Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Разработка нового или модернизация существующего оборудования не может проходить без принятия конструкторских решений, направленных на улучшение функциональных показателей оборудования.
Направляющие, по которым перемещаются подвижные узлы станков, машин, механизмов, измерительных приборов, роботов и других устройств, являются одним из основных элементов конструкции, и в значительной мере определяют их возможности и технический уровень.
Направляющие модульного типа в настоящее время являются самыми прогрессивными представителями узлов для реализации перемещения, как по прямой, так и по криволинейной траектории. Они обладают высокими технологическими характеристиками, имеют приемлемую стоимость, их производство освоено крупнейшими мировыми производителями. Надежность и простота использования модульных направляющих позволяет применять их не только в машиностроении, но и в любых областях техники, как независимый механический элемент.
Таким образом, разработка научно обоснованной методики расчета направляющих качения модульного типа для проектирования приводов подачи металлорежущих станков, является актуальной научной задачей.
Цель работы. Повышение качества металлообрабатывающих станков за счет рациональных конструкторских решений при разработке и модернизации оборудования, опирающихся на научно обоснованную методику и средства расчета модульных направляющих качения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Построить математическую модель упругой системы «рельс - танкетка» направляющих модульного типа с 4 рядами тел качения.
-
Провести комплекс исследований упругих перемещений танкетки при действии различных видов внешних нагрузок, включающий в себя натурные и вычислительные эксперименты.
-
Для проведения натурных исследований разработать методику эксперимента и спроектировать измерительный стенд.
4. Проанализировать поведение направляющих модульного типа при действии комбинированных нагрузок различных видов и дать рекомендации по их рациональному применению в металлорежущих станках.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием теории упругости контактных взаимодействий, методов механики, линейной алгебры, математического аппарата теорий матриц, метода конечных элементов. Для получения решения совокупности нелинейных уравнений был применен итерационный метод Ньютона-Рафсона. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на разработанном экспериментальном стенде с использованием модульных направляющих ведущих мировых производителей (фирмы «ТНК» (Япония), «Schaeffler KG» (торговая марка «INA») и «Bosch Rexroth» (Германия)).
Научная новизна работы заключается в:
нелинейной математической модели упругой системы «рельс - танкетка» модульных направляющих качения, учитывающей перемещения, вызванные упругими деформациями тел и дорожек качения, и распределение между шариками комбинированных внешних нагрузок.
закономерностях поведения упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения с 4 рядами шариков, обусловленных наличием в ней внутренних связей.
аналитической упрощенной модели упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения, раскрывающей причины возникновения связей и позволяющей оценить степень влияния на них отдельных параметров конструкции.
конечно-элементной модели упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения, учитывающей упругие деформаций тел и дорожек качения и собственные деформации рельса и танкетки, предназначенной для моделирования направляющих станка и сопрягаемых с ними деталей несущей системы.
Практическая ценность заключается:
в методике расчета модульных направляющих качения, с учетом сопрягаемых с ними деталей несущей системы станка и необходимом для ее реализации программном обеспечении.
- в рекомендациях по выбору направляющих качения модульного типа для зубофрезерного станка модели 5320Ф4 на основе баланса упругих деформаций и оценке вклада модульных направляющих в относительные перемещения инструмента и заготовки.
Реализация результатов работы. Работа выполнялась в МГТУ «СТАНКИН» в рамках госбюджетного контракта (№2 гос.рег. 01200804876) и государственного контракта с Министерством промышленности и торговли РФ (№ 10411.1003702.05.004/01 от 31.03.2010 г.: «Создание гаммы вертикально- зубофрезерных станков для изготовления цилиндрических колёс, максимальным диаметром обработки 0200...01250 мм», шифр «Шестерня».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на XVIII международной Интернет-конференции молодых ученых МИКУМС-2006; на XII Научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно- научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» 2009; на XXII Международной конференции молодых ученых МИКУМС- 2010; на Международной конференции "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" Севастополь 2010; на Всероссийской конференции «Современные технические средства диагностики металлорежущих станков» МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011; на VII Международной научно-технической конференции "Проблемы исследования и проектирования машин" Пенза, 2011.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 публикаций в трудах международных конференций, 2 авторских свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы из 104 наименований. Содержит 84 рисунка и 21 таблицу. Общий объем работы 152 страницы.
