Научный вестник ДГМА 2009 № 01

Подождите немного. Документ загружается.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

При моделировании нарезания удобно заготовку считать неподвижной и рассматри-

вать положения гребёнки в относительном движении по отношению к заготовке. При непод-

вижной заготовке движение гребёнки следует разложить на две составляющие: перемещение

на некоторую величину вдоль средней линии гребёнки и поворот гребёнки на некоторый

угол, соответствующий этому перемещению. Найдём связь между перемещением гребёнки и

углом её поворота в относительном движении. Полному обороту колеса соответствует пере-

мещение инструментальной рейки на величину πmZ. Тогда перемещению рейки на расстоя-

ние ∆S соответствует угол поворота заготовки:

.360⋅

=Δ

Для облегчения построений в процессе моделирования целесообразно задаться вели-

чиной углового шага поворота заготовки, удобной для ввода с клавиатуры, например,

°=Δ 5

. После этого по формуле

360

=Δ mZS

определить соответствующее этому углу

перемещение рейки и на пересечении средней линии рейки с боковой линией зуба рейки по-

строить окружность радиуса ∆S, как это показано на рис. 1.

Первый шаг процесса нарезания выполняется следующим образом. Используя коман-

ду КОПИРОВАТЬ (COPY) объект, включающий профиль гребёнки, её среднюю линию

и вспомогательную окружность, следует переместить

вдоль средней линии на величину ра-

диуса этой окружности. После этого с помощью команды ПОВЕРНУТЬ (ROTATE) этот же

объект следует повернуть на угол ∆φ вокруг оси заготовки. Эти построения следует выпол-

нить достаточное число раз, пока на экране не прорисуется полный профиль зуба, как это

показано на рис. 3.

Рис. 3. Процесс моделирования нарезания одного зуба

После этого, используя команду СТЕРЕТЬ (ERASE), следует стереть все средние ли-

нии гребёнки в её положениях в относительном движении и с помощью команды

ШТРИХОВКА (HATCH) закрасить профиль зуба. Далее, используя команду МАССИВ

(ARRAY) ,можно построить все зубья колеса. Все эти построения приведены на рис. 4.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Далее следует стереть промежуточные положения рейки и окончательно получить

профиль нарезанного колеса.

Таким же образом можно построить профиль сопряжённого колеса и, перемещая по-

лученные изображения на экране, выполнить моделирование зубчатого зацепления.

Рис. 4. Построение всех зубьев колеса

ВЫВОДЫ

Разработанная методика существенно повышает наглядность процесса нарезания зуб-

чатого колеса и точность полученной модели. AutoCAD позволяет с большой точностью из-

мерять любые размеры на колесе и при необходимости сравнивать их с рассчитанными по

аналитическим зависимостям.

Главным достоинством этой методики является возможность использования получен-

ных объектов

для моделирования зубчатого зацепления. При этом с помощью полученной

модели можно наглядно изучать основные закономерности эвольвентного зацепления, на-

пример, характер перемещения точки касания зубьев при вращении колёс, вычисление

с большой точностью коэффициента перекрытия и т. п.

Рассмотренная методика внедрена в учебный процесс, как на лабораторном практи-

куме, так и при

курсовом проектировании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Производство зубчатых колёс / С. Н. Калашников, Г. И. Коган, И. С. Козловский и др. – М. : Маши-

ностроение, 1963. – 684 с.

2. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по теории механизмов и машин с использова-

нием ЭВМ / А. М. Ашавский, В. Ф. Балабанов, А. Я. Вольперт и др. – М. : Машиностроение, 1983. – 160 с.

3. Попов С. А.

Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин / С. А. Попов. – М. :

Высшая школа, 1986. – 295 с.

4. Моделирование на ПЭВМ нарезания зубчатого колеса с помощью инструментальной рейки /

Э. А. Владимиров, Д. А. Белай, В. А. Загудаев, В. А. Процко. – Деп. в ГНТБ Украины № 1657. – Указ 94 от 15.08.94.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ

ПРОВОЛОКОЙ

Гавриш П. А., Трембач И. А.

В ходе исследований выполнены испытания порошковых проволок с повышенными

свойствами износостойкости. Исследовалось 10 вариантов порошковых проволок с различ-

ными соотношениями легирующих компонентов. В качестве основных легирующих компо-

нентов, повышающих износостойкость, выбраны Cr, V, Mn. Результаты испытаний показали,

что их применение позволяет повысить износостойкость наплавленного металла. Была по-

ставлена цель – создать математическую модель влияния этих компонентов на относитель-

ную износостойкость наплавленного слоя. При создании математической модели учитыва-

лось то, что за основу принят симплексно-центроидный план эксперимента и порядок опы-

тов рандомизированный. Получена математическая модель зависимости износостойкости от

введения дополнительных легирующих компонентов в порошковую

проволоку. Обработка

результатов эксперимента и создание математической модели выполнено в программе

Statistica V 6.0.

У ході досліджень виконані випробування порошкових дротів з підвищеними власти-

востями зносостійкості. Досліджувалося 10 варіантів порошкових дротів з різними співвід-

ношеннями легуючих компонентів. В якості основних легуючих компонентів, які підвищу-

ють зносостійкість вибрані Cr, V, Mn. Результати випробувань показали, що їх застосування

дозволяє

підвищити зносостійкість наплавленого металу. Була поставлена мета – створити

математичну модель впливу цих компонентів на відносну зносостійкість наплавленого шару.

При створенні математичної моделі враховувалося те, що за основу прийнятий симплексно-

центроїдний план експерименту і порядок дослідів рандомізованих. Отримана математична

модель залежності зносостійкості від введення додаткових легуючих компонентів у порош-

кову дріт. Обробка результатів експерименту і створення математичної моделі виконано

в програмі Statistica V 6.0.

In research carried out tests of cored wires with high wear resistance properties. Studied 10

variants cored wires with different ratios of alloying components. As the main alloying components

increase durability selected Cr, V, Mn. Test results showed that their use can increase the wear re-

sistance of deposited metal. The target was to create a mathematical model of the influence of these

components on the relative wear resistance of the deposited layer. When you create a mathematical

model takes into account the fact that the basis adopted by the Simplex-tsentroidny ekspermenta

plan and procedure for randomized experiments. A mathematical model of the dependence of wear

resistance of introducing additional alloying components in the powder wire. Processing of the ex-

perimental results and the creation of a mathematical model implemented in the program Statis-

tica V 6.0.

Гавриш П. А. канд. техн. наук, науч. сотрудник кафедры СП ДГМА

sp@dgma.donetsk.ua

Трембач И. А. студент ДГМА

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

УДК 621.791.85.011:546.56:669

Гавриш П. А., Трембач И. А.

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ

ПРОВОЛОКОЙ

Известен наплавленный металл с высокой износостойкостью, в составе которого со-

держится большое количество хрома и углерода (20…30 % Cr, 2,5 … 3,5 % C). Этот состав

близок к эвтектическому составу, при этом предпочтительно иметь твердый раствор эвтек-

тики на основе γ-железа [1]. Основная матрица износостойкости сплава это Fe–Cr–C. Однако

исследования показывают, что добиться существенных результатов повышения износостой-

кости деталей машин

можно при дополнительном легировании сплава ванадием и марган-

цем. Существующие сварочные материалы применяются в машиностроении для наплавки

медных сплавов. Однако они обладают недостатками: высокое содержание серы и фосфора

в наплавленном металле, низкие механические свойства [2].

Выполнены испытания порошковых проволок с повышенными свойствами износо-

стойкости. Результаты испытаний показали, что их применение позволяет

повысить износо-

стойкость наплавленного металла.

Испытания образцов на ударно-абразивное изнашивание оценивалось по величине ко-

эффициента относительной износостойкости, представляющего собой отношение потери

массы эталонного образца к потере массы исследуемого образца с износостойкой наплавкой.

В качестве образца испытывалась сталь 45 отожженная. На рис. 1 приведены результаты ис-

следований.

относительная

износостойкость

12345678910

номер состава порошков ой пров олоки

Рис. 1. Результаты испытаний на износостойкость

Из рис. 1 видно, что составы порошковых проволок № 1, № 4, № 8, № 10 обладают

наибольшими показателями относительной износостойкости.

Исследовалось 10 вариантов порошковых проволок с различными соотношениями ле-

гирующих компонентов. В качестве основных легирующих компонентов, повышающих из-

носостойкость, выбраны Cr, V, Mn.

Экспериментальные данные приведены в табл. 1.

Цель дальнейших исследований – получение математической модели зависимости из-

носостойкости от введения дополнительных легирующих компонентов в порошковую про-

волоку.

Используя метод симплексно-решетчатого планирования эксперимента и выбирая

в качестве основных легирующих добавок Cr, V, Mn, была поставлена цель – создать мате-

матическую модель влияния этих компонентов на относительную износостойкость наплав-

ленного слоя. Обработка результатов эксперимента и создание математической модели вы-

полнено в программе Statistica V 6.0.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Таблица 1

Результаты статистического анализа

Опыт Cr, % V, % Mn, %. И

1 1 0 0 3,01

2 0 1 0 0,49

3 0 0 1 0,22

4 0,5 0,5 0 3,73

5 0,5 0 0,5 2,01

6 0 0,5 0,5 0,64

7 0,33 0,33 0,34 1,84

8 0,50 0,25 0,25 2,92

9 0,1667 0,666 0,1667 2,17

10 0,666 0,1667 0,1667 3,21

При создании математической модели учитывалось то, что за основу принят сим-

плексно-центроидный план эксперимента и порядок опытов рандомизированный. В табл. 2

приведены результаты статистического анализа эксперимента.

Таблица 2

Статистический анализ эксперимента

NOVA; Var.:И (Spreadsheet1)

3 Factor mixture design; Mixture total=1,, 10 Runs

Sequential fit of models of increasing complexity

Model

Effec

Erro

F p R-Sqr R-Sqr

usted

Linear

Quadratic

Special Cubic

Total Adjusted

3,68111 2 1,840556 9,989329 7 1,427047 1,289765 0,333533 0,269275 0,060497

2,37592 3 0,791974 7,613407 4 1,903352 0,416094 0,751393 0,443075 0,000000

0,04269 1 0,042688 7,570719 3 2,523573 0,016916 0,904750 0,446198 0,000000

13,67044 9 1,518938

Выборка объема и выборочная дисперсия вычислены как сумма квадратов отклонений

от выборочного среднего, деленная на n-1 (Объем выборки минус единица), SS (Error) для

нашей модели 7,57071. MS (Effekt) средний квадрат эффекта для нашей модели 0,04268

и компоненты дисперсии, обусловленной внутригрупповым разбросом (называемой средним

квадратом ошибки или MS (Error), для нашей модели 2,52357.

Качество регрессионной модели оценивается с помощью коэффициента детерминации

R-квадрат (R-Sqr), для нашей модели 0,44619 – хорошее.

Выполненный расчет коэффициентов регрессионного уравнения приведен в табл. 3.

Таблица 3

Расчет коэффициентов регрессии

Coeffs (recoded comps); Var.:И; R-sqr=,4462; Adj:0, (Spreadsheet1)

3 Factor mixture design; Mixture total=1,, 10 Runs

DV: И; MS Residual=2,523573

Factor

Coeff. Std.Err. t(3) p -95,%

Cnf.Limt

+95,%

Cnf.Limt

(A) Cr

(B) V

2,88610 1,53566 1,879382 0,156791 -2,001 7,7733

1,74246 1,53566 1,134663 0,338977 -3,145 6,6296

1,98791 1,53566 1,294500 0,286127 -2,899 6,8751

2,01711 7,73020 0,260939 0,811027 -22,584 26,6181

0,70802 7,73020 0,091592 0,932796 -23,893 25,3090

-6,69925 7,73020 -0,866633 0,449899 -31,300 17,9017

6,62824 50,96275 0,130060 0,904750 -155,558 168,8144

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Все коэффициенты модели для всех факторов значимые, рассчитанные статистиче-

ские критерии подтверждают это. Для визуализации математической модели построена по-

верхность отклика рис. 2.

При анализе результатов эксперимента целесообразно рассмотреть контурный график

поверхности отклика рис. 3

Рис. 2. Поверхность отклика Рис. 3. Контурный график

ВЫВОДЫ

1. Создана математическая модель порошковой проволоки для износостойкой наплав-

ки. Математическое описание модели представлено в виде:

И = 2,86610 × Cr + 1,74246 × V + 1,98791 × Mn + 2,01711 × Cr × V + 0,70802 × Cr × Mn +

+ 6,69925 × V × Mn + 6,62824 × Cr × V × Mn.

2. Установлено, что оптимальный состав легирующих компонентов следующий:

Cr – 0,6666 … 1,0 мас. %; V – до 0,1667 мас. %; Mn – 0,1667 мас. %.

Относительная износостойкость при этом 3,01 – 3,73.

3. Целесообразно выполнить математическое моделирование влияния всех компонен-

тов порошковой проволоки на износостойкость.

ЛИТЕРАТУРА

1. Восстановление деталей машин : справочник / Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов,

В. М. Константинов ; под ред. В. П. Иванова. – М. : Машиностроение, 2003. – 672 с.

2. Тимофеев В. Н. Наплавка сплавов меди на стальные поверхности / В. Н. Тимофеев, Н. И. Исаев //

Сварочное производство. – 1969. – № 7. – С. 19–20.

3. Лившиц Л. С. Основы наплавленного

металла / Л. С. Лившиц, Н. А. Гринберг, Э. Г. Куркумелли. – М. :

Машиностроение, 1969. – 280 с.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОРПУСОВ РЕДУКТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

И ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Гущин А. М., Гребенников А. А.

Рассмотрена оценка сравнительной долговечности основных отверстий редукторов

очистных комбайнов, работающих практически в экстремальных условиях, что характерно

для горно-шахтного оборудования. Разработана и научно обоснованна методика оценки

сравнительной долговечности основных отверстий корпусов тяжело-нагруженных техноло-

гических машин, которая показывает разброс ее в 3–4 раза. В результате исследований мате-

матической модели межремонтного периода корпусов угледобывающих комбайнов получе-

ны рекомендации мероприятия конструкторского и технологического характера, позволяю-

щие в значительной степени увеличить срок службы технологических транспортных машин

в целом.

Розглянута оцінка порівняльної довговічності основних отворів редукторів очисних

комбайнів, що працюють практично в екстремальних умовах, що характерний для гірничо-

шахтного устаткування. Розроблена і науково обґрунтована методика оцінки порівняльної

довговічності основних отворів корпусів важко-навантажених технологічних машин, яка по-

казує розкид її в 3–4 рази. В результаті досліджень математичної моделі міжремонтного пе-

ріоду корпусів вуглевидобувних комбайнів, отримані рекомендації заходу конструкторсько-

го і технологічного характеру, що дозволяють в значній мірі збільшити термін служби тех-

нологічних транспортних машин в цілому.

The estimation of comparative longevity of the basic openings of reducing gears of clean-

sing is considered kombay-new, workings practically in extreme terms, that characteristically for

a gorno-mine equipment. Developed and scientifically obosnovanna method of estimation of com-

parative longevity of the basic openings of corps of the heavily-loaded technological machines,

which shows variation of it in 3–4 times. As a result of researches of mathematical model of the

TBO period of corps of ugledobyvayuschikh combines, recommendations are got measures of de-

signer and technological character, allowing largely to increase the term of service of technological

transport machines on the whole.

Гущин А. М. канд. техн. наук, доц. кафедры ТиУП ДГМА

tiup@dgma.donetsk.ua

Гребенников А. А. студент ДГМА

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

УДК 622.232.72.004.69

Гущин А. М., Гребенников А. А.

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОРПУСОВ РЕДУКТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

И ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Развитие украинского машиностроения, выход продукции отечественных предпри-

ятий на международный рынок сегодня немыслим без создания высокопроизводительных

и конкурентоспособных технологических машин.

Создание такого рода оборудования требует интеграции последних достижений науки

и техники в единых технологических комплексах, как правило, дорогостоящих, поэтому во-

просы гарантированного качества наукоемкой продукции становятся, чуть ли не первооче-

редными. Эта проблема становится еще более актуальной в связи со вступлением Украины

в ВТО [1].

Качество продукции – емкое понятие, но безотказность в работе дорогостоящей ма-

шины и её гарантированный срок службы, наряду с производительностью, является приори-

тетами при выборе потенциального партнера по закупке необходимой ему техники заказчи-

ком.

На сегодняшний день, к сожалению, не существует технологических машин, в кото-

рых бы выходили из строя одновременно все её узлы и детали после выработки расчетного

срока службы.

Как правило, в любой технологической машине, а особенно, работающих практически

в экстремальных условиях, что характерно для горно-шахтного оборудования, всегда обна-

руживается «слабое звено», приводящее к отказу машины в целом задолго до её расчетного

срока службы.

Статические данные [2] показывают, что, например, фактический ресурс очистных

комбайнов производства Горловского машиностроительного завода до первого капитального

ремонта составляет 1700–2000 часов вместо 4500–5000 нормативных.

Поэтому выявление и устранение «слабых звеньев», определяющих безотказность

в работе и срок службы технологических машин, особенно работающих в экстремальных ус-

ловиях, что характерно для горно-шахтного и прокатного оборудования, всегда было акту-

альной задачей, а в нынешней конкурентной борьбе за рынки сбыта промышленной продук-

ции – одним из способов для выхода отечественной экономики из кризиса.

Уже более 30 лет назад [2] была разработана и научно обоснованна методика опреде-

ления «слабых звеньев» угледобывающей техники и внедрена на Горловском машинострои-

тельном заводе для оценки сравнительной долговечности основных отверстий редукторов

главного привода очистных комбайнов.

Целью настоящей работы является теоретическое исследование способов увеличения

долговечности корпусов технологических машин и выдача практических рекомендаций кон-

структорам и технологам промышленных предприятий для выпуска конкурентоспособной

продукции.

Корпус редуктора, его основные отверстия, любой технологической машины, опреде-

ляющие взаимное расположение валов и тем самым всех остальных деталей трансмиссии,

оказался деталью лимитирующей срок службы очистного комбайна в целом. Причем не кор-

пус редуктора в целом, а отдельные его рабочие элементы, неравномерный износ которых

приводит, к преждевременным отказам подшипников качения, шестерен и шлицевых соеди-

нений.

Обследование 126 редукторов очистных комбайнов, в разное время поступивших на

Рутченковский рудоремонтный завод показало следующее (рис. 1).

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Рис. 1. Диаграмма отказов деталей трансмиссии очистного комбайна 1К101

На рис. 1 видно, что количество отказов деталей трансмиссии растет от входного (бы-

строходного) вала к выходному (тихоходному), а замеры фактических величин износа ос-

новных отверстий корпусных деталей тех же комбайнов, поступивших в ремонт, колеблется

от 0,5–0,8 мм (рис. 2) на быстроходных валах и до 0,01 мм на выходных [2].

Рис. 2. Последствия износа основных отверстий в горнорудной машине

Дальнейшее исследования [3] позволили установить закономерность изнашивания

основных отверстий одного и того же редуктора и получить математическую модель межре-

монтного периода корпусов угледобывающих комбайнов, которая описывается следующим

выражением:

(

)

5.6

nckb

ffdnpc

××

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅

×=

−

(1)

где k – коэффициент, характеризующий физико-механические свойства материала по-

садочной поверхности основного отверстия корпуса;

V – предельно допустимый объем материала, удаляемый при износе основного отвер-

стия, мм

;

B – ширина подшипника, мм;

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

α – угол контакта подшипника с основным отверстием, рад;

D – диаметр наружного кольца подшипника, мм;

– фактический допуск на изготовление наружного кольца подшипника, мм;

c – коэффициент, зависящий от количества твердых включений в смазке редуктора;

p – реакция в опоре, кгс;

n – частота вращения вала, мин

-1

;

ск

– коэффициент трения скольжения наружного кольца подшипника в основном от-

верстии корпуса редуктора;

– приведенный коэффициент трения подшипника.

Формула, используемая для расчета сравнительной долговечности основных отвер-

стий под подшипники качения валов редуктора, имеет следующий вид (2):

(

)

()

jbjjniji

ibijniii

dnpDB

⋅

⋅⋅⋅+⋅

⋅

(2)

где N – число, показывающее во сколько раз долговечность одного посадочного места

больше долговечности другого в том же корпусе редуктора.

Расчет по формуле (2) дал следующие результаты, рис. 3.

Рис. 3. Диаграмма расчетной сравнительной долговечности посадочных отверстий

корпусов редукторов очистного комбайна 1К101

Совмещение экспериментальных и теоретических исследований (рис. 4) показывает

причину преждевременного выхода из строя очистных комбайнов производства Горловского

машиностроительного завода.

Экспериментальные исследования, выполненные в течение последних лет (2007–2009 гг.)

на редукторах современного прокатного оборудования, показали неутешительные результаты

(рис. 4) в плане, теперь

уже прогнозируемых отказов редукторов прокатного оборудования.

При анализе математической модели межремонтного периода основных отверстий

корпуса редуктора технологической машины установлено, что увеличить срок службы поса-

дочных отверстий под подшипник качения можно, как на стадии проектирования новой ма-

шины, так и на стадии изготовления и ее эксплуатации [2].