автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Регулювання попереднього натягу в передачах гвинт-гайка кочення з використанням ультразвукових коливань

РГ6 од . .

одесыжй ядаАвша птттичшт унгбегс'ггег - На права« рулотоу

ТОП1Л1Н Етц-еп Гош1эд1йошгг

РЕГУЛОЗШЙ ГОПЕРШЬОГО НАТЯГУ В ПЕРЕДАЧАХ • ШНТ-ШЖА КОЧЕННЯ 3 БИКОРКСТАШ1И УЛЬТРАЗВУКОВ® КОЛИВАИЬ

СпзцЮлыПсть Сб.ОЗ.01 - Прошей К9хал1чно1 та ф{з;жо-тзхн!чшЛ обробкп, пэрстатн та 1КСТру?.;8ЯТИ

Авторафзрат дпсортацП нэ здейуггя вчзного стугоня кандидата тэхн^шга: тук

Одаоз - 1884

ДисзргаЩею е рукопкс

Робота кконана в Одэсшшу дараввад? тд1техя1кт& ун!ввр<итл1 на кафэдр! загальво* та щэааадю! ф!сика

Оф1ц1йн| опоненти:

доктср тахн1чнзж игук, лрофесор свдокшое Е.Д. кандидат твхн!чшх науи, додант Самойлснто В.Ь.

Пров 1 дна орган! еац1я - УкраУЕоышй яаукопо-досл! дшш Шстшуг шрстат1о та 1яструшят1г,, к.Одоса.

Захист Б1дЗудэться "3/" ОЬ~~ 1804 р. о год. . на зас1дшЕ1 спвц1ая1зовааоУ вчз&Л рада Д.03.^3.01 при Одаськоьу дррншкюку Ей^тгшйшму уя1взрс1Ггот1 за йдрэсоэ: ы.0дасг-44, пр.Езвчопко 1

3 дисэрш*1ею мокшг оаиг^с.тл'шея у б1бл!отоц1 уи!гирс;гтъту

Лзтор^зрэт роо!слзн>а 04 1СЭ4 р.

Науковий кер1вюг:: - доктор техй!чних наук, цргфоеор ; Нззареяко /,скальд Федорович

Бчеша сзктотар сгоц1&я1йов вт-зноК рода» профосор

/

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуэлы^сть теми. Розвитсж точно! механ1ки е одним з приори-тетних напрямк1в науково-техн!чного прогресу. Серед в1домих преци-з1йних механ1зм1в, що перетворюють обертальний рух в поступниа 1 навпаки, особливе м1сцэ займають передач1 гвинт-гайка кочення (ГТК). Завдяки ряду переваг вони знайшли широке застосування в машинобуду-взнн1 та Ух виробницгво продовжуе зростати.

До передач ГТК ставляться висок! вимоги по точност1 та жорст-кост!. Дяя усунення. осьового 1 рад! ального зазор1в та Шдвшцення жорсткост! в передачах ГТК зд1йснюеться попередн1й натяг. В наяб{льш розповсюдаених конструкц!ях шарино-гвинтових передач (ШГП) гайка складэеться з двох п1вгайок, як! для зд!йснення попереднього натягу згвинчують м1и собою. При зб1льшенн1 попореднього натягу зменшуеться ККД та значно зростае зношування т1л кочэння та р1зьбових поверхонь. Тому, в залежност1 в1д облает) застосування, для кожного типорозм!ру передач установлюеться нормативно значения сили попередаього натягу з гранично допустим им в!дхшшшям не б! льш 15 У., яке забезпечуе необх1дау жорстк!сть при максимально можливих ККД 1 довгов!чност1. Кр1м того п1д час зд1йснення попередаього натягу необх!дно забозпе-чити сп!вб1сн!сть р!зьбових поверхонь гвинта та' п1вгайок в межах 5 мкм. Основн1 трудного, що виникають на практиц1 при регулюванш попереднього натягу, обумовлен1 тертям ковзання м1ж стичними торцями п!вгайок, яка перешкодаэе 1'х плавному взаемному перемещению. Введения в область контакту кехан1чних, напршиад, ультразвукових коливань дозволяе, не зм1нюючи конструкцП 1 технологи виготовлення пар тертя, оперативно зм!нювати к1льк1сн1 та як1сш характеристики фрик-ц1йно¥ взаемодП. В зв'язку з цим, удосконаленяя метод1в та засоб(в регулювання попереднього натягу в передачах ГГК на основ1 застосування ультразвуку е актуальною задачею.

Мета робота. Науково обгрунтувати можлив!сть удосконалення процесу регулювання попереднього натягу в передачах ГГК шляхом застосування ультразвуку та розробити технолог1ю та устаткування, що дозволяють в 1снуючих конструкШях передач плавно 1 дозовано регулю-вати силу попереднього натягу з одночасюм забезпеченням необх}дно!' сп!вв5сност1 р!зьбових поверхонь.

Об'ект посл!джень. Процес регулювання попереднього натягу в передачах ГГК з використанням ультразвуку стосовно до безкорпусних ШГП виробницгва Одеського ВО "М1крон".

Наукова новизна. Теоретично обгрунтована можлив1сть удосконь леняя процесу регулювання попереднього натягу в передачах ГГК шляхе;,

оперативного вшмву на терпя торшв Швгайок введениям високочзстот-них меяан1чних коливань. Запролонован1, проанал!зован! та з! ставлен! з результатами експерикэнт1в ков! теоретичн1 залежност! для ефеэтда-ного кооф!ц1енту тертя в шгаск!й пар1 ковзашя п!д час введения механ1чних коливань р1зних иапрямк1в. Експериментально досд1даен1 регулювання попорсднього натягу та сум1щоння осей п!вгаяок в передачах ГТК при введена! ультразвуку та встановлоний взаемозв'язок моменту затяжки, сили подараднього натягу, коеф1ц1енту тортя й!ш тор-цями п!вгаяок, сп!вв1сност! р!зьбових поверхонь, 1йтенсивноот1 коливань та часу озвучения.

Практична ШннЮть. Основи! теоротичн! результата та ексдари-ментальн! дан! стали основою дяя розробки нового способу регулювання попередаъого натягу в передач1 ГГК та обладания для його зд!йснон-ня, як! дозволять з високою точн1стю встановяовата необх!дниа натяг 1 зав!домо забезпечувати потр!бну сп!вв1сн1сть р!зьбових поверхонъ. Визначен! найб1льш ефективи1 решими озвучения та регулювання для вс!х розповсюдаених типорозм1р1в ШГП. Такси» був розроблвний та вип-робуваний в робот! новиа спос!б визначевня сили пошреднього натягу в передач! ГГК, якиа нэ готребуе для своеК реал1зацП складаото устаткування. Результата робота можуть,бута вшюристан! на Шдпрк-емствах, що розробляють, виготовляють та ексгиуатукггь передач! ГГК. Кр1м того, результата теоретичних та експерймэвтальних досл!дкень можуть бута використан! самост!йно при розробц! !нших технолоПй, в яких вихористовуеться ефекг зтввэння тертя п!д д!сю ул:тразвуку.

АпробаШя роботи. Основн1 положения дасергац1яно* робота допов!дались та обговорювались на Шжнародн!й науково-техн1 чн 1 я конференцП" "Ультразвук в технологи »"зшинобудування - 91" в Архан-гельську (дв! допов1д1), Всесоюзн!й науково-техн1чн!й конференц11 "Нова ультразвуков© технолог1чнв устаткування та апарзтура, досв!д Хх використання в промисловост!" (Сеьастошль, 1891 р.) та на Респу-бл!канськ!я науково-техн!чв1й кон^еренц.'Г "Прогресивн! технолог!? в маишнобудуванн!" (Одеса, 1991р.). Результата роботи розглякут!, обговорен! та ухвален! на зас!данн1 кафедри загально! та прикладной ф!зики Одеського пол1техн¡чного ун!версигету. '

Публ!кап1К. По результатах проведенкх досл1давнь опубл1ковано чотири роботи, да! статт! знаходяться в друц!, подано три заявки на горедбачен! винаходи.

чотирьох розд!л1в, ззк!нчонля та горэл1ку л!тератури (105 найшну-вань). Загалыша обсяг роботи нал!чуе 144 стор!ша, 37 иалвнк!в, три таблиц! та додатки.

. Дисорггац!я складаеться з! вступу,

На захист виносяться.

1. Результата теоретичних та ексгориментальних дасл!джонь впливу механ!чних коливань р1зних напрямк1в на тертя в плоск1й пар1 ковзання.

2. 0сновн1 сп1вв1дношення, що характеризуклъ взаемод1ю елемент!в передач! ГТК п1д час зд!йснення попереднього натягу, та розробления на 1х основ! спос!б визначення сили попереднього натягу та коефЩ!-енту тертя м!ж торцями п!вгайок.

3. Результата експериментальних досл!даень регулювання попереднього натягу та сун1щення осей в шарико-гвинтових передачах з використан-ням ультразвуку.

4. Новия споспб регулювання попереднього натягу в передачах ГТК з використанням ультразвуку та устаткування для його зд1йснення.

ЗМ1СТ РОБОГИ

У вступ! обгрунтована актуальн!сть, новизна, практична ц!н-шсть теми дослпдаень, дано коротку характеристику робота, сформу-льован! основн! положения, що виносяться на захист.

В першому роздШ розглянуто розвиток метод!в зд^йснення г регулювання попереднього натягу в передачах ГГК. Прознал!зовано р!зн! конструкцП передач та труднощ!, як! виникають в них п!д час регулювання натягу, обумовлен1 тертям м!к торцями п!вгааок. Установлено, цо для удосконалення процесу регулювання пошреднього натягу нообх1дно оперативно вшшвати на тертя. Це можливо шляхом введения в область контакту механ1чню< коливань. Для вивчення ц1еI можливост! розглянуто сучасний стан досл!даень, присвячених впливу механ!чних коливань на процес тертя. В!дзначено, що 1снуюч! теоретичн! кодол! не досить повно описують всю р!зноиан1тн1сть випадк!в' контактно!' взаемодП при введенн! коливань, що виникаюггь на практиц!, та не враховують ряду фактор1в. Тому для рэал!зацП мети робота неойх!дно попередиьо провести теоретичн! та експериментальн1 досл!даення вши-ву кехан1чних коливань на процес тертя ковзання.

На основ1 анал!зу сучасного стану досл!даень та в в!дпов!дно~ ст! з метою робота були поставлен! так! задач1.

1. Проанал!зувати взаемод!ю элемент1в передач! ГГК (п1вгайок, гвинта I т1л качения) та нам!тити шляхи удосковалевнл процесу регулювання попереднього натягу.

2. Провести теоретичн1 досл!даення впливу кехан1чних коливань р!зних вапрямк!в на процес терггя ковзання.

3. Шдготувати та провести ексдариментальн! досл!даення впливу ультразвукових коливань р!зпих вэпртк1в на процес тертя в плоек!л

пар! ковзання.

4. Розробити на основ! результат!в пл.1-3 установку та методику для проведения експериментальних досл!даень процесу регулювання натягу в передачах ГШ з використанням ультразвуку.

5. Провести експериментальн! досл1даення регулювання натягу та сум1-щення в шарикових передачах 1ТК з використанням ультразвуку та вста-новити найб!льш ефективн! решми.

6. На основ1 результат досшджень розробити спос!б рогулювання натягу в передачах ГГК з використанням ультразвуку та устаткування для реал!зац!'1 даного способу.

У лругому розд!л! проанал1зован! особливост! взаемодП ело-шпт!в передач! ГГК Шд час зд!йснення попереднього натягу та роль при цьому тертя ковзання м!ж стичними торцями Швгаяок, а також теоретично розглянуто введения в область контакту механ1чних коли-вань як зас!б оперативного вшшву на тертя в плоск1й пар! ковзання.

Розглянемо особливост! взаемодП елемент1в передач 1 ГГК п1д час зд!йснення попереднього натягу шляхом затяжки п1вгайок швним моментом Мэ. Цьому моменту противод!1сгь, по-перше, момент реакц1У еломент1в передач 1 на деформац!ю, якш вирэжаеться через силу попереднього натягу Р, а, по-друге, момент тертя, обумовлений фрикц!йною взаемод!ею стичних торц1в п1вгаяок, який виражаеться через коеф1ц1-ент тертя. Терггям кочення в даному випадку можна нэхтувати. Анал!з сил та момент!в, виникаючих п!д час затяжки, дозволив встановити, що присутн!сть тертя ковзання м!ж торцями п!вгайок вимагае використову-вати для зд!йснення потр!бного натягу занадто великий момент затяжки, що може призвести до перекосу та несп!вв!сност1 п!вгайок. Кр1м того, нестаб!льн1сть коеф!ц!енту тертя е основним джерелом похибок встановлення натягу. Зниження сил терпя дозволить зменшити момент затяжки та значно зменшити вплив нестаб1льност1 коеф!ц!енту тертя на похибки регулювання попереднього натягу.

Якщо до п!вгайок, що затягнут1 моментом М3, прикласти плавно наростаючий протшюжнм момент, то при швному його значенн! М0, язю названо моментом в!дпускання, в1дЗудеться зняття натягу. Сум!спиа аиал1з сил ! момент!в, виникаючих п(д час зд!йснення та зняття натягу, дозволив одержати так! вирази для сши попереднього натягу Р 1 кооф1ц1енту тертя Г

Р = I- (М3 - М0) ; (1)

Мз + Мо

{ = 2%г'Нэ - м0 • (2)

де Ь - крок гвинта; г - середа!й рад!ус киьцсвоТ поворхн! контакту

.авгайок м!ж собою.

Одержан! сп1вв!дношення стали основою розробленого тз вико-ристаного в экспериментах способу визначення сили попереднього натягу та коеф1ц!енту тертя м!к торцями п!вгайок передачi ГТК шляхом вим!рювання момент!в затяжки та в!дпускання.

Розглянемо взаемодШ п!вгайок передач! ГГК в площил!, що перпендикулярна oci гвкнта. Шд час зд!йснення натягу , виникзють рад!-альн! жорсткост1 п!вгайок в!дяосно гвшта. Обумовлен! ними рад!альн! сили пружност! спрямован! на сум!щеняя осей р!зьбових поверхонь п!в-гаяок и!ж собою ! гвинтом. Але цьому порепкодаують сили тертя м!ж торцями п!вгайок. Анал!з екв!валентноY кехан!чноУ схеми дозволив вивести таку приблкзну формулу для розрахунку максимально можливоК HecniBBlcHOCTl п!вгаяок

6m = ^-8fPtya , (3)

де a - кут контакту т!л кочення: kn- осьова жорстк!сть передач!, яка нормована для кожного типорозм1ру.

Розрахунки показали, що максимально можлива несп!вв!сн!сть для б!льшост! передач значно перевищуе допустиму. Як св!дчить формула (3), единим шляхом зменшення бт без зм!ни конструкцН передач! е зниження коеф!ц!енту тертя.

Кр!м того, тертя торц!в п1вгайок п!д час регулювання поперед-нього натягу часто супроводауеться фрикц!аними ролэксацiйнго,га авто-коливакнями (стрибкаки), flKi перешкоджають плавному та дозованому регулюванню.

Таким чином, для усуноння проанал!зованих негативних явищ необх1дно значно (в к1лька раз!в) зменшувата тертя м!ж торцями швгайок, алэ т!льки п!д час регулювапня натягу, бо само терпгя утримуе п!вгайки у затягнутому стан!. Тому так! традиц!йн! засоби зниження тертя, як гплШр натер!ал!в фрикщйно1 пари, мастил, спец!альна обробка поверхонь та !н. непридатн! в цьому випадку. Введения ж в область контакту мэхан!чних коливань дозволяв суттево зм1нювати к!льк!сн! та як!сн! характеристики фрикц1йноТ взаемодН т!льки п!д час озвучения.

При теоретичному розгляд! впливу механ!чних коливань на прочее тертя принято описувати рух абсолютно жорсткого коливного пов-зуна по плоскШ шорстк!й поверхн!. П!д час накладання коливань на поступния рух пер!одично зм!нюються вектор результуючоГ швидкост! повзуна v ! сила нормального тиску Р„, яка в загзльному випадку е сушрпозвд!ею статично!' сили Р0 та в!брац!ано1 сили Р . При цьому приймають, що в кожниа момент часу вектор сили тертя F' спрямованиа

проталежно вектору v та по абсолюта)й величин! дор1вню£ f-PN. Коеф1-ц!ент тертя f е вх!дним параметром 1 повинен бути завчасно визначе-ний шляхом розрахунку або экспериментально. Найб!льш часто розгляда-еться так званв сухе тертя, коли f = const.

П1д час введения коливань досить високоК частота коливальна складова руху повзуна стае "нвпом!тноюп для б1льшост! практичних використань, а поступна складова характеризуеться середньою швидк!с-тю ковзання vc, та так званою ефективною силою тертя F, яка може бути визначена, як усередаена за досить довгий пром!жок часу (не иенше пер1ода коливань) проекцП миттево? сили тертя на напрямок постугаюго руху. Б!дпов1дно до цього вводиться поняття ефекгивного коеф!ц!енту тертя f, як в!даошення ефективноУ сили тертя до статично Y сили нормального таску Р0, Бфективний коеф1ц!ент тертя £ одн1ею з найб1льш зручних характеристик фрикц1йно!' взаемодП при вводанн1 коливань.

Розглянемо к!нематику ковзання при введены! тангенЩальних коливань (паралельно пловдш! контакту). Нехая повзун примусово приводиться у рух по горизонтально шорстк1й поверхн! вздовж oci X (мал.1) з поот1аною шввдк!стю vc та зд1йсню£ коливання в площин! XOY п!д кутом 7 до напрямку руху 8 коливальною швида1стю vR, що зм!ню-еться по гармон!чному закону з ампл!тудов vm. В результат! анал1зу повод!нки миттево? сили тертя в цих умовах одернаний вираэ для элективного коеф1ц!енту тертя при введенн! тангенц1альних коливань

v_

- J, г%

гг 1 + cosy cosy

f (v>— 8 dtp- (4)

J v 7v Г»

у 1 + cpsq* cns7 + {-y* cos(pj

да f(v) - завчасно в!дома залежн!сть коефЩ1евту тертя в1д митгевоК швидкост! ковзання v, яка визначаеться так

-А

• v*cos <р + 2vmvccos(pcos7 . (5)

Зг1дно з формулою (4), ефектавний коеф1ц1ент терпя залежить в1д шввдкост! постушого руху vo, аи1я!туда коливальноК шввдкосП vm, кута вводу коливань 7 та коеф1ц!ен17 тертя f. При сухому твргг1 (f(v) = const) для окремих вшэдк!в у = О та 7 = 90° вирзз (4) спровдеться та зб1гаеться з формулами, як! одержан! в роботах В.П.Северяенка Та 1н. при розгляд! кожного випадку окремо. Проте, 1нтогруючи, можна врахувати будь яку залежн!сть f(v) при вввденн1 тангенц!альних коливань п1д дов!льним кутом. 1нтеграл, нав1ть для сухого тертя, виражаеться в елементарних функц!ях т{льки для випадку

F

шг

Ф

X

Ур

Man. 5

Man J

Мал. 1 Man. H

7 = 0. Тому для вивчення залежност! f в1д vc, vm та у проводилось чисельне 1нтегрування методом С!мпсона.

На мал.2 для сухого тертя (f = 0,18) приведен1_розрахован1 по формул! (4) залажност! ефективного коеф!ц!енту тертя 7 в1д ампл!туда коливально! швидкост! vn при ф1ксован!й шзидкост! поступного руху vc= 40 т/с. Крив! 1-4 в!дпов!даигь значениям кута 7 0, 30, 60 та 90°. Бачимо, то в облает! vm< vc наяб!льш ефективно вводати коливан-ня п!д кутом 90°, а в облает! vm> vc - паралельно напрямку руху. Взедення коливань п!д кутами 30° та 60° заведи дае промИкн! результата. Сл!д в!дзначити, що !снуе можливЮть плавно та в широких кожах оперативно регулювати сили тертя, зм!нюючи 1нтенсивн1сть коливань та кут Ух введения.

Такой були розрахован! залежност! ефективного коеф!ц!енту тертя в!д швидкост! vc при р1зних значениях амшПтуди коливально! швидкост 1 vm 'та кута 7. Встаиовлено, до в yclx випадках при зростанн1 швидкост! ковзаиня вфеютвний коеф!ц!ент тертя монотонно зб1льшуеться, со, як було вставовлано в роботах Д.М.Толстого, Л.К.Погосяна та !н., гарантуе в!дсутн!сть фржц1йних релексац!иних автоколивань (стрийк!в> притерт!.

При теоретичному розгляд! вплкву нормально спрямовалих коливань' на тертя в плоск!й пар! ковзання використовують два основних п!дходи. Перший оснований на врахуванн! т!льки дзяких окремих факто-р!в, напрдалад, попэредаього зм!щзнея гбо контактиоУ жорсткост!. Другий п!дх!д пов'язанкй з бозпосередо!м р!шевЕш дфзренц!альнкх р!внянь руху поззуна. Алз ывл1н12н!сть задач! та розривн!сть сили тертя не дозволять отримата точно анал!тичне р1кення дифоренШаль-них р1внянь та ускладаоють використання чиселыглх к8тод!в.

Шляхом детального гнал1зу дкнгм!ки руху повзупо при вводзнп! нормально спрямованих коливань в робо^! одержан! точн! сп!вв!даошен-ня, як1 зв'язують м!ж собою ус! параметр;; розглянутоУ 1деальноУ механ!чноУ системи. Нехай повзун ыасо» ш знаходкться на горизонталь-н!й шорстк1й поверхн1, перпендикулярно до якоУ на нього д!клъ статична сила нормального тиску-Рй та в!брац!йна сила Рк, яка зм!нюеть-ся по гармон!чному закону з ашл1туд1.о Рт (мал.З). Маеко сухе терггя з коеф!ц!£нтом f. Вздош площшга контакту до повзуна прикладэна статична pymiBHa сила Ф, при чому в в!дсутност! коливань воличини ц!еУ сили недостатньо, цоб подолати силу торта F та привести повзун до руху, тобто Ф < f-P0.

Осщшшиа характер портального тиску приводить до порЮдич-ноУ (з частотою коливань) зм!ни мштевоУ сили тэртя, в результат! чого повзун п!д д!сю сили Ф шчшае складниг переривчастиа рух з

чергуванням прискорень та гальмувань. При цьому можлиз1 два випадки контактноY взаемодП. При Pns р0 зсйр!гаеться послания ковзния Фрккц1яниа контакт, а при Р„> Р0 в1дбуваеться шр!одичния роэрив цього контакту. Установлено, що в обох випадках за кожен перtод коливань повзун проходить однаковий шлях 1 тод! середня за шр1од шзидк!сть ковзання vc поот1йна, а' ефективна сила тертя дор!внюе pytnlitiiiH сил! Ф. На практиц! при досить. внсокочастотних. коливаннях, коли коливальна складова руху повзупа стае "пепом1тною", тагам рух иожна розглядати, як р!вном1рнип з швида1стш vc.

Анал!з динам!ки руху повзуна дозволив отримати вираз для сорздньоТ явидкост1 ковзання

<б>

V = —-2.. с 2%МП

де ы - кругова частота коливань.

До вираэу входить с5эзрозм1рниа коеф!ц1ент К, якия залежигь в1д в1д-носпого ефэнтивного козфЩ1енту терггя f/f та в!дносно* амшитуди в!брац1япо1 сили Р„/Р0. Цри зборэгопн! контакту- (Pms Р0)

,7 т Сф- - ф. РмГ

к = (т ' г + "?Л<<Р»~ % >cos4>» + sireP." sln^J, (7) р —

ГЯЭ ф, = arcsin^-p2-- [l - fjj , . (8)

а <ра- визпачаеться як кор!нь такого трацсцэндоптного р!вняння на 1НТОрвал! 1%/г\г%]

[l - f)- (ф3" ф, ) + -р^(С05ф3- СОБф, ) = о . (8)

При парЮдэтннх розриззх контакту (Pw> Р0>

К = (f ~ l] + -^(зШф,- 31ГУр,+ (ф,- ф, )COS'p, +

+ (it - 2'pj )С05ф„] - 2-%% + "¿(ф,+ %) - f , (10)

до %= arcsin(P0/P„). (11)

а ф, знаходггься алэлог1чно з другого тргнсизндонтного р!вняння — р

[l - f] ('?, - Ф, ) + -pr42C0S$,+ СОБф, - С05ф, ) + 2ф,- % = 0 . (12)

Як видно з Б'/разу (в), при 7/Т. = const i Р„/Р0 = const серодня пвиц-к!сть ковзання повзуна прямо прспорциша снл1 Р0. коеф!Шенту f та обернет лропорц!йна частот! коливань та мае! повзуна. Для визчення

повед!нки коефШ1енту К буж розрахован! його залежност! в1д Г/Г та Р„/Р0. Трансцендентн! р!вняння (9) та (12) рчр!шувались чисельним методом декахотомП. Але для пракгичних використань найб1лып ц1кави-ми е залежност 1 в!дносного ефективвого коеф1ц!енту тертя в!д Рт/Р0 та коеф1ц1енту К, який зг!дно з (6), об'еднуе вс! 1нш1 параметри розглянуто'1 системи, а саме

Цю залежн1сть моина розрахувати, задаваючись давними значениями параметр!в та розглядаючи вираз (6), як транедендентне р!вняння в!д-носно Г/Г. Для знаходкення Г/Г для р1зних значень К та Р„/Р0 ДО р!в-няння вир!шувалось чисельним методом декахотомП.

На мал.4 подан! розрахован! залежност! в!дносного ефективного коеф1ц!енту тертя в!д в!дносноТ ампл!туди в!брац1йно! сили при ф!к-сованих значениях коеф1ц!енту К. Бачимо, що при зростанн! Рт/Р0 в!д нуля до двох ефективний коеф1ц!ент тертя швидко знижуеться, а пот!м або залишаеться практично незм1нним (при К = 0,1-1), або нав!ть пов!льно зростае (при К = 2-6). Тому для зниження тертя шляхом введения нормально спрямованих коливань доц1льно обмежигися значениями Рт/Р0 в!д двох до чотирьох. При цьому забезпечити значив зниження коеф1ц!енту тертя (в 5 1 б1льше раз1в) чожна т1лыш при К < 1. В!д-значимо, що тут також !снуе можлив!сть плавно та в широких межах регулювати ефективний коеф1ц!ент тертя, зм1нюючи ампл!туду в!брац!я-но!' сили, тобто 1нтенсивн1сть коливань.

Розрахунки залежностей ефективного коеф!ц!енту тертя в!д коеф1ц!енту К показали, що, як ! при тангенц!альних коливаннях, коеф!ц!ент 7 монотонно зростае при зб1 льшенн! шзидаост! ковзання, тобто Залемпсть також носить антистрибковий характер. При Рт/Р0 < 1 маюггь м!сце ненульов1 коеф!ц!енти тертя спокою (при V = 0), як1 зб!гаються з визначеними по формулах И.И.Блехмана. Також в!дпов!дае положениям роб!т И.И.Блехмана те, що при Р„/Р0> 1 ефек-тивн! коеф!ц!енти тертя спокою дор1внюкггь нулю.

Таким чином, теоретично обгрунтована мсжлив!сть плавно 1 в широких межах оперативно зм!нювати коеф1Шент тертя та усунути фрик-ц!йн! релаксац!йн! автоколивання шляхом введения в область контакту кехан1чних, наприклад, ультразвукових коливань р1зних напрямк!в. Для конкретно!' реал!зац!Т ц!е!' можливост!, тобто для розробки ефективних метод!в та засоб!в регулювання попереднього натягу в передачах ГГК з використанням ультразвуку, були проведен! розгорнут! ексдарименталь-н! досл!дження.

(13)

подан! результата експеримент! в, щопрово-

дались в чотири етапи на двох спец!ально створвних установках. Для кожного втапу розроблен1 частинн1 методики.

На першому втап! досл1даувався вплив ультразвукових коливань на тзртя в ШЮСК1Я napl ковзання. Ексгорименти проводилися з метою встановити м1ру адакватност! запропонованих теоротичних залежностей з одночасним уточнениям вх1диих даних, необх!дних для розробки установки та методики ексшримент1в на наступи их етапах досл!джень. Установка для проведения горшого етапу експеримент1в являла собою похилу стальну шшту, по як!й п!д дГега сили тяж1ння в!льно ковзае повзун, спираючись на робоч! накладки чотирьох п'езокерам!чних пере-творювач!в (робоча частота 18 кГц). Розроблена методика дозволила отримати експершентальн 1 залежност! ефективного коеф1ц!енту тертя в!д швидкост! ковзання та параметр1в коливань р!зних напрямк!в.

Для зЮтавлення з результатами ексшримент!в по формул1 (4) були розрахован1 в1дпов!дн1 теоретичн1 залежност1. В формулу поставлялась л!н1йна апроксимац!я методом найменшх квадрат!в емп!рична залежн1сть коеф1ц!енту тертя в1д швидкост! ковзання f(v). 31ставлэн-ня виявило у вс1х випадках як1сну в1дпов1да1сТь експеримвнтальних залежпостей теоретичним. В б!льшост1 отриманих залежностей як1 сна в1дпов1дн1сть спостер!гаеться не менш як до другоТ пох!дио1". К1льк1-сн1 розб1нгаост1, як! складають не б1льше 45 X, на наш погляд, викли-кан! незначиим схоплюванням на контактуючих поверхнях, яке стостер!-галось при введенн1 1нтенсивних тангенЩальних коливань. Це явиде не дозволило отримагги для тангекц! альних коливань зниження коеф1ц1енту тертя б!льш н!м в 5-в раз!в. Установлено, щр схоплювання спостер!га-еться в б!льш1й м!р1 при низьких швидкостях ковзання, Шдвищенн! контактного таску та в в!дсутност{ мастила, а цэ саме т! умови, як! маюгь м!сцэ при фрикц1йн!а взаемодП торЩв п!вгайок передач J ГТК. Тому для удосконалеггая процэсу регулгаання попереднього натягу в передачах ГТК нааб1льш ефективним уявлясться введения нормально направление коливань, як1 не с причин яють схошповання контактуючих шверхонь та забездаяують зншэння коеф1ц!енту тертя б(льше, як в 20 раз1в J практично нульов1 (0,007) коеф1ц1ента тертя спокою.

Наступн1 етапи ексшрияент1в проводилися безпосередньо на безкорпусних ИГЛ типорозм1р1в 40x6 та 40x10 виробницгва Одоського ВО "М1крон". Для цього була розроблена та виготовлена установка, яка м1стила в соб! спец{альний ультразвуковий генератор з рогул1виими потужн!стю (до 500 Вт) та частотою (в межах 5-30 кГц), а також два ультразвукових п'езокерам1чних.перетворювач1 для введения, в!дпов!д-но, поздовжних та рад!альних коливань, динамометричниа клоч, що вим1рюе п!ков! значения момент!в, та деяк! пристроК. Акустичн! роз-

рахунки проводились по сшц1ально розроблен!й мэтодиц!, зг!дно з якою перетворювач разом з Швгайкою, на яку в!н встановлюеться, складае резонансну коливальну систему з частотою основного резонансу 12 кГц. Але, в зв'язку з складаою геометр1ею ця система виявилась багаторезонансною. Кр!и основного були визначен! дек1лька досить виражених додаткових резонанс1в в д1апазон! до 18 кГц. При цьому АЧХ коливальноУ системи значно зм1нюеться при зм1н! сили попороднього натягу та умов акустачного контакту. Тому найб1льш доц!льним уявля-еться проводите озвучування не на одн!й з резонансних частот, а в сдактр1 частот, наприклад, коли частота шр!одично (з пер!одом 100200 мс) зм1нюеться го пилкопод!бному закону в д1апазон! 10-18 кГц та, в результат1, за час озвучення багаторазово збудауються коливан-ня на вс1х резонансних частотах. Цзй режим озвучення використовував-ся в подальших експериментах.

На другому етап! експеримент1в зд1йсшовалося пор1вняння регу-лювання подареднього натягу в ШГП для чотирьох випадк!в контактноУ взаемодП стичних торц!в п!вгааок. В першому випадку зд1йснення натягу проводилося без введения коливань. У другому випадку м!ж торця-ми п!вгайок встановлювався опорниа шарикоп1 дошник, тобто ковзання зм1ншвалось на кочення. В третьему 1 четвертому випадках для знижен-ня тертя ковзання в область контакту вводились коливання, в1дпов!д-но, в напрямку ос! гвинта (нормально до шющини контакту) та в рад!-альних напр ямках (паралельно площин1 контакту). Велич1шу сили пош-реднього натягу, в в!доов!дност1 з загально приаклтою методикою, характеризували по моменту холостого (допом!жного) ходу шредач1, який вим!рювався на сшц1альному стенд!. 1нтенсивн!сть коливань характеризували елактричною готужн!стю збудаення пвретворювач!в.

В таблиц1 для чотирьох випадк1в в першому рздку подан! момента затяжки Мз1 , як! необх!дно пршсласти в кожному 1-тому випадку для того, щоб створити нормативний натяг в ШГП 40x10. Б другому рядку показана ступ!нь зниження Мз1 в!дносно М3, . Результата усереднен! по чотирьох досл!даених ШГП. Потужн1сть збудження складала 250 Вт. Як св1дчать приведен! дан!, зам1на тертя ковзання (1) на тертя кочення (2) дозволяе майже в три рази зменшити момент затяжки. При викорис-танн! ультразвуку значну перевагу мае введения коливань вздовж гвинта (3), забезпечуючи зниження моменту затяжки б!льш н1н в 10 раз!в, в той час як введения рад1 альних коливань (4) - т!льки на 40 '/.. Тому, враховуючи результата всього комплексу досл!даень, був оста-точно зроблениа виб1р на користь поздовжних коливань. При введанн! поздовжних коливань 1сауе можлив!сть плавно та в широких межах регу-лювата попередн!й натяг не т!льки моментом затяжки, а й зм1ною

Ковзання Кочення Поэдовжз i колшання Рзд1альн1 коливашш

i 1 2 3 4

M3l ,H*M 18,3 6,3 1,5 13,1

«3. 1,0 2,9 12,2 1*4

Man. 5

потужност! збудаення перетворювача при незм!нному момент! затяжки.

Трет1й етап експершент!в проводився з четок» б!льш детального вивчення впливу поздовшшх коливань на тертя м!к торцями п!вгайок ШГП в процес! зд!йснення попередаього натягу. На ochobI результат!в теоретичних досл!даень (формули (1) та (2)) була розроблена методика визначення сили попередаього натягу та коеф!щенту тертя м!ж торцями п!вгайок ШГП. Експерименти проводилися на ШГП 40x5. В результат! були одержан! залежност!. ефективного коефщ1енту терггя м!ж торцями п!вгайок в!д сили попередаього натягу та потужност! збудаення. Вста-новлено, то при !нших р!вних умовах ефектившш коеф!ц!ент терггя р!з-ко знижуеться при зб!льшенн! ¡нтенсивяост! коливань та зб!лыиуеться при зростанн1 сили попереднього натягу, що повн1стю в1дпов!дае тео-ретичним положениям. При натяз! з силою 5-20 кН та потужност! збуд-шення 200-300 Вт коеф!ц!ент тертя знижуеться в 4-8 раз1в. Для менших натяг!в при взаемодП п!вгайок спостер!гався пер!одичнш розрив контакту, що приводило до майже говно!' в1дсутност! сил тертя. В експе-риментах в!дм!чено, що введения коливань дозволяе плавно, без стриб-к!в зм!иовати взаемне кутове положения швгайок, забезпечуючи дозо-ване та точне рэгулювання попередаього натягу.

При проведенн! експэримент!в виявлзна та досшдаена залежи!сть ефективного коеф!ц!енту тертя м!ж тори* ли швгайок в!д часу озвучения. Установлено, що при введенн!-коливань процес взаемного довороту п!вгайок п!д д!ею моменту затяжки повн!стю зак!нчуеться за 8-16 с.

На четвертому етаШ експеримент!в проведено пор!вняння сум!-щення осей niBraaoK ШГП при зд!йсненн! попередаього натягу трьома р!зними способами. У В1Дпов!даост! з першим способом натяг створю-вався за допоиогоа данамометричного ключа. При другому способ1 до-датково вводимся поздовжн) ультразвуков! коливання. Трет!м (контрольна) був вибраний спос!б, який в тепер!шн!й час використовуеться в Одеському ВО "Miкрон". Цей спос!б мае ряд недсшШв, ала дозволяе. отримати необх1дау сп!вв!сн1сть Швгайок в з!бран!й з натягом передач!. Зг!дно з розробленою методикою для кожного способу посереди1м методом по результатах не менше 90 вим1р!в визначалась емп!рична оц!нка s(Д) середнього квадратичного в!дхилення (СКВ) р1эьби niBra-йок в!д сп!вв!сност1.

На мал. 5 для ШГП 40x5 приведен! залежност1 емп!рично!' оц!нки s (А) в1д електрично!' потужност! збудаення Рел. Крив! 1-4 в1дпов!да-вть значениям сили Р попередаього натягу 2,1; 2,8; 5,7 та 15 кН. Екстеришнтальн1 точки при Р0Л= О в!дпов!дають способу N 1 (без ультразвуку). Контролышй спос!б N 3 при нормативному попередаьому натяз! Р = 2,5 кН забезпечував для дано* передач! s(A) = 2,04 мкм!

1з кал.5 бачкмо, що при потужносП эбудження виде 100 Вт введения коливапь дозволяе б1льш н!« в два рази зменшити СКВ п!вгайок в1д сп!вв1сност!. Кр!м того, в облает! нормативного натягу (2,1-2,8 кН) при потужност! збудження 100-200 Вт оц!нка 5(А) була на 30-40 V. шякча, н!ж забезпечуе контрольниа спос!б. Для ШГП 40x10 одеркан! аналог1чп! результата. Сл!д в!дзначиги, що емп!рична дов1рча межа випадкового (з !мов1рн!стх> 95 У.) в1дхилення п!вгайок в1д сп1вв1сво-ст}, наприклад, для ШГП 40x10 при регулюванн! попереднього натягу без ультразвуку складала 9,4 мкм. А, зг1дно з запропонованою формулою (3) теоретична межа бп в!дхилення Швгаяик в1д сп1вв1сност! для ц1 еТ передач! дор1внюе 8,3 мкм. Розб1жн!сть пояснюеться перш за все гохибкзмл виготовлення передач 1. Додав до формули (3) говниа попра-вочшз коеф1ц1еят (приблизьно 1,2), що враховуе похибки виготовлення, П можна рекомендувати для прикладних розрахунк!в.

Таким чином, установлено, що застосування ультразвуку при регулгавэнн1 попередаього натягу в ШГП зав1домо забезпечуе необх1дну сп1вв1сн1сть р!зьби п1вгзгок в э)бран1и з натягом передач!, причому позигивниа ефект стостор!гасться в широкому д!апазоя1 потужностей збудаенпя (100-300 Вт).

В четвертому розя!л! приведен! рекомендацП по практичному вккористанио результата досл1дмвнь. В1деначен1 переваги запропоно-вавого та випробуваного в ексюриментах нового способу визначення сили попередаього натягу в передач 1 ГГК шляхом вим1рх>ванпя момент!в затяжки та в!дпускання (Заявка СРСР N 5049993). На основ! результата тооретичних 1 ексгоришнтальних досл1джень запропоновапий та обгрунтований новий спос!б регулювання пошреднього патягу в переда-ч1 ГГК з застосуванням ультразвуку (Заявка СРСР N Б068058), який забезпечуе високу точн1сть регулювання натягу та необх1дау сп1вв!с-н1сть р!зьбових поверхонь. Спос!б грунтуеться на тому, що при регулюванн! натягу шляхом зм1пи потужност! збудаення при пост1йпому коъ:ент1 затяжки з'являеться монишв1сть контролювати силу попереднього натягу по моменту -холостого ходу безпосеродньо п1д час регулювання. Цз дозволяе своечасно виосиги корективи при рвгу-хвапн!, тобто застосувати акгивниа контроль. Тод! точн!сть зд!йснення'попереднього натягу визначаеться т!льо похибками вим!ривання моменту холостого ходу та похибкагга самого методу визначення сили попереднього натягу по коконту холостого ходу. Кр1м того, цзй спос!б при необх1даост! легко гвтокатизувати. Такой ззпропоновано розробленэ 1 вкпрсбувано в оксгорглентах устаткуванпя для реал1зэцП цього способу (Заявка К 5044,770). ультразвуков!« п* езокерам!чниа пэретворювзч для вшдокпп поздепжг« коливзиь, ео е одним з основних елй.чонПв цього устзтку-

вання, розраховувався як геретворювач Ланжевена з врэхуванням болти во К стяжки за допомогою сшц!ально розробленоУ методики. Для вс!х типорозм!р!в розповсюдкених ШГП розрахован! основн! розм1ри шретво-рювач!в, як! перш за все визначаклъ Ух акустичн! характеристики. Найб!льщ ефективн1 режими озвученвя ! регулювання, що одержан! екс-пвримвнтально для двох типорозм!р!в ШГП, екстрапольован! на вс! !нш! типорозм1ри.

В межах госддоговорноУ робота був розроблений, виготовления та передаю® в ВО "М1крон" комплект устаткування для регулювання попереднього натягу з застосувднням ультразвуку, що складаеться !з сгоц!зльного ультразвукового генератора хотноУ частота, п'езокера-м!чних перетворювач!в та ряду пристроУв, Випробування Шдгвердили переваги запропонованих техн!чних р!шень.

Практична реал!зац!я результата робота дозволить Шдвишети як!сть передач ГГК та зменшити трудозатрати при Ух сборц!.

ЗАГАЛЬШ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. В результат! анал!зу !снуючих метод1в зд!йснеиня попереднього натягу в передачах ГГК показано, що вони не дозволять плавно та дозо-вано регулювати величину натягу з одаочасним забезпеченням необх!д-ноУ сп!вв!сност1 р!зьбовжс поверхонь (не б!льше 5 шш для ИП1 40x5).

2. Установлено, цо основном перешкодааючим фактором е тертя ковзання м!ж стичними торцями п!вгагок передач! ГГК,- а сама: тертя вимагае використовувати п1д час зд!яснення натягу занадго великий момент затяжки (до 85 У. цього моменту витрачаеться на подолання сил терггя); тертя сулроводауеться фрикцИашми релаксацШниж автоколиваянями (стрибками), як! ускладшоить плавне взаемне таремЩення Швгайок; нестаб1льн!сть коеф!ц[€нту тертя е основним даарелом похибок • зд!йс-нення натягу, а сили тертя здатн! ударжувата п!вгайки у несп!вв!сно-му стан! вище допустимого (б!льше 8 мкм для ШШ 40x5).

3. Показано, що для удосконалення процесу регулювання попереднього натягу необх!дно впливати на тертя м!ж торцями п!вгааок, ала т!льки п!д час регулювання, з метою значного (в дак!лька раз!в) зниження коеф!щенту тертя з одаочасним усуненням фршсц!шшх релаксац!йних автоколивань.

4. Запропоновано впливати на продас тертя м1ж торцями п!вгайок передач! ГТК шляхом введения в область контакту кехан!чних, наприклад, ультразвукових коливань. Теоретично проанал!зованиа механ1зм знижен-нн тертя в глоск!й пар1 ковзання при введенн! коливань р!зних нап-рачк1в. Одержан! та з!ставлен! з результатами експеримент!в анал!-тичн! вирази для ефекгивного коеф!ц!енту тертя (формули (4) та (6>),

як! дозволяэть розрэхувэти кого радауюсТ1 '|}л пзр&..:&тр!в розгляну-тоТ кехан'чно!" систеш (шядаосп ковзгшнч, сили нормального тисну, харамтерклтаг! коливйкь та 1п. ),

5, y«T,-.r.0Bî3H0i ко, пмпзссни !шенс1шз!-гдь ьэлавадь, »оша в аироккх шжэх (э Г«-в ргэ!в для тэпгевЩрльн»« 1 otjba aïs .в 20 pssíB дзя порг«?^шгс ;кш«заш>) р^гудигатг*. офон-нгввиз козф1Щ€нт тертя. Показало, ър uilBa хоразсгеру гортя п!д час ввеййшя колизань судь якях дазидае 5опп"'!.дг-гл1 окзу-тув.'шя вэ?и тертя як ефектквш*

в. Екешрпяптаяыго досл!да;зпхй процзс регугсвзння глтреднього датгггу s дарздэтах ПК з зйюрпзтсша ультразвуков® юлмвань та устзпок«&8Яй взаекозз'ж«! я/а ш»шгеа sarrraro, силою псшреднього Н8ПРЯГУ, K05:J!n?eSTCr.î Тйрггя тора!» Шягггоя, CnlBJjiraOCTB р!зьбовкх поверхоиь, 1к1©нскезссш колешь та часом озвучания. назначен! най51льз ефеэтшв! решал рэгу^тавазая (напрямох вводу каякзаш». -вэдовя; гвлнта, озвучуззяая - у сшзйтр! чгстгг 10-18: кГц, час озвучения 3-16 с). Ц1 рлйтгя дозволять за рзхупок знижння тертя гваяно (01дьшо, eís в 10 раз!в) вйвшиш мойзяг'загадка; засезтачиги narpîôïiy сп!5з1сз!сть р!сьб02!~-: новерхонь {соредэе ¡свздра'пшзе в!д-хклокяя Bia cnîs^lcEocTi 1 ;-nrí для ЖГП 40x5); регулгзвати натяг но т!льки могонтс:! еатякки, алэ а яляхом зairar !птеясивнсст! коливах.:*. 7. Тссрзтично СбГруПТОЗЕЕКЗ ts в!ззробузг,н;!3 позия г'отод визнзчоняя снли лспередзього натягу з гарздзчох ГПК па ccircní Bsiifosoimn Monearla гатяяке та з1дазгскачяя, якка но гшзгзе д*я сеоьУ роал!зац11 ci'^í.^noro уст.тпсув'шпп та в!лыша в1д ' ргду нздол!к!в 1с.нуючих шт0д1в.

S. ГсзробямЕЛ etcjcnssKi cnooiö регулжванвя потарздзього натягу в пгрздзтах ГШ з Ек:ор:стслня?л ультрззпуксвих колизань, якиа ;;о.:^оляе Шдгазягя тачя!сть г!д!яс:гонпя нзтягу з одзочасн»! забэзгачзйяям sccdxteoY сп!вв!ciíccTl р!зьЗоЕж повор.даль.

9« Дгл рал1сзпК яього споссгу розроблз'пга, влготозлопка та гарадз-3JLÏ п ПО ":,!i;cpc;i" ijor.sjxna' устлкустапт (сжШалькиа ультразвуковкй глтзрзтср гга>¥ ':?.стота, «'esorspnMliai трэгасрзвач*. та ряд прист-poï3>» tu хл-тголг.е рзгугхсшя пок?р?>я11а яаггяг У сорвано шфоздяекяк

OC20S3Í т:о."с-"сядя дясортгзд!! оду0Л!:»взп! я татак роботах, í. Зеттаэ ултрггвт.ЮЕИХ ют.'-.сДаш.'а па «ots^taaicar тронкя поворхвос-тая коптсэтз позугзо?; a sapssnomnrroEoa пзрэ <5ВП> // ;19тяународная nayjio-isiai. гспферсшзгя "йшрзззуя э твхкозогка ¡.сгкаостроешм -Э1". Сб.дог«.- ^рхгягзльас, 1СЭ1.- С.310-310. (СШзздторя йззл-рэшю Д. 5. та in. ) -

Î9

2. Елиядлэ ультразвуковые коязбапиа на соосность вариковинтоаоа пары (ШВП) // Международная нау сю-техн. кон$оронция,;"Ультрззвук в технологии машиностроения - 91". Сб.докл,- Архангельск, 1991,- С.316-319. (СШвавтори Назаренко А.Ф. та 1в.)

3. Влияние ультразвука на трэн® в направляющи* екашводия // Всэ-союз. иаучно-техн. конференция "КоЕое ультразвуковое технологическое оборудование и аппаратура,опыт их прикзнения в промышленности" •. Тез.докл.- Москва, 1991.- С.&4-83. (СШвавтори Бзл1ков В.Г. та {н.)

4. Расчет преобразователя Лашкзведа с учэтом болтоаоа стяжки /7 В сб. Акустика и ультразвуковая техника, вып.26.- Киев: Техника, 1991.- С.47-52. (СШвавтори Бзл1ков В.Г. та 1н.)

5. Регулирование прэдварзгэльного Еатяга в передачах шшт-гегка качания с применением ультразвука // Взспзгс Иашагастроепкя.- 1894.- N 8. (Прийнята до друку, сп1вавтор Назаренко А.С.)

слу. т 1.Ч -1СО 1Ш- &