К компетенциям - через инноватику

Подождите немного. Документ загружается.

( )

с g

g g

С С

b b

= =

. (10)

Опыт использования демпферов, приведенные в работе математи-

ческие модели, теоретические и экспериментальные исследования

подтверждают эффективность применения демпферов сухого и жид-

костного трения для гашения колебаний валов на рычагах.

Список литературы

1. Вибрация и шум технологических машин и оборудования отраслей лес-

ного комплекса : монография / А. А. Санников, В. Н. Старжинский, Н. В. Ку-

цубина и др. – Екатеринбург : Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2006. – 484 с.

2. Куцубина Н. В. Королев А. В., Крючков Н. А. О возможности приме-

нения демпферов жидкостного трения для уменьшения вибрации валов,

устанавливаемых на рычагах // Деревообработка: технологии, оборудова-

ние, менеджмент XXI века : материалы 3-го Междунар. евраз. симп. – Ека-

теринбург, 2008. – С. 199–204.

А. В. Кузнецова, магистрант;

научный руководитель – д-р техн. наук, проф. Ю. В. Турыгин

Ижевский государственный технический университет

Информационно-измерительная система

для оборудования с ЧПУ

Основной тенденцией развития измерений с учетом все возрас-

тающей роли автоматизации измерительных процессов является пе-

реход к информационно-измерительным средствам измерения и тех-

нологиям, реализующим специфические процедуры:

• получение исходной измерительной информации в результате

взаимодействия первичных измерительных преобразователей (сенсо-

ров) с объектом измерений;

• преобразование измерительной информации с заданной и га-

рантированной точностью;

• сопоставление сигналов измерительной информации с разме-

рами общепринятых единиц измерения, оценка и представление ха-

рактеристик остаточной неопределенности значений измеряемых

величин.

Информационно-измерительная система – совокупность функцио-

нально объединенных средств измерений и других технических уст-

ройств (составляющих ИИС), образующих измерительные каналы, реа-

лизующая процесс измерений и обеспечивающая автоматическое (авто-

матизированное) получение результатов измерений, выражаемое

с помощью чисел или соответствующих им кодов, изменяющихся во

времени и распределенных в пространстве физических величин, харак-

теризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений.

Измерительные каналы могут входить в состав автономных измеритель-

ных систем и более сложных систем контроля, диагностики, распознава-

ния образов, других информационно-измерительных систем, а также

автоматических систем управления технологическими процессами.

В сложных системах целесообразно объединять измерительные каналы

в отдельную подсистему с четко выраженными ее границами как со сто-

роны входа (места подсоединения к объекту измерений), так и со сторо-

ны выхода (места получения результатов измерений).

Рис

. 1. Общая классификация информационно-измерительных систем

Информационно-измерительные системы

По функциональному

назначению

По характеру

взаимодействия

По типу действия

По характеру

информации

По сфере применения

По степени

автоматизации

Система распознавания образов

Си

Система техничес кой диагностики

Система С

Система автоматического контроля

Пассивн ые

Активные

Последовательные

Параллельные

Ручные

Автоматизированные

Автоматические

Информационно-

поисковые

Информационно-

решающие

Интегрированные

Организационного управления

Управления технологическим

процессом

Система автоматизированного

проектирования

Советующие

Управляющие

В современной металлообрабатывающей промышленности широко

используются автоматизированные, оснащенные системами программ-

ного управления, станочные комплексы. Для организации и управления

процессом производства необходима различная информация.

Информация может быть представлена в различных видах и ото-

бражена на различных носителях. Информация о детали, подлежащей

изготовлению, обычно представляется в виде чертежа. Технологиче-

ская информация для станка предоставляется управляющей програм-

мой для устройства ЧПУ. Помимо разработанной заранее информа-

ции необходима еще текущая информация о ходе процесса: получае-

мых размерах детали, износе инструментов, работоспособности

станков. Текущая информация о состоянии процесса собирается

с помощью различных измерительных средств и датчиков. Не распо-

лагая необходимой информацией, невозможно управлять процессом.

При использовании оборудования с ЧПУ необходимо не только под-

робно указать все параметры обработки, такие как режимы резания,

траекторию перемещения инструментов и т. п., но и представить эту

информацию в виде программы, пригодной для ввода в конкретную

систему ЧПУ станка. Информационно-измерительная система явля-

ется неотъемлемой частью оборудования с ЧПУ. ИИС необходима

для контроля исполнения программ, диагностики работы системы

ЧПУ, контроля размеров инструмента и детали, диагностики состоя-

ния оборудования.

Оборудование с ЧПУ является сложным технологическим ком-

плексом, включающим непосредственно станок и устройство ЧПУ.

При работе станка с ЧПУ происходит взаимодействие большого чис-

ла механических, гидравлических, пневматических и электронных

устройств и элементов, от правильного и надежного функционирова-

ния которых зависит точность выполнения заданной программы ме-

ханической обработки деталей. При этом важно не только обеспечить

безотказное функционирование станка с ЧПУ с точки зрения выхода

из строя его отдельных механизмов и блоков, но и обеспечить задан-

ную технологическую надежность, т. е. выполнение станком с ЧПУ

технологических операций с показателями качества и производи-

тельностью, установленными нормативно-технической документаци-

ей. Изменение точности станка с ЧПУ в процессе эксплуатации, про-

исходящее под действием различных вредных процессов и внешних

воздействий, обусловливается появлением допустимых и недопусти-

мых повреждений как в станке, так и в устройстве. Станки с ЧПУ

позволяют проводить коррекцию процесса обработки деталей. Про-

водится коррекция на основе априорной информации о погрешностях

станка с ЧПУ или всей технологической системы, полученной анали-

тическими расчетами или экспериментальными исследованиями. Кор-

рекция осуществляется с помощью постоянно действующих программ,

заложенных в память устройства ЧПУ. Причем такие возможности

позволяют не только повысить начальную точность станка с ЧПУ, но

и путем периодического измерения меняющихся погрешностей станка

и их коррекции в памяти устройства ЧПУ поддерживать точность

станка в заданном пределе в процессе эксплуатации. Коррекция может

выполняться программой управления или в процессе эксплуатации

редактированием программы управления, находящейся в памяти сис-

темы ЧПУ; путем программного ввода коррекций с пульта устройства

ЧПУ (радиуса, длины и положения инструмента и др.). При автомати-

зации производства количество необходимой для производственного

процесса информации резко возрастает.

Современные системы ЧПУ позволяют проводить диагностику

технического состояния станка и устройства ЧПУ, обеспечивают опе-

ративную выдачу информации о возникающих неисправностях,

а также позволяют прогнозировать состояние как отдельных меха-

низмов и блоков, так и станков с ЧПУ в целом с выдачей информа-

ции для проведения необходимых мероприятий по техническому об-

служиванию и ремонту. Информационно-измерительная система

оборудования с ЧПУ оснащена встроенными датчиками положения

и перемещения, устройствами отсчета перемещений, путевыми вы-

ключателями, а также другими датчиками, необходимыми для полу-

чения нужной информации. Информационно-измерительная система

для оборудования с ЧПУ позволяет выполнять коррекцию непосред-

ственно во время обработки детали. Для автоматической передачи

информации используют различные каналы связи: проводные, опти-

ческие, индуктивные, акустические, электромагнитные. Информацию

можно передавать и механическим путем на различных носителях.

Для автоматического преобразования и использования информации

применяют ЭВМ, устройства ЧПУ, программируемые контроллеры,

различные устройства ввода и вывода информации и другие средства.

Для автоматической передачи информации используют различные

каналы связи: проводные, оптические, индуктивные, акустические,

электромагнитные. Для автоматического преобразования и использо-

вания информации применяют ЭВМ, устройства ЧПУ, программи-

руемые контроллеры, различные устройства ввода и вывода инфор-

мации и другие средства.

Существует множество методов контроля инструмента и детали,

далее представлена классификация данных методов.

Одним из наиболее известных косвенных способов контроля со-

стояния режущего инструмента является способ, основанный на из-

мерении сил резания и крутящего момента. Сила резания является

наиболее информативным параметром, характеризующим непосред-

ственно взаимодействие режущего инструмента и детали. Возраста-

ние составляющих сил резания происходит с ростом фаски износа

инструмента по задней грани. Если измерять степень затупления рез-

ца шириной фаски износа по задней грани, то все составляющие силы

резания растут. Проведенные в отделе высоких технологий экспери-

ментальные исследования высокоскоростного сверления позволили

выявить, что с изменением износа режущего инструмента изменяется

сила резания, что приводит к изменению крутящего момента в про-

цессе резания.

Рис. 2. Классификация методов контроля инструмента и детали

Поэтому регистрация крутящего момента может служить пара-

метром, по которому можно оценить износ, поломку или целостность

инструмента.

Силоизмери-

тельный

контроль

Прямой контроль

инструмента и детали

Контроль

Геометрии

Инструмента

и детали

Контроль

состояния

зоны резания

Виброконтроль

1. Лазерный

2. Электромехани-

ческий

3. Ультразвуковой

4. Пневматический

5. Оптико-

телевизионный

6. Телевизионный

7. Радиоактивный

1. Сил резания

2. Момента и

мощности на

валу двигателя

1. Момента ка-

сания

2. Виброакусти-

ческий

3. Акустической

эмиссии

1. Омического

сопротивления

2. Контактного

сопротивления

3. Термо-ЭДС

4. Температуры

Косвенный контроль

инструмента и детали

Список литературы

1. Баранчикова В. И. Прогрессивные режущие инструменты и режимы ре-

зания металлов : справ. – М. : Машиностроение, 1990. – С. 227–229.

2. Грановский Г. И., Грановский Б. Г. Резание металлов. – М. : Высш. шк.,

1985. – С. 195–209.

3. Маркарьян Ю. А. Мониторинг процесса глубокого сверления // Совре-

менные проблемы машиноведения и высоких технологий : Междунар. науч.-

техн. конф. – Ростов н/Д : Издат. центр ДГТУ, 2005. – Т. 3. – С. 56–59.

4. Фещенко В. Н., Махмутов Р. Х. Токарная обработка. – М. : Высш. шк.

1990. – С. 154–172.

5. Фрайден Дж. Современные датчики : справ. – М. : Техносфера, 2005. –

С. 330–331.

Е. В. Кулиш, аспирант;

научные руководители – д-р техн. наук, проф. Ю. В. Турыгин;

д-р техн. наук, проф. А. В. Щенятский

Ижевский государственный технический университет

Исследование напряженно-деформированного состояния

прессовых полисоединений с разрезной промежуточной втулкой

В конструкциях современных машин и механизмов обширное

применение получили соединения с гарантированным натягом благо-

даря возможности восприятия и передачи произвольно направленных

высоких по величине нагрузок. Особый класс соединений с гаранти-

рованным натягом составляют прессовые полисоединения (ППС)

с разрезной втулкой, имеющие три детали в контакте, где промежу-

точная деталь имеет сплошной разрез. Такой тип соединений с натя-

гом имеет широкое распространение в машиностроении ввиду ряда

существенных преимуществ. Однако широкому применению полисо-

единений с разрезной втулкой препятствуют отсутствие доступных

методик расчета их напряженно-деформированного состояния (НДС)

и нагрузочной способности (НС).

К исследованию принята модель полисоединения с разрезной

втулкой, представленная на рис. 1, образованная радиальной посад-

кой с натягом трех стальных деталей. Особенностью решаемой зада-

чи полисоединения является то, что сборка не имеет сплошных зон

сопряжения деталей.

Цель исследования предполагает проведение комплексного теоре-

тического и экспериментального исследования прессовых полисо-

единений в зависимости от конструктивных параметров. Для дости-

жения поставленной цели решены следующие задачи:

• исследование напряженно-деформированного состояния дета-

лей прессовых полисоединений на основе решения многоконтактной

задачи [1];

• разработка методики расчета прессовых полисоединений [2, 3];

• экспериментальная проверка разработанных теоретических мето-

дов расчета [4].

Рис. 1. Схема прессового полисоединения с разрезной втулкой: 1 – охва-

тываемая деталь (вал); 2 – промежуточная деталь (разрезная втулка); 3 – ох-

ватывающая деталь (ступица);

– диаметр посадки 1;

– средний диа-

метр посадки 2;

– наружный диаметр охватывающей детали;

1 2

p p

–

контактные давления соответствующих посадок

Разработанная методика расчета реализована в определении на-

пряженно-деформированного состояния образцов прессовых полисо-

единений с разрезной промежуточной втулкой. Для конечно-

элементного расчета ППС с разрезной втулкой принята объемная

модель с десятиузловыми элементами. Геометрическая модель по-

зволяет имитировать фаски деталей и центрирующие отверстия вала,

соответствующие образцам, принятым в натурном эксперименте.

Ширина зазора разрезной втулки принята равной 3 мм. В табл. 1

представлены исходные данные для расчета. Все детали имеют оди-

наковые физико-механические свойства материала: коэффициент

Пуассона µ = 0,3, модуль упругости

2,1 10

E = ⋅

Па. Разность диамет-

ров деталей в посадках составляет N1 = 0,05 мм и N1 = 0,1 мм. Угол

конусной посадки α = 0,05.

Таблица 1. Исходные данные для моделирования прессового

полисоединения

№ детали

Внутренний

диаметр, мм

Наружный

диаметр, мм

Длина, мм

28,05

/50

3в

/50

Условие сборки полисоединения: на первом этапе – запрессовка

соединения «вал – втулка» по цилиндрической посадке; на втором

этапе – запрессовка сборки «вал – втулка» со ступицей по кониче-

ской посадке. По итогам расчета определены контактные давления

в двух посадках полисоединения и параметры напряженно-

деформированного состояния деталей (радиальные и тангенциаль-

ные напряжения).

На рис. 2 представлен пример построения полей эквивалентных

напряжений с использованием возможностей аппарата МКЭ. Дан-

ные для объемной модели указывают на то, что значения контакт-

ных давлений в посадках соответствуют начальным величинам для

двух различных соединений, где разрезная промежуточная втулка

не является элементом, влекущим мультиплицирование значений

давлений, однако происходит незначительное перераспределение

значений в сторону выравнивания.

Рис. 2. Эквивалентные напряжения в полисоединении

с разрезной втулкой (расчет МКЭ), МПа

На рис. 3, а и 3, б представлены эпюры напряжений в сечении

с наибольшей окружной податливостью промежуточной разрезной

втулки (максимальные значения) и средних напряжений, рассчитан-

ных для фронтального к разрезу сечения полисоединения. Выявлено,

что в полисоединении с разрезной втулкой распределение напряже-

ний в деталях, а соответственно контактных давлений вдоль посадок

характеризуется неравномерностью, обуславливающей низкую на-

дежность конструкции при высоких нагрузках.

Результаты теоретических исследований полисоединений с раз-

резной втулкой подтверждены в рамках натурных испытаний. Вы-

полнена серия эксперимента, позволившая оценить влияние конст-

руктивных параметров на нагрузочную способность (сопротивление

осевому сдвигу) полисоединения, собранного методом продольной

запрессовки. Для рациональной организации эксперимента выполне-

но его планирование. В табл. 2 представлена матрица планирования

эксперимента.

Рис. 3. Эпюры напряжений в деталях полисоединения с разрезной втулкой

(расчет МКЭ), МПа: а – максимальные; б – средние

Таблица 2. Матрица планирования эксперимента с разрезной втулкой

№ опыта Х0 X1 (N2, мкм) X2 (D2, мм) Y

1 + – (100) – (36)

2 + – (100) + (50)

3 + + (200) – (36)

4 + + (200) + (50)

Для эксперимента приняты варьируемые факторы (относительные

величины к диаметру посадки вал – втулка): натяг в посадке втулка –

ступица

→ , диаметр посадки втулка – ступица

→ .

Контактные давления в рамках натурного эксперимента определялись

косвенно через измеренные усилия распрессовки

dis

посадки вал –

втулка по формуле

1 2

dis

D l f

π⋅ ⋅ ⋅

, (1)

где

dis

– коэффициент трения в посадке, принятый равным 0,15.

По результатам обработки данных серии натурного эксперимента

с разрезной втулкой (для 5 %-го уровня значимости, однородность

дисперсий по критерию Кохрена

таб

(4,1) 0,91 0,52

G G

= > =

; значи-

мость коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента

80,7

t =

42,3

8,2

, при

кр

(2) 4,3

; адекватность уравнения по кри-

терию Фишера

кр

(1;4) 7,7 7,0

F F

= > =

) запишем математическую

модель в натуральных координатах:

2 2

н 2 2н

1 1 1 1

95,0 21167,8 46,6 5820,1

N d N d

D D D D

=− + + − . (2)

В соответствии с графиками делаем вывод о том, что на нагрузоч-

ную способность полисоединения с разрезной промежуточной втул-

кой существенное влияние оказывают оба варьируемые фактора.

Список литературы

1. Кулиш Е. В., Турыгин Ю. В. Методика расчета прессовых полисоедине-

ний // Вестн. машиностроения. – 2007. – № 9. – С. 9–11. – ISSN 0042-4633.

2. Кулиш Е. В., Турыгин Ю. В., Мага Д. Решение контактной задачи прес-

совых полисоединений // Сборка в машиностроении и приборостроении. –

2008. – № 1. – С. 33–41. – ISSN 0202-3350.

3. Kulish, E. System of full-scale study for press-fit polyjoints // Special

technology 2008 : 2nd Intern. Sci. Conf. on Spec. Technology, Bratislava, 29th

Apr., 2008. – P. 173–176. – ISBN 978-80-8075-324-5.