автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка способов автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей и определение режимов работы сборочного оборудования

ООЗОБВ7Э4

МАКСИМОВА МАРИНА ИВАНОВНА

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ В КАНАВКИ ЦП Л И И ДР И Ч Е С К И X ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СБОРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003056794

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва»

Научный руководитель: доктор технических наук

Житников Борис Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Вартанов Михаил Владимирович

кандидат технических наук Пантелеев Евгений Юрьевич

Ведущая организация: ОАО «Завод имени В.А. Дегтярёва»,

г. Ковров Владимирской области.

9°

Защита состоится «¿£>> рупрСл*/ 2007 года в / часов на заседании диссертационного совета К 212.142.01 при Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127994, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технологического университета «СТАНКИН»

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета К 212.142.01

Автореферат разослан <<Л(7>) года

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

Тарарин И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время трудоемкость сборочных работ в машиностроительном производстве достигает 35 -60% общей трудоемкости и превышает затраты труда на всех этапах производства.

Одной из ответственных сборочных операций является установка уплотнительных колец во внешние и внутренние канавки цилиндрических поверхностей деталей. От качества установки уплотнительных колец зависит герметичность соединения. В производстве уплотнительные кольца устанавливаются в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей вручную. При установке уплотнений имеет место закручивание кольца вокруг оси его сечения, и в процессе эксплуатации изделия происходит быстрый (20 - 100 срабатываний) разрыв уплотнения и потеря герметичности соединения, в то время как качественно установленное уплотнение может работать от 5-Ю3 ...109 циклов. Анализ причин негерметичности уплотнения кольцами круглого сечения показывает, что около 30% дефектов возникает из-за повреждения колец при сборке.

Качество сборки изделий с кольцевыми уплотнениями в значительной степени зависит от квалификации и опыта сборщика. Автоматизация установки уплотнений позволяет гарантировать качество изделий.

Прежде чем приступать к созданию средств автоматизации установки уплотнений, необходимо обосновать конструктивные особенности сборочных устройств, исключающих закручивание уплотнений вокруг оси сечения, а также обосновать предельные режимы работы сборочного оборудования.

Исследованиям в области автоматизации установки кольцевых уплотнений посвящены работы Гусева А.А., Голубева А.И., Житникова Ю.З., Кондакова Л.А., Шабайковича В.А., Шерешевского А.Н., Ямпольского Л.С.,

ЖГЧТЪТГТТ'З 13 Л т» пп УАЛ/ШШиИ'Ш 1_1,/ 1, (1

Существующие технологические процессы установки уплотнительных колец не всегда достаточно эффективны, так как не позволяют исключить главный недостаток - перекручивание кольца вокруг оси сечения, а также не автоматизированы.

На основании изложенного можно утверждать, что в производстве существует научно-техническая задача автоматизированной установки кольцевых резиновых уплотнений в наружные и внутренние канавки цилиндрических деталей.

Целью настоящего исследования является разработка способов автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей.

Методы исследования. В работе использовались основные положения технологии машиностроения, аналитические методы исследования, аппарат математического анализа, теоремы и принципы теоретической механики и т.д.

Для оценки достоверности теоретических исследований применялись экспериментальные методы и испытания в производственных условиях с использованием специальной и стандартной аппаратуры.

Научная новизна

1. Определены допустимые значения деформации уплотнительных колец в зависимости от их параметров и физико-механических свойств материала.

2. Разработана структура системы управления процессом автоматизированной установки уплотнительных колец и кинематические схемы устройств.

3.Установлены зависимости между конструктивными особенностями элементов деформирования уплотнительных колец и точностью технологического оборудования, обеспечивающей гарантированную установку.

4. Определены предельные режимы работы элементов сборочного оборудования в зависимости от параметров уплотнительных колец, их физико-механических свойств и конструктивных особенностей оборудования.

Практическая ценность работы

Разработана методика инженерного расчета автоматизированных устройств для установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в учебном процессе государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва», в лабораторном практикуме по курсу «Автоматизация производственных процессов» для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения».

Достоверность результатов, представленных в работе. Предложения, рекомендации и выводы основываются на теоретических положениях фундаментальных наук (теоретической механики, математики), экспериментальных исследованиях, а также на результатах, полученных

при опробовании в условиях производства устройства установки уплотни-тельных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей.

Апробация работы. Результаты работы доложены на международных научно-технических конференциях: «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий», Ковров, 1999 г., «Управление в технических системах - XXI век», Ковров, 2000 г., «Производственные технологии и качество продукции», Москва, 2003г., на вузовских научно-технических конференциях КГТА 1998 г.

Публикации. По основным результатам диссертационной работы имеются 2 статьи в центральных журналах «Автоматизация и современные технологии», «Сборка в машиностроении, приборостроении», 1 публикация в информационном листке ЦНТИ, 6 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов. Текстовая часть изложена на 208 страницах, иллюстрирована 41 рисунком, имеет 5 таблиц и 1 приложение. Список литературы содержит 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность задачи обоснования способов автоматизированной установки уплотнительных колец и создания на их базе устройств автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей деталей.

В первой глав«; анализируются существующие способы и технические средства механизированной и автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей.

Исследованиям в области автоматизации сборки изделий посвящены труды профессоров, докторов технических наук Балакшина Б.С., Вейца B.J1., Гусева А А., Дальского A.M., Житникова Ю.З., Иванова А.Н., Иосилевича Б.Г., Корсакова B.C., Малова А.Н., Новикова М.П., Федотова А.И. и кандидатов технических наук Замятина В.К., Косилова В.В., Ле-бедовского М.С., Муценика К „Я., Рабиновича А.Н. и других.

Приведена классификация существующих уплотнений, выявлены факторы, характеризующие их выбор, и приведены требования к назначению посадочных мест под уплотнения.

А также приведена классификация существующих устройств механизированной и автоматизированной установки уплотнительных колец.

В результате анализа существующих способов и средств можно утверждать, что известные устройства автоматизированной установки уплотнительных колец б большинстве случаев ке исключают возможность перекручивания и повреждения колец, что снижает надежность собираемого уплотнительного узла и значительно уменьшает срок бйладцшбвльно, возникает необходимость обоснования способов автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей и режимов сборочного оборудования.

Цл АлгтАплттитт гпттлм/'оттгтлпл л Алт птттлпчти т ноги тдг ооттаттт* 1Ш ии111/1)Ш1Г1Г1 V 11 ^иди 1.Ж 1

исследования.

Целью настоящего исследования является разработка способов автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей.

На основании данной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Обоснование допустимых значений деформации уплотнительных колец, в зависимости от их параметров и физико-механических свойств,

в процессе установки в канавки цилиндрических поверхностей и разработка средств автоматизации этого процесса.

2.Обоснование предельных режимов работы элементов оборудования в процессе автоматизированной установки кольцевых уплотнений.

3.Обоснование точности изготовления оборудования для обеспечения надежной автоматизированной установки уплотнения.

4. Экспериментальное подтверждение возможности автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей.

5.Разработка методики проектирования сборочного оборудования для установки уплотнительных колец.

Во второй главе теоретически обоснован способ автоматизированной установки резиновых уплотнительных колец во внешние и внутренние канавки цилиндрических поверхностей, приведен обобщенный технологический процесс установки резиновых уплотнительных колец:

• подача базовой детали на сборочную позицию;

« выдача колец из питателя;

• деформация кольца;

• установка кольца в канавку базовой детали;

• удаление собранного узла.

Также обоснована предельная деформация уплотнительных колец, исходя из механических свойств материала и требований, предъявляемых к установке уплотнительных колец.

Резины представляют собой вулканизированную многокомпонентную систему на основе каучуков. Из-за своей эластичности резины относятся к классу эластомеров. Основной отличительной особенностью резин является высокая эластичность.

Резиновые уплотнительные кольца круглого сечения изготавливают, как правило, из маслостойких резин. Это резины на основе хлоро-преновых, бутадиен-нитрильных, фторкаучуков, а также нолисульфид-ных и полиуретановых каучуков.

Установлено, что при монтаже допускается кратковременное растяжение колец до 40%, для колец диаметром до 9 мм растяжение может быть до 80%.

Также была обоснована структурная схема управления процессом автоматизированной установки уплотнительных колец.

Особенность сборки нежестких деталей состоит в том, что при их установке необходимо обеспечить:

а) деформацию детали;

б) стабилизацию ее в деформированном состоянии.

Рис. 1. Силы, действующие та уплотнительное кольцо при деформации: а — в плоскости УО/1; б — в плоскости ХС^

В процессе деформации на уплотнительное кольцо действуют сила тяжести пщ и реакция опоры N, направленные вертикально, а также деформирующая внешняя сила Р, силы упругости Тгупр и силы трения

Р„р, расположенные в горизонтальной плоскости. Дифференциальное уравнение запишется:

Р + Кр + Р^ + М+т^та. (1)

На г- элемент уплотнительного кольца массой mi в плоскости деформации действуют растягивающая внешняя сила растягивающие усилия гх, сжимающие усилия гу и силы трения (рис. 1 ,б). Т.к. растягивающие усилия Рх уравновешены, то условия деформации уплотнительного кольца запишутся в виде:

Уравнение движения /'-го элемента уплотнительного кольца в плоскости деформации может быть записано в виде:

Р-Рупгр. - Ртр~Рупр1^та0 -Ш1 а, (3)

где Р - деформирующая внешняя сила; Рупр р. - радиальная сила упругости; Рупрт.. - тангенциальная сила упругости; Ртр~ сила трения.

Или

тр+цг+С/, ьтс^ +Ртр = Г - Сг(г - г0). (4)

Здесь /И/ - масса /-го элемента кольца, ограниченного центральным углом ао; ц1 — удельный коэффициент вязкого трения материала /-го элемента; Су - жесткость на растяжение уплотнения; Сг - радиальная жесткость уплотнения; г — текущее значение величины перемещения поперечного сечения уплотнительного кольца; г(, - начальное положение поперечного сечения уплотнительного кольца; Гтр - сила сухого трения.

На основе зависимости (4) может быть предложена структурная схема устройства деформации уплотнительного кольца (рис. 2).

Рис.2. Структурная схема устройства деформации уплотнительного кольца

Стабилизация уплотнительного кольца в деформированном состоянии. Целевая функция управления движением уплотнения имеет вид:

-М,-(0+ ?*,(') -Чр(о| <^;V/ 6Т;

где (¡г (7) - проекция на плоскость адаптации вектора, задающего программную траекторию движения для /'-го элемента уплотнения; /(/)-

заданный закон перемещения рабочего органа: Т - время выполнения операции совмещения.

На /-элемент уплотнения в деформированном состоянии действуют сжимающие усилия Fy направленные к центру, и растягивающие усилия Рх, направленные в пределе по касательной к окружности среднего радиуса.

Условия стабилизации формы уплотнения запишутся в виде:

Fy~Fa= 0. (6)

В качестве стабилизирующих сил могут применяться:

• диссипативные силы (сухое трение);

• инерционные силы.

Уравнение движения /-го элемента уплотнения в плоскости адаптации в линейном приближении может быть записано в виде:

сс а а° т',\ + /V; + С sin = I> eos acia: (7)

9 J J

"" ~ 0

где m¡ - масса i-го элемента кольца, ограниченного центральным углом «о; - удельный коэффициент вязкого трения материала /-го элемента; Су - жесткость на растяжение уплотнения; r¡ - текущее значение радиуса средней линии уплотнения.

Считая, что стабилизирующее усилие задается в виде силы сухого трения, можно записать выражение для элементарной силы Fci:

Fcj = foQñgnr,, (8)

где fo - коэффициент трения; Q - усилие прижатия.

На основе приведенных зависимостей может быть предложена структурная схема устройства стабилизации уплотнения (рис. 3).

Ня п - — пгтрпятп пн(ЬЛрпрнтшлппяниа

-------- -- У — ----1----Г ""TT"!----J.........

at

Кроме того, были установлены конструктивные особенности эле» *ЛТТТ'/ЛГ» ^ ГЛТ1 >Л"fPTn TTOíf ЛП» »nriruf ^»trrrrtTTtTf"OTTT чггг\г ШЧ/lllUU J V1J->UÍ1W1L» |^Vl|JVjM'l>iUi|ltin J ItJlW 1X1*1 1 CJIDIIOIA А^/Л^Ц.

При разработке: конструкции адаптирующих устройств для установки уплотнений необходимо учитывать следующие требования:

• радиальная деформация кольца должна быть равномерной;

• желательно применять средства пассивной адаптации, т. е. при работе средств адаптации не должны использоваться дополнительные источники энергии;

• деформация кольца при съеме с адаптирующего устройства должна исключать его перекручивание.

Рис.3. Структурная схема стабилизации уплотнительного кольца

Было проведено сравнение деформирующих устройств цангового и диафрагменного типа.

Деформирующее устройство цангового типа с тремя секторами показано на рис. 4.

1Л..Щ,

р

& ГШ №

/тгпр*

тт.

Рис. 4. Деформирующее устройство цангового типа с тремя секторами

Передаточное отношение механизма . dz 1

/ = — = —tea = const ■> dh 2

где /г - величина вертикального перемещения разжимающего конуса; г -величина наименьшей радиальной деформации кольца.

Диаметр вписанной окружности после деформации:

dд = с/ + 2г = .т + ^5т(30° + /) = ^апа + й?5т(30° + ;''), (Ю)

где d=2r - первоначгшьный диаметр уплотнительного кольца; а - угол наклона разжимающего конуса; 2у — центральный угол сектора; с1 — начальный диаметр уплотнительного кольца.

Кинематическая погрешность диаметра уплотнительного кольца

A dd = tgaAh + ——

- Аа + d cos(30° + у)Ау

(И)

sin а) Зсз (Л cos а + sin а )Л cos а-/\ sin а )

cos а

Здесь Ah, Аа, 1\у — соответственно допустимые отклонения параметров h, а и А у.

Сила, действующая на кулачок в устройстве цангового типа и деформирующая кольцо:

( 6с„, (cos (30° + у) + 2 sin })(/2 cos а + sin

\Сг c,g а 2 sin (30° + у) (cos а - /\ sin а )

—m-ig- cju cig ti ¿in (30" + y)-[3 «¡ig - 6 cy,ltr cos (30° + у) + (12)

+3 с™ d{ cos (30° + у)+ 2 sin^ + 3 ad sin (30° + у) ] C°S g,+ S'" j y v v ' ' " v ''1 Veos a-f\ sin a)

где Сую, c2, сз - коэффициенты жесткости кольца, пружины, возвращающей кулачок и пружины, возвращающей сектор;/! - коэффициент трения между сектором и плитой;^ - коэффициент трения между сектором и разжимающим конусом; гп\ - масса сектора; т2 - масса разжимающего конуса

Деформирующее устройство диафрагменного типа показано на рис.5.

Рис. 5. Деформирующее устройство диафрагменного типа

Передаточное отношение механизма

8Z

где z - величина деформации уплотнительного кольца; щ - угол поворота кулачка.

Диаметр вписанной окружности после деформации:

dd = 2S~zsm(^l'+ q>i), (14)

"з

где параметры а\, а2, аз, <Р\' <Pi являются функцией от начального внутреннего радиуса г, ширины сектора h, центрального угла сектора 2у, углов наклона кулачка а и сектора Д максимального радиуса кулачка /. Кинематическая погрешность диаметра уплотнительного кольца: . 1 „ddd djh ¿¿о /1Гч

А^=/(— ; ^ ; — ; — ). (15)

Коэффициенты влияния для данного устройства соизмеримы с коэффициентами влияния для устройства цангового типа, причем ни один из них не равен нулю ни при каких значениях соответствующих параметров. Следовательно, погрешность деформации для устройства диа-фрагменного типа больше, чем для устройства цангового типа. Зависимость крутящего момента от деформации кольца:

w ,.. • /,¿3, + /¡ф + с2<р2 + с Alb + f2m2gh , у (16\

a-U

l + [l+4sin2y + 2sin^cos(60:'+9!1 -f>0)]-2cosfo — PoX/l + 4sin'7cosfeO5 + -p0) , (17)

(pl — ¿QfCtg ' ;

где сь съ Суп:, - коэффициенты жесткости пружины, возвращающей кулачок; пружины, возвращающей сектор, и уплотнительного кольца; А/ - уд линение кольца при деформации; n,h, b,e- геометрические параметры устройства (рис. 5).

Таким образом, найденные зависимости позволяют сделать следующие выводы:

1 .Адаптирующие устройства цангового типа при равном количестве деформирующих элементов обеспечивают более приемлемую форму деформированного кольца.

2. Передаточное отношение для устройства цангового типа постоянно, а для устройства диафрагменного типа - зависит от угла поворота кулачка ф].

3.Погрешность деформации больше для устройства диафрагменного типа.

Кроме того, была обоснована точность изготовления элементов автоматизированного устройства для установки уплотнительных колец при поступательном и вращательном перемещении транспортирующих элементов.

Расчетная схема для случая вращательного перемещения приведена

Рис. 6. Расчета ая схема для случая вращательного перемещения транспортирующего устройства

Радиус-вектор положения сопрягаемой поверхности соединяемой детали:

-&1<К>0<>1г - а/2 КД/5, а а, „ (/5, АД на к, [К, а - Аа)В.р ^, д ) х с1ю

х В., (7т. Л А У.

Произведение матриц /Цг^да^^дд) определяет неперпендикулярность оси стола относительно неподвижной системы отсчета ОоХоУого; ЯС(Д,й-Да) - матрица перехода системы ОгХ2Ч2?<г к системе

ОЛУ^ь произведение матриц в,1р(Г2, Да2)/?„„(]2,Д/?2)в,р{кг, Ду2) определяет

неперпендикулярность плоскости стола относительно оси вращения стола и разворот системы отсчета 02Х2У222 вокруг оси г2; матрица 5„,(72,Ле,) учитывает биение оси относительно г2; (/;,.', -Д/,) ~ матрица перехода от системы отсчета ^ к системе О^У^у, «в(74>/2 - д/2) - матрица перехода от системы отсчета 05Х5У57.5 к системе

отсчета ОцХ^цЪа, произведение матриц ввр^,Ааъ)ввр{]ь,Ар3) определяет

неперпендикулярность оси деформирующего органа к плоскости стола; матрица Ае,) учитывает биение оси 26 относительно вс<){кг,а-до) -

матрица перехода от системы отсчета ОтХтЧ^ к системе отсчета 06Х6У626; произведение матриц (Г7, д«4(/7, А/Л) определяет неперпендикулярность рабочей плоскости деформирующего органа к его оси.

Перемножая матрицы, получим значения координату, ув, гв. Радиус-вектор положения сопрягаемой поверхности уплотнительного кольца:

к=вч,{к0, лш)в<,{/0,1 - лф„(5', А«,'К„ (/,', дд'КД*,',*'-¿¿К^^М^М)*

Здесь в„(к0,Ау) - матрица погрешности поворота стола относительно неподвижной системы координат; матрица перехода системы отсчета О/х/у/г/ к системе ОоХоУс^о", произведение матриц в^,',.\а[)в,ХиЛр[) определяет неперпендикулярность оси стола относительно системы отсчета О/х/у/г/; - да') ~ матрица перехода

системы О^ХгЧгЪг к системе О/х/у/г/; произведение матриц Ввр{¡¡,Аа'2)вгр(/2', дД )определяет неперпендикулярность плоскости стола

относительно оси вращения стола; матрица 5 (£2',Ау'г) - матрица начального разворота системы отсчета 02 Х2'У2 7^1

вокруг оси ъ{\ матрица

всг0г>Ае0 Учктывагт биение оси 7.1 относительно г2'; Ва{]^,1[-А1[) - мат__.. . . —Г\ /л/- /лг !гу / _ ______ гл и Г /гт /

упца исрслида и! ь№1смы и 1 а /44 14^4 к СИС1СМС изЛз 13/^3,

Всдй,1<-А1>) - матрица перехода от системы отсчета к сис-

теме отсчета О/Х^У^а; произведение матриц >АазН,,(/5>ДД) 0Пре. деляет неперпендикулярность оси перемещающего органа к плоскости

стола; матрица учитывает биение оси г/ относительно г^;

вЖ-а _Ла) - матрица перехода от системы отсчета О^ХтУтТ,-]1 к системе

Об'Хб'Уб'гв1; произведение матриц д^д«;)/Ц7;,дд,') определяет неперпендикулярность рабочей плоскости перемещающего органа к оси деформирующего органа; все(кт,8-Д5) - матрица, определяющая погрешность вертикального перемещения рабочего органа.

Перемножая матрицы, получим значения координат хв , уе', г/.

Погрешность смещения сопрягаемой поверхности уплотнитель-ного кольца относительно номинального положения равна:

, / / / Л / / / А / / /

Ах =хв - хе0; Лу =ув - уе0; Аг - гв0 .

Погрешность смещения осей деформирующего и перемещающего органов находится из вырггжений:

• = АУ„ _ АУе (20)

Аналогично рассмотрен случай поступательного перемещения элементов устройства установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей.

На основании анализа точности относительного положения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей установлено, что величина относительного смещения по координатам велика, следовательно, без подналадкк автоматизированного сборочного устройства гарантированную сборку обеспечить невозможно.

Отсюда можно обосновать точность изготовления и положения в пространстве основных элементов сборочного устройства.

Следовательно, обоснован первый пункт научной новизны.

В третьей главе приведено обоснование предельных режимов работы элементов устройства автоматизированной установки уплотнительных колец при вращательном и поступательном перемещении транспортирующих устройств.

Исходной операцией автоматизированной установки уплотнений является подача уплотнительного кольца на рабочую позицию. Для того, чтобы определить ее предельную скорость, воспользуемся дифференциальным уравнением дзижения центра масс кольца:

(21)

где тс - масса кольца; ^ - ускорение центра масс кольца; Г' - внешние силы, действующие на кольцо.

В проекции на осьХэто выражение примет вид:

п

Г .

_ Ч

ё

п

-X = Р~Р

1 1 тр.

где Р - вес кольца; g - ускорение свободного падения; - сила трения

между поверхностью кольца и поверхностью загрузочного устройства.

В результате интегрирования при начальных условиях / = О, V = О, 5 = 0 получим

1-е"'

(23)

где и - коэффициент трения между уплотнительным кольцом и загрузочным устройством; V - скорость движения кольца; / - время выдачи уплотнительного кольца;

(24)

п г» Г ^

/ г /+- е Р -1

м №

_

где х - величина перемещения уплотнительного кольца.

«

Рис. 7. Устройство для установки уплогнительных колец с вращательным движением транспортирующего органа

При вращательном движении подающего устройства (рис.7) воспользуемся дифференциальным уравнением движения центра масс кольца:

12ф = ЕЛ/;(г) , (25)

где I г - момент инерции поворотного стола и сборочных устройств, расположенных на нем, относительно оси ОЪ\ ме(2\ - главный вектор моГ

мента внешних сил относительно произвольного центра; ф - угловое ускорение поворота стола. Представим его в виде

(26)

где - угловая скорость вращения стола до удара; со^ - угловая скорость вращения стола в момент окончания удара.

Рассмотрим случай удара и окончательно получим предельную скорость поворота стола исходя из условий прочности материала - На срез:

ев < ср

г

т тг^

ср

21

(27)

где

СР

- допускаемое напряжение материала штыря на срез; (1 - диа-

метр поперечного сечения штыря. - На смятие:

для упора круглого сечения

си ь СМ

1

(28)

где [^см-! — Д°иУс:кае쮈 напряжение материала штыря на смятие;

г - радиус поперечного сечения штыря; /7- допуск на диаметр штыря; для упора прямоугольного сечения

со < см 1

Щт)

где а - ширина штыря; Ъ - ширина упора.

- На изгиб

а < « 1 16/ Е

¡ег ]ш7

2

где \сг I - допускаемое напряжение материала штыря при изгибе;/ -

длина рабочей части штыря; Е - модуль Юнга.

Для случая поступательного движения подающего устройства воспользуемся теоремой об изменении главного вектора количества движения механической системы в интегральной форме:

Здесь к, и к0 - векторы количества движения материальной точки, соответствующие моментам времени /1 и /0; - импульсы внешних

сил системы за промежуток времени от /о до ¿ь - главный вектор

внешних сил системы.

В результате интегрирования получим исходя из условий прочности материала - На срез

(31)

V <\ ,

ч> 1

где т - масса транспортирующего устройства. - На смятие

для упора круглого сечения

(32)

V < см

(33)

лля упопа прямоугольного сечения

— ^ - - г 1 ^

сил

• /

- На изгиб

Следовательно, доказан второй пункт научной новизны работы.

В четвертой главе приведена методика проектирования автоматизированных устройств для установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей, включающая

- определение предельной деформации кольцевого уплотнения;

- разработку структурной схемы управления автоматизированной установкой уплотнительных колец и кинематической схемы устройства;

- определение величины возможного относительного смещения осей узла и кольцевого уплотнения в зависимости от величины удлинения уплотнительного кольца;

- выбор метода деформации уплотнительного кольца и конструкции сборочного устройства;

- определение предельных режимов работы элементов оборудования.

Используя методику, разработано устройство автоматизированной

установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей и обоснованы предельные режимы работы его элементов.

В пятой главе экспериментально подтверждено теоретическое обоснование способов автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей.

Для автоматизированной установки уплотнительных колец предложено устройство, содержащее плиту с расположенными на ней деформирующим устройством и узлом крепления базовой детали и поворотный стол, на котором располагаются устройства для подачи деформированного кольца к канавке базовой детали.

Рис. 10. Экспериментальное устройство для установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей

Деформирующее устройство представляет собой цангу, разжатие которой осуществляется при помощи конуса. Возврат цанги в исходное положение осуществляется за счет сил упругости. Удержание уплотни-тельного кольца в деформированном состоянии осуществляется специальным устройством.

Для подтверждения работоспособности предложенного способа автоматизированной установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей и предельных режимов движения элементов устройства был выполнен эксперимент.

С помощью разработанного устройства было установлено по двадцать уплотнительных колец четырех типоразмеров. Все кольца были надежно установлены без повреждений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Определены и экспериментально подтверждены допустимые значения деформации уплотнительных колец в зависимости от их параметров и физико-механических свойств материала.

2. Разработана структура системы управления процессом автоматизированной установки уплотнительных колец и кинематические схемы устройств.

3.Установлены и проверены на практике зависимости между конструктивными особенностями элементов деформирования уплотнительных колец и точностью технологического оборудования, обеспечивающей гарантированную установку.

4. Определены и экспериментально подтверждены предельные режимы работы элементов сборочного оборудования в зависимости от параметров уплотнительных колец, их физико-механических свойств и конструктивных особ енностей оборудования, включающие:

- предельную скорость подачи уплотнительного кольца на рабочую позицию;

- предельную скорость перемещения поворотного стола устройства для установки уплотнительных колец с учетом напряжений среза, смятия и изгиба, возникающих в момент удара поворотного стала об упор;

- предельные скорости перемещения подающего устройства для установки уплотнительных колец, совершающего поступательное движение, от параметров и материала элементов устройства с учетом напряжений среза, смятия и изгиба, возникающих в момент удара поворотного стола об упор.

5.Разработана методика проектирования автоматизированных устройств для установки уплотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей базовых деталей, включающая:

- определение предельной деформации кольцевого уплотнения;

-разработку структурной схемы управления автоматизированной

установкой уплотнительных колец и кинематической схемы устройства;

-определение величины возможного относительного смещения осей узла и кольцевого уплотнения в зависимости от величины удлинения уплотнительного кольца;

- выбор метода, деформации уплотнительного кольца и конструкции сборочного устройства;

- определение предельных режимов работы элементов оборудования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 .Житников Ю.З, Симаков А.Л., Коробова (Максимова) М.И. Устройство для автоматизированной установки кольцевых уплотнений // Автоматизация и современные технологии. - 2000. - №8. - С. 14-17.

2. Житников Ю.З., Симаков А.Л., Коробова (Максимова) М.И., Захарова Е.В. Автомат для установки уплотнений в комплекте с сопрягаемой деталью // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2002. - №6. - С. 16-18.

3.Кабаева О.Н., Воркуев Д.С., Коробова (Максимова) М.И. Способ автоматизированного совмещения податливой детали с базовой поверхностью // Производственные технологии и качество продукции: Материалы V Международной научно-технической конференции 2003. - Москва «Новые технологии», 2003. - С. 75-78.

4.Кабаева О.Н., Воркуев Д.С., Коробова (Максимова) М.И. Стабилизация движения податливых деталей в деформированном состоянии // Производственные технологии и качество продукции: Материалы V Международной научно-технической конференции 2003. — Москва «Новые технологии», 2003. - С. 78-81.

5.КабаеваО.Н., Воркуев Д.С., Коробова (Максимова) М.И. Обоснование способа пассивной адаптации резьбовых деталей при автоматизированной сборке // Производственные технологии и качество продукции: Материалы V Международной научно-технической конференции 2003. -Москва «Новые технологии», 2003. - С. 81-84.

6.Коробова (Максимова) М.И., Федотов М.В., Краснов М.В. Автоматизированная установка поршневых и разжимных колец // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1999.

7.Коробова (Максимова) М.И. Теоретическое обоснование и разработка устройства автоматизированной установки уплотнений на наружные и внутренние цилиндрические поверхности // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы Международной научно-технической конференции и Российской научной школы. 4.1. - Ковров: КГТА, 1999. - С. 35-36.

8.Коробова (Максимова) М.И., Симаков А.Л. Устройство для автоматизированной установки уплотнительных колец на внутренние цилиндрические поверхности // Управление в технических системах: Материалы научно-технической конференции. - Ковров: КГТА,1998. -С.38.

9. Коробова (Максимова) М.И. Обоснование режимов работы автоматизированного оборудования для установки уплотнительных колец // Управление в технических системах - ХХ1век: сборник научных трудов III Международной научно-технической конференции. - Ковров: КГТА, 2000. - С.34.

Изд. лиц. л» 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 6.03.2006 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая №1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл.печл. 1,5. Уч.-изд.л. 1,51. Тираж 100 экз. Заказ № 585.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия им. В.А.Дегтярева» 601910, Ковров, ул.Маяковского, 19.