 250 - 294 (Нм); для болтов крепления корпусов бортовых передач тракторов - 225 - 274 (Нм); элементов двигателей мотоциклов -245,1 - 294, 3 (Нм) и т.д. При этом требуется обеспечить точность затяжки резьбовых соединений с погрешностями не более 18 %. В ответственных узлах авиационной промышленности и спецтехники погрешности моментов затяжки резьбовых соединений не должны превышать 15,5 %.

Следовательно, для обеспечения высокопроизводительной механизированной сборки необходимо иметь одношпиндельные гайковерты, погрешности моментов затяжки которыми не должны превышать 8-10%.

На основании изложенного можно утверждать, что в производстве существует научно-техническая задача повышения точности механизированной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами.

Высокую точность обеспечения осевых сил затяжки невозможно осуществить без усовершенствования существующих конструкций одношпин-дельных гайковертовлибо без создания принципиально новых.

Целью настоящего исследования является повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений, путем разработки одношпиндельных гайковертов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса на основевыявленных взаимосвязей между параметрами затяжки и конструктивными особенностями завинчивающих устройств.

Решаемая научная задача. Обеспечение высокойточности осевых сил затяжки резьбовых соединений изделий машиностроения путем разработки одношпиндельных гайковертов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса.

Основная научная задача состоит в выявлении взаимосвязей между технологическими параметрами затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковертов.

Научная идея. Для достижения высокой точности осевых сил затяжки резьбовых соединений необходимо контроль одношпиндельными гайковертами осуществлять по углу поворота резьбовой детали, что потребует предусмотреть в конструкциях средства контроля.

На защиту выносится теоретическое обоснование повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений для разработки высокоточных одношпиндельных гайковертов, включающее:

1. Выявленные взаимосвязи между технологическими параметрами затяжки резьбовых соединений и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковертов с приложением внешнего крутящего момента и ударного импульса.

2. Оригинальные кинематические схемы одношпиндельных гайковертов на основе приложения к резьбовой детали:

- внешнего крутящего момента;

- ударного импульса.

3. Математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.

4. Математическую модель, описывающую процесс ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами с приложением ударных импульсов.

5. Математическую зависимость момента сопротивления в резьбовом соединении при ударной затяжке.

6. Методику разработки одношпиндельных гайковертов и средств контроля качества затяжки резьбовых соединений.

Содержание работы по главам

Во введении обоснована актуальность задачи повышения точности осевых сил затяжки для изделий машиностроения на основе одношпиндельных гайковертов.

В первой главе дан анализ существующих средств обеспечения технологических параметров сборки изделий с использованием одношпиндельных гайковертов.

Определены цели и задачи исследований.

Во второй главе обоснованы взаимосвязи между технологическими параметрами сборки и конструктивными особенностями одношпиндельных гайковертов, обеспечивающие повышение точности затяжки резьбовых соединений, а также разработана структурная схема управления процессом сборки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами с приложением внешнего крутящего момента. Кинематические схемы данного гайковерта и гайковерта с приложением ударного импульса.

В третьей главе получены математические зависимости составляющих погрешностей, возникающих при затяжке резьбовых соединений высокоточными одношпиндельным гайковертами.

В четвертой главе представлена математическая модель ударной затяжки резьбовых соединений, а также обоснована зависимость момента сопротивления в резьбе.

В пятой главепредставлено экспериментальное подтверждение работоспособности разработанных высокоточных одношпиндельных гайковертов и изложены методики их проектирования.

Объектами исследования являются изделия машиностроения, узлы и детали которых скрепляются резьбовыми соединениями с применением одношпиндельных гайковертов.

Предметом исследований являются впервые разработанные одношпин-дельные гайковерты с приложением к резьбовым соединениям внешнего крутящего момента и модернизированные гайковерты ударного действия.

Методы исследования. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследования:

- структурная схема управления процессом сборки резьбовых соединений разрабатывалась на основе способов автоматического управления и регулирования;

- кинематические схемы функционирования гайковертов и средства контроля качества затяжки резьбовых соединений разрабатывались на основе структурных схем управления с заменой электрических элементов на механические аналоги;

- погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпи-ндельными гайковертами обоснованы на основе кинематики движения;

- математическая модель процесса сборки резьбовых соединений и зависимость момента сопротивления в резьбе при ударной затяжке обоснована на основе динамики процесса;

- оценка достоверности теоретических положений работы одношпи-ндельных гайковертов производилась по результатам экспериментальных исследований с использованием специального оборудования.

Научная новизна работы

1. Обоснован способ повышения точности осевых сил затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами прямого и ударного действия с последовательной затяжкой: предварительной - малым моментом с большой угловой скоростью и с контролем точности затяжки по моменту, и окончательной - большим моментом с малой угловой скоростью и с контролем точности по углу поворота резьбовой детали, на основе выявленных взаимосвязей между технологическими параметрами сборки и конструктивными особенностями устройств, гарантирующих заданную точность.

2. Обоснованы математические зависимости суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений высокоточными одношпиндельным гайковертами прямого и ударного действия в зависимости от их параметров, параметров резьбовых деталей и физико-механических свойств их материалов.

3. Разработана математическая модель, описывающая процесс ударной затяжки резьбовых соединений одношпиндельными гайковертами с приложением ударных импульсов.

4. Доказано, что в процессе ударной затяжки возникают моменты сопротивления в резьбе, зависящие от совокупности параметров - угла и угловой скорости поворота резьбовой детали.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ

РАБОТЕ

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача, заключающаяся в повышении точности осевых сил затяжки путем разработки и модернизации гайковертов прямого и ударного действия.

1. Доказано, что контроль точности осевых сил затяжки резьбовых соединений необходимо осуществлять не по моменту, а по углу затяжки, что позволит значительно повысить точность.

2. Обоснованы взаимосвязи между технологическими параметрами сборки резьбовых соединений и конструктивными особенностями разных одно-шпиндельных гайковертов, что позволило разработать структурную схему управления процессом сборки гайковертами прямого действия.

3. На основе структурной схемы путем замены электрических элементов на механические аналоги разработано семейство оригинальных кинематических схем гайковертов прямого действия, что позволяет при создании гайковертов брать их за основу.

4. С учетом контроля точности осевых сил затяжки по углу модернизирован одношпиндельный гайковерт ударного действия, в основу которого взята существующая конструкция и введена система контроля по углу поворота резьбовой детали, что обеспечило повышение точности в 3 раза.

5. Получена математическая модель ударной затяжки резьбовых соединений, что позволяет на этапе разработки с достаточно высокой точностью рассчитать углы затяжки при каждом ударе и суммарный угол затяжки.

6. Получены математические зависимости составляющих и суммарных погрешностей осевых сил затяжки, что позволяет на этапе проектирования оценить достижимую точность осевых сил затяжки гайковертов.

7. Доказана и получена математическая зависимость сопротивления в резьбовом соединении при ударной затяжке, что позволит с большей точностью рассчитывать углы поворотов резьбовых деталей при каждом ударе.

8. Экспериментально подтверждена работоспособность гайковертов, определены погрешности осевых сил затяжки:

- для гайковертов прямого действия погрешности составляют не более 11,5% от номинальных значений моментов затяжки, что более чем 2,5 - 3 раза точнее существующих образцов гайковертов;

- для гайковертов ударного действия не более 10%, что так же в 3 раза точнее существующих образцов гайковертов.

9. Внедрение одношпиндельных гайковертов прямого и ударного действия при повышении их себестоимости до 10% позволит обеспечить:

- повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений не менее чем в 2,5 раза;

- исключить ручной труд сборщика;

- повысить производительность сборки не менее чем в 4 раза.

1. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении Текст. / Под общ. ред. И.Н. Капустина. М.: Машиностроение, 1985.

2. Балакшин, Б.С. Основы технологии машиностроения Текст. / Б.С. Балакшин. М.: Машиностроение, 1969. - 560 с.

3. Биргер, И.А. Резьбовые соединения Текст. / И.А. Биргер, Г.Б. Иосилевич. -М.: Машиностроение, 1973. 256 с.

4. Биргер, И.А. Расчет резьбовых соединений Текст. / И.А. Биргер. М.: Обороногиз, 1959. - 252 с.

5. Блаер, И.Л. К вопросу о точности затяжки резьбы сборочным инструментом Текст. / И. Л. Блаер. -М.: Машиностроение, 1976.

6. Блаер, И.Л. К вопросу о точности затяжки резьбы сборочным инструментом Текст. / И.Л. Блаер // Автомобильная промышленность. -1967. -№ 1.-С. 38-40.

7. Бойко, В.Т. Пневматические гайковерты с улучшенными вибрационными характеристиками Текст. / В.Т. Бойко, Б.Г. Гольдштейн, В.Н. Брагинский [и др.]//Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1984. - Вып. 3.-45с.

8. Бостон, И.А. Механизированный инструмент для сборки резьбовых соединений Текст. / И.А. Бостон, И.Г. Ботез, В.Э. Дулгеру // Механизация производства. 1991. - № 6. - С. 12.

9. Бутенин, Н.В. Курс теоретической механики. Текст. В 2 т. Т. 2 / Н.В. Бутенин, Я.Л. Лунц, Д.Р. Меркин. М.: Наука, 1979. - 543 с.

10. Воркуев, Д.С. Разработка семейства высокоточных многошпиндельных гайковертов нового класса на основе одного привода Текст.: монография / Д.С. Воркуев, Ю.З. Житников; под общ. ред. Ю.З. Житникова. М.: Машиностроение, 2009. - 204 с.

11. П.Гельфанд, М.Л. Вибробезопасные электрические ударные гайковерты и эффективные способы их применения Текст. / М.Л. Гельфанд, Б.Г.

12. Гольдштейн, Я.И. Ципенюк. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1976. - 57с.

13. Гельфанд, М.Л. Сборка резьбовых соединений Текст. / M.JI. Гельфанд, Я.И. Ципенюк, O.K. Кузнецов. М.: Машиностроение, 1978. - 109 с.

14. Гельфанд, М.Л. Методы испытания ручных гайковертов Текст. / М.Л. Гельфанд, Я.И. Ципенюк. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. - 50 с.

15. Гольдштейн, Б.Г. Вибробезопасные пневматические гайковерты Текст. / Б.Г. Гольдштейн, Б.Н. Величенко, В.А. Игнатенко, А.Н. Дроздов, И.А. Алыев. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1976. - 49 с.

16. Гусаков, Б.В. Автоматизированное оборудование для сборки резьбовых соединений Текст. / Б.В. Гусаков, Ю.В. Овсянников // Тракторы и сельхозмашины. 1988. -№ 8. - С. 51-54.

17. Гусев, A.A. Автоматизация сборочных работ Текст. / A.A. Гусев. М.: Машиностроение, 1976. - 62 с.

18. Дальскнн, A.M. Сборка высокоточных соединений в машиностроении Текст. / A.M. Дальский, З.Г. Кулешов. М.: Машиностроение, 1988. - 304 с.

19. Демидов, С.П. Теория упругости Текст.: учебник для вузов / С.П. Демидов. М.: Высш. шк., 1979. - 432 с.

20. Дрозд, М.С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации Текст. / М.С. Дрозд, М.М. Матлин, Ю.И. Сидякин. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

21. Дольннк, Е.С. Электрические гайковерты ударного действия Текст. / Е.С. Дольник, Л.А. Горник // Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1993.-29 с.

22. Зельдович, Я.Б. Элементы прикладной математики Текст. / Я.Б. Зельдович, А.Д. Мышкис. М.: Наука, 1972. - 592с.

23. Зенкин, A.C. Одноударный гайковерт с регулируемой энергией удара Текст. / A.C. Зенкин, М.К. Лозинский, Н.Л. Козелло // Вестник машиностроения. 1984. - № 6. - С. 60-61.

24. Иосилевич, Г.Б. Затяжка и стопорение резьбовых соединений Текст. / Г.Б. Иосилевич, Г.Б. Строганов, Ю.В. Шарловский. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1985. - 244 с.

25. Колесников, В.Р. Разработка инерционных автоматических гайковертов с динамической опорой (конструкции, основы расчета) Текст. / В.Р. Колесников. Челябинск, 1981. - №261. - С.108-115.

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

27. Ланщиков, A.B. Технология и оборудование автоматизированной сборки резьбовых соединений Текст.: монография / A.B. Ланщиков, В.Б. Моисеев. Пенза: Пензенский гос. ин-т, 1999. - 260 с.

28. Леонов, А.И. Инерционные автоматические трансформаторы вращающего момента Текст. / А.И. Леонов. М.: Машиностроение, 1978. - 224 с.

29. Мелышк, А.Н. К методике расчета микрохрапового механизма свободного хода с упругими пластинами Текст. / А.Н. Мельник // Динамика инерционных трансформаторов, приводов и устройств. Челябинск, 1981. -№261 - С. 103-107.

30. Морозов, А.И. Особенности работы микрохрапового МСХ в инерционном трансформаторе вращающего момента Текст. / А.И. Морозов, А.Н. Мельник // Совершенствование конструкций машин и методов обработкидеталей. Челябинск, 1978. - № 215. - С. 134-137.

31. Механизированный инструмент, отделочные машины и вибраторы Текст.: каталог-справочник. М.: Машиностроение, 1972. - 472 с.

32. Механизированный инструмент. Многошпиндельные завертывающие машины, установки и станки Текст.: каталог-справочник. — г. Павлово, 1975.- 114 с.

33. Механизированный инструмент, отделочные машины и вибраторы Текст.: каталог-справочник. М.: Машиностроение, 1975. - 430 с.

34. Механизированный инструмент, отделочные машины и вибраторы Текст.: каталог-справочник. М.: Машиностроение, 1982. - 378 с.

35. Нахамкин, JI.A. Машины ударно-вращательного действия Текст. / Л.А. Нахамкин, А.И. Рабинов. Л.: Судостроение, 1971. - 119с.

36. Оболенский, В.Н. Механизация и автоматизация процессов сборки резьбовых соединений Текст. / В.Н. Оболенский, А.И. Золотухин, Б.В. Гусаков. М.: Машиностроение, 1983.

37. Попов, A.C. Ручной механизированный инструмент для слесарно-сборочных работ Текст. / A.C. Попов.- М.: НИИинформтяжмаш, 1975.- 67с.

38. Решетов, Д.Н. Детали машин Текст. / Д.Н. Решетов. М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

39. Ципенюк, Я.И. Процесс ударной затяжки резьбовых соединений Текст. / Я.И. Ципенюк, М.Л. Гельфанд // Вестник машиностроения. 1973. - № 11.-С. 59-60.

40. Ципенюк, Я.И. Динамика процесса ударной затяжки резьбовых соединений Текст. / Научно-технический реферативный сборник. ЦНИИТЭстроймаш, вып. 2, 1969.- С. 14-22.

41. Ципенюк Я.И. Расчетные зависимости при затяжке резьбовых соединений гайковертами ударного действия Текст. / Строительные и дорожные машины, 1970 №9 - С.26-28.

42. Яхимович, В.А. Автоматизация сборки резьбовых соединений Текст. / В.А. Яхимович, В.Е. Головищенко, И.Я Кулинич. Львов: Высшая школа, 1962.- 160 с.

43. Bedeutung des Anziehfartors аА fur die Berechnung von Schraubenverbindungen. VDI-Ber., 1983, № 478. - C. 33-41.

44. Dobbersch u tz J. Reibungszahlennittung an Schraubenverbindungen Ml 2. -Maschinenbautehnik, 1982, 31, № 1. C. 36-39.

45. Dregen H. Die Richtlinie VDI 2230 ein praxisorientiertes Hilfsmittel für den Konstrukteur und Berechnungsingenieur. VDI-Ber., 1983, № 478. C. 1-13.

46. Junger G., Scheiker H. Prufeinrichtungen zur Untersuchung von Schraubenverbindungen. Verbindungstechnir, 1972, 4, №7. - C. 21-26.

47. Michael K. McCann. Проблемы надежности резьбовых соединений Текст. // Автомобильная промышленность США. 1982. - № 4. - С. 7-9.

48. Peter J. Mullins. Универсальная система затяжки резьбовых соединений Текст. // Автомобильная промышленность США. 1979. - № 6.- С. 8-11.

49. Wesley A. Waters. Усовершенствованная система механического крепления Текст. // Автомобильная промышленность США. 1978. - № 7. - С. 14-19.

50. Пат. 1586903 Российская Федерация, Al В25 В21/00. Импульсный гайковерт Текст. / Блинников М.Е., Филимонов В.Н., Левин A.C.; заявитель и патентообладатель Владимирский политехнический институт.

51. Пат. 149309 Российская Федерация, А1/В23 Р19/06. Устройство для сборки резьбовых соединений Текст. / Соловьев JI.M., Тухватулин М.С., Закарли

52. П.П.; заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения.

53. A.c. 818850 СССР, МКИ3В25 В21/00. Гайковерт инерционный Текст. / А.Л. Колесников, A.A. Романченко, А.И. Леонов (СССР). Опубл. 07.06.81, Бюл. № 13

54. A.c. 929427 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт инерционный Текст. / А.Л. Колесников, A.A. Романченко, А.И. Леонов, Э.Г. Фуст (СССР). -Опубл. 14.07.82, Бюл. № 19.

55. A.c. 1039682 СССР, МКИ3 В23 Р19/06. Завинчивающийся патрон стационарного устройства для сборки резьбовых соединений Текст./ А.Д. Соловьев [и др.] (СССР). Опубл. 27.10.83, Бюл. № 33.

56. A.c. 623697 СССР, МКИ3 В23 Р19/06. Устройство для завинчивания гаек Текст. / В.М. Воронин [и др.] (СССР). Опубл. 07.09.78, Бюл. № 34.

57. A.c. 749620 СССР, М1СИ3 В23 PI9/06. Устройство для завинчивания гаек Текст. / А.Ф. Ефросинин [и др.] (СССР). Опубл. 04.06.80, Бюл. № 27.

58. A.c. 1068252 СССР, МКИ3 В23 Р19/06. Устройство для сборки резьбовых соединений Текст. / В.А. Максименко [и др.] (СССР). Опубл. 10.01.84, Бюл.

59. A.c. 837727 СССР, МКИ3 В23 PI9/06 // G05B 13/02. Устройство для сборки резьбовых соединений / В.П. Поливцев и др. (СССР). Опубл. 1981, Бюл.№22.

60. A.c. 1174221 СССР, МКИ3 В23 Р19/06 В21/00. Пневматический гайковерт Текст. / Д.Ф. Брюховец [и др.] (СССР). Опубл. 1985, Бюл. №31

61. A.c. 1362615 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Ударный гайковерт Текст. / Г.А. Антипов [и др.] (СССР). Опубл. 1987, Бюл. № 48.

62. A.c. 1384366 СССР, МКИ3 В 25 В 21/00. Ударный гайковерт Текст. / В.М. Сибогатов [и др.] (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 12.

63. A.c. 1421514 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Электрический вибрационный гайковерт Текст. / E.H. Иванов [и др.] (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 33.

64. A.c. 1445928 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Система управления ударным гайковертом Текст. / В.В. Устинов [и др.] (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 47.

65. A.c. 1452671 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / В.Н. Сорокин [и др.] (СССР). Опубл. 1989, Бюл. № 3.

66. A.c. 1472241 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / Е.А. Опенева [и др.] (СССР). Опубл. 1989, Бюл. № 14.

67. A.c. 1519867 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / К.В. Воргунов [и др.] (СССР). Опубл. 1989, Бюл. № 41.

68. A.c. 1526978 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт с активным контролем уровня затяжки Текст. / А.Н. Мартынов [и др.] (СССР). Опубл. 1989, Бюл. №45.

69. A.c. 1562119 СССР, МКИ3 В25 В21/00, 23/14. Гайковерт Текст. / А.Г. Герасимов [и др.] (СССР). Опубл. 1990, Бюл. № 17.

70. A.c. 1574447 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / В.Н. Сорокин [и др.] (СССР). Опубл. 1990, Бюл. № 24.

71. A.c. 1574447 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / C.B. Жаров [и др.] (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 33.

72. A.c. 1609635 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / A.M. Ганиеви [и др.] (СССР). Опубл. 1990, Бюл. № 44.

73. A.c. 1609634 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / A.B. Ланщиков [и др.] (СССР). Опубл. 1990, Бюл. № 44.

74. A.c. 1634473 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Пневматический вибрационный гайковерт Текст. / E.H. Иванов [и др.] (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 10.

75. A.c. 1727981 СССР, МКИ3 В25 В21/00. Гайковерт Текст. / И.А. Бостан [и др.] (СССР). Опубл. 1992, Бюл. № 15.

76. Патент RU2247647 Cl, МПК В25 В21/00. Гидравлический гайковерт Текст. / Ф.Г. Ганин [и др.] (СССР). Опубл. 2005.

77. Патент RU2278775 Cl, МПК В25 В21/00. Пневмогидравлический импульсный гайковерт Текст. / В.В. Устинов (СССР). Опубл. 2007.

78. Патент RU2313441 Cl, МПК В25 В21/02. Ударный гайковерт Текст. / В.В. Устинов (СССР). Опубл. 2007.

79. Патент RU2321485 Cl, МПК В25 В21/00. Ударный гайковерт Текст. / В.В. Устинов [и др.] (СССР). Опубл. 2008.

80. Патент RU94030526 Cl, МПК В25 В21/00. Вибрационный гайковерт Текст. / И.В. Стариков [и др.] (СССР). Опубл. 1996.