Введение к работе
Актуальность темы. Проектирование современных узлов техники связано с повышением требований по прочности и технологичности. Одним из видов соединений деталей в узлах изделий являются соединения с натягом, которые могут выдерживать значительные рабочие нагрузки при небольших габаритах. Это обуславливает их широкое применение в различных узлах и механизмах. Обеспечение требуемых прочностных характеристик соединений с натягом зависит не только от выбора посадки в соединении, физико-механических свойств материала деталей, их геометрических размеров, вида сборки, но и от шероховатости обработанной поверхности, изменение которой возможно при управлении процессом механической обработки. Для этого необходимо знать влияние различных факторов процесса резания на характеристики качества поверхностного слоя, иметь обобщённые аналитические зависимости между характеристиками качества поверхностного слоя, технологическими параметрами процесса механической обработки и величиной расчетного натяга в соединении.
В настоящее время расчет соединений с натягом ведётся по классическим формулам с помощью большого количества справочных данных. В расчетах используются средние экспериментальные значения коэффициентов трения, которые зависят от параметров шероховатости контактных поверхностей. При сборке соединений с термовоздействием влияние параметров шероховатости сопрягаемых поверхностей не учитывается. При сборке методом продольной запрессовки из параметров качества поверхностного слоя деталей учитывается лишь параметр Rz. В литературе приводятся различные неоднозначные рекомендации по назначению параметров шероховатости с заданным натягом в соединении. Неоднозначно определяются посадки при выполнении таких соединений. Учет влияния комплекса параметров шероховатости на величину расчетного натяга и коэффициентов трения позволит более качественно осуществлять прочностной расчет соединений с натягом. Выполнение процесса механической обработки по заданным параметрам качества поверхностного слоя детали позволит обеспечить требуемые характеристики изделия. Использование программного автоматизированного расчета на ЭВМ сократит время на проектирование соединений с натягом.
Цель работы. Обеспечение требуемых значений расчётного натяга в прессовых соединениях деталей машин, собранных различными методами, за счет управления технологическими условиями обработки сопрягаемых поверхностей.
Для достижения цели в работе решались следующие задачи:
1. На основе анализа работ по теме диссертации выявить основные
технологические способы обеспечения надежности соединений с натягом, их связь с расчетным определением величины натяга сопрягаемых поверхностей.
2. Определить зависимость величины натяга в соединении от
технологических условий обработки сопрягаемых поверхностей деталей с
учетом выполняемых функциональных требований, материала деталей и
способа сборки соединения.
3. Разработать методику обеспечения качества соединений с натягом с
учетом обоснованного назначения технологических условий обработки
сопрягаемых поверхностей.
4. Провести экспериментальную проверку адекватности назначения
технологических условий обработки и сопоставление расчетных данных
эксплуатационных свойств неразборных соединений с натягом с данными
экспериментальных исследований.
Научная новизна состоит в получении расчетных зависимостей для определения величины натяга с учетом параметров шероховатости и технологических условий обработки, а также алгоритмов для её реализации, а именно:
1. Для численного определения нагрузочной способности соединения с
натягом установлены зависимости расчетного натяга от параметров
шероховатости и технологических условий обработки сопрягаемых
поверхностей деталей, учитывающие метод сборки.
2. Разработан алгоритм определения номинального натяга и посадки в
соединении, обеспечивающий требуемую прочность, в зависимости от вида
сборки и технологических условий обработки сопрягаемых поверхностей
деталей.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке зависимостей, связывающих величину расчетного и номинального натягов с параметрами шероховатости контактных поверхностей и технологическими условиями их обработки для различных методов сборки.
Практическая ценность работы заключается в создании методики определения условий обработки поверхностей деталей при сборке соединения с натягом, позволяющей решить задачу по определению нагрузочной способности прессового соединения при различных способах сборки деталей, с учетом параметров шероховатости контактных поверхностей. Это даёт возможность обоснованно назначить посадку в соединении на стадии проектирования изделия. Разработанная компьютерная программа по автоматизированному расчету параметров соединения с натягом повышает эффективность и сокращает время на разработку конструкторско-технологической документации.
Общая методика исследований. Работа базируется на научных основах теории контактирования твердых тел, технологии машиностроения, технологического обеспечения параметров качества поверхностного слоя, а также экспериментальных методах исследования влияния параметров качества поверхностного слоя деталей после механической обработки на величину прочности соединений с натягом. При проведении исследований использовались фундаментальные положения физики твердого тела, технологии машиностроения и обработки материалов резанием. Анализ и обработка экспериментальных данных и проверка параметров качества математических зависимостей производились с использованием программных продуктов Mathsoft Mathcad, Microsoft Office Excel.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математические зависимости расчетного натяга от параметров шероховатости и технологических условий обработки контактных поверхностей при различных методах сборки.
Методика расчетного определения условий обработки поверхностей деталей при сборке соединений с натягом
Достоверность полученных результатов и выводов основана на использовании в диссертационной работе известных теоретических закономерностей. Предлагаемые в работе теоретические зависимости подтверждаются результатами экспериментальных исследований, выполненных автором и другими исследователями. Эксперименты проводились на универсальной метрологически поверенной разрывной машине ИР 5047-50.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
64-я Региональная научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием, Ярославль, 2011 г.; «Международные Колмогоровские чтения-IX», Ярославль, 2011 г.; XXXVIII Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения», Москва, 2012г.; Четвёртая международная научно-техническая конференция «Нукоёмкие технологии в машиностроении авиадвигателестроении (ТМ-2012)», Рыбинск, 2012 г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий», Уфа, 2013.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ в различных журналах и сборниках научных трудов, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и получено 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка использованных источников, приложений. Объем работы - 143 страницы машинописного текста, включающего 44 рисунка, 30 таблиц, список использованных источников из 86 наименований.
