автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Теоретические и экспериментальные основы расчета упругопластических контактных деформаций в процессах упрочняющей обкатки деталей цилиндрическими роликами

На правах рукописи

БАБАКОВ Александр Викторович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ КОНТАКТНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ПРОЦЕССАХ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБКАТКИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ РОЛИКАМИ

05.03.01. - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2003

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Матлин Михаил Маркович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шапочкин Василий Иванович

кандидат технических наук, доцент Паршев Сергей Николаевич

Ведущая организация:

ОАО «Волгоградский завод буровой техники»

Защита диссертации состоится «/"•? 2003 г. в часов на заседании

диссертационного совета К.212.028.02. в Волгоградском государственном

техническом университете по адресу: 400131, г.Волгоград-131, пр. Ленина, д.28, ауд. _

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан <40 » в-С(-ГУ 2003

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Быков Ю.М.

О-ооз-Д 1587?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рост объемов производства, наблюдаемый в настоящее время, диктует необходимость повышения конкурентоспособности машин. Одним из таких путей является повышение качества поверхности деталей машин, поскольку именно показатели качества поверхности во многом определяют эксплуатационные свойства деталей. Важное место в улучшении качества поверхностного слоя занимают процессы упрочнения . деталей поверхностным пластическим деформированием (1111Д). Эффективность упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием зависит от способа и режимов обработки, формы и геометрических , размеров деформирующих элементов. Среди способов ГТПД, используемых промышленностью, важная роль принадлежит обкатке деталей шариками или роликами с различной формой рабочей поверхности. Этот способ технологичен, высокопроизводителен и позволяет существенно повысить усталостную прочность, износостойкость и другие показатели деталей.

В то же время использование цилиндрических роликов, которые позволяют получить более высокую чистоту поверхности при ППД, сдерживается отсутствием методов расчетного определения параметров упругопластического контакта инструмента и детали, глубины наклепанного слоя, деформации в контакте. Очевидно, что путь опытной отработки технологических режимов для каждой детали совершенно неприемлем. Такое положение диктует необходимость разработки расчетного метода определения технологических режимов упрочнения, при которых эффективность ППД была бы наибольшей.

Тематика научно-технических конференций и публикаций последних лет также подтверждает актуальность темы исследования.

Диссертация выполнена в рамках госбюджетных исследований на кафедре «Детали машин и ПТУ» ВолгГТУ в соответствии с государственной научно-технической программой «Надежность конструкций», а также научно-технической программой Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Качество»).

Цель и основные задачи исследования. Целью данного исследования является разработка расчетного метода определения рациональных режимов поверхностного пластического деформирования деталей цилиндрическими роликами, учитывающего закономерности упругопластического контакта инструмента и детали, а также физико-механические свойства материала детали.

Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи исследования:

- теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей первоначально линейного упругого и упругопластического контакта тел;

- установление аналитических зависимостей между интенсивностью деформаций и напряжений при вдавливании цилиндрического индентора и при одноосном растяжении; | МК. НАЦИОНАЛЬНАЯ I

, | СИММРТЕКА }

- разработка расчетного метода определения глубины пластически деформированного слоя для случая начального контакта тел по линии;

- разработка инженерного метода определения рациональных режимов упрочняющей обработки деталей с использованием цилиндрических роликов.

Методы исследования. В теоретических исследованиях использовали теорию упругости, деформационную теорию пластичности, принципы и методы сопротивления материалов, теорию размерности, метод переменных параметров упругости, характеристику материала — контактный модуль упрочнения (пластическая твердость по ГОСТ 18835-73). Для обработки экспериментальных данных применяли методы математической статистики. Для практической реализации разработанного метода определения рациональных технологических режимов упрочнения использовали персональную ЭВМ IBM PC/AT.

Геометрические размеры остаточных отпечатков измеряли с помощью инструментального микроскопа ММИ-2 и индикаторов часового типа, профиль отпечатков контролировали с помощью профилографа-профилометра завода «Калибр», мод.201. Контактные деформации измеряли с помощью специального приспособления к прессу Бринелля. Определение механических свойств при растяжении выполнено на испытательной машине УММ-10, контроль твердости проводили на твердомерах ТШ-2, ТП-7Р-1, ТК-2, а микротвердости — на ПМТ-3.

Научная новизна:

1. Установлено, что упругое сближение в контакте при чисто упругом или упругопластическом силовом взаимодействии деталей с начальным касанием по линии не зависит от радиусов кривизны деталей и в связи с этим определяется по предложенной единой зависимости; определено количественное соотношение между упругим сближением в контакте и общей упругой деформацией деталей.

2. Предложены зависимости, позволяющие определять предельные допускаемые контактные напряжения с единых позиций по величине контактного модуля упрочнения (пластической твердости, ГОСТ 18835-73) для деталей из пластичных материалов, а также для деталей, поверхностный слой которых приобрел повышенную склонность к хрупкому разрушению.

3. Получено аналитическое решение задачи определения ширины остаточного отпечатка, интенсивности деформаций и напряжений на оси симметрии упругопластической площадки контакта, базирующееся на закономерностях кривой деформирования материала детали; предложена также аналитическая зависимость для поправки (учитывающей влияние пластической деформации в контакте) к упругой формуле Г. Герца, позволяющей вычислять ширину остаточного отпечатка; получено (с использованием теории размерности) удобное для инженерных расчетов выражение для определения ширины остаточного отпечатка.

4. Предложен расчетный метод определения глубины пластически деформированного слоя в детали при силовом контакте с цилиндрическим роликом.

5. Получена аналитическая взаимосвязь между удельной рабочей нагрузкой на ролик и интенсивностью деформации на оси симметрии площадки контакта, на основе которой разработан расчетный метод определения

рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и его радиуса при упрочняющей или чистовой обкатке деталей.

Новизна предложенных методов определения параметров упругопластического контакта подтверждена патентом РФ 2175123.

На защиту выносятся:

1. Расчетные зависимости для определения упругого сближения в контакте при чисто упругой или упругопластической деформации материала детали, радиуса кривизны поверхности остаточного отпечатка.

2. Расчетные зависимости для определения предельных допускаемых контактных напряжений.

3. Аналитические зависимости для определения интенсивности деформаций и напряжений на оси симметрии упругопластической площадки контакта и их взаимосвязь с деформациями и напряжениями при растяжении образца.

4. Методы расчета ширины остаточного отпечатка по физико-механическим свойствам материала детали, с использованием поправки к формуле Г. Герца и на основе теории размерности.

5. Расчетный метод определения глубины пластически деформированного слоя.

6. Метод расчетного определения рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и его радиуса.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями автора, сопоставлением результатов с опытными данными из литературных источников, а также результатами использования в производственных условиях ряда разработанных методов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный расчетный метод определения рациональных технологических режимов (нагрузки на ролик и его радиуса) упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами, а также необходимые для его практической реализации методы расчета сближения, ширины остаточной площадки контакта и глубины пластически деформированного слоя позволяют уже на этапе проектирования процесса упрочнения обеспечить его наибольшую эффективность. Для практической реализации указанных методов разработана практическая инженерная методика и программа ее реализации на ЭВМ.

Методы расчета параметров первоначально линейного упругопластического контакта деталей внедрены в практику проектирования буровых установок в ОАО «Волгоградский завод буровой техники», а также используются в ВолгГТУ при чтении лекций по отдельным разделам курса «Детали машин», выполнении курсовых проектов, выпускных работ бакалавров и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и получили одобрение на IV, V и VI региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (г.Волгоград, 1998-2001 гг.); Международной научно-

практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем» (г. Волгоград, 1999 г.); Межрегиональной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности» (г. Волгоград, 1999 г.); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (г.Волгоград, 1999 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 1999 г.); XXXV, XXXVI и XXXVII Международных семинарах «Актуальные проблемы прочности» (г. Псков, 1999 г.; г. Витебск, 2000 г.; г. Санкт-Петербург, 2001 г.); Международных конференциях «Механика 2000», «Механика 2001 » и «Механика 2002» (г. Каунас); IV и V Международных семинарах им. В.А. Лихачева «Современные проблемы прочности» (г. Старая Русса, 2000 и 2001 гг.); Международной конференции «ТРИБО-2001» (г. Москва, 2001 г.); Международной научно-технической конференции «Надежность машин и технических систем» (г. Минск, 2001 г.); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета по итогам научно-исследовательских работ (г. Волгоград, 1998-2002 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 23 работах, в том числе в патенте РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения, содержит 135 страниц машинописного текста, включая 19 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает 165 наименований. В приложении приведены документы, подтверждающие внедрение и практическое значение результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, а также содержится краткое изложение основных научных результатов, выносимых на защиту.

В первой главе проведен анализ существующих методов поверхностного пластического деформирования (1111Д), определения технологических режимов ППД и расчета параметров силового контакта инструмента и упрочняемой детали.

На основе анализа различных методов упрочнения деталей машин показано, что поверхностное пластическое деформирование путем обкатки роликами (шариками) является весьма эффективным и в то же время одним из самых доступных и экономичных способов упрочнения. Величина приращения предела выносливости детали, обусловленная ППД, зависит от величины и распределения по сечению детали остаточных напряжений, а также от глубины hs пластически деформированного слоя детали и интенсивности s 0

пластической деформации на поверхности детали.

Наиболее существенные результаты, позволяющие назначать рациональные режимы ППД, содержатся в работах В.П. Алехина, М.А. Балтер, В.М. Браславского, В.А. Гладковского, М.С. Дрозда, И.В. Кудрявцева,

C.J1. Лебского, Д.Д. Папшева, Ю.Г. Проскурякова, М.М. Саверина, C.B. Серенсена, Ю.И. Сидякина, В.М. Смелянского, П.А. Чепы, Л.М. Школьника, С.А. Ющенко и других.

К настоящему времени применительно к ППД сформулированы четкие рекомендации для выбора скорости обкатывания, подачи, числа проходов упрочняющего инструмента, предложены зависимости для нахождения оптимальной глубины hs, установлено, что интенсивность б,о пластической деформации на поверхности детали должна быть близка к предельной равномерной деформации гр материала; экспериментально доказано также, что

применение при обкатке цилиндрических роликов (как с продольной подачей, так и без нее) обеспечивает более высокую чистоту и незначительное раскрытие трещин на поверхности детали по сравнению с тороидальными роликами и шариками.

В то же время, цилиндрические ролики применяют сравнительно реже, что до настоящего времени было связано с трудностями расчетного определения параметров контакта рабочей поверхности цилиндрического ролика с деталью, а также глубины hs. Такое положение возникло в связи с тем, что классическая теория Г.Герца не позволяет определить упругое сближение деталей при их начальном касании по линии. В последующих исследованиях Э.Л.Айрапетова, Н.М.Беляева, А.Н.Динника, К.Джонсона, Б.С.Ковальского, З.М.Левиной и Д.Н.Решетова, А.В.Орлова, А.Пальмгрена, А.И.Петрусевича, А.Феппля и других получен ряд аналитических и экспериментальных зависимостей для определения упругого сближения деталей, общим у которых является то, что они позволяют определить сближение лишь в интегральной форме, то есть как сумму объемной упругой деформации самих цилиндрических деталей и упругой деформации непосредственно в контакте этих деталей. Между тем, при разработке режимов ППД необходимо иметь возможность прогнозировать именно контактную деформацию.

Очевидно, что при ППД в контакте с инструментом возникает упругопластическая деформация материала упрочняемой детали. Исследование различных закономерностей упругопластического контакта было выполнено в работах В.М. Александрова и Б.Л. Ромалиса, И.Г. Горячевой и М.Н. Добычина, Э.Д. Брауна, С.И. Булычева и В.П. Алехина, A.A. Гудкова и Ю.И. Славского, Н.Б. Демкина и Э.В. Рыжова, М.С. Дрозда, Г.П. Зайцева, И.В. Крагельского и Н.М. Михина, М.П. Марковца, В.М. Матюшина, П.О. Пашкова, С.Г. Хейфеца, A.B. Чичинадзе, а также зарубежных ученых Ф.П. Боудена и Д. Тейбора, К. Джонсона, Г.О'Нейля и других.

Следует подчеркнуть, что в подавляющем большинстве указанных исследований рассмотрены закономерности упругопластического контакта при начальном взаимодействии деталей в точке. Для преодоления математических трудностей, характерных для начального контакта деталей по линии обычно используют результаты экспериментальных исследований, а также численные методы, предусматривающие построение полей линий скольжения. Такое положение побуждает продолжить исследования в этом направлении и получить

зависимости для определения параметров упругопластического контакта деталей при их начальном касании по линии, которые можно непосредственно использовать в инженерной практике для определения режимов упрочняющей обкатки деталей цилиндрическими роликами.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию закономерное! ей сближения в контакте деталей с начальным касанием по линии. С использованием теории упругости и геометрических закономерностей контакта упругого цилиндра с упругим полупространством (рис. 1) получена формула для вычисления сближения взаимодействующих тел непосредственно в контакте, то есть без учета их общей (объемной) упругой деформации

ау = Щ + 1Г2=4д(к1+к2), (1)

где д — удельная нагрузка (нагрузка на единицу длины линии контакта);

*1,2 =

'-ни

1,2

И12 и ЕХ 2 — коэффициент Пуассона и модуль нормальной

упругости; индексы 1 и 2 относятся соответственно к материалу цилиндра и полупространства (детали).

£ К

3 / £ / /

Рис.1. Схема контакта упругого цилиндра с упругим полупространством: Ли Ян —

радиусы цилиндра и поверхности контакта под нагрузкой Р\ Щ, Щ и <ху —

соответственно упругое смятие цилиндра, смятие полупространства и упругое сближение тел в точках продольной оси симметрии площадки контакта; 2Ъ — ширина площадки контакта.

Установлено, что величина ау составляет 44% от полного сближения а,

которое обусловлено суммарной деформацией взаимодействующих тел: контактной и общей.

При некотором значении удельной нагрузки д в контакте возникает пластическая деформация. Для количественного описания предельного состояния материала в зоне контакта в этом случае использовали критерий прочности Писаренко-Лебедева, согласно которому выражение для эквивалентных напряжений имеет вид

<*ЗКв =Х-ст/+(1-хКаиб» (2)

где ст, — интенсивность напряжений; онаи6 — наибольшие напряжения;

а р и стс — характеристики предельного состояния материала при

растяжении и сжатии соответственно.

На этой основе для материалов деталей в пластичном состоянии получили выражения для удельной нагрузки дкр, отвечающей появлению пластической деформации в точках продольной оси симметрии контакта

Л(Аг, +к2)к2а1р

и наибольшего давления рй кр (контактного напряжения оНРтш) в тех же точках

Ро,«р = анРтах = = (2,00... 2,78)а1р , (4)

где дополнительно ат р — предел текучести при растяжении.

Для деталей, которые приобрели повышенную склонность к хрупкому разрушению в результате его предварительной термической или химико-термической упрочняющей обработки (цементации, закалке, азотированию), контактные напряжения ст//Ятах определяют по формуле

стя/-тах =1.48а.,р, (5)

где ав р — предел прочности при растяжении.

Для удобства практического использования, формул (4), (5), воспользовались понятием контактного модуля упрочнения (пластической твердости НД, ГОСТ 18835-73), который, как известно, имеет устойчивую взаимосвязь с основными механическими свойствами материалов и поэтому позволяет определять с единых позиций предельные допускаемые контактные напряжения, соответствующие появлению пластической деформации или разрушению в точках продольной оси симметрии площадки контакта: для материалов в пластичном состоянии

ая/,тах=(0,56...0,62)НД, (6)

а для материалов с предварительно упрочненным поверхностным слоем

ада1Ш1Х=16,5Щ0-56. (7)

При дальнейшем увеличении контактной нагрузки q на поверхности детали возникает остаточный отпечаток с глубиной И и шириной 2Ъ. Установлено, что упругая часть ау сближения в контакте при

упругопластической деформации определяется той же зависимостью (см. формулу 1), что и сближение в контакте при чисто упругой деформации взаимодействующих деталей. Такой результат вполне закономерен, поскольку, как следует из формулы (1), упругое сближение в контакте не зависит от радиусов кривизны поверхностей контактирующих деталей.

На основе принятых и обоснованных допущений (восстановленная поверхность остаточного отпечатка, а также поверхность отпечатка под

нагрузкой имеют цилиндрическую форму; со снятием нагрузки ширина 2Ъ остаточного отпечатка практически не изменяется; поверхность детали вне контакта сохраняет исходный профиль) показано, что радиус В.'а кривизны

поверхности восстановленного отпечатка определяется формулой

Г а,4

1 + -^

2А

(8)

С использованием этого результата доказано, что ширина 2Ь остаточного отпечатка может быть вычислена по «упругой» формуле Г.Герца, в которую

внесена поправка

контакте, то есть

1 +

2А

а

у)

, учитывающая влияние пластической деформации в

26 = 4

1

1 +

2й

а

(9)

У )

Экспериментальная проверка формул (1), (3)-(7), (9), выполненная автором, а также сопоставление с литературными данными, подтвердили их достоверность; при этом погрешность расчета по сравнению с опытом не превышала, как правило, (5...6)%.

Рис. 2. Схема контакта упругого цилиндра с поверхностью детали.

В третьей главе описаны два метода расчетного определения ширины 2Ъ (рис.2) остаточного отпечатка, не требующие (в отличие от формулы 9) экспериментального определения глубины к. Очевидно, что такой подход является предпочтительным, поскольку при проектировании процесса упрочняющего обкатывания деталей необходимо иметь возможность прогнозирования величины 2Ь в зависимости от геометрических размеров ролика и упрочняемой детали, а также от физико-механических свойств их материалов.

Подчеркнем, что от ширины остаточного отпечатка зависит как глубина упрочненного поверхностного слоя, так и интенсивность деформации б, 0 на

поверхности детали, то есть именно те параметры, которые во многом определяют эффективность ППД.

Первый метод разработан на основе деформационной теории пластичности и метода переменных параметров упругости. При этом, установили зависимости, определяющие интенсивность деформации ( е, 0 ), и напряжений

(с, 0) в точках продольной оси (X) симметрии площадки контакта

' 1.2 N

Е',0 =

1,05—--4,19к,

>1,0>

(10) (11)

дЛ

_ 0,637(1-2ц2)?

а также установлена поправка «с» (зависящая от пластической твердости материала детали), позволяющая перейти от о 0 к истинным напряжениям 5,

возникающим при одноосном растяжении образца, изготовленного из материала детали

с = - 0,32-ВД0'158.

(12)

В результате получено выражение (13), определяющее полуширину «А» площадки контакта упругого цилиндра с упругопластически деформированным материалом детали

Ь = 2

1

к} +

0,75

71А'-Е

п—1 ',0

(13)

где дополнительно А' = с-А; А и п — параметры диаграммы деформирования материала детали.

Результаты экспериментальной проверки формулы (13) показаны на рис.3; как видно в большинстве случаев погрешность не превышает (5...8)%.

Интересно, что при удельной нагрузке цкр (см. формулу 3), отвечающей

появлению пластической деформации в точках продольной оси симметрии площадки контакта, ширина отпечатка практически соответствует значениям, определяемым «упругим» решением Г.Герца. Показано, что моменту резкого отклонения ширины 2Ь отпечатка от закономерностей упругого контакта (см. рис. 3) соответствует удельная нагрузка^' > цкр, которая может быть вычислена по формуле

0,239 • Л' • (е/>0+{А')2 -кх-

<7 =

(14)

0,101-(1-2ц2)2

где дополнительно Б/ о - (4,19 • • А')1~п.

Отметим, что формула (14) имеет и самостоятельное значение, поскольку при оценке контактной прочности ряда деталей, например, тяжело нагруженных

подшипников качения, в качестве опасной принимается удельная нагрузка, соответствующая д'.

26, мм

2,0

1,0

0 4000 8000 д, Н/мм

Рис. 3. Ширина 2Ь остаточного отпечатка в зависимости от удельной нагрузки д в контакте стального цилиндра с плоской поверхностью детали: сплошные линии — расчет по формуле (13); пунктирная линия — расчет по формуле Г.Герца для чисто упругого контакта; значки 1-5— опыты авторов, а 6,7— литературные данные; черные точки с номерами отвечают удельной нагрузке ц (формула 14) для соответствующего материала детали.

Приведенный выше метод полностью решает поставленную задачу

расчетного определения значения 2Ь, однако для его применения необходимо

располагать подробными сведениями о физико-механических свойствах

материала упругопластически деформируемой детали. Для нахождения более

простого и удобного в инженерных расчетах решения применили метод теории

размерности в сочетании с широким экспериментальным исследованием

параметров первоначально линейного упругопластического контакта деталей. В

результате составили два безразмерных комплекса

2 Ь а — и —-—, К НДЯ

первый из которых имеет физический смысл относительной ширины остаточного

отпечатка, а второй представляет собой отношение степени нагружения ^ к

твердости НД материала детали. Как видно из рис.4 все экспериментальные результаты, построенные в новых координатах, которыми являются безразмерные комплексы, ложатся практически на одну линию, которая в 2 Ъ

диапазоне 0,15 < — <1,5 может быть описан уравнением, полученным с К

использованием метода наименьших квадратов

26 = 1,5-^-+ 0,05 Д. (15)

НД

Этот метод определения параметров упругопластического контакта защищен патентом РФ 2175123.

1,00

0,75

0,50

нд. Л

мш мм

А 1315 5

А 1315 3

▲ 1315 1,5

■ 2010 5 .

а 2010 3

и 2010 1,5

9 2410 5

О 2410 3

• 2410 1,5 "

▼ 3385 5

V 3385 3

т 3385 I 1,5

я ИДЯ

О 0.25 0,50

Рис. 4. Относительная ширина 2у остаточного отпечатка в зависимости от безразмерного комплекса ч : значки — опыт; линия — расчет по формуле (15).

ад-я

0 2 4 6 8 10

Рис. 5. График зависимости относительной глубины деформированного слоя от отношения_11_

Ь ■ <*0,2

пластически

В четвертой главе на базе результатов, полученных в главах 2 и 3, рассмотрен вопрос о расчетном определении глубины И5 пластически

деформированного слоя при упрочнении деталей цилиндрическими роликами. В основе решения этой задачи лежит известный подход, согласно которому на глубине 2 (см. рис. 2) от поверхности упрочняемой детали, большей, чем , сохраняется напряженное состояние, соответствующее чисто упругой деформации, а на глубине 2 меньшей, , имеет место пластическая деформация. Таким образом, на глубине Z, равной , значение эквивалентного напряжения °экв (равное согласно теории максимальных касательных напряжений разности главных напряжений ау и ст7) достигает предела текучести стдд упрочняемого материала, то есть

°экв =°У =<*0,2- (16>

После преобразования из формулы (16) получили следующее выражение:

-И

6-стт

• = 0,25 п

Ъ

(Ьв

и

(17)

На рис. 5 изображен график, построенный по формуле (17). Как показал анализ этого графика, при ППД реализуется только его верхняя ветвь при

значениях —-—>3,925 (отвечающих появлению пластической деформации в Ь-о о,2

точках продольной оси симметрии площадки контакта), которую можно описать зависимостью вида

й5 =0,664-^--0,385-6.

ст0,2

(18)

С учетом формулы (15), а также известного положения о том, что для стальных деталей ад,2 = (0,2...0,22)НД, зависимость (18) преобразована к виду

Л5=2,87-

■0.01Л.

(19)

Щ

Экспериментальная проверка формулы (19) выполнена методом измерения твердости по сечению детали; отдельные результаты показаны на рис. 6. Видно, что расчет величины по формуле (18) достаточно близко совпадает с экспериментальными данными; анализ показывает, что коэффициент корреляции экспериментальных и расчетных значений % составляет 0,92. Установлено также хорошее совпадение (с разницей 4...6%) результатов расчета по формуле (19) с опытными данными из литературы.

Отметим, что при упрочняющей обработке роликами не плоской поверхности детали, а цилиндрической поверхности вала с радиусом Кв в указанные выше формулы вместо радиуса ролика Л следует подставлять

приведенный радиус кривизны Ипр =

Я«-Л /

НУ}, МПа

2500

2000

1500

• - I - ЯД 1960 о - 2 - НД 3240

о о

0 1 2 3 4 2, мм

Рис. 6. График изменения твердости по Виккерсу НУ5 в зависимости от координаты 2 под продольной осью симметрии упругопластической площадки контакта цилиндрического ролика с поверхностью плитки (см. рис. 2): радиус ролика — Я = 5 мм; удельная нагрузка q на ролик соответственно равна: 1 — ц = 2400 МПа, 2 — д=1500 МПа.

В пятой главе описан метод определения рациональных значений технологических параметров (удельной рабочей нагрузки ¡7 на ролик и его радиуса К) упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами, который позволяет получить в результате ППД максимально возможное приращение величины предела выносливости упрочняемой детали. Как было показано в первой главе, этот результат можно достигнуть при выполнении двух условий: 1) интенсивность деформации е, 0 материала на поверхности детали должна быть близка к предельной равномерной деформации ер материала; 2) глубина %

пластически деформированного слоя должна быть равна оптимальной глубине /г5опт, которая определяется по известной зависимости (см. например по а.с. 1400862).

Для решения этой задачи воспользовались формулой (14), в которой <

Е12 = 2 • 105 МПа) получили

приняли е',0=ер; для ролика и упрочняемого вала из стали (ц1>2 = 0,28

Ч = \2,2Я„р[А'г^п +6,М0-б(Л')2^"|.

(20)

Значение £р можно определить как непосредственно по результатам стандартных испытаний образцов на растяжение, так и по известной

Более простую и удобную для

эмпирическои зависимости б

245/

НД'

оперативных инженерных расчетов зависимость для расчета ц получим с помощью формул (10), (11) и (15)

д = (7,12гр- 0,05) "" . (21)

Для определения рациональных значений q и Я предложен следующий алгоритм.

1. По известным механическим свойствам материала упрочняемой детали (а для вала и его диаметру Ое =2Яв) определяют по известным зависимостям оптимальное значение глубины слоя И$опт.

2. Из формулы (19) определяют в первом приближении рациональное значение удельной рабочей нагрузки црщ

Чрац * Ьопт • (22)

3. Из формулы (21) определяют также в первом приближении необходимое значение приведенного радиуса Я'пр

к 1 >5Ярац

* НД(7,12гр -0,05)

(23)

4. Используя найденное значение Я'пр, определяют по формуле (19) значение ч'рац во втором приближении

Чрац~^(Ьог,т- 0,01^)- (24)

5. Определяют уточненное значение Я"пр по формуле (23) с использованием

нового значения ч'рац. Если разница Я'пр и Я"пр больше заданного допуска, то

расчет повторяют, начиная с пункта 3; Если эта разница меньше заданного допуска, то определяют необходимый радиус ролика

/?_„ • Л.

Я = р ' . (5.12)

К ~К"пр

Для практической реализации этого алгоритма, использующего метод последовательных приближений, разработана программа для персонального компьютера, методика применения которой приведена в приложении.

Установлено также, что рациональным значениям удельной нагрузки <7, обеспечивающим режим чистовой обкатки после механической обработки (например, точения), соответствуют действительные значения контактных напряжений, равные (3,05... 3,10)а0 2 •

К диссертации прилагаются документы, подтверждающие внедрение работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача по разработке рациональных технологических режимов упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами, базирующаяся на

закономерностях первоначально линейного упругопластического контакта деталей. Все результаты представлены в виде, удобном для практического использования инженерами-конструкгорами и технологами.

1. На основе силовых и геометрических закономерностей упругого контакта деталей с начальным касанием по линии получена и экспериментально подтверждена расчетная зависимость для определения упругого сближения в контакте (без учета общей деформации взаимодействующих деталей). Показано, что величина упругого сближения в контакте прямо пропорциональна удельной нагрузке, зависит от упругих свойств материалов контактирующих деталей и не зависит от радиусов кривизны их рабочих поверхностей. Установлено, что величина упругого сближения в контакте составляет около 44% о г полного упругого сближения, которое является суммой как контактной, так и общей деформации контактирующих деталей.

2. С использованием понятия контактного модуля упрочнения (пластической твердости НД, ГОСТ 18835-73) получены зависимости, определяющие с единых позиций предельные допускаемые контактные напряжения (соответствующие появлению пластической деформации или разрушению в точках продольной оси симметрии площадки контакта) для деталей из пластичных материалов, а также для деталей, которые приобрели повышенную склонность к хрупкому разрушению поверхностного слоя в результате его упрочняющей обработки.

3. Установлено, что упругая часть сближения при упругопластической деформации в контакте деталей определяется той же зависимостью, что и при чисто упругой деформации деталей. Такое положение является следствием независимости упругого сближения в контакте от радиусов кривизны рабочих поверхностей взаимодействующих деталей. Доказано, что ширина остаточного отпечатка может быть вычислена по упругой формуле Г. Герца, в которую внесена поправка (зависящая от упругой части сближения в контакте и глубины остаточного отпечатка), учитывающая влияние пластической деформации.

4. На базе деформационной теории пластичности и метода переменных параметров упругости получено и экспериментально подтверждено аналитическое решение задачи определения ширины площадки контакта упругого цилиндра с упругопластически деформирующимся материалом детали. При этом, получены зависимости, определяющие интенсивность деформаций и напряжений в точках продольной оси симметрии упругопластической площадки контакта, а также установлена поправка (зависящая от механических свойств материала детали), позволяющая перейти от интенсивности напряжений в контакте к истинным напряжениям при одноосном растяжении. Получена аналитическая зависимость для определения удельной нагрузки, которая соответствует моменту резкого отклонения ширины отпечатка от значений, отвечающих упругому решению Г. Герца.

5. С использованием теории размерности получена и экспериментально подтверждена справедливость относительно простого выражения для оперативного инженерного расчета ширины остаточного огпечатка. Этот метод определения параметров первоначально линейного упругопластического

контакта (ширины остаточного отпечатка, а также его остаточной глубины и упругого сближения в контакте) защищен патентом РФ 2175123.

6. На основе закономерностей теории упругости для случая внедрения цилиндрического индентора в поверхность детали получено и экспериментально подтверждено решение задачи о расчетном определении глубины пластически деформированного слоя.

7. Установлена аналитическая взаимосвязь между удельной рабочей нагрузкой и наибольшей интенсивностью деформации в контакте. На этой основе разработан расчетный метод определения рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и радиуса ролика, при использовании которых результативность упрочняющей обкатки наибольшая. Показано также, что при чистовой обкатке действительные значения контактных напряжений должны находиться в диапазоне 3,05...3,10 от предела текучести материала детали.

8. Разработана практическая инженерная методика определения рациональных режимов упрочняющей обкатки деталей цилиндрическими роликами, а также программа ее реализации с помощью персональной ЭВМ. Методы расчета параметров первоначально линейного упругопластического контакта деталей внедрены в практику проектирования буровых установок в ОАО «Волгоградский завод буровой техники», а также используются при подготовке студентов ВолгГТУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Бабаков A.B. Расчет параметров первоначального линейного упругопластического контакта деталей машин // IV Межвуз. конф. студентов и молодых ученых Волгограда и Волгоградской обл.: Тез. докл. — Волгоград, 1999, —С. 90-91.

2. Бабаков A.B. Закономерности первоначально линейного упругопластического контакта твердых тел и их использование для решения инженерных задач // V Регион, конф. молодых исследователей Волгой обл.: Тез. докл. — Волгоград, 2001. — С. 59-60.

3. Матлин М.М., Бабаков A.B. Автоматизация проектирования зубчатых передач // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. научн. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 1999. — С. 102-106.

4. Матлин М.М., Бабаков A.B. Автоматизация расчета параметров сопряжения цилиндрический ролик — плоскость / Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. —Волгоград, 2001. — С. 37-41.

5. Матлин М.М., Бабаков A.B. Контактная прочность и жесткость деталей машин при силовом взаимодействии по линии // XXXV Международный семинар «Актуальные проблемы прочности. Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов»: Сб. трудов, в 2 частях, ч.1. — Псков, 1999. — С. 3235.

6. Матлин М.М., Бабаков A.B. Методика применения авторских научных разработок в учебном процессе // Новые образовательные системы и технологии обучения в вузе: Межвуз. сб. научн. тр. вып. 5, 4.1. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 1999. — С. 58-61.

7. Матлин М.М., Бабаков A.B. Механика контактного взаимодействия твердых тел при начальном контакте по линии // Механика (Литва). — 2000. — № 3(23).—С. 5-10.

8. Матлин М.М., Бабаков A.B. Моделирование линейного контакта в средствах автоматизации // Межрегион, научно-техн. конф. «Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности»: Материалы конф. — Волгоград, 1999. — С. 44-45.

9. Матлин М.М., Бабаков A.B. Нагрузочная способность деталей с начальным контактом по линии // Вестник машиностроения. — 2001. — № 7. — С. 3-7.

10. Матлин М.М., Бабаков A.B. Определение допускаемых контактных напряжений для деталей транспортных средств // Междунар. научно-пракг. конф. «Прогресс транспортных средств и систем»: Материалы конф. в 2 частях, ч.2. — Волгоград, 1999.—С. 153-154.

11. Матлин М.М., Бабаков A.B. Особенности поверхностного пластического деформирования деталей цилиндрическим роликом // Междунар. конф. «Механика 2001»: Сб. трудов. — Каунас (Литва), 2001. — С. 336-341.

12. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет допускаемых напряжений для оценки контактной прочности зубчатых передач // Машиностроитель. — 2000. — № 9. — С. 20-23.

13. Матлин М.М., Бабаков A.B. Разработка метода определения рациональных технологических режимов упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами // Междунар. конф. «Механика 2002»: Сб. трудов. — Каунас (Литва), 2002. — С. 214-217.

14. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет допускаемых напряжений для оценки контактной прочности зубьев зубчатых передач // Междунар. конф. «ТРИБО-2001»: Тез. конф. —Техника машиностроения. — 2001. —№ 2. — С. 100-101.

15. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет контактной жесткости роликовых направляющих // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. научн. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2000. — С. 66-69.

16. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет режимов поверхностного упрочнения деталей цилиндрическими роликами // Междунар. научно-техн. конф. «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий»: Тез. докл. 8—Волгоград, 1999. — С. 18-19.

17. Матлин М.М., Бабаков A.B., Фролова А.И. Предельные нагрузки при линейном или точечном контакте деталей машин // Междунар. конф. «Механика 2000»: Сб. трудов: — Каунас (Литва), 2000. — С. 261-264.

18. Матлин М.М., Бабаков A.B., Фролова А.И. Расчет параметров упругопластического контакта с использованием теории размерности // XXXVI Международный семинар «Актуальные проблемы прочности. Физика процессов

W7? » 1 5 8 79

грование/ механического пове

деформации и разрушения и прогнозирование/ механйчйскотЪ пЗведения материалов»: Сб. трудов, в 2 частях, ч.1. — Витебск (Беларусь), 2000. — С. 71-75.

19. Матлин М.М., Бабаков A.B., Фролова А.И. Расчет контактной прочности деталей машин // IV Междунар. семинар им. В.А.Лихачева «Современные проблемы прочности»: Сб. трудов, в 2 частях, чЛ. — Старая Русса, 2000. — С. 133-137.

20. Матлин М.М., Бабаков A.B. Научные исследования как основа совершенствования методики преподавания // Всерос. научно-пракх конф. «Инновационные процессы в высшей школе»: Материалы конф. в 2-х частях, ч. 1. — Краснодар, 1999. — С. 53-54.

21. Матлин М.М., Лебский С.Л., Бабаков A.B. Компьютерное моделирование деформации при упрочнении // XXXVIII Междунар. семинар «Актуальные проблемы прочности. Сплавы с эффектом памяти формы и другие перспективные материалы»: Сб. трудов, в 2 частях, 4.1.— Санкт-Петербург, 2001. —С. 162-164.

22. Матлин М.М., Лебский С.Л., Бабаков A.B. Определение глубины пластически деформированного слоя при упрочняющей обкатке деталей цилиндрическими роликами // Вестник машиностроения. — 2002. — № 10. — С.53-55.

23. Матлин М.М., Лебский С.Л., Бабаков A.B., Фролова А.И. Расчет толщины наклепанного поверхностного слоя при использовании различных упрочняющих технологий // V Междунар. семинар «Современные проблемы прочности» им. В.А.Лихачева: Сб. трудов, в 2 частях, ч.1. — Великий Новгород, 2001, — С. 236-239.

24. Матлин М.М., Лебский С.Л., Бабаков A.B., Фролова А.И. Новые упрочняющие технологии, повышающие долговечность деталей // Международная научно-техн. конф. «Надежность машин и технических систем»: Материалы конф. в 2-х томах. Т. 1. — Минск, 2001. — С. 40-41.

25. Патент 2175123 РФ, МКИ G01N 3/42. Способ определения коэффициента нормальной жесткости упругопластического контакта детали и индентора / М.М. Матлин, A.B. Бабаков. — Опубл. 20.10.01. Бюл. № 29 (ч.2).

Подписано в печать « » ¿7/ 2003 г. Формат 60x84 1/16

Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,98.

Уч. изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ . Бесплатно.

Волгоградский государственный технический университет. 400131, Волгоград, пр. Ленина, 28. РПК «Политехник». 400131, Волгоград, ул. Советская, 35.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ методов упрочнения деталей машин.

1.2. Анализ методов определения режимов поверхностного пластического деформирования.

1.3. Анализ методов определения параметров контакта поверхности детали и упрочняющего инструмента.

1.4. Выводы и постановка задачи.

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СБЛИЖЕНИЯ В КОНТАКТЕ ДЕТАЛЕЙ С НАЧАЛЬНЫМ КАСАНИЕМ ПО ЛИНИИ.

2.1. Общие положения.

2.2. Закономерности сближения в контакте деталей при упругом взаимодействии.

2.3. Определение контактных напряжений, соответствующих появлению пластических деформаций или разрушениям в контакте.

2.4. Закономерности сближения в контакте деталей при упругопластическом взаимодействии.

2.5. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШИРИНЫ ОСТАТОЧНОГО ОТПЕЧАТКА В КОНТАКТЕ ДЕТАЛЕЙ С НАЧАЛЬНЫМ КАСАНИЕМ ПО ЛИНИИ.

3.1. Общие положения.

3.2. Определение ширины остаточного отпечатка по физико-механическим свойствам контактирующих тел.

3.3. Определение ширины остаточного отпечатка с использованием теории размерности.

3.4. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННОГО СЛОЯ ПРИ УПРОЧНЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ РОЛИКАМИ.

4.1. Общие положения.

4.2. Разработка аналитического метода определения глубины пластически деформированного слоя.

4.3. Экспериментальная проверка разработанного метода определения глубины пластически деформированного слоя.

4.4. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ОБКАТКОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ РОЛИКАМИ.

5.1. Общие положения.

5.2. Определение рациональных значений рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и его радиуса.

5.3. Практическая методика определения рациональных параметров режима упрочнения деталей.

5.4. Выводы.

Актуальность работы. Рост объемов производства, наблюдаемый в настоящее время, диктует необходимость повышения конкурентоспособности машин. Одним из таких путей является повышение качества поверхности деталей машин, поскольку именно показатели качества поверхности во многом определяют эксплуатационные свойства деталей. Важное место в улучшении качества поверхностного слоя занимают процессы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием (ППД). Эффективность упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием зависит от способа и режимов обработки, формы и геометрических размеров деформирующих элементов. Среди способов ППД, используемых промышленностью, важная роль принадлежит обкатке деталей шариками или роликами с различной формой рабочей поверхности. Этот способ технологичен, высокопроизводителен и позволяет существенно повысить усталостную прочность, износостойкость и другие показатели деталей.

В то же время использование цилиндрических роликов, которые позволяют получить более высокую чистоту поверхности при ППД, сдерживается отсутствием методов расчетного определения параметров упругопластического контакта инструмента и детали, глубины наклепанного слоя, деформации в контакте. Очевидно, что путь опытной отработки технологических режимов для каждой детали совершенно неприемлем. Такое положение диктует необходимость разработки расчетного метода определения технологических режимов упрочнения, при которых эффективность ППД была бы наибольшей.

Тематика научно-технических конференций и публикаций последних лет также подтверждает актуальность темы исследования.

Диссертация выполнена в рамках госбюджетных исследований на кафедре «Детали машин и ПТУ» ВолгГТУ в соответствии с государственной 8 научно-технической программой «Надежность конструкций», а также научно-технической программой Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Качество»),

Цель и основные задачи исследования. Целью данного исследования является разработка расчетного метода определения рациональных режимов поверхностного пластического деформирования деталей цилиндрическими роликами, учитывающего закономерности упругопластического контакта инструмента и детали, а также физико-механические свойства материала детали.

Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи исследования:

- теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей первоначально линейного упругого и упругопластического контакта тел;

- установление аналитических зависимостей между интенсивностью деформаций и напряжений при вдавливании цилиндрического индентора и при одноосном растяжении;

- разработка расчетного метода определения глубины пластически деформированного слоя для случая начального контакта тел по линии;

- разработка инженерного метода определения рациональных режимов упрочняющей обработки деталей с использованием цилиндрических роликов.

Методы исследования. В теоретических исследованиях использовали теорию упругости, деформационную теорию пластичности, принципы и методы сопротивления материалов, теорию размерности, метод переменных параметров упругости, характеристику материала — контактный модуль упрочнения (пластическая твердость по ГОСТ 18835-73). Для обработки экспериментальных данных применяли методы математической статистики. Для практической реализации разработанного метода определения рациональных технологических режимов упрочнения использовали персональную ЭВМ IBM PC/AT.

Геометрические размеры остаточных отпечатков измеряли с помощью инструментального микроскопа ММИ-2 и индикаторов часового типа, профиль отпечатков контролировали с помощью профилографа-профилометра завода «Калибр», мод.201. Контактные деформации измеряли с помощью специального приспособления к прессу Бринелля. Определение механических свойств при растяжении выполнено на испытательной машине УММ-10, контроль твердости проводили на твердомерах ТШ-2, ТП-7Р-1, ТК-2, а микротвердости — на ПМТ-3.

Научная новизна:

1. Установлено, что упругое сближение в контакте при чисто упругом или упругопластическом силовом взаимодействии деталей с начальным касанием по линии не зависит от радиусов кривизны деталей и в связи с этим определяется по предложенной единой зависимости; определено количественное соотношение между упругим сближением в контакте и общей упругой деформацией деталей.

2. Предложены зависимости, позволяющие определять предельные допускаемые контактные напряжения с единых позиций по величине контактного модуля упрочнения (пластической твердости, ГОСТ 18835-73) для деталей из пластичных материалов, а также для деталей, поверхностный слой которых приобрел повышенную склонность к хрупкому разрушению.

3. Получено аналитическое решение задачи определения ширины остаточного отпечатка, интенсивности деформаций и напряжений на оси симметрии упругопластической площадки контакта, базирующееся на закономерностях кривой деформирования материала детали; предложена также аналитическая зависимость для поправки (учитывающей влияние пластической деформации в контакте) к упругой формуле Г. Герца, позволяющей вычислять ширину остаточного отпечатка; получено (с использованием теории размерности) удобное для инженерных расчетов выражение для определения ширины остаточного отпечатка.

4. Предложен расчетный метод определения глубины пластически деформированного слоя в детали при силовом контакте с цилиндрическим роликом.

5. Получена аналитическая взаимосвязь между удельной рабочей нагрузкой на ролик и интенсивностью деформации на оси симметрии площадки контакта, на основе которой разработан расчетный метод определения рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и его радиуса при упрочняющей или чистовой обкатке деталей.

Новизна предложенных методов определения параметров упругопластического контакта подтверждена патентом РФ 2175123.

На защиту выносятся:

1. Расчетные зависимости для определения упругого сближения в контакте при чисто упругой или упругопластической деформации материала детали, радиуса кривизны поверхности остаточного отпечатка.

2. Расчетные зависимости для определения предельных допускаемых контактных напряжений.

3. Аналитические зависимости для определения интенсивности деформаций и напряжений на оси симметрии упругопластической площадки контакта и их взаимосвязь с деформациями и напряжениями при растяжении образца.

4. Методы расчета ширины остаточного отпечатка по физико-механическим свойствам материала детали, с использованием поправки к формуле Г. Герца и на основе теории размерности.

5. Расчетный метод определения глубины пластически деформированного слоя.

6. Метод расчетного определения рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и его радиуса.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями автора, сопоставлением результатов с опытными данными из литературных источников, а также результатами использования в производственных условиях ряда разработанных методов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный расчетный метод определения рациональных технологических режимов (нагрузки на ролик и его радиуса) упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами, а также необходимые для его практической реализации методы расчета сближения, ширины остаточной площадки контакта и глубины пластически деформированного слоя позволяют уже на этапе проектирования процесса упрочнения обеспечить его наибольшую эффективность. Для практической реализации указанных методов разработана практическая инженерная методика и программа ее реализации на ЭВМ.

Методы расчета параметров первоначально линейного упругопластического контакта деталей внедрены в практику проектирования буровых установок в ОАО «Волгоградский завод буровой техники», а также используются в ВолгГТУ при чтении лекций по отдельным разделам курса «Детали машин», выполнении курсовых проектов, выпускных работ бакалавров и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и получили одобрение на IV, V и VI региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 1998-2001 гг.); Международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем» (г.Волгоград, 1999г.); Межрегиональной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности» (г. Волгоград, 1999 г.); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (г. Волгоград, 1999 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 1999 г.); XXXV, XXXVI и XXXVII Международных семинарах «Актуальные проблемы прочности» (г. Псков, 1999 г.; г. Витебск, 2000 г.; г. Санкт-Петербург, 2001 г.); Международных конференциях «Механика 2000», «Механика 2001» и «Механика 2002» (г. Каунас); IV и V Международных семинарах им. В.А. Лихачева «Современные проблемы прочности» (г. Старая Русса, 2000 и 2001 гг.); Международной конференции «ТРИБО-2001» (г.Москва, 2001 г.); Международной научно-технической конференции «Надежность машин и технических систем» (г. Минск, 2001 г.); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета по итогам научно-исследовательских работ (г. Волгоград, 1998-2002 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 23 работах, в том числе получен один патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения, содержит 135 страниц машинописного текста, включая 19 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает 165 наименований.

Общие выводы

В результате выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача по разработке рациональных технологических режимов упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами, базирующаяся на закономерностях первоначально линейного упругопластического контакта деталей. Все результаты представлены в виде, удобном для практического использования инженерами-конструкторами и технологами.

1. На основе силовых и геометрических закономерностей упругого контакта деталей с начальным касанием по линии получена и экспериментально подтверждена расчетная зависимость для определения упругого сближения в контакте (без учета общей деформации взаимодействующих деталей). Показано, что величина упругого сближения в контакте прямо пропорциональна удельной нагрузке, зависит от упругих свойств материалов контактирующих деталей и не зависит от радиусов кривизны их рабочих поверхностей. Установлено, что величина упругого сближения в контакте составляет около 44% от полного упругого сближения, которое является суммой как контактной, так и общей деформации контактирующих деталей.

2. С использованием понятия контактного модуля упрочнения (пластической твердости НД, ГОСТ 18835-73) получены зависимости, определяющие с единых позиций предельные допускаемые контактные напряжения (соответствующие появлению пластической деформации или разрушению в точках продольной оси симметрии площадки контакта) для деталей из пластичных материалов, а также для деталей, которые приобрели повышенную склонность к хрупкому разрушению поверхностного слоя в результате его упрочняющей обработки.

3. Установлено, что упругая часть сближения при упругопластической деформации в контакте деталей определяется той же зависимостью, что и при чисто упругой деформации деталей. Такое положение является

116 следствием независимости упругого сближения в контакте от радиусов кривизны рабочих поверхностей взаимодействующих деталей. Доказано, что ширина остаточного отпечатка может быть вычислена по упругой формуле Г. Герца, в которую внесена поправка (зависящая от упругой части сближения в контакте и глубины остаточного отпечатка), учитывающая влияние пластической деформации.

4. На базе деформационной теории пластичности и метода переменных параметров упругости получено и экспериментально подтверждено аналитическое решение задачи определения ширины площадки контакта упругого цилиндра с упругопластически деформирующимся материалом детали. При этом, получены зависимости, определяющие интенсивность деформаций и напряжений в точках продольной оси симметрии упругопластической площадки контакта, а также установлена поправка (зависящая от механических свойств материала детали), позволяющая перейти от интенсивности напряжений в контакте к истинным напряжениям при одноосном растяжении. Получена аналитическая зависимость для определения удельной нагрузки, которая соответствует моменту резкого отклонения ширины отпечатка от значений, отвечающих упругому решению Г. Герца.

5. С использованием теории размерности получена и экспериментально подтверждена справедливость относительно простого выражения для оперативного инженерного расчета ширины остаточного отпечатка. Этот метод определения параметров первоначально линейного упругопластического контакта (ширины остаточного отпечатка, а также его остаточной глубины и упругого сближения в контакте) защищен патентом РФ 2175123.

6. На основе закономерностей теории упругости для случая внедрения цилиндрического индентора в поверхность детали получено и экспериментально подтверждено решение задачи о расчетном определении глубины пластически деформированного слоя.

7. Установлена аналитическая взаимосвязь между удельной рабочей нагрузкой и наибольшей интенсивностью деформации в контакте. На этой основе разработан расчетный метод определения рациональных значений удельной рабочей нагрузки на цилиндрический ролик и радиуса ролика, при использовании которых результативность упрочняющей обкатки наибольшая. Показано также, что при чистовой обкатке действительные значения контактных напряжений должны находиться в диапазоне 3,05.3,10 от предела текучести материала детали.

8. Разработана практическая инженерная методика определения рациональных режимов упрочняющей обкатки деталей цилиндрическими роликами, а также программа ее реализации с помощью персональной ЭВМ. Методы расчета параметров первоначально линейного упругопластического контакта деталей внедрены в практику проектирования буровых установок в ОАО «Волгоградский завод буровой техники», а также используются при подготовке студентов ВолгГТУ.

1. A.c. 1400862 СССР. МКИ4 В24В 39/00. Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием / М.С. Дрозд, С.Л.Лебский, М.М. Матлин, Ю.И. Сидякин. — Опубл. 07.06.88. Бюл. №21.

2. A.c. 856772 СССР. МКИ4 В24В 39/00. Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием / М.С. Дрозд, Ю.И. Сидякин, B.JI. Шевченко. — Опубл. 23.08.81. Бюл. №31.

3. Айрапетов Э. JI. Контактная деформация цилиндров с параллельными осями // Вестник машиностроения. — 1988. — №6. — С. 6-10.

4. Айрапетов Э. JI. Определение контактной деформации зубьев цилиндрических зубчатых колес // Вестник машиностроения. — 1967. — №1. —С. 32-35.

5. Александров В.М., Ромалис Б.Л. Контактные задачи в машиностроении. —М.: Машиностроение, 1986. — 176 с.

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

7. Бабаков A.B. Расчет параметров первоначального линейного упругопластического контакта деталей машин // IV Межвуз. конф. студентов и молодых ученых Волгограда и Волгоградской обл.: Тез. докл. — Волгоград, 1999. — С. 90-91.

8. Бабаков A.B. Закономерности первоначально линейного упругопластического контакта твердых тел и их использование для решения инженерных задач // V Регион, конф. молодых исследователей Волгог. обл.: Тез. докл. — Волгоград, 2001. — С. 59-60.

9. Балашов Б.Ф. Повышение усталостной прочности деталей машин поверхностным наклепом // Повышение долговечности машин. — М.: Машгиз, 1956. —С. 94-105.

10. Балашов Б.Ф. Повышение усталостной прочности деталей машин поверхностным наклепом // Повышение долговечности машин: Сб. научн. тр. — М.: Машгиз, 1956. — С. 94-105.

11. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. — М.: Машиностроение, 1978.— 184 с.

12. Бейзельман Р. Д., Цыпкин Б. В., ПерельЛ. Я. Подшипники качения: Справочник. — М.: Машиностроение, 1975. — 572 с.

13. Белкин М.Я., Венжега A.C. Определение глубины наклепанного слоя легированных сталей // Заводская лаборатория. — 1965. — № 4. — С.45-46.

14. Беляев Н. М. Труды по теории упругости и пластичности. — М.: Гостехтеориздат, 1957. — 632 с.

15. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. — М.: Машиностроение, 1993. — 640 с.

16. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел: Пер. с англ. Под ред. И.В.Крагельского. — М.: Машиностроение, 1968. — 543 с.

17. Браславский В.М. Расчет глубины наклепа с учетом формы пластически деформированной поверхности // Вестник машиностроения. — 1977. — № 4. — С. 62-66.

18. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. — М.: Машиностроение, 1975. — 160 с.

19. Браславский В.М., Куликов О.О. Технология упрочнения обкаткой роликами и шариками крупных деталей машин // Труды ЦНИИТМАШ, кн.2. — М., 1959. — С. 51-57.

20. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе А.В. Моделирование трения и износа в машинах. — М.: Машиностроение, 1982. — 191 с.

21. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. — М.: Машиностроение, 1990. — 224 с.

22. Бутаков Б.И. Оценка точности определения глубины наклепа при поверхностном пластическом деформировании // Вестник машиностроения. — 1982. — №11. — С. 22-24.

23. Влияние внешних факторов на контактную прочность при качении / С.В.Пинегин и др. — М.: Наука, 1972. — 110 с.

24. Гладковский В.А. Оптимизация режимов упрочнения деталей машин при поверхностном пластическом деформировании // Механика технологий, материалов и конструкций: Вестник ПГТУ, 1999. — № 2. — С. 128-129.

25. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. — М.: Машиностроение, 1988. — 256 с.

26. ГОСТ 1497-84. Металлы. Метод испытания на растяжение. — Введ. 01.01.85.

27. ГОСТ 18296-72. Обработка поверхностным пластическим деформированием. Термины и определения. — Введ. 01.01.73.

28. ГОСТ 18835-73. Металлы. Метод измерения пластической твердости. — Введ. 01.01.74.

29. ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. — Введ. 01.01.89.

30. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. — М.: Высшая школа, 1988. — 159 с.

31. Грозинская З.П., Гальперин М.Я. Повышение сопротивления усталости обкатыванием роликами // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1962. — № 2. — С. 43-45.

32. Гудков A.A., Славский Ю.И. Методы измерения твердости металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1982. — 168 с.

33. Гун И.Г., Михайловский И.А. Способ чистовой обработки неполных сферических поверхностей обкатыванием // Технология машиностроения. — 2001. —№ 4. — С. 12-15.

34. Демкин Н. Б. Контактирование шероховатых поверхностей. — М.: Наука, 1970. —227 с.

35. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. — М.: Машиностроение, 1981. — 224 с.

36. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия: — М.: Мир, 1989. — 510 с.

37. Динник А. Н. Избранные труды. — Киев: АН УССР, 1952, т.1, — 151с.

38. Дрозд М.С. Аналитическое исследование остаточных напряжений вызванных поверхностным наклепом // Известия вузов. МВО СССР. — 1958. —№5. —С. 42-49.

39. Дрозд М.С. Определение механических свойств металла без разрушения. — М.: Металлургия, 1965.— 171 с.

40. Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. — М.: Машиностроение, 1986. —224 с.

41. Емельянов В.Н. Прецизионная правка валов поверхностным пластическим деформированием // Машиностроитель. — 2001. — №1. — С.9-10.

42. Забродин В.А., Шайбеков В.Р. Восстановление размерной точности с заданным перераспределением материала поверхностного слоя детали // Конструкторско-технологическая информатика 2000: Труды IV Междунар. конгресса. — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — С. 192.

43. Зайцев Г.П. Задача Герца и проба по Бринеллю // Журнал технической физики. — 1949. — Т.19, № 3. — С. 336-344.

44. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 539 с.

45. Иванова B.C., Гуревич С.Е., Копьев И.М. Усталость и хрупкость металлических материалов. — М.: Наука, 1968. — 215 с.

46. Ильюшин A.A. Пластичность. Упругопластические деформации. — М.: Гостехиздат, 1948. — 376 с.

47. Иосилевич Г.Б., Точилкин A.A., Кривная JI.C. К проектированию процессов упрочняющей обработки деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Вестник машиностроения. — 1978. —№7. —С. 39-41.

48. Использование метода кинетической микротвердости для оптимизации режимов поверхностной упрочняющей обработки / Ю.С. Аврамов, В.П. Алехин, С.И. Булычев и др. // Известия вузов. Черная металлургия. — 1997. — № 7. — С. 51—53.

49. Исследования влияния комбинированного упрочнения на напряженное состояние цилиндрического образца, являющегося моделью детали типа вал / Куриц В.А. и др. // Металлофизика и новые технологии. — 2000. — 22, №9. — С. 72-78.

50. Ишлинский А.Ю. Осесимметричная задача пластичности и проба Бринелля // Прикладная математика и механика. — 1944. — Т.8, вып. 3. — С. 201-223.

51. Качалов JT.M. Основы теории пластичности. — М.: Наука, 1969. — 420 с.

52. Киричек A.B. Анализ способов динамического упрочнения поверхности пластическим деформированием // СТИН. — 2000. — № 6. — С. 13-17.

53. Кистьян Я.Г., Френкель И.Н. Экспериментальное определение жесткости зубьев прямозубых цилиндрических колес внешнего зацепления // Повышение нагрузочной способности зубчатых передач и снижение веса. — М.: ЦНИИТМАШ, Машгиз, 1956. — С. 172-182.

54. Ковальский Б. С. Напряженное состояние и критерий прочности при контактном сжатии — Научные записки Харьковского авиационного института. — Харьков, 1941, т.5.

55. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 224 с.

56. Коровчинский М.В. Распределение напряжений в окрестности локального контакта упругих тел при одновременном действии нормальных и касательных усилий // Машиноведение. — 1967. — № 6. — С. 85-95.

57. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. — М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.

58. Кудрявцев И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении. — М.: Машгиз, 1951. — 278 с.

59. Кудрявцев И.В. Выбор основных параметров упрочнения валов обкатыванием роликами // Вестник машиностроения. — 1983. — № 4. — С. 8-10.

60. Кудрявцев И.В. Основы рационального выбора режимов упрочнения малых галтелей валов поверхностным пластическим деформированием

61. Вопросы прочности крупных деталей машин: Труды ЦНИИТМАШ, кн.112. — М.: Машиностроение, 1976. —С. 190-200.

62. Кудрявцев И.В. Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин. — М.: НТО Машпром, 1966. — 96 с.

63. Кудрявцев И.В., Бурмистрова JI.H. Выбор продольной подачи при упрочнении осей и валов обкатыванием роликами // Вестник машиностроения. — 1965. — № 3. — С. 16—20.

64. Кудрявцев И.В., Петушков Г.Е. Влияние кривизны поверхностей на глубину пластической деформации при упрочнении деталей поверхностным наклепом // Вестник машиностроения. — 1966. — №7. —С. 41-43.

65. Кудрявцев И.В., Саверин М.М., Рябченков A.B. Методы поверхностного упрочнения деталей машин. — М.: Машгиз, 1949. — 221 с.

66. Куликов О.О., Браславский В.М. Исследование эффективности упрочняющей обкатки роликами и шариками для крупных деталей машин. — М.: ЦНИИТМАШ, кн.18, 1961. — С. 30-41.

67. Лебский С.Л. Исследование и разработка рациональных технологических режимов дробенаклепа стальных деталей: Автореф.дис. канд. техн. наук / Волгоград, гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2000. — 21 с.

68. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. — М.: Машиностроение, 1971. — 264 с.

69. Леликов О.П. Контактное взаимодействие деталей машин // Справочник. Инженерный журнал. — 2001. — № 4. — С. 17-27.

70. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1970. — 443 с.

71. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение, 1975. — 399 с.

72. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. — М.: Машиностроение, 1979. — 191 с.

73. Марочник стали для машиностроения. — М.: Научн.-исслед. ин-т информации по машиностроению, 1965. — 594 с.

74. Матлин М.М. Расчет нагрузочной способности неподвижных соединений с экспрессной оценкой физико-механических свойств материалов деталей: Автореф. дисс. докт. техн. наук / ВНИИЖТ. — М., 1997. —35 с.

75. Матлин М.М., Бабаков A.B. Автоматизация проектирования зубчатых передач // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. научн. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 1999. —С. 102-106.

76. Матлин М.М., Бабаков A.B. Автоматизация расчета параметров сопряжения цилиндрический ролик — плоскость / Автоматизациятехнологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2001. — С. 37-41.

77. Матлин М.М., Бабаков A.B. Методика применения авторских научных разработок в учебном процессе // Новые образовательные системы и технологии обучения в вузе: Межвуз. сб. научн. тр. вып. 5, ч.1. / Волг, гос. техн. ун-т. — Волгоград, 1999. — С. 58-61.

78. Матлин М.М., Бабаков A.B. Механика контактного взаимодействия твердых тел при начальном контакте по линии // Механика (Литва). — 2000. — № 3 (23). — С. 5-10.

79. Матлин М.М., Бабаков A.B. Моделирование линейного контакта в средствах автоматизации // Межрегион. научно-техн. конф. «Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности»: Материалы конф. — Волгоград, 1999. — С. 44-45.

80. Матлин М.М., Бабаков A.B. Нагрузочная способность деталей с начальным контактом по линии // Вестник машиностроения. — 2001. — №7. —С. 3-7.

81. Матлин М.М., Бабаков A.B. Определение допускаемых контактных напряжений для деталей транспортных средств // Междунар. научно-практ. конф. «Прогресс транспортных средств и систем»: Материалы конф. в 2 частях, ч.2. — Волгоград, 1999. — С. 153-154.

82. Матлин М.М., Бабаков A.B. Особенности поверхностного пластического деформирования деталей цилиндрическим роликом // Междунар. конф. «Механика 2001»: Сб. трудов. — Каунас (Литва), 2001. — С. 336-341.

83. Матлин М.М., Бабаков A.B. Разработка метода определения рациональных технологических режимов упрочнения деталей обкаткой цилиндрическими роликами // Междунар. конф. «Механика 2002»: Сб. трудов. — Каунас (Литва), 2002. — С. 214-217.

84. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет допускаемых напряжений для оценки контактной прочности зубчатых передач // Машиностроитель. — 2000. —№9. —С. 20-23.

85. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет допускаемых напряжений для оценки контактной прочности зубьев зубчатых передач // Междунар. конф. «ТРИБО-2001»: Тез. конф. — Техника машиностроения. — 2001. — №2. —С. 100-101.

86. Матлин М.М., Бабаков A.B. Расчет контактной жесткости роликовых направляющих // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. научн. тр. / Волг. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2000. — С. 66-69.

87. Матлин М.М., Бабаков A.B., Фролова А.И. Предельные нагрузки при линейном или точечном контакте деталей машин // Междунар. конф. «Механика 2000»: Сб. трудов: — Каунас (Литва), 2000. — С. 261-264.

88. Матлин М.М., Бабаков A.B., Фролова А.И. Расчет контактной прочности деталей машин // IV Междунар. семинар им. В.А.Лихачева «Современные проблемы прочности»: Сб. трудов, в 2 частях, ч.1. — Старая Русса, 2000. — С. 133-137.

89. Матлин М.М., Бабаков A.B. Научные исследования как основа совершенствования методики преподавания // Всерос. научно-практ. конф. «Инновационные процессы в высшей школе»: Материалы конф. в 2-х частях, ч.1. — Краснодар, 1999. — С. 53-54.

90. Матлин М.М., Лебский С.Л. Комбинированное поверхностное пластическое деформирование деталей дробью // Вестник машиностроения. — 2000. — № 1. — С. 54-56.

91. Матлин М.М., Лебский С.Л., Бабаков A.B. Определение глубины пластически деформированного слоя при упрочняющей обкатке деталей цилиндрическими роликами // Вестник машиностроения. — 2002. — № 10, —С.53-55.

92. Матюнин В.М. Деформационные характеристики и константы материалов при ступенчатом и непрерывном вдавливании индентора // Заводская лаборатория. — 1992. — 58, №1. — С. 56-58.

93. Методы комбинированного поверхностного упрочнения / Л.А.Хворостухин и др. // Научн. тр. Моск. авиац. технол. ин-т — Рос. технол. ун-т. — 1998. — Вып. 1. — С. 159-162.

94. Методы повышения долговечности деталей машин / В.Н.Ткачев, Б.М.Фиштейн, В.Д.Власенко, В.А.Уланов. — М.: Машиностроение, 1971. —272 с.

95. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии / А.А.Лебедев, Б.И.Ковальчук, Ф.Ф.Гигиняк и др.: Справочник. — Киев: Наукова думка, 1983. — 366 с.

96. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. — М.: Наука, 1977. — 221 с.

97. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. — М.: Машиностроение, 1999. — 554 с.

98. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. — М.: Машиностроение, 1987. —328 с.

99. Орлов A.B., Черменский О.Н., Нестеров В.М. Испытание конструкционных материалов на контактную усталость. — М.: Машиностроение, 1980. — 110 с.

100. Пальмгрен А. Шариковые и роликовые подшипники: — М.: Машгиз, 1949.— 123 с.

101. Папшев Д. Д. Отдел очно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. — М.: Машиностроение, 1978. — 152 с.

102. Папшев Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. — М.: Машиностроение, 1968.— 131 с.

103. Патент 2156623 РФ, МКИ4 В24С1/00. Способ упрочнения стальных пластин / М.М.Матлин, С.Л.Лебский. — Опубл. 27.09.00. Бюл. № 27.

104. Патент 2175123 РФ, МКИ G01N 3/42. Способ определения коэффициента нормальной жесткости упругопластического контакта детали и индентора / М.М.Матлин, А.В.Бабаков. — Опубл. 20.10.01. Бюл. № 29 (ч.2).

105. Пашков П.О. Пластичность и разрушение металлов. — Л.: Судпромгиз, 1950, —259 с.

106. Пашков П.О. Разрыв металлов. — Л.: Судпромгиз, 1960. — 244 с.

107. Пинегин С. В. Трение качения в машинах и приборах. — М.: Машиностроение, 1976. — 264 с.

108. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением / Л.А.Хворостухин, С.В.Шишкин, А.П.Ковалев, Р.А.Ишмаков. — М.: Машиностроение, 1988. — 144 с.

109. Повышение усталостной прочности деталей машин поверхностной обработкой / Под ред. С.В.Серенсена. — М.: Машгиз, 1952. — 219 с.

110. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов: Справочник. — М.: Машиностроение, 1986. — 320 с.

111. Проскуряков Ю.Г., Меньшаков В.М. Методика выбора режимов при накатке деталей шариками и роликами // Вестник машиностроения. — 1962. —№ 11. —С. 60-63.

112. Проскуряков Ю.Г. Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов. — М.: Машиностроние, 1971. —208 с.

113. Проскуряков Ю.Г. Упрочняюще-калибрующие методы обработки: Справочное пособие. — М.: Машиностроение, 1965. — 207 с.

114. Расчет прочности узла соединения модулей буровой установки // Металловедение и прочность материалов: Межвуз. сб. научн. тр. / Волг, гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2001. — С. 114-117.

115. Расчеты на прочность в машиностроении: В 3 т / С.Д.Пономарев, B.JI. Бидерман, К.К. Лихарев и др. — М.: Машгиз. Т.1, 1956. — 884 с. Т.2, 1958. —974 с.

116. Ратнер С.И. Разрушение при повторных нагрузках. — М.: ГИОП, 1959. —352 с.

117. Решетов Д.Н. Детали машин. — М.: Машиностроение. 1989. — 496 с.

118. Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. Теоретические основы и практика применения. — М.: Машгиз, 1955. — 312 с.

119. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. — М.: Наука, 1965. —388 с.

120. Сидякин Ю.И. Повышение эффективности упрочняющей механической обработки валов обкаткой их роликами или шариками // Вестник машиностроения. — 2001. — № 2. — С. 43-49.

121. Славский Ю.И., Матлин М.М. К определению предела текучести металла по параметрам упругопластического внедрения сферического индентора // Заводская лаборатория. — 1993. — 61, № 4. — С. 53-58.

122. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин при обработке поверхностным пластическим деформированием // Вестник машиностроения. — 1982. — № 11. — С. 19-22.

123. Смелянский В.М., Калпин Ю.Г., Баринов В.В. Исчерпание запаса пластичности металла в поверхностном слое деталей при обработке обкатыванием // Вестник машиностроения. — 1990. — № 8. — С. 54—58.

124. Смирнова H.A. Разработка и исследование процессов упрочнения поверхности алюминиевых сплавов излучением лазера: Автореф. дис.канд. техн. наук / Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э.Баумана. — М., 2000. — 16 с.

125. Справочник машиностроителя. / Под ред. С. В. Серенсена.— М.: Машгиз, 1962, т.З. — 652 с.

126. Справочник по триботехнике. В 3 т.: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / Под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. — М.: Машиностроение, 1990, т.2, — 416 с.

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

128. Суслов А.Г., Улашкин А.П. Выбор упрочняюще-отделочных методов обработки для повышения износостойкости деталей машин // Справочник. Инженерный журнал. — 1998. — № 7. — С. 15-21.

129. Тарасова Е.А. Разработка и исследование способов комбинированной упрочняющей обработки для повышения эксплуатационных свойств винтовых передач: Автореф. дис. канд. техн. наук / Нижешр. гос. техн. ун-т. — Н.Новгород, 2000. — 23 с.

130. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. — М.: Наука, 1975. — 576 с.

131. Тимощенко В.А., Ермилов В.В., Брухис М.М. Вдавливание единичной неровности в пластическое полупространство // Трение и износ. — 1982. — Т. 3, № 5. — С. 813-820.

132. Тютрин Н.О. Правка маложестких цилиндрических деталей машин строчным поверхностным пластическим деформированием: Автореф. дис. канд. техн. наук / Иркут. гос. техн. ун-т. — Иркутск, 2000. — 22 с.

133. Упрочнение поверхностного слоя деталей машин до максимальной твердости / Н.И. Янков и др. // Машиностроение и приборостроение, вып.1Х.— Минск, 1977. — С. 71-74.

134. Усов A.M. Исследование усталостной прочности осевого металла в накатанном месте посадки роликового подшипника. — М.: ВННИЖТ, кн. 159, 1958. —С. 72-131.

135. Фёппль А., Фёппль JT. Сила и деформация. Прикладная теория упругости. — M., JL: Гостехтеориздат, 1939, т. 1, — 420 с.

136. Хейфец С.Г. Аналитическое определение глубины наклепанного слоя при обкатке роликами стальных деталей // Новые исследования в области прочности машиностроительных материалов. — М.: ЦНИИТМАШ, кн.49, 1952. — С. 7-14.

137. Хоприх М. Р., Цантопулос Г. Контактные деформации вдоль прямой линии: цилиндр между двумя плоскими плитами // Проблемы трения и смазки. — 1981. — Т. 103, № 1. — С. 23-27.

138. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. — Минск: Наука и техника, 1981. — 128 с.

139. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей / Под ред. О.В. Берестнева. — Минск: Наука и техника, 1988. — 192 с.

140. Черменский О.Н. Особенности расчетов на контактную прочность и долговечность тяжело нагруженных деталей из закаленных сталей (на примере подшипников качения) // Вестник машиностроения. — 1998. — № 9. — С. 38-41; № 10. —С. 11-15.

141. Черменский О.Н. Теория пластичности в инженерной практике // Приложение № 7 к журналу «Справочник. Инженерный журнал». — 2001. —№7. —26 с.

142. Черный А.Г. Определение интенсивности пластической деформации и выбор геометрии ролика для упрочнения поверхностным наклепомстальных валов // Научные труды КПИ, ч.2. — Курск, 1971. — С. 223 -240.

143. Шарипов Б.У. Формирование поверхностного слоя при обработке деталей методами поверхностного пластического деформирования // Вестник машиностроения. — 2000. — № 8. — С. 46—48.

144. Шевелев И.А., Чернилевский Д.В. Напряжения при совместном действии нормальных и касательных сил на эллиптической площадке контакта // Справочник. Инженерный журнал. — 2000. — № 3. — С. 22-27.

145. Школьник JI.M. Повышение прочности осей железнодорожного подвижного состава. — М.: Транспорт, 1964. — 224 с.

146. Школьник JI.M., Шахов В.И. Технология и приспособления для упрочнения и отделки деталей накатыванием. — М.: Машиностроение, 1964. — 184 с.

147. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. — М.: Машиностроение, 1982. — 248 с.

148. Электроискровое восстановление и лазерное упрочнение поверхностей прецизионных деталей / В.П.Лунева и др. // Известия вузов. Физика. — 2000. —Т.43,№ 11. — С.143-146.

149. Ющенко С. А. Триботехнологический метод выбора оптимальных режимов фрикционно-деформационной обработки // Проблемы машиностроения и надежности машин. — 1990. — № 3. — С. 83-92.

150. Hertz H. Ueber die Ber chtung fester elastischen К rper, Gesamelte Werke, Bd.l. Leipzig, 1895, s. 155-174.

151. Tabor D. The hardness of metals. — Clarendon Press, Oxford, 1951. — 175 p.• "УТВЕРЖДАЮ" Технический директор ОАОий завод буровойики1. Л.В. Молчанов2001 г.1. АКТ ШКДРЕНИЯ

152. Главный конструктор ОАО "ВЗБТ*

153. Зам. главного конструктора1. В. Колесников1. М.Я. Иткис

154. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов НИР в учебный процесс Волгоградского государственного технического университета

155. Использование в учебном процессе методик, предложенных A.B. Бабаковым, позволяет развивать творческие способности студентов и повысить научный и инженерный уровень подготовки специалистов.

156. Зав. Кафедрой «Детали машин и ПТУ» докт. техн. наук, профессор

157. Председатель научно-методического Совета ВолгГТУ по направлению. «Наземные транспортные системы»,-декан автотракторного факультета, канд. техн. наук, доцент1. О.Д. Косов

158. Методика применения программы для определения рациональных технологических параметров упрочняющей обкатки цилиндрическими роликами

159. Программа предназначена для определения рациональной удельной рабочей нагрузки на упрочняющий ролик, а также радиуса этого ролика. Экран программы представлен на рис. ПЗ. 1.

160. Упрочняющая обкатка цилиндрическими роликами

161. Файл About Твердость детали Н Д, МПа Материал детали1. Легированная сталь "▼".33851. Диаметр детали, мм1. Too

162. Допустимая разница приведенных радиусов, мм

163. Действительная разница приведенных радиусов, мм0,050.001. ШЛО

164. Предельная равномерная деформация детали по результатам испытанийWг~ Использовать1. Расчет4.535 286,6

165. Рациональная глубина упрочненного слоя

166. Рациональная удельная нагрузка

167. Радиус цилиндрического к £о ролика '1. Переводмм1. Н/мммм1. НВ, МПа Т|

168. Предельная равномерная деформация детали по расчету10.072

169. Условный предел текучести, МПа1. J 701,41. ВЫХОД

170. ВолгГТУ, Каф. Детали машин и ПТУ1. Версия Alpha 01

171. Рис. П3.1. Экран программы для определения рациональных технологических параметров упрочняющей обкатки цилиндрическими роликами.

172. Для удобства практического применения в программе предусмотрена возможность быстро перевести различные числа твердости, широко распространенные на предприятиях (например, НВ, НЯСЭ, НУ) в числа твердости НД.

173. Таким образом, данную программу можно применять при назначении режимов упрочняющей обкатки цилиндрическими роликами, а так же для экспресс-расчета этих режимов в инженерной практике.