автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Теоретические основы математического моделирования гидропрессовой сборки соединений с натягом

Введение

Глава I. Анализ современного состояния теории и практики гидропрессовой сборки соединений с натягом

1.1. Анализ технологических возможностей гидропрессовой сборки

1.2. Обоснование возможности численного моделирования процесса гидропрессовой сборки методом конечных элементов

1.3. Постановка задач исследования

Глава 2. Численное моделирование гидропрессовой сборки

2.1. Особенности объекта моделирования

2.2. Разработка математической модели гидропрессовой сборки

2.2.1. Конечноэлементная постановка задачи

2.2.2. Уравнение связности перемещений

2.3. Расчет технологических и параметров

2.4. Численный эксперимент для различных технологических схем гидропрессовой сборки и способов создания масляной прослойки 58 Выводы

Глава 3. Экспериментальная проверка адекватности разработанных моделей

3.1. Особенности методики проведения эксперимента

3.2. Экспериментальная установка

3.3. Планирование эксперимента

3.4. Анализ результатов эксперимента 93 Выводы

Гидропрессовые методы сборки и разборки соединений с натягом получили широкое применение в машиностроении благодаря существенным преимуществам, а именно: возможности автоматизации, регулирования натяга (в конических соединениях), небольших энергозатрат, быстроты сборочного процесса, отсутствия повреждений сопрягаемых поверхностей, следовательно, высокой ремонтопригодности и возможности многократного монтажа и демонтажа соединений.

Формирование и расформирование соединений с натягом гидропрессовым методом осуществляется при незначительных силах запрессовки-рас-прессовки, вследствие наличия между сопрягаемыми деталями масляной прослойки под высоким давлением (до 200 МПа). Физическая сущность метода состоит в том, что взаимное перемещение сопрягаемых поверхностей деталей соединения происходит в условиях полужидкостного и жидкостного трения. В результате чего уменьшается коэффициент трения и сила запрессовки.

Проблемы технологии прессовых соединений отражены в работах отечественных ученых Б.Ф. Федорова, Г.Я. Андреева, И.В. Абрамова, Е.И. Бер-никера, М.Д. Виноградовой, И.С. Гречищева, A.A. Ильяшенко, B.C. Клеков-кина, И.Ф. Малицкого, P.P. Мейстера, A.B. Щенятского, Ф.Ф. Фаттиева и зарубежных Кардса Д., Роота Г., Вюртца Г. и др.

Анализ технологических процессов создания гидропрессовых (ГП) соединений показал, что существуют различные схемы сборки и способы подвода масла в зону контакта. Геометрия, напряженно-деформированное состояние (НДС) и переменная жесткость деталей по длине соединения влияют на эффективность и направление распространения масла под высоким давлением между сопрягаемыми поверхностями. Расчет деформаций и напряжений охватывающей и охватываемой деталей, определяющих требуемые величины сил и давлений в техпроцессах будет неточным без учета масляной прослойки и технологических параметров.

Применение моделирования в других областях науки и техники свидетельствует, что новые средства и методы их использования обладают широкой универсальностью и большими потенциальными возможностями.

Математическая модель гидропрессовой сборки, основанная на современных положениях гидродинамической теории неуплотненного поршня и механики деформируемого твердого тела, позволит значительно расширить представления о взаимодействии контактирующих поверхностей, взаимном влиянии формы и размеров деталей и масляной прослойки на НДС и величину технологических параметров.

Разработка инженерных методик с соответствующим математическим и программным обеспечением и их реализация позволят существенно сократить трудоемкость и время разработки конструкторско-технологической документации соединений деталей, исключить опытные образцы, что, несомненно, способствует научно-техническому прогрессу в машиностроении.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности технологии гидропрессовой сборки соединений с натягом на основе ее численного моделирования.

Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:

1. Разработана математическая модель (ММ) процесса гидропрессовой сборки-разборки на основе метода конечных элементов (МКЭ), позволяющая на стадии проектирования определять технологические параметры: давление масла, силы запрессовки-распрессовки, уровень НДС сопрягаемых деталей для различных схем сборки, учитывающая механизм распространения масла в зоне контакта.

2. Проведена экспериментальная проверка параметров гидропрессовой сборки (ГПС) и НДС деталей

3. Выявлена взаимосвязь между конструктивными и технологическими параметрами соединений и технологическими параметрами ГПС

4. Разработаны методические рекомендации повышения эффективности гидропрессовой сборки-разборки соединений с натягом.

На защиту выносятся следующие результаты исследования:

1. Математическая модель гидропрессовой сборки соединений с натягом.

2. Закономерности изменения формы (толщины) масляной прослойки по длине соединения.

3. Закономерности распространения масляной прослойки по длине соединения в зависимости от конструктивной формы сопрягаемых деталей, вязкости масла и месторасположения канавок.

4. Результаты экспериментальной проверки, подтверждающие адекватность математической модели.

5. Практические рекомендации применения математической модели и алгоритма поиска месторасположения маслораспределительных канавок.

В разделе "Численное моделирование гидропрессовой сборки" выявлены особенности объекта моделирования, анализ которого позволяет предположить взаимное влияние геометрии сопрягаемых деталей, физико-механических свойств материалов, их НДС и величин технологических параметров. Переменная жесткость деталей по длине соединения не позволяет достичь требуемой точности расчетов НДС классическими методами. Современные методы математического моделирования обеспечивают возможность рассмотрения технологических процессов, как контактных задач с переменными граничными условиями (по геометрическим и физическим признакам), обусловленными физикой взаимодействия сопрягаемых поверхностей и жидкостных прослоек. Разработана математическая модель ГПС с гидростатиче7 ским способом создания давления масла. Проведен вычислительный эксперимент для различных технологических схем ГПС и способов создания масляной прослойки.

В третьем разделе диссертации "Экспериментальная проверка адекватности разработанных моделей" двумя сериями эксперимента осуществлена проверка положений, выдвинутых в ходе теоретического исследования технологических процессов сборки-разборки гидропрессовых соединений, и разработанной обобщенной математической модели различных схем формирования соединений с натягом.

В четвертом разделе "Практическая реализация результатов исследования" показана возможность применения результатов теоретического и экспериментального исследований в процессах сборки и эксплуатационном обслуживании узлов машин в промышленных условиях. Объектом внедрения были выбраны узлы бумаго- и картоноделательных машин.

Теоретическое и экспериментальное исследования представляемой диссертационной работы выполнены на кафедре "Основы машиноведения и робототехника" Ижевского государственного технического университета.