автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Установление возможностей механических методов обработки в обеспечении контактной жесткости цилиндрических деталей с использованием разработанной автоматизированной системы научных исследований

Введение.

1. Анализ состояния вопроса.

1.1. Контактная жесткость деталей.

1.2. Методы определения контактной жесткости.

1.3. Технологическое обеспечение контактной жесткости деталей.

1.4. Автоматизация научных исследований.

Выводы.

2. Теоретическое установление взаимосвязи контактной жесткости деталей от условий обработки и нормализация испытаний.

2.1. Получение теоретических зависимостей.

2.2. Нормализованная методика определения нормальной контактной жесткости.

3. Проектирование автоматизированной системы.

3.1. Выбор датчиков контроля силы и контактных перемещений.

3.2. Проектирование усилителя датчика контактных перемещений.

3.3. Проектирование усилителя датчиков прикладываемой нагрузки

3.4. Источник питания системы.

3.5. Соединение усилителей датчиков с ЭВМ.

3.6. Разработка.программного обеспечения для ЭВМ.

3.7. Погрешности, возникающие при измерении контактной жесткости.

3.7.1. Оценка погрешности измерения контактных перемещений

3.7.2. Оценка погрешности контроля прикладываемой нагрузки.

3.7.3. Расчет погрешности, возникающей при неравномерности нагружения.

4. Экспериментальные исследования влияния условий обработки на контактную жесткость.

4.1. Математический аппарат, используемый при

В настоящее время существует 2-х ступенчатое решение задачи технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин, в частности контактной жесткости. В данной работе установлена возможность одноступенчатого технологического обеспечения контактной жесткости с использованием разработанной системы научных исследований (АСНИ).

Значение контактной жесткости дает возможность решать ряд таких важных технических задач, как распределение и концентрация давлений по поверхности контакта, оптимизация конструкций из условия отсутствия резкой концентрации давления и местных раскрытий стыков и др. К числу динамических задач, требующих знания контактной жесткости, относятся определение демпфирования и собственных частот колебаний, определение динамической устойчивости, ослабление затянутых соединений, накопление остаточных перемещений деталей под действием повторных ударных нагрузок. Поэтому технологическое обеспечение контактной жесткости является актуальной задачей.

Решение этой задачи возможно за счет использования системы нормализованного определения нормальной контактной жесткости деталей, которая позволит оперативно получать взаимосвязь контактной жесткости с условиями обработки и тем самым обеспечить заданное значение контактной жесткости на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

Целью работы является разработка автоматизированной системы определения условий обработки цилиндрических поверхностей деталей, обеспечивающих требуемые значения контактной жесткости и создание базы данных для ее практической реализации.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить теоретическую взаимосвязь контактной жесткости цилиндрических деталей с условиями их обработки.

2. Спроектировать и изготовить автоматизированную систему определения нормальной контактной жесткости.

3. Разработать управляющую программу автоматизированной системы.

4. Провести исследования влияния условий обработки на контактную жесткость.

5. Разработать подпрограмму автоматизированной обработки результатов экспериментов.

6. Разработать алгоритм и программу, позволяющую проводить выбор методов и условий обработки реальных деталей для получения требуемой контактной жесткости.

Методика исследований. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения, теории контактирования твердых тел, автоматизации и управления технологическими процессами. Эксперименты проводились с использованием метода планирования экстремальных экспериментов и разработанной и изготовленной автоматизированной системы научных исследований (АСНИ).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Одноступенчатое решение проблемы технологического обеспечения контактной жесткости цилиндрических деталей.

2. Установленные возможности технологических методов обработки цилиндрических поверхностей деталей в обеспечении их контактной жесткости.

3. Автоматизированная система научных исследований взаимосвязи контактной жесткости цилиндрических деталей с условиями их механической обработки.

4. Алгоритм и программа определения методов и режимов обработки цилиндрических деталей, обеспечивающих требуемое значение их контактной жесткости.

Научная новизна.

1. Впервые установлена возможность одноступенчатого технологического обеспечения непосредственно эксплуатационных свойств деталей машин, в частности контактной жесткости.

2. Теоретически установлена взаимосвязь контактной жесткости деталей с условиями их обработки.

3. Впервые разработана автоматизированная система, позволяющая определить условия обработки цилиндрических поверхностей деталей, обеспечивающие требуемые значения контактной жесткости.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждаются результатами экспериментальных технологических исследований, проведенными с использованием разработанной автоматизированной системы и приложенных в виде распечатанных протоколов.

Практическая значимость.

1. Установлены возможности методов обработки цилиндрических поверхностей в обеспечении их контактной жесткости.

2. Разработана и изготовлена автоматизированная установка для нормализованного оперативного определения контактной жесткости.

3. Получены эмпирические уравнения взаимосвязи контактной жесткости цилиндрических деталей с режимами их лезвийной и абразивной обработки.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского 7 состава БГТУ 2000, 2001 гг.; на 4-й Международной научно-технической конференции «Качество машин», Брянск, 2001 г.; на международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиноведения», Гомель, 2000 г.; на молодежной научно-технической конференции технических вузов центральной России, Брянск, 2000 г.; на международной конференции стран СНГ «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию для устойчивого развития: проблемы и новые решения», Москва, 2000 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача прямого технологического обеспечения контактной жесткости цилиндрических деталей на базе разработанной и изготовленной автоматизированной системы научных исследований.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:

1. Впервые теоретически и экспериментально решена и реализована программно задача технологического обеспечения непосредственно эксплуатационного свойства детали, на примере контактной жесткости.

2. Разработана АСНИ взаимосвязи контактной жесткости цилиндрических деталей с условиями их обработки, позволяющая значительно сократить время на проведение экспериментов и обработку их результатов.

3. Разработана управляющая программа автоматизированной системы.

4. Установлены возможности технологических методов обработки в обеспечении нормализованных значений контактной жесткости цилиндрических поверхностей.

5. Теоретически и экспериментально установлена взаимосвязь контактной жесткости цилиндрических деталей с условиями их обработки

6. Разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий в автоматизированном режиме устанавливать возможности технологических методов обработки и взаимосвязь условий обработки с контактной жесткостью.

7. Контактная жесткость наружных цилиндрических поверхностей деталей при механических методах обработки может изменяться в широком диапазоне: с учетом шероховатости от 0,24 до 65,89 Па/мкм. при первом нагружении и от 0,43 до 137,94 Па/мкм при повторных нагружениях; с учетом шероховатости и волнистости от 0,15 до 58,94 Па/мкм при первом нагружении и от 0,38 до 125,74 Па/мкм при повторных нагружениях.

100

8. Контактная жесткость внутренних цилиндрических поверхностей деталей при механических методах обработки может изменяться: с учетом шероховатости от 0,1 1 до 61,67 Па/мкм при первом нагружении и от 0,27 до 129,25 Па/мкм при повторных нагружениях; с учетом шероховатости и волнистости от 0,05 до 56,76 Па/мкм при первом нагружении и от 0,17 до 116,16 Па/мкм при повторных нагружениях.

9. Основное влияние на контактную жесткость оказывают: для точения и растачивании при первом нагружении - подача и твердость материала, при повторном - подача; для шлифования при первом нагружении - зернистость и твердость материала при первом нагружении, при повторном - зернистость.

10. Разработан алгоритм и программа выбора технологических методов и условий обработки реальных деталей для получения требуемого значения контактной жесткости. Их использование позволяет значительно сократить технологическую подготовку производства.

1. Аверченков В.И., Горленко О.А., Жарков В.Я., Тотай А.В. Прогрессивные технологии. Брянск: Изд-во БИТМ, 1994. — 156 с.

2. Анюхин Б.Г., Смыслов И.И. Полупроводниковые тензодатчики из германиевой дендритной ленты. Изд-во ГОСИНТИ 1986. 156 с.

3. Безъязычный В.Ф. Назначение режимов резания по заданным параметрам качества поверхностного слоя. Ярославль, 1978. 86 с.

4. Брюханов В.Н., Косов М.Г. Теория автоматического управления. Учеб. для вузов Изд-во:Машиностроение, 1992. 266 с.

5. Геммерлинг А.В. Несущая способность стержневых стальных конструкций. М.Машиностроение, 1958. -216 с.

6. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов, 2-е изд., М.Высшая школа, 1991. 662 с.

7. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах, 2-е изд. Ленинградское отделение. Энергоиздат, 1998. 304 с.

8. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.Машиностроение, 1975. - 222 с.

9. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. «Наука», 1970,- 168 с.

10. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. — М.Машиностроение, 1981.-244 с.

11. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.:Изд-во АН СССР, 1962. 110 с.

12. Дьюхарст С., Старк К. Программирование на С++:Пер.с англ.-Киев: ДИАСОФТ, 1993.-271 с.

13. Елизоветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин. М.Машиностроение, 1969. - 400 с.

14. Жесткость в машиностроении: тез. докл. всесоюз. научн.-техн. конф., 21-23 сентября 1971 г ./Отв. ред. Решетов Д.Н. Брянск: изд-во БИТМ, 1971. -532 с.

15. Жесткость машиностроительных конструкций: тез. докл. всесоюз. науч. -техн.конф., г. Брянск,7-9 ноября 1976 г. ч.2/Ред. кол.:Решетов Д.Н. и др -М.:Изд-во МИХМ, 1976. 251 с.

16. Жесткость машиностроительных конструкций: тез. докл. всесоюз. науч. -техн.конф., г. Брянск,7-9 ноября 1976 г. ч.1/Ред. кол.:Решетов Д.Н. и др,-М.:Изд-во МИХМ, 1976. 127 с.

17. Жесткость машиностроительных конструкций: тез. докл. всесоюзной науч.-техн. конф./НТО МАШПРОМ. Брянск, 1976. - 266 с.

18. Захаров А.Е. Автоматизированная система исследования нормальной контактной жесткости. «Обработка металлов», №1 (12) 2001. с. 37-39.

19. Захаров А.Е. Автоматизированная система научных исследований инженерии поверхности. «Справочник. Инженерный журнал», Приложение, №10 2001. с. 20-22.

20. Захаров А.Е. Программный комплекс автоматизированной системынормализованного контроля контактной жесткости обработанных поверхностей деталей. Молодеж. н.-тех. конф. тех. вузов центр. России/Под ред. О.А. . Горленко. Брянск: БГТУ, 2000 - с. 69-70.

21. Захаров А.Е., Боровков В.М, Даниличев М.А. Автоматизированная система научных исследований для нормализованного определения контактной жесткости обработанных поверхностей деталей. Инженер: студ. науч.-тех. журнал. Донетск, ДонГТУ, 2000. №1. - с. 30-32.

22. Захаров А.Е., Боровков В.М, Даниличев М.А., Сазонов А Н. Автоматизированное нормализованное определение контактной жесткости обработанных поверхностей деталей. Тезисы докладов 55-й науч. студ. конф. /Под ред. И.В. Говорова Брянск: БГТУ, 2000. - с. 31.

23. Ильицкий В.Б. и др. Станочные приспособления. Яонструкторско-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств / Ильицкий В.Б., Микитянский В.В., Сердюк JT.M. М.: Машиностроение, 1989. - 208 с.

24. Ильицкий В.Б., Ерохин В.В. Проектирование технологической оснастки:Учеб.пособие/БГТУ. Брянск: Изд-во БГТУ, 2001. - 103 с.

25. Качество машин. Справочник: В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. М.: Машиностроение, 1995 - 256 с.

26. Качество машин: Справочник: в 2 т. Т.2 / А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский и др. М.: Машиностроение, 1995 - 430 с.

27. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение иизнос. М.:Наука, 1974. 110 с.

28. Контактная жесткость в машиностроении и приборостроении: Материалы науч. техн. семинара. - Севастополь: изд-во Севастоп. приборостроит. ин-та, 1972. - 48 с.

29. Контактная жесткость в приборостроении и машиностроении: всесоюз. науч.-техн. семинар (тез. докл.), 3-4 октября, 1979 года/Риж. политех ин-т: редкол. Камолс А.Я. и др. Рига :Изд-во Риж. политех, ин-та, 1979. -173 с.

30. Кораблев А.И., Решетов Д.Н. Повышение несущей способности и долговечности зубчатых передач. М. Машиностроение, 1968. - 288 с.

31. Косов М.Е., Ривкин А.В. Сравнительный анализ методов расчета контактной жесткости конических стыков. «Автоматизация и управление в машиностроении» №10, 1999. 54 с.

32. Крагельский И.В. Трение покоя двух шероховатых поверхностей. М.:Изв. АН СССР. ОТН, 1948, №10, с. 1621-1625.

33. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М. Машиностроение,-1971 .-261 с.

34. Макаров Р.А., Ренский А.Б. Тензометрия в машиностроении, М.Машиностроение, 1975. 286 с.

35. Максименко А.А., Перфильева Н.В., Котенева Н.В. Контактная жесткость при нормальном динамическом нагружении. //Сб. труд. межд. н.-т. конф. в г. Севастополе, 10-16 сентября 2001 г. в 3-х т. Донетск: ДонГТУ, Т.2, 2001. с. 3-4.

36. Марочник сталей и сплавов /В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. М.Машиностроение, 1989. -640 с.

37. Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. M-JT, 1966. - 252 с.

38. Машиностроение. Энциклопедия. М.'.Машиностроение, Т. III-3 /Дальский A.M., Суслов А.Г., Назаров Ю.Ф. и др. Под общ. ред. Суслова А 1 2000.- 840 е., ил.

39. Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет Фролов К.В. (пред.) и др. М.Машиностроение, Т. IV-7 /Под ред. Черпакова Б.И. 1999. 863 е., ил.

40. Международный сборник научных трудов в г. Севастополе 811 сентября 1998 г. в 3-х томах. Т.2-Донецк: ДонГТУ. Вып.6, 1998 с. 224-228.

41. Михайлов А.Н. Модульная направленность развития техносферы //Прогрессивные технологии и системы машиностроения.

42. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.:Наука, 1977. 220 с.

43. Несущая способность и долговечность конструкций. Сб. науч. тр./АН УССР. Ин-т техн. механики/Под ред. Гудрамович B.C. Киев: Наук, думка. 1990.-132 с.

44. Олейник Н.В. Несущая способность элементов конструкций при циклическом нагружении. — Киев. Наук, думка, 1985. 240 с.

45. Основы автоматизации производства. / Ковальчук Е.Р., Косов М.Г. Митрофанов В.Г., Соломенцев Ю.М./Под общ. ред. Соломенцева Ю.М.-М. Машиностроение, 1995. 312 с.

46. Остафьев В.А., Антонюк B.C. и др. Диагностика процесса металлообработки и обработанных поверхностей. Техника. 1991. - 152 с.

47. Паспорт разрывной машины SZ-10. Союзточмашприбор. 197 1.

48. Пол И. Объектно-ориентированное программирование с использованием С++:Пер.с aHra.-KneBiDIASOFT LTD, 1995. 479 с.

49. Проников Н.С. Надежность машин. М.Машиностроение. 1978590 с.

50. Рыжов Э.В. Горленко О.А. Математические методы в технологических исследованиях. Отв. ред. Гавриш А.Г.; АН УССР. Ин-т сверхтверд, материалов. Киев: Наук, думка, 1990. 184 с.

51. Рыжов Э.В., Горленко О.А. Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами поверхностей/БИТМ. Тула: Изд-во Тул. политехи, ин-та, 1980. - 96 с.

52. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках. Киев: Наук, думка. 1982172 с.

53. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. М.Машиностроение,-1966.-194 с.

54. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.Машиностроение,-1979.-176 с.

55. Рыжов Э.В., Суслов А.Г. Упрощенные теоретические зависимости для инженерных расчетов эксплуатационных свойств контактирующих деталей машин. В кн.: Механика и физика контактного взаимодействия, Калинин, 1981. -с. 7-12.

56. Сережен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая сособность и расчет деталей машин на прочность. М.Машиностроение, 1975. 488 с.

57. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения, М.Машгиз, 1946.-346 с.

58. Сопряжение датчиков и устройств вводы данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир. 1992. -592 е., ил.

59. Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. J1.Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 846 е.: ил.

60. Справочник по сопротивлению материалов /Писаренко Г.С., Яковлев

61. А.П., Матвеев В.В., 2-е изд., иерераб. и доп. Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

62. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1: Под ред. Дальского A.M., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К., Суслова А.Г. 5-е изд., перераб. и доп. - М.Машиностроение-1, 2001. - 912 е., ил.

63. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2: Под ред. Дальского A.M., Суслова А.Г., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. 5-е изд., перераб. и доп. - М.Машиностроение-1, 2001. - 944 е., ил.

64. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием/Кобзев А.В., Лебедев Ю.М., Михальченко Г.Я., Семенов В.Д. М.:Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

65. Сулима A.M., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.'.Машиностроение, 1974. - 255 с.

66. Суслов А.Г., Горленко А.О., Захаров А.Е. Конструкторско-технологическое обеспечение долговечности и безотказности изделий. Материалы межд. н.-тех. конф. «Современные проблемы машиноведения», Гомель, 2000 с. 180-182.

67. Суслов А.Г., Захаров А.Е. Нормализованный контроль контактной жесткости обработанных поверхностей деталей. «Контроль. Диагностика», №12. 2000. с. 21-25.

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

69. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение контактной жесткости соединений, М.Наука, 1977. - 102 с.

70. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин, М.Машиностроение, 1987,- 208 с.

71. Тензорезисторы КФ4 и КФ5. Паспорт 502 АЖВ2.782.001 ПС, Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления. -1985. 8 с.

72. Тензорезисторы КФ4 и КФ5. Техническое описание и инструкция понаклейке АЖВ2.782.001 ТО. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления. 1988. - 18 с.

73. Теннер О.Г. Влияние погрешностей изготовления направляющих скольжения на контактную жесткость/УСтанки и инструмент. 1968.№3.С.24-27

74. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве./Дальский A.M., Базров Б.М., Васильев А.С. и др. /Под ред. Дальского A.M. М.:Изд-во МАИ, 2000. 364 с.

75. Универсальный адаптер аналого-цифрового ввода/вывода NVL 03. Техническая документация. «Сигнал». Москва 1991.

76. Физические величины: Справочник. Бабичев А.П., Бабушкина Н А. Братковский А.Н. и др. Под ред. Григорьева Н.С., Мейлиховой Е.З. -М.:Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

77. Хворостухин JI.A., Ильин Н.Н. О контактной жесткости плоских поверхностей после выглаживания. //Вестник машиностроения, 1973, №8, с. 6670.

78. Хворостухин Л.А., Шишкин С.В., Ковалев И.П., Ишмаков Р.А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. — М.Машиностроение, 1988 е.: ил.

79. Чихладзе Г.Е. О влиянии размера детали на сближение в контакте. АН Груз. ССР, 1968, т. 51, №3, 271 с.

80. Якубовский С В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник, М.:Радио и связь, 1990. 624 с.

81. Яценко В.К., Зайцев Г.З., Притченко В.Ф., Ивщенко Л.И. Повышение несущей способности деталей машин алмазным П42 выглаживанием-М.Машиностроение, 1985.-232 е., ил.109

82. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск, 1977. - 254 с.

83. Doebelin, Е.О. 1983. Measurement systems: application and design. 3rd ed. New York: McGraw-Hill.

84. Hisakado Т., Tsukizoe Т., Oshima H. Mechanism of Asperaty Deformation between Two Solids in Contact/Trans. Jap. Soc. Mech. Engrs, 1976. V. 42, N. 359, p. 2196-2206.

85. Hennig, E.M., Cavanagh, P.R., Albert, H.T., and Macmillan, N.H., 1982. A prezoelectric method of measuring the vertical contact stress beneath the human foot. J. Biomed. Eng. 4:213-222.

86. Lonardo P.M. Relationships between the Process Roughness and the Kinematic Roughness in Turned Surfaces/CIRP. 1976. V. 2, p. 455-459.

87. Shavlakadze N., Contact problem of an elastic plane strenghtened by a periodic system of inclusions of variable rigidity. Proc. A. Razmadze Math. Inst. 123(2000), 135-146.

88. БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ