Введение к работе
Актуальность работы. Винтовые пары трения скольжения используется для преобразования движения из вращательного в поступательное с высокой точностью при стесненных габаритах и существенной осевой нагрузке. Основными областями техники, где применяются винтовые пары трения скольжения, являются: авиастроение (механизмы управления закрылками, стабилизаторами и т.д.), производство заготовок (прокатные станы, прессы), техника для проведения испытаний (стенды, подъемники), технологические машины различного назначения.
Основной недостаток винтовых передач трения скольжения - повышенный износ винтовых поверхностей ходовых гаек, расчетная оценка которого позволяет предупредить различные негативные явления, начиная с брака продукции от потери точности исполнительным органом технологического оборудования до авиакатастрофы, и снизить себестоимость обслуживания машин. Разработка новых и модернизация существующих методов обработки внутренних винтовых поверхностей, повышающих износостойкость ходовых гаек, позволяет повысить надежность узлов машин с винтовыми парами скольжения.
Для оценки эффективности применения методов, повышающих износостойкость винтовых поверхностей на стадии технологической подготовки производства, необходим теоретический метод расчета винтовых поверхностей на износ, позволяющий оценить влияние различных факторов на износостойкость ходовой гайки на стадии проектирования винтовой передачи. Существующие методы расчета внутренних винтовых поверхностей на износ либо являются экспериментальными, либо не учитывают такие важные факторы, как параметры качества винтовой поверхности гайки, режим трения, температурные напряжения от трения, неравномерность износа витков.
В то же время анализ работ, в которых технологически достигалось повышение износостойкости внутренних винтовых поверхностей показывает, что в этих целях достаточно разработаны только методы раскатывания и комбинированной режуще-деформирующей обработки резьб, которые экономически целесообразны для узкого диапазона типоразмеров резьб ходовых гаек, применяющихся в силовых механизмах. Кроме того, отсутствует четкая методика выбора методов повышения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек, в зависимости от их размеров и функционального назначения.
Поэтому разработка методов обеспечения и повышения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек с учетом их функционального назначения и методики их выбора в комплексе с методом расчетной оценки износостойкости внутренних винтовых поверхностей открывает новые возможности повышения качества и снижения себестоимости этих ответственных деталей машин при проектировании и изготовлении, что является актуальной задачей современного машиностроения.
Цель работы: технологическое обеспечение и повышение износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек трения скольжения с учетом их функционального назначения.
Задачи работы:
-
Получить теоретическую зависимость интенсивности изнашивания винтовой поверхности ходовой гайки трения скольжения от условий работы, геометрии гайки, ее материала и качества поверхности на основе современных представлений о физической картине взаимодействия винтовых поверхностей в различных типах механизмов. Экспериментально проверить полученную зависимость.
-
Модернизировать экспериментальную установку для исследования изнашивания винтовых механизмов трения скольжения в целях обеспечения возможности исследования коэффициента трения и износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек различного функционального назначения.
-
На основе анализа влияния параметров качества поверхностного слоя внутренней винтовой поверхности скольжения на ее износостойкость, разработать универсальный финишный метод обработки, позволяющий повышать износостойкость винтовой поверхности ходовых гаек скольжения на определенную величину с широкими технологическими возможностями. Разработать теоретические зависимости, связывающие режимы обработки и параметры качества винтовых поверхностей. Экспериментально проверить данные зависимости.
-
На основе анализа модели изнашивания внутренней винтовой поверхности скольжения определить дополнительные технологические воздействия, позволяющие усовершенствовать известные методы их обработки в целях повышения износостойкости.
-
Создать общую методику технологического обеспечения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек трения скольжения с учетом функционального назначения винтового механизма.
Объект исследования: винтовые поверхности ходовых гаек трения скольжения.
Предмет исследования: процесс изнашивания винтовых поверхностей ходовых гаек скольжения и методы технологического обеспечения и повышения их износостойкости.
Методика исследований: Теоретические исследования в области изнашивания винтовых поверхностей ходовых гаек трения скольжения базируются на усталостной теории изнашивания И.В. Крагельского, положениях механики деформируемого твердого тела, инженерии поверхности, методах дифференциального и интегрального исчисления, численных методах.
Теоретические исследования в области технологического обеспечения и повышения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек скольжения базируются на положениях механики деформируемого твердого тела, теориях отделочно-упрочняющей обработки, инженерии поверхности, научных основах технологии машиностроения, аналитической геометрии, методах дифференциального и интегрального исчисления, численных методах.
При проведении экспериментов были использованы методы планирования. Анализ результатов экспериментальных исследований выполнен с использованием методов математической статистики и алгоритмов фильтрации сигналов.
Научная новизна по специальности 05.02.07 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»:
впервые получены теоретические зависимости, связывающие параметры качества винтовой поверхности ходовой гайки трения скольжения и параметры отделочно-упрочняющей обработки ППД однороликовым инструментом.
установлено определяющее влияние фактического контактного давления при ОУО ППД на интенсивность изнашивания винтовой поверхности ходовой гайки, что позволило разработать способ выравнивания интенсивностей изнашивания по виткам ходовой гайки за счет закономерного изменения качества винтовой поверхности.
Научная новизна по специальности 05.02.04 «Трение и износ в машинах»:
впервые в теоретической зависимости для определения интенсивности изнашивания винтовой поверхности ходовой гайки трения скольжения, полученной на основе усталостной теории изнашивания И.В. Крагельского, комплексно учтены качество внутренней винтовой поверхности, нелинейность силовых и температурных напряжений и деформаций в винтовом сопряжении, обусловленная статической неопределимостью системы, перераспределение нагрузки по виткам гайки в процессе приработки.
разработано подвижное резьбовое соединение с переменным средним диаметром винтовой поверхности ходовой гайки, обеспечивающее равномерное распределение контактных давлений по виткам при односторонней нагрузке, а также рациональные с точки зрения симметрии износа распределения контактных давлений по виткам при реверсивной нагрузке с различным соотношением прямой и обратной нагрузок. Получен патент РФ на изобретение.
Автор защищает:
математические модели определения распределений контактных давлений с учетом особенностей работы винтовых механизмов, температурных напряжений, сил трения по виткам ходовой гайки.
теоретическую зависимость для определения начальной интенсивности изнашивания витков ходовой гайки в период приработки и математическую модель изнашивания витков с учетом перераспределения нагрузок на них.
методику расчетного определения износостойкости винтовой поверхности ходовой гайки с учетом функционального назначения винтового механизма.
метод отделочно-упрочняющей обработки внутренней винтовой поверхности пластическим деформированием по схеме с однороликовым нецентральным инструментом с постоянным или закономерным изменением качества поверхности.
теоретические и экспериментальные зависимости, связывающие параметры качества внутренней винтовой поверхности и режимы отделочно-упрочняющей обработки ППД.
математическую модель ОУО ППД с закономерным изменением качества винтовой поверхности.
методику технологического обеспечения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек трения скольжения с учетом функционального назначения винтового механизма.
Практическая ценность:
разработана методика расчетного определения износостойкости винтовой поверхности ходовой гайки с учетом функционального назначения винтового механизма.
модернизирована установка для исследования трения и изнашивания в винтовых механизмах скольжения.
разработана конструкция инструмента для реализации метода ОУО ППД внутренней винтовой поверхности по схеме с однороликовым несоосным инструментом.
разработана научно обоснованная методика технологического обеспечения износостойкости винтовых поверхностей ходовых гаек скольжения с учетом их функционального назначения.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: 3-ей Международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011) (г. Брянск, 2011 г); Международной научно- практической конференции «Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование -наука - инновационная деятельность» (г. Москва, 2011 г.); 4-ой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2011 г.); XXIII Международной Инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов МИКМУС-2011 (г. Москва, 2011 г.); IV
Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении» (г. Рыбинск, 2012 г.); II Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении» (г. Москва, 2012 г.); Научном семинаре по трению и износу в машинах им. М.М. Хрущова (г. Москва, 2013
г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации материалов диссертационных исследований, получено 2 патента РФ на изобретение и 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных результатов и выводов по работе, списка литературы из 101 наименования. Работа содержит 196 страниц, в том числе 71 рисунок и 8 таблиц.
