автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение прочности и жесткости резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов

На правах рукописи /СУЪМЦьЛ)

КОЧЕТКОВ Денис Викторович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ АНАЭРОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальности: 05.02.08 — Технология машиностроения;

01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 с 2т

ПЕНЗА 2010

004617426

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» на кафедре «Технология машиностроения».

Научные руководители: доктор технических наук, доцент

Воячек Игорь Иванович; кандидат технических наук, доцент Липов Александр Викторович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Курносов Николай Ефимович; кандидат технических наук, доцент Голубовский Виталий Вадимович.

Ведущая организация - ФГУП ФНПЦ «ПО "СТАРТ" им. М. В. Про-

ценко» (г. Заречный Пензенской области).

Защита диссертации состоится 29 декабря 2010 г., в 12 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет». Автореферат диссертации размещен на сайте www.pnzgu.ru

Автореферат разослан «» 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор 1 Муйземиек А. Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение ресурсоемкое™ производства на основе внедрения новых эффективных технологий является главной проблемой современного машиностроения.

Резьбовые соединения (РС) являются самыми распространенными среди неподвижных соединений деталей, к ним предъявляются такие эксплуатационные требования, как прочность (статическая и динамическая), жесткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию. Однако в ряде случаев для обеспечения заданных характеристик РС используются дополнительные крепления, стопорные и разгрузочные элементы, увеличиваются диаметр и длина соединения, применяются ресурсоемкие технологические операции и др., что приводит к существенному повышению себестоимости узлов машин. Кроме того, для комплексного обеспечения характеристик РС часто необходима совокупность конструкторских и технологических решений, что нерационально.

В последнее время разрабатываются конструкторские и технологические методы, позволяющие более рационально обеспечить характеристики РС. Среди них весьма эффективной является технология сборки РС с применением анаэробных материалов (АМ), которые по-лимеризуются в зоне контакта деталей при отсутствии кислорода воздуха. В ряде исследований доказано, что АМ обеспечивают герметичность, коррозионную стойкость и стопорение РС, что подтверждается проспектами фирм, производящих АМ. В то же время предварительные исследования выявили, что при сборке с АМ также повышаются прочностные характеристики и жесткость, т.е. достигается комплексное обеспечение эксплуатационных характеристик РС. Однако исследований в данном направлении выполнено недостаточно, не создана система рационального технологического обеспечения характеристик РС на основе применения при сборке АМ.

Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с исследованием и комплексным обеспечением характеристик резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов, является актуальной.

Объект исследования - технологический процесс сборки и его влияние на характеристики резьбовых соединений.

Предмет исследования - условия, методы и система реализации процесса сборки с применением АМ, обеспечивающие комплексное и рациональное повышение прочностных характеристик и жесткости РС.

Цель работы - комплексное и рациональное технологическое обеспечение прочностных характеристик и жесткости резьбовых соединений на основе применения при сборке анаэробных материалов и научно обоснованного назначения технологических параметров.

Задачи исследования:

1 Разработать систему комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жесткости резьбовых соединений на основе применения при сборке анаэробных материалов и апробировать ее для совершенствования конкретных соединений.

2 Рассмотреть различные условия реализации процесса сборки РС с применением АМ, установить механизм повышения прочностных характеристик и жесткости, разработать и исследовать функциональные модели соединений.

3 Исследовать методом конечных элементов напряженно-деформированное состояние и характеристики РС при сборке с АМ.

4 Разработать методики и рекомендации для определения основных технологических параметров: марки применяемого АМ, длины свинчивания, где должен находиться АМ, объема наносимого АМ.

5 Провести экспериментальные исследования прочностных характеристик и жесткости РС, собранных с АМ.

6 Разработать новую технологию сборки РС с применением АМ, позволяющую выравнивать распределение нагрузки по виткам резьбы.

Методы исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, теориях упругости, статической и динамической прочности деталей и соединений, теории контактного взаимодействия поверхностей и методе конечных элементов. При экспериментальных исследованиях статической и динамической прочности, а также жесткости резьбовых соединений применялись известные и оригинальные методики с использованием поверенных и аттестованных средств измерений, стандартного и специального испытательного оборудования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований, их сходимостью, моделированием методом конечных элементов, практической реализацией результатов работы, а также решением о выдаче патента на изобретение.

На защиту выносятся:

1 Система комплексного и рационального технологического обеспечения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений при

сборке с АМ и результаты ее применения для конструкторско-тех-нологического совершенствования резьбовых соединений.

2 Механизм и технологические условия повышения прочностных характеристик и жесткости РС при сборке с применением анаэробных материалов.

3 Функциональные модели резьбовых соединений, собранных с применением анаэробных материалов при различных условиях реализации сборочного процесса, отражающие влияние АМ на напряженно-деформированное состояние и характеристики соединений.

4 Методика и результаты исследования методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния и характеристик РС при использовании АМ, подтвердившие эффективность предлагаемой технологии сборки.

5 Методики и рекомендации по эффективному применению АМ при сборке РС, касающиеся назначения рациональных технологических параметров: марки и объема наносимого АМ, длины свинчивания, на которой должен находиться АМ.

6 Результаты экспериментальных исследований статической и динамической (циклической) прочности, а также жесткости РС, подтвердившие адекватность функциональных моделей и данных, полученных при исследовании соединений методом конечных элементов.

7 Новый технологический процесс сборки РС с применением АМ, позволяющий рациональным образом обеспечить выравнивание нагрузки по виткам резьбы.

Научная новизна:

1 Разработана система комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жесткости РС на основе применения при сборке АМ, позволяющая снизить ресурсоемкость узлов машин.

2 Построены функциональные модели резьбовых соединений для двух вариантов реализации процесса сборки: с частичным и полным заполнением АМ резьбового зазора, при исследовании которых установлено, что только при полном заполнении зазора обеспечивается комплексное повышение прочностных характеристик и жесткости РС. Адекватность моделей подтверждена исследованиями, проведенными методом конечных элементов, а также результатами экспериментов.

3 Разработаны методики определения рациональных технологических параметров процесса сборки: марки и объема наносимого АМ, дайны свинчивания, где должен находиться АМ, применение которых позволяет обеспечить характеристики РС и снизить затраты на сборочные операции.

Практическая ценность:

1 Технология сборки РС с использованием АМ, реализуемая на основе системы технологического обеспечения характеристик соединений на этапе конструкторско-технологического проектирования, позволяет не только обеспечить заданную несущую способность, но и снизить затраты на создание узлов машин, что подтверждается практическим применением результатов работы.

2 Использование методик и рекомендаций, направленных на рациональное применение АМ при сборке РС, а также нового способа получения РС позволяет повысить эффективность технологического процесса сборки соединений при комплексном обеспечении их эксплуатационных характеристик.

Реализация и внедрение результатов. Результаты работы внедрены на предприятии ООО «Пензтяжпромарматура - Атом» в виде конст-рукторско-технологического совершенствования РС и узлов на основе технологии сборки с применением АМ, а также рекомендаций по технологическому обеспечению качества резьбовых соединений.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах: «Технологический, технический и информационный сервис как базовые факторы модернизации производства» (г. Кострома, 2006); «Надежность и качество» (г. Пенза, 2007); «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами САГ>/С АМ/С АЕ/РБМ» (г. Пенза, 2007, 2009, 2010); «Технико-технологический и информационный сервис: проблемы и перспективы» (г. Кострома, 2007); «Системы промышленного и информационного сервиса (инфраструктура, объекты, процессы)» (г. Кострома, 2008); «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 2008, 2009); «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (г. Пенза, 2010); «Формообразование и обеспечение качества техногенных систем» (г. Пенза, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 статей (три статьи без соавторов), из них две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 132 наименований и приложений. Работа изложена на 126 страницах основного. текста, включает 50 таблиц и 72 рисунка. Общий объем диссертации - 210 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, приведены цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ опыта применения РС в промышленности, методов проектирования и конструкгорско-технологиче-ского обеспечения качества РС, а также анализ свойств АМ и областей их применения при сборке неподвижных соединений.

Резьбовые соединения являются самыми распространенными среди неподвижных соединений, к ним предъявляется комплекс функциональных требований (статическая и динамическая прочность, жесткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию), обеспечение которых требует одновременного применения целого ряда технических решений, что усложняет конструкцию и технологию изготовления РС.

Проектирование РС ведется на основе понятия допускаемых напряжений, которые определяются с использованием коэффициента запаса, изменяющегося в 1,7-12 раз, что приводит к повышению ресурсоемкости соединений и узлов. Кроме того, методики проектирования РС практически не учитывают технологические возможности обеспечения характеристик соедйнений, в частности, при введении третьего элемента в зону контакта.

Имеются многочисленные работы, посвященные исследованию и конструкторско-технологическому обеспечению эксплуатационных характеристик РС (Н. Е. Жуковский, Д. Н. Решетов, И. А. Биргер, Г. Б. Иосилевич, А. Г. Суслов, А. И. Якушев, А. С. Иванов, А. Н. Прокофьев, С. Я. Березин, А. В. Ланщиков, С. В. Суменков, А. В. Мамонов, В. А. Петрушенко и др.). Однако предлагаемые методы и способы или не решают проблему комплексным образом, или достаточно сложны в реализации.

К настоящему времени сформировалось научное направление, целью которого является использование достижений технологии на стадии конструкторско-технологического проектирования соединений и узлов (А. Г. Суслов, Н. Е. Курносов, И. И. Воячек и др.). Отмечается, что эффективным методом обеспечения эксплуатационных характеристик неподвижных соединений является введение третьего элемента в зону контакта деталей, в качестве которого могут быть использованы анаэробные материалы, полимеризующиеся без доступа кислорода воздуха.

Возможность широкого применения АМ в промышленности основывается на совокупности их физико-механических свойств, а также на результатах научных исследований и практического использования. Однако применительно к РС АМ в основном используются для стопо-рения и обеспечения герметичности. В то же время предварительные исследования показали, что применение АМ приводит к повышению и прочностных характеристик резьбовых соединений, т.е. имеется возможность комплексного обеспечения их качества.

Таким образом, проведенный анализ показал актуальность цели работы и необходимость решения поставленных в ней задач.

Во второй главе установлен механизм повышения прочностных характеристик и жесткости, разработаны и исследованы функциональные модели РС, собранных с АМ.

Рассмотрены два варианта реализации процесса сборки: с частичным и полным заполнением АМ зазора между резьбовыми поверхностями деталей (рисунок 1). При частичном заполнении полимеризован-ный АМ в основном находится между контактирующими поверхностями витков болта и гайки, повышая силу трения. При полном заполнении зазора соединение можно рассматривать как композитную структуру, в которой слои АМ, находясь в замкнутом межрезьбовом пространстве, воспринимают часть внешней нагрузки и влияют на напряженно-деформированное состояние и характеристики РС.

А

а - общая схема нагружения; б - схема нагружения витков резьбы на шаге Р Рисунок 1 - Схема нагружения резьбового соединения типа болт-гайка

При построении моделей напряженно-деформированного состояния РС использована методика И. А. Биргера, учитывающая радиальные деформации деталей. Существенным отличием является учет сил трения витков, характеризуемых касательными напряжениями х(г), и наличия третьего элемента (АМ) в пустотах зоны резьбового контакта (рисунок 1, где - искомая интенсивность распределенной осевой нагрузки по высоте РС). Модели строились для РС типов болт-гайка и стяжка, нагруженных осевой силой. Принималось, что витки резьбы изготовлены идеально точно (шероховатость, волнистость, отклонения формы и расположения винтовых поверхностей отсутствуют).

Если ввести понятия интенсивностей распределенных осевых нагрузок дв(г) и <7ам(^) по высоте РС, связанных с деформацией витков и деформацией слоя АМ соответственно, и суммарной интенсивности = + ддм^), то можно составить уравнение

где

4 * *

= ¡Яп + (г)<1г = к2 ¡р(г)с!г,

о о. о

л1+л?

Е\ Е7

(1)

(2)

параметр, характеризующий совместное сопротивление витков резьбы и слоя АМ действию внешней нагрузки Е; £В и 5дм - проекции площадей контакта витков и слоя АМ на одном шаге резьбы на плоскость, перпендикулярную оси г; / - коэффициент трения; а - угол профиля резьбы; Едм - модуль упругости АМ; 51 - зазор в РС; Еи Ег - модули упругости материалов болта и гайки.

Л? =

1 + / эш А* +-

/2 2 Р2

ц2 +

где Ць р.2 - коэффициенты Пуассона.

Суммарная интенсивность распределенной осевой нагрузки при сборке с АМ находится при решении дифференциального уравнения

= 0, (3)

которое имеет вид

где

„ / ч Рту ,

бЪ тъН

(4)

ту =

А А

а2е2

Е, Е0

А\ и — площади поперечных сечений болта и гайки.

По аналогичной методике строится модель резьбового соединения типа стяжки, при этом суммарная интенсивность распределенной осевой нагрузки находится по формуле

Щг)-

ЕтТ

(

Р эЬ тгН

сЬ г сЬ тъ (Н - г)

4Е\

А2Е2

(5)

Интенсивности и qmi.z) определяются по зависимостям 1 + <р 1 + (р

где

ф:

АМ

Ег Е,

\

Если принять ¿7ам(2) = 0 (1) и л'лм = 0 (2), то можно получить модель РС при частичном заполнении АМ зазора между резьбовыми поверхностями деталей, учитывающую только силу трения в зоне контакта витков.

Результаты исследования моделей (для РС М\ 0 - 6Н/6§) показывают (рисунок 2), что повышение силы трения между витками приводит к более неравномерному распределению нагрузки по высоте резьбы (кривые 1 и 2), что объясняется увеличением жесткости РС. При сборке с полным заполнением АМ резьбового зазора жесткость РС и неравномерность распределения нагрузки еще более возрастают (кривая 5). Однако важным результатом является то, что интенсивность осевой нагрузки, связанная с деформацией витков резьбы в этом случае существенно уменьшается (кривая 4), так как часть нагрузки воспринимают и перераспределяют слои АМ.

1 - 9в(2) при /= 0,2; 2 - да(г) при/= 0,3; 3 - при/=0,3;

4 - при /= 0,3 (3 и 4 - заполнение АМ пустот в РС)

Рисунок 2 - Интенсивность распределенной осевой нагрузки по высоте РС в соединении типа болт-гайка

При интегрировании по шагам находится доля нагрузки, приходящаяся на отдельные витки. Установлено, что при полном заполнении АМ резьбового зазора средняя нагрузка на витки резьбы уменьшается на 27-42 %, а нагрузка на первый виток - до 30 %. Причем данный эффект также наблюдается для РС типа стяжки.

При действии статической нагрузки одним из характерных видов разрушения РС является срез витков резьбы. При сборке РС с АМ часть усилия тратится на срез АМ. Однако основной механизм увеличения статической прочности заключается в том, что РС, в пустотах которого находится АМ, необходимо рассматривать как композит, в котором при срезе нагрузку воспринимают все витки практически одновременно, что не происходит в РС без АМ. Кроме того, в соответствии с разработанными моделями при сборке с заполнением АМ резьбового зазора уменьшается нагрузка на витки резьбы.

Предлагается усилие среза витков при сборке с АМ оценивать с учетом коэффициента к,„, зависящего от прочности АМ. В частности, для болта усилие среза равно

пс!1к1Нгкт, (6)

где при т^=35МПа кт = 0,9...0,95, при т^1 =20МПа

кт = 0,8...0,85; к\ - коэффициент полноты резьбы.

Результаты расчета по формуле (6) показывают, что при сборке с АМ можно повысить статическую прочность РС в 1,3-1,4 раза, что соответствует степени уменьшения средней нагрузки на витки.

С использованием разработанных моделей исследовалась жесткость РС, оцениваемая перемещением витков резьбы при определенной осевой нагрузке (без учета контактных деформаций). Установлено, что суммарные перемещения витков резьбы болта и гайки при наличии АМ уменьшаются на 30-40 %.

В третьей главе проведено исследование напряженно-деформированного состояния и характеристик РС методом конечных элементов (МКЭ), приведены методики определения рациональных технологических параметров процесса сборки, а также выбора материалов деталей на основе многокритериального подхода.

Построены твердотельные модели резьбового соединения без АМ и с АМ, определены граничные условия. Установлено, что исследование в местах концентрации напряжений необходимо проводить при размере сетки А < 0,06 мм.

Данные, полученные МКЭ, подтверждают, что при сборке с АМ нагрузка на витки уменьшается в среднем на 32-34 % и на первый виток - на 30-36 %. Расхождение результатов, полученных МКЭ и аналитическим методом, составляет 2-22 %, что объясняется взаимовлиянием очагов деформации и наличием краевого эффекта (данные факторы аналитический метод не учитывает).

Исследовался теоретический коэффициент концентрации напряжений

<*а =стшах/ст1Я »

где ст1Я = 4^Дж^ - номинальное напряжение; отах - максимальное

напряжение во впадине резьбы болта.

Установлено (рисунок 3), что при сборке с АМ значения аст уменьшаются на 33-36 %, что повышает прочность и снижает вероятность возникновения усталостных трещин при эксплуатации РС.

Методом конечных элементов исследовалось также влияние АМ на жесткость (перемещения) РС. Установлено, что уменьшаются как

ь

АМ сд

суммарные, так и осевые перемещения деталей на 15-60 %, что подтверждает вывод о повышении жесткости РС при сборке с АМ.

4 3 2 1 О

/ - аа при сборке без АМ; 2- а0 при сборке с АМ Рисунок 3 — Значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений аа в соединении типа болт-гайка

Определялись абсолютные и относительные перемещения витков резьбы болта и гайки в зоне их контакта в плоскости, перпендикулярной к оси соединения. Установлено, что при сборке с АМ как абсолютные перемещения, так и разность перемещений деталей уменьшились до 8 раз, что делает маловероятным появление относительных микросдвигов деталей и развитие фреттинг-коррозии.

Решена задача эффективного обеспечения характеристик РС при сборке с АМ путем назначения рациональных технологических параметров. Разработана методика определения объема АМ, необходимого для заполнения пустот зоны резьбового контакта, по зависимости

У^ =Ыпс12пк, (7)

где ^А = 0,025Р2+ 0,\62Р8поЧёсу^ + Н^поЧёУ2 - площадь пустот

в РС на длине одного шага; п - число витков; к = 1,5...2,0 - коэффициент, учитывающий отклонения геометрии витков резьбового контакта, способ и неравномерность нанесения АМ.

При необходимости обеспечения разборки (отвинчивания) РС выбор марки АМ следует осуществлять из условия

_АМ иАМ ¿2 Л 0 ,3 ,оч

тсд А ' 3 сл'

где А^ = 1,625Рлй?2 п - площадь среза АМ; йъ - внутренний диаметр резьбы болта по дну впадины; тсд - предел прочности материала болта на сдвиг.

А

/ 1 /

Л 1

/ 2 V*

—и—

0 12 3 4 5 6 номер витка

Методом конечных элементов определена рациональная длина свинчивания, где должен находиться АМ. Она может быть ограничена 3-4 витками (с сохранением достигаемого эффекта). При этом существенно уменьшается момент отвинчивания соединения.

Повышение прочности резьбового участка соединений при сборке с АМ приводит к тому, что слабым звеном РС может стать стержень болта, особенно при динамическом нагружении. Поэтому в работе на основе многокритериального подхода с учетом диссипативных свойств и кинетики повреждаемости материала даны рекомендации по выбору материалов в соответствии с классами прочности.

В четвертой главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований влияния АМ на прочностные характеристики и жесткость РС.

Экспериментальные исследования проводились на образцах РС М5 - 6H/6g и MIO - 6H/8g, выполненных из стали и имеющих различную конструктивную форму в зависимости от вида эксперимента. Действительные значения параметров наружной резьбы измерялись на инструментальном микроскопе ММИ-2, точность внутренней резьбы контролировалась калибрами. Для проведения экспериментов были выбраны марки АМ: НМ162, НМ165, Al31 (фирмы «Permabond») и Анатерм-106АБ, Анатерм-112 (ФГУП «НИИ Полимеров»). АМ наносился на сопрягаемые поверхности в соответствии с приведенными в работе рекомендациями (объем АМ соответствовал рациональному значению).

При исследовании статической прочности РС определялось усилие среза витков резьбы (болта) на испытательной машине Р-5. Установлено, что при наличии в зоне контакта АМ усилие среза витков увеличивается

при увеличении сдвиговой прочности АМ от 8 % (г^дм = 6 МПа)

до 40 % ("СадМ =35 МПа), что соответствует выводам о существенном

разгружении витков резьбы и о композитном характере разрушения при сборке с АМ, сделанным при моделировании РС.

Экспериментальные исследования жесткости РС проводились на универсальной испытательной машине Inspekt 500-Н с использованием специальных образцов РС, соответствующих конструкции захватов машины. При проведении экспериментов строились диаграммы растяжения образцов (рисунок 4).

На рисунке 4 можно выделить три зоны: 1 - зона, в которой перемещения связаны с кинематикой испытательной машины; 2 - зона, в которой происходит нормальная эксплуатация РС; 3 - зона разруше-

ния, в которой перемещения в основном связаны с пластической деформацией материала образцов и витков резьбы.

Р, кН

45

30

15

" 0.5 1.0 6, мм

1 - сплошной образец; 2 - сборка РС без АМ; 3,4,5- сборка РС с АМ - 4м = 6 МПа ,4- = 20 МПа, 5 - т^ = 35 МПа ) Рисунок 4 - Диаграммы растяжения образцов резьбовых соединений Ш - 6Hl6g и сплошного образца

Установлено, что усредненная жесткость РС при сборке с АМ в зоне 2 увеличивается до 2 раз, причем жесткость сплошного образца больше жесткости РС при сборке с наиболее прочным АМ всего на 40 %. Увеличение жесткости РС при сборке с АМ объясняется значительным уменьшением перемещений (до 4-6 раз), связанных с погрешностями геометрии резьбовых поверхностей (погрешности шага, угла профиля, формы, расположения, шероховатость и волнистость поверхностей). Данный эксперимент также подтвердил увеличение предельной статической прочности РС при сборке с АМ в 1,3-1,37 раза (происходил разрыв стержня по резьбе в зоне первого витка).

Экспериментальные исследования циклической прочности РС проводились на стенде роторного типа СИУ-12М, общий вид которого представлен на рисунке 5. На стенде реализуется синусоидальный асимметричный Рисунок 5 - Общий вид стенда СИУ- 12М

цикл переменных напряжений при одновременном нагружении образцов продольными и поперечными силами.

Полученные результаты (таблица 1) показывают увеличение циклической прочности РС при сборке с АМ на 15-25 %, что объясняется снижением концентрации напряжений во впадинах витков болта.

Таблица 1 - Результаты усталостных испытаний РС

Число циклов нагружения РС Ы, млн циклов

Напряжения Без АМ С АМ (тсАдм = 35 МПа )

аап, МПа Группы образцов Группы образцов

1 2 1 2

45 1,7 1,84 2,05 2,45

55 0,91 1,1 1,2 1,26

В пятой главе приведены описание нового способа получения РС с применением АМ, система технологического обеспечения характеристик РС при сборке с АМ и примеры совершенствования РС.

В процессе исследований был разработан новый способ получения РС, на который получено решение о выдаче патента на изобретение. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что вначале производят частичное соединение деталей по резьбовым поверхностям при неотвержденном состоянии АМ, а после затвердевания АМ соединяемые детали доводят до конечного положения с созданием усилия затяжки. Такая последовательность операций сборки позволяет упростить получение РС с более равномерным распределением нагрузки по виткам резьбы, возникающей от усилия затяжки.

На основе проведенных исследований можно рекомендовать применение АМ для РС среднего диапазона размеров (до 50 мм), работающих в условиях умеренного динамического нагружения. Следует применять прочные тиксотропные АМ средней и высокой вязкости, полимеризующиеся в зазорах 0,2-0,5 мм. При этом необходимо учитывать диапазон температурной стойкости АМ и активность материалов деталей, влияющих на скорость полимеризации АМ.

Комплексное и рациональное обеспечение качества резьбовых соединений может быть достигнуто только на основе системного подхода. Разработана система технологического обеспечения характеристик РС, собираемых с АМ (рисунок 6). Новизна разработанной системы заключается в том, что главным управляющим фактором является применение при сборке АМ, направленное на повышение как эксплуатационных характеристик, так и технологичности конструкции резьбовых соединений.

Рисунок 6 - Алгоритм функционирования системы технологического обеспечения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами

Данная система применялась для совершенствования узлов запорной арматуры (пневмогидропривода), выпускаемой ООО «Пензтяжпромар-матура - Атом». Эффект достигался за счет упрощения конструкции,

уменьшения материалоемкости и повышения технологичности соединений и узлов. Годовой экономический эффект составил 380 тыс. руб.

В приложениях приведены технология нанесения АМ при сборке РС, алгоритмы вычислительного эксперимента при определении характеристик РС, решение о выдаче патента на изобретение и акт о внедрении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Анализ опыта применения, методов проектирования и конструк-торско-технологического обеспечения качества резьбовых соединений показал актуальность комплексного и рационального подхода к обеспечению их эксплуатационных характеристик на основе технологии сборки с применением анаэробных материалов.

2 Разработана система комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жесткости резьбовых соединений на основе применения при сборке АМ, которая позволяет повысить технологичность соединений и снизить ресурсоем-кость узлов машин.

3 Выявлены механизм и технологические условия повышения прочностных характеристик и жесткости РС при сборке с применением анаэробных материалов. Установлено, что резьбовое соединение при сборке с АМ можно рассматривать как композитную структуру, в которой слои АМ, находясь в замкнутом межрезьбовом пространстве, воспринимают часть внешней нагрузки и влияют на напряженно-деформированное состояние и характеристики РС.

4 Построены функциональные модели резьбовых соединений различных типов для двух вариантов реализации процесса сборки: с частичным и полным заполнением АМ резьбового зазора. При исследовании моделей установлено, что при частичном заполнении зазора поли-меризованный АМ в основном находится в зоне контакта витков, повышая силу трения и неравномерность распределения нагрузки по высоте и виткам резьбы. При полном заполнении зазора обеспечивается комплексное повышение характеристик РС, при этом средняя нагрузка на витки резьбы уменьшается на 27-42 %, нагрузка на первый виток -до 30 %, повышается статическая прочность РС в 1,3-1,4 раза, увеличивается жесткость и, следовательно, фреттингостойкость РС.

5 Результаты исследования напряженно-деформированного состояния деталей РС с использованием метода конечных элементов

подтвердили выводы, сделанные при исследовании теоретических моделей. Установлено, что сборка с применением АМ позволяет уменьшить уровень напряжений во впадинах резьбы болта, в частности, во впадине наиболее нагруженного первого витка (в 1,3-1,35 раза) и, следовательно, повысить прочность РС при действии циклических нагрузок.

6 Разработаны рекомендации и методики, направленные на определение рациональных технологических параметров: марки и объема наносимого АМ, длины свинчивания, где должен находиться АМ, применение которых позволяет обеспечить характеристики РС с наименьшими затратами, осуществить отвинчивание РС без разрушения деталей и повысить эффективность предлагаемого процесса сборки.

7 Экспериментальные исследования прочностных характеристик и жесткости РС при действии статической и циклической нагрузки подтвердили эффективность применения АМ и адекватность функциональных моделей. Установлено, что статическая прочность РС повышается до 1,4 раза, жесткость - до 2 раз, в основном за счет существенного уменьшения контактных деформаций, связанных с погрешностью геометрии резьбовых поверхностей. Циклическая выносливость РС при сборке с АМ повышается на 15-25 %.

8 Разработан новый способ получения РС при сборке с АМ, позволяющий без существенных затрат выравнивать нагрузку по виткам резьбы и увеличивать прочность соединений.

9 Результаты работы внедрены'и использованы для совершенствования соединений и узлов пневмогидропривода запорной арматуры, выпускаемой ООО «Пензтяжпромарматура - Атом», с годовым экономическим эффектом 380 тыс. руб.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1 Кочетков, Д. В. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Во-ячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. -2009,-№6.-С. 37-40.

2 Кочетков, Д. В. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2010. - № 6. - С. 34—40.

Публикации в прочих изданиях

3 Кочетков, Д. В. Рациональное обеспечение качества резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков, И. И. Воячек И Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САБ/САМ/САЕ/РБМ : сб. ст.

IV Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 49-51.

4 Кочетков, Д. В. Технологическое обеспечение динамической прочности резьбовых соединений / Д. В. Кочетков, А. В. Липов, И. И. Воячек // Формообразование и обеспечение качества техногенных систем : сб. ст. П Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 3-5.

5 Кочетков, Д. В. Моделирование резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САО/САМ/САЕ/РОМ : сб. ст. IV Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 46-48.

6 Кочетков, Д. В. Повышение жесткости и фретгингостойкости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков, И. И. Воячек // Технологическое обеспечение качества машин и приборов : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010.-С. 54-57.

7 Кочетков, Д. В. Распределение нагрузки в резьбовом соединении при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков // Технологическое обеспечение качества машин и приборов: сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 49-53.

8 Кочетков, Д. В. Новый способ сборки резьбовых соединений с применением анаэробных материалов / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Технологическое обеспечение качества машин и приборов : сб. ст.

V Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 18-21.

9 Кочетков, Д. В. Повышение усталостной прочности резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков, О. В. Агафонова // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САБ/САМ/САЕ/РОМ : сб. ст. IV Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010.-С. 12-14.

10 Кочетков, Д. В. Влияние анаэробных материалов на жесткость резьбовых соединений / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков, О. К. Металь-никова // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САБ/САМ/САЕ/РБМ : сб. ст. IV Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 9-11.

11 Кочетков, Д. В. Влияние анаэробных материалов на выравнивание внешней нагрузки между витками резьбового соединения / Д. В. Кочетков, А. В. Алкаев, И. И. Воячек, В. В. Сенькин // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : тр. междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2009. - С. 118-119.

12 Кочетков, Д. В. Исследование влияния сил трения на распределение нагрузки по виткам резьбы / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков, А. В. Мешков, А. В. Алкаев // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САО/САМ/САЕ/РБМ : сб. ст. П1 Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПДЗ, 2009. - С. 19-22.

13 Кочетков, Д. В. Исследование эффективности применения анаэробных материалов при сборке резьбовых соединений / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков, О. Ф. Пшеничный, А. В. Алкаев // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САО/САМ/САЕ/РБМ : сб. ст. Ш Междунар. науч.-практ. конф. -Пенза : ПДЗ, 2009. - С. 22-24.

14 Кочетков, Д. В. Анализ прочности материалов крепежных резьбовых соединений с учетом дефектов и кинетики повреждаемости / А. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Системы промышленного и информационного сервиса (инфраструктура, объекты, процессы) : сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. - Кострома : КГУ им. Н. А. Некрасова, 2008. -С. 146-153.

15 Кочетков, Д. В. Методологические аспекты повышения усталостной прочности резьбовых соединений / Д. В. Кочетков // Надежность и качество : тр. междунар. симп. : в 2-х т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - Т. 2. - С. 72. •

16 Кочетков, Д. В. Опыт применения С08МОБ\\^огкз к анализу напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений / А. И. Воячек, В. В. Сенькин, Д. В. Кочетков // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами САБ/САМ/САБ/ГОМ : сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. - Пенза : ПДЗ, 2007.-С. 13-16.

17 Кочетков, Д. В. Оценка безотказной работы резьбовых соединений / В. В. Сенькин, А. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Технологический, технический и информационный сервис как базовые факторы модернизации производства : сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. - Кострома : КГУ им. Н. А. Некрасова, 2006. - С. 65-69.

18 Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2009145324/11 (064604) РФ, МПК Р16В 33/06 от 07.12.2009. Способ получения резьбового соединения / И. И. Воячек, И. И. Артемов, Д. В. Кочетков, Л. Г. Воячек, А. В. Тразанов, Пензенский государственный университет.

Научное издание

КОЧЕТКОВ Денис Викторович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ АНАЭРОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения;

01.02.06-Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Редактор О. Ю. Ещина Корректор Н. А. Сидельникова Компьютерная верстка Р. Б. Бердниковой

Подписано в печать 24.11.10. Формат 60х84]/16. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 724. Тираж 100.

Издательство ПГУ. Пенза, Красная, 40.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

1.1 Опыт применения резьбовых соединений в машиностроении.

1.2 Существующие модели и методики конструкторско-технологического проектирования резьбовых соединений.

1.3 Анализ конструкторско-технологических методов обеспечения качества резьбовых соединений.

1.4 Анализ производственных и литературных данных по применению анаэробных материалов при сборке резьбовых соединений.

Выводы. Задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ АНАЭРОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

2.1 Разработка и исследование функциональной модели резьбового соединения при частичном заполнении анаэробным материалом резьбового зазора.

2.2 Разработка и исследование функциональной модели резьбового соединения при полном заполнении анаэробным материалом резьбового зазора.

2.3 Влияние анаэробных материалов на статическую прочность и жёсткость резьбовых соединений.

Выводы.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СБОРКИ. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ДЕТАЛЕЙ.

3.1 Моделирование резьбовых соединений при применении метода конечных элементов.

3.2 Исследование влияния анаэробных материалов на напряжённо-деформированное состояние и эксплуатационные характеристики резьбовых соединений.

3.3 Определение рациональных технологических параметров при сборке резьбовых соединений с анаэробными материалами.

3.4 Многокритериальный подход к оценке прочности материалов деталей резьбовых соединений.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ С АНАЭРОБНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.

4.1 Методика и анализ результатов экспериментальных исследований статической прочности резьбовых соединений.

4.1.1 Оборудование, приборы и анаэробные материалы, применяемые при экспериментальных исследованиях.

4.1.2 Сборка, испытание и анализ результатов исследования прочности резьбовых соединений.

4.2 Методика и анализ результатов экспериментальных исследований жёсткости резьбовых соединений.

4.2.1 Оборудование, приборы и анаэробные материалы, применяемые при экспериментальных исследованиях.

4.2.2 Сборка, испытание и анализ результатов исследования жёсткости резьбовых соединений.

4.3 Методика и анализ результатов экспериментальных исследований циклической прочности резьбовых соединений.

4.3.1 Оборудование, приборы и анаэробные материалы, применяемые при экспериментальных исследованиях.

4.3.2 Сборка, испытание и анализ результатов исследования циклической прочности резьбовых соединений.

Выводы.

5 РАЗРАБОТКА НОВОГО СПОСБА СБОРКИ И СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ АНАЭРОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1 Разработка и исследование нового способа сборки резьбовых соединений с применением анаэробных материалов.

5.2 Система технологического обеспечения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов.

5.3 Примеры совершенствования резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами.

5.3.1 Совершенствование резьбового соединения штока и тяги пневмогидропривода шарового крана.

5.3.2 Совершенствование резьбового соединения штока и поршня пневмогидропривода шарового крана.

5.3.3 Совершенствование резьбового соединения шпильки и гайки пневмогидропривода шарового крана.

Выводы.

Снижение ресурсоёмкости производства на основе внедрения новых эффективных технологий является главной проблемой современного машиностроения.

Резьбовые соединения (РС) являются самыми распространёнными среди неподвижных соединений деталей, к ним предъявляются такие эксплуатационные требования, как прочность (статическая и динамическая), жёсткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию. Однако в ряде случаев для обеспечения заданных характеристик РС используются дополнительные крепления, стопорные и разгрузочные элементы, увеличиваются диаметр и длина соединения, применяются ресурсоёмкие технологические операции и многое другое, что приводит к существенному повышению себестоимости узлов машин. Кроме того, для комплексного обеспечения характеристик РС часто необходима совокупность конструкторских и технологических решений, что нерационально.

В последнее время разрабатываются конструкторские и технологические методы, позволяющие более рационально обеспечить характеристики РС. Среди них весьма эффективной является технология сборки РС с применением анаэробных материалов (АМ), которые полимеризуются в зоне контакта деталей при отсутствии кислорода воздуха. В ряде исследований доказано, что АМ обеспечивают герметичность, коррозионную стойкость и стопорение РС, что подтверждается проспектами фирм, производящих АМ. В то же время предварительные исследования выявили, что при сборке с АМ также повышаются прочностные характеристики и жёсткость, то есть достигается комплексное обеспечение эксплуатационных характеристик РС. Однако исследований в данном направлении выполнено недостаточно, не создана система рационального технологического обеспечения характеристик РС на основе применения при сборке АМ.

Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с исследованием и комплексным обеспечением характеристик резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов, является актуальной.

Объект исследования — технологический процесс сборки и его влияние на характеристики резьбовых соединений.

Предмет исследования - условия, методы и система реализации процесса сборки с применением АМ, обеспечивающие комплексное и рациональное повышение прочностных характеристик и жёсткости РС.

Цель работы - комплексное и рациональное технологическое обеспечение прочностных характеристик и жёсткости резьбовых соединений на основе применения при сборке анаэробных материалов и научно обоснованного назначения технологических параметров.

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1 Разработать систему комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жёсткости резьбовых соединений на основе применения при сборке анаэробных материалов и апробировать её для совершенствования конкретных соединений.

2 Рассмотреть различные условия реализации процесса сборки РС с применением АМ, установить механизм повышения прочностных характеристик и жёсткости, разработать и исследовать функциональные модели соединений.

3 Исследовать методом конечных элементов напряжённо-деформированное состояние и характеристики РС при сборке с АМ.

4 Разработать методики и рекомендации для определения основных технологических параметров: марки применяемого АМ, длины свинчивания, где должен находиться АМ, объёма наносимого АМ.

5 Провести экспериментальные исследования прочностных характеристик и жёсткости РС, собранных с АМ.

6 Разработать новую технологию сборки РС с применением АМ, позволяющую выравнивать распределение нагрузки по виткам резьбы.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1 Разработана система комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жёсткости РС на основе применения при сборке АМ, позволяющая снизить ресурсоёмкость узлов машин.

2 Построены функциональные модели резьбовых соединений для двух вариантов реализации процесса сборки: с частичным и полным заполнением АМ резьбового зазора, при исследовании которых установлено, что только при полном заполнении зазора обеспечивается комплексное повышение прочностных характеристик и жёсткости РС. Адекватность моделей подтверждена исследованиями, проведёнными методом конечных элементов, а также результатами экспериментов.

3 Разработаны методики определения рациональных технологических параметров процесса сборки: марки и объёма наносимого АМ, длины свинчивания, где должен находиться АМ, применение которых позволяет обеспечить характеристики РС и снизить затраты на сборочные операции.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1 Технология сборки РС с использованием АМ, реализуемая на основе системы технологического обеспечения характеристик соединений на этапе конст-рукторско-технологического проектирования, позволяет не только обеспечить заданную несущую способность, но и снизить затраты на создание узлов машин, что подтверждается практическим применением результатов работы.

2 Использование методик и рекомендаций, направленных на рациональное применение АМ при сборке РС, а также нового способа получения РС позволяет повысить эффективность технологического процесса сборки соединений при комплексном обеспечении их эксплуатационных характеристик.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Система комплексного и рационального технологического обеспечения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений при сборке с АМ и результаты её применения для конструкторско-технологического совершенствования резьбовых соединений.

2 Механизм и технологические условия повышения прочностных характеристик и жёсткости РС при сборке с применением анаэробных материалов.

3 Функциональные модели резьбовых соединений, собранных с применением анаэробных материалов при различных условиях реализации сборочного процесса, отражающие влияние АМ на напряжённо-деформированное состояние и характеристики соединений.

4 Методика и результаты исследования методом конечных элементов напряжённо-деформированного состояния и характеристик РС при использовании АМ, подтвердившие эффективность предлагаемой технологии сборки.

5 Методики и рекомендации по эффективному применению АМ при сборке РС, касающиеся назначения рациональных технологических параметров: марки и объёма наносимого АМ, длины свинчивания, на которой должен находиться АМ.

6 Результаты экспериментальных исследований статической и динамической (циклической) прочности, а также жёсткости РС, подтвердившие адекватность функциональных моделей и данных, полученных при исследовании соединений методом конечных элементов.

I -

7 Новый технологический процесс сборки РС с применением АМ, позволяющий рациональным образом обеспечить выравнивание нагрузки по виткам резьбы.

10 Результаты работы внедрены и использованы для совершенствования соединений и узлов пневмогидропривода запорной арматуры, выпускаемой ООО «Пензтяжпромарматура - Атом», с годовым экономическим эффектом 380 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Анализ опыта применения, методов проектирования и конструкторско-технологического обеспечения качества резьбовых соединений показал актуальность комплексного и рационального подхода к обеспечению их эксплуатационных характеристик на основе технологии сборки с применением анаэробных материалов.

2 Разработана система комплексного и рационального технологического обеспечения прочностных характеристик и жёсткости резьбовых соединений на основе применения при сборке АМ, которая позволяет повысить технологичность соединений и снизить ресурсоёмкость узлов машин.

3 Выявлены механизм и технологические условия повышения прочностных характеристик и жёсткости РС при сборке с применением анаэробных материалов. Установлено, что резьбовое соединение при сборке с АМ можно рассматривать как композитную структуру, в которой слои АМ, находясь в замкнутом межрезьбовом пространстве, воспринимают часть внешней нагрузки и влияют на напряжённо-деформированное состояние и характеристики РС.

4 Построены функциональные модели резьбовых соединений различных типов для двух вариантов реализации процесса сборки: с частичным и полным заполнением АМ резьбового зазора. При исследовании моделей установлено, что при частичном заполнении зазора полимеризованный АМ в основном находится в зоне контакта витков, повышая силу трения и неравномерность распределения нагрузки по высоте и виткам резьбы. При полном заполнении зазора обеспечивается комплексное повышение характеристик РС, при этом средняя нагрузка на витки резьбы уменьшается на 27 — 42%, нагрузка на первый виток -до 30%, повышается статическая прочность РС в 1,3 - 1,4 раза, увеличивается жёсткость и, следовательно, фреттингостойкость РС.

1. Амиров А.Д. Технологичность конструкции и качество сборки изделия // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, № 5, С. 3-8.

2. Ананьев A.C., Лопатин A.A. Повышение качества резьбовых соединений с гарантированным натягом // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, № 12, С. 8-10.

3. Андриенко JI.A. Детали машин: Учебник для вузов / Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, И.К. Ганулич и др.; Под ред. O.A. Ряховского. М.: Изд-во МГТУ .имени Н.Э. Баумана, 2002. - 544 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. 8-е изд., перераб. и доп.; Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001.-920 с.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 2. 8-е изд., перераб. и доп.; Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001.-912 с.

6. Артёмова Н.Е. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя цилиндрических деталей с наружной резьбой: Автореф. канд. техн. наук. -Пенза, 2008.-20 с.

7. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

8. Ю.Багмутов В.П., Паршев С.Н. и др. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. — Новосибирск: Наука, 2003.-318 с.

9. П.Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1973. -184 с.

10. Беленький Д.М. Прочностная надёжность деталей машин // Вестник машиностроения, 2001, № 9, С. 12-18.

11. Березин С.Я., Чумаков P.E. Управление качеством резьбовых соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2005, № 11, С. 37-41.

12. Березин С.Я., Леонов В.Н. Упругие модели в решении задачи Н.Е. Жуковского // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2007, № 4, С. 23-27.

13. Березин С .Я., Чумаков P.E. Классификация крепёжных резьбообразующих элементов // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2006, № 5, С. 2333.

14. Биргер И.А. Расчёт резьбовых соединений. М.: Оборонгиз, 1959. - 252 с.

15. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973.-254 с.

16. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Конструктивные и технологические методы повышения выносливости резьбовых соединений из титановых сплавов // Вестник машиностроения, 1970, № 12, С. 25-27.

17. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.

18. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерович P.M. Расчёт на прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1966. - 616 с.

19. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёт на прочность деталей машин. Справочник М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

20. Биргер И.А. и др. Расчёт на прочность деталей машин: Справочник / Биргер -И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 640 с.

21. Бреббия К. и др. Методы граничных элементов: Пер. с англ. / Бреббия К., Телес Ж., Вроубел Л. М.: Мир, 1987. - 524 с.

22. Бугов А.У. Фланцевые и резьбовые соединений. Расчёт и проектирование. -Нальчик: Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия, 2003. 223 с.

23. Воячек И.И. Интеграционное проектирование неподвижных соединений: монография / И.И. Воячек. — Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. — 208 с.

24. Воячек И.И. Интеграционная система проектирования неподвижных соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2005, № 6, С. 3-8.

25. Воячек И.И. Применение анаэробных материалов при сборке неподвижных соединений типа вал-втулка // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, №9, С. 33-37.

26. Воячек И.И. Сборка резьбовых соединений с применением анаэробных ма- -териалов // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, № 10, С. 2426.

27. Воячек И.И. Технология системного подхода к проектированию неподвижных соединений // Вестник машиностроения, 1996, № 8, С. 10-12.

28. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2009, № 6, С. 37-40.

29. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2010, № 6, С. 34-40.

30. Воячек И.И. Совершенствование технологии сборки неподвижных соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2005, № 12, С. 3-7.

31. Гельфанд М.Л., Цепенюк Я.И., Кузнецов O.K. Сборка резьбовых соедине-•ний. -М.: Машиностроение, 1978. 109 с.

32. Головкин В.В., Шуваев В.В., Шуваев И.В., Ромашкина О.В. Повышение усталостной прочности резьбовых деталей при ультразвуковом резьбонареза-нии // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2009, № 7, С. 15-18.

33. Горелов С.А. Использование полимерных материалов при сборке, ремонте и модернизации оборудования // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, № 5, С. 18-21.

34. Гохфельд Д.А., Чернявский О.Ф. Несущая способность конструкций при повторных нагружениях. М.: Машиностроение, 1979. - 263 с.49:Дейнеко В.Г. Новые способы непрерывного накатывания резьб и других профилей. М.: Машгиз, 1961. - 159 с.

35. Добровольский В.А. Детали машин: Учебник для вузов. — М.: Машгиз, 1945. -815 с.

36. Допуски и посадки: Справочник; В 2 ч. / В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов и др. Л.: Машиностроение, 1982. - Ч. 1 - 543 е.; Ч. 2 - 448 с.

37. Евстифеева Е.А. Технологическое обеспечение прочностных характеристик соединений с натягом при сборке с анаэробными материалами: Автореф. канд. техн. наук. Пенза, 2009. - 20 с.

38. Иванов A.C., Байков Б.А., Попов Б.А. Проверочный расчёт резьбовых соединений, нагруженных отрывающей силой и опрокидывающим моментом, с учётом контактной податливости стыков // Вестник машиностроения, 2009, '№ 1, С. 33-37.

39. Иванов A.C., Решетов Д.Н. Совершенствование методики расчёта и конструирования резьбовых соединений, нагруженных отрывающей силой и опрокидывающим моментом // Вестник машиностроения, 2001, № 4, С. 30-36.

40. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. 5-е изд., перераб. -М.: Высш. шк., 1991.-383 с.

41. Иванова B.C. Разрушение металлов. Серия «Достижения отечественного металловедения». -М.: Металлургия, 1979. 168 с.

42. Иванова B.C. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992. - 155с.

43. Иванова B.C., Шанявский A.A. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия, 1988. — 400 с.

44. Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М.: Машиностроение, 1981.- 224 с.

45. Иосилевич Г.Б., Осипова Г.В. Распределение напряжений в головках болтов // Вестник машиностроения, 1978, № 1, С. 46-49.

46. Иосилевич Г.Б., Шарловский Ю.В. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. -М.: Машиностроение, 1971. 183 с.

47. Исследование болтового соединения с использованием метода конечных элементов / М. Танака, X. Мияцава, Ф. Асаба и др. // Детали машин / ВИНИТИ, 1982, №35, С. 1-16.

48. Качанов JI.M. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. - 312с.

49. Киркач Н.Ф., Баласанян P.A. Расчёт и проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техн. вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - X.: Основа, 1991. - 276 с.

50. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, H.A. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990.-688 с.

51. Костюков В.Н., Науменко А.П. Исследование эксплуатационных характеристик анаэробных клеев и герметиков // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2009, № 3, С. 9-12.

52. Кочетков Д.В. Методологические аспекты повышения усталостной прочности резьбовых соединений / Труды международного симпозиума «Надёжность и качество». В 2-х томах. Том 2. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. -С. 72.

53. Курносов Н.Е. Обеспечение качества неподвижных соединений: монография / Н.Е. Курносов. Пенза: Изд-во Пензенск. гос. унив-та, 2001. - 219 с.

54. Лапин В.В., Писаревский М.И., Самсонов В.В., Сизов Ю.И. Накатывание • резьб, червяков, шлицев и зубьев. JL: Машиностроение, 1986. - 228 с.

55. Максименко A.A., Перфильева Н.В. Управление качеством динамической работы условно-неподвижных соединений машин // Тез. докл. Рос. науч.-техн. конф. «Новые материалы и технологии». — М.: МГАТУ, 1994. С. 12.

56. Малахов А.Д. Исследование условий адекватности аналитической модели формирования погрешности в резьбовом ^соединении // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2002, № 12, С. 23-29.

57. Мамонов A.B. Совершенствование технологии изготовления трапецеидальной резьбы винтов грузоподъёмных механизмов на основе электромеханической обработки: Автореф. канд. техн. наук. Пенза, 2006. - 20 с.

58. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под общей ред. A.C. Зубченко — М.: Машиностроение, 2001. -627 с.

59. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчёт элементов конструкции на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

60. Механика малоциклового разрушения / Махутов H.A., Бурак М.И., Гаденин М.М. и др. М.: Наука, 1986. - 264 с.

61. Патент на изобретение RU 2001124648 А, МПК F16B11/00 Способ стопоре-ния резьбовых соединений / Болдырев A.A., Крылов В.В., Синицын В.М. Опубл. 2003.07.27.

62. Патент на изобретение RU 5028531/27, МПК F16B39/00 Резьбовое соединение, способ изготовления его элементов, способ стопорения резьбового соединений и способ его демонтажа / Попов И.В. Опубл. 1994.04.15.

63. Перфильева Н.В. Динамическая модель механического контактирования условно-неподвижных соединений: Автореф. канд. техн. наук. Томск, 2003. — 22 с.

64. Петрушенко В.А. Повышение эксплуатационных свойств крепёжных деталей на основе применения электромеханической обработки: Автореф. канд. техн. наук. Пенза, 2007. — 18 с.

65. Петрушенко В.А., Мамонов A.B. Влияние технологии электромеханической обработки на прочность резьбовых соединений // Упрочняющие технологии и покрытия. -М.: Машиностроение, 2005, № 6, С. 41-43.

66. Порошин В.В. Расчёт и проектирование герметизируемых соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2004, № 2, С. 20-25.

67. Прокофьев А.Н. Технологическое обеспечение и повышение качества резьбовых соединений: Автореф. канд. техн. наук. Брянск, 2008. - 35 с.

68. Прокофьев А.Н. Прогрессивные технологические методы повышения качества резьбовых соединений. Ж. «Справочник. Инженерный журнал». М.: Машиностроение, 2000, № 2 (35), С. 9-12.

69. Прокофьев А.Н. Технологическое обеспечение прочности и износостойкости резьбовых соединений. Ж. «Справочник. Инженерный журнал», приложение «Инженерия поверхности». -М.: 2006, № 4, С. 21-24.

70. Райко М.В. Расчёт и конструирование затянутых болтовых соединений. -Киев: Редакционно-издательский отдел КИГВФ, 1961. 50 с.

71. Ракошиц Г.С. Крепёжные изделия // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2004, № 11, С. 40-46.

72. Решетов Д.Н. Детали машин. — М.: Машиностроение, 1989. 655 с.

73. Рубин A.M. Регулирование контактных усилий по виткам резьбовых соединений // Вестник машиностроения, 2003, № 7, С. 18-20.

74. Рыжов Э.В., Суслов А.Г. и др. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. - 176 с.

75. Свидетельство на полезную модель RU 33969 U1, МПК Е21В17/02, Е21В17/042, Е21В17/08, F16L13/11 Соединение нефтегазопромысловых труб / Тумаков С.Ф. Опубл. 20.11.2003.

76. Сегерлинд JL Применение метода конечных элементов / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.-394 с.

77. Справочник технолога-машиностроителя. 5-е изд., перераб. и доп. В 2 т. Т. 1 / A.M. Дальский, А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков и др. / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Суслова и др. М.: Машиностроение, 2000. - 944 с.

78. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

79. Степнов М.Н., Евстратова С.П., Борисова В.В. Косвенная оценка пределов выносливости сталей и алюминиевых сплавов // Заводская лаборатория, .1981, №3, С. 67-69.

80. Суслов А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, A.M. Дальский. -М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

81. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

82. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов, В.П. Фёдоров, O.A. Гор-ленко и др. / Под общей ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2006. -448 с.

83. Суслов А.Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин / А.Г. Суслов, O.A. Горленко. М.: Машиностроение, 2003. - 303 с.

84. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение контактной жёсткости соединений. М.: Наука, 1977. - 100 с.

85. Таурит Г.Э. Получение точных наружных резьб. — Киев: Тех гика, 1974. — 112 с.

86. Тулинов А.Б., Гончаров А.Б. Новые композиционные материалы для сборочных и ремонтных работ // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003, № 7, С. 26-28.

87. Тулинов А.Б., Гончаров А.Б. Исследование эксплуатационных характеристик анаэробных клеев и герметиков // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2009, № з, С. 6-10.

88. Шнейдерович P.M. Прочность при статическом и повторно-статическом нагружениях. М.: Машиностроение, 1968. - 343 с.

89. Шуваев И.В. Повышение качества резьбовых соединений путём применения ультразвука: Автореф. канд. техн. наук. Самара, 2006. - 19 с.

90. Якушев А.И. Влияние технологии изготовления и основных параметров резьбы на прочность резьбовых соединений. -М.: Оборонгиз, 1956. 191 с.

91. Якушев А.И., Мустаев Р.Х., Мавлютов P.P. Повышение прочности и надёжности резьбовых соединений. М.: Машиностроение, 1979. - 215 с.

92. Ясин A.M. Технологическое обеспечение фреттингостойкости резьбовых соединений: Диссерт. канд. техн. наук. Пенза, 2002. - 143 с.

93. Gillemot L. // Periodica Politechn., Eng. Masch, and Bauwsen. 1966. Vol. 10, №2. P. 77-94.

94. Sih G.C.J. Aeronaut. Soc. Of India. 1984. Spec.iss.infracture mecanics dedicated to G. R. Irwin. P. 1-35.