Введение к работе
Актуальность темы. В существующих условиях конкуренции на рынке подшипников качения становится важным обеспечение производства изделий высокого качества с новыми потребительскими свойствами и пониженными производственными затратами. Это возможно на основе эффективного использования накопленного в России мощного научного потенциала, внедрения в производство новых эффективных наукоемких технологий, создания разработок в области совершенствования конструкций машин и механизмов.
Среди большого разнообразия на рынке конструкций подшипников качения большую долю составляют упорные подшипники, упорные подшипники в большом количестве используются в различных узлах автомобилей - передняя стойка, коробка передач, узел сцепления и др., в тракторах, комбайнах, самолетах, разнообразной бытовой технике. К числу проблемных подшипников, например, относится упорно-радиальный подшипник верхней опоры передней стойки легковых отечественных автомобилей «Калина», «Приора», «Гранта», а также автомобилей зарубежных моделей: «Renault», «Nissan», Ford, Volkswagen и многих других. Отечественные упорные подшипники не обеспечивают требуемый ресурс работы, очень велика стоимость этих подшипников.
В области изготовления этих и других подшипников в последнее время достигнуты большие успехи. Для изготовления деталей подшипников используются высококачественные стали, широко применяются станки с программным управлением, используется эффективный режущий инструмент и т.д. Однако основным недостатком современного подшипникового производства остается низкий коэффициент использования материалов, так как значительная часть металла (более 50%) при обработке заготовок удаляется в стружку. В связи с этим существующая технология и известные способы производства деталей подшипников все еще малоэффективны, их изготовление сопровождается высокими материальными и трудовыми затратами, что приводит к высокой стоимости этих подшипников. Поэтому тема работы по совершенствованию технологии изготовления деталей подшипников, созданию малоотходных и безотходных методов производства является актуальной.
Целью данной работы является повышение эффективности производства упорных подшипников качения на основе разработки малоотходной технологии изготовления их колец из металлической ленты.
Методы и средства исследований. Построение математической модели процесса формирования опорных колец подшипников из металлической ленты осуществлялось с применением методов технологии машиностроения и сопротивления материалов. Для моделирования динамических свойств деталей использовался программный продукт Solid Works Simulation Xpress 3D. Экспериментальные исследования проводились на основе методов математической статистики и теории планирования экспериментов. В качестве средств исследования использовались современное оборудование и приборы ОАО «Алмаз».
Научная новизна работы:
1. Выполнен системный анализ безотходных и малоотходных методов изготовления деталей машин и приборов, обоснован способ изготовления колец упорных подшипников из металлической ленты путем навивки ленты в рулон, обеспечивающий существенную экономию материала и других производственных ресурсов при его использовании. Описаны критерии, определяющие прочностные показатели колец упорных подшипников в процессе их изготовления из металлической ленты методом навивки.
2. Разработана математическая модель формирования деформационно-напряженного состояния и прочностных свойств деталей, изготовляемых из металлической ленты, установлен механизм влияния основных технологических факторов: диаметра предварительного изгиба ленты, длины ленты, силы статического натяжения ленты, частоты вращения оправки, на прочностные параметры деталей типа колец.
3. Разработана и построена в программе Solid Works Simulation Xpress 3D имитационная модель процесса формирования прочностных свойств деталей типа колец упорных подшипников, получены результаты, подтверждающие теоретические исследования и показывающие наиболее опасные для разрушения участки деталей.
4. Получены регрессионные зависимости прочностных параметров колец подшипников от основных технологических факторов: диаметра предварительного изгиба ленты, длины ленты, силы статического натяжения ленты, частоты вращения оправки, выполнен анализ этих зависимостей, обоснованы рациональные условия формирования колец, подтверждена адекватность аналитических зависимостей.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Практическая ценность работы заключается:
- в разработанной перспективной малоотходной технологии формирования рабочих колец подшипников из металлической ленты, позволяющей существенно снизить материалоемкость и трудоемкость, значительно упростить технологию производства колец упорных подшипников;
- в предложенном ресурсосберегающем оборудовании для формирования колец из металлической ленты; данное оборудование является простым в изготовлении, настройке и ремонте, для работы на нем не требуется специального обучения и навыков;
- в предложенных рациональных условиях осуществления процесса формирования колец, полученных методом расчетов и доказанных лабораторными испытаниями.
Методика, алгоритм и технология производства опорных колец подшипников из металлической ленты приняты к внедрению в ООО «НПП НИМ» СГТУ. Предложена методика расчета экономического эффекта от внедрения разработанных технологий и оборудования в условиях реального производства.
Положения, выносимые на защиту:
1. Системный анализ безотходных и малоотходных методов изготовления деталей машин и приборов; предложен инновационный способ изготовления колец упорных подшипников из металлической ленты путем навивки ленты в рулон, обеспечивающий возможность существенной экономии материала и других производственных ресурсов при его использовании.
2. Математическая модель формирования деформационно-напряженного состояния и прочностных свойств деталей, изготовляемых из металлической ленты; установлен механизм влияния основных технологических факторов: диаметра предварительного изгиба ленты, длины ленты, силы статического натяжения ленты, частоты вращения оправки на прочностные параметры деталей типа колец.
3. Имитационная модель процесса формирования прочностных свойств деталей типа колец упорных подшипников; получены результаты, подтверждающие теоретические исследования и показывающие наиболее опасные для разрушения участки деталей; разработана и построена в программе Solid Works Simulation Xpress 3D.
4. Регрессионные зависимости прочностных параметров колец подшипников от основных технологических факторов: диаметра предварительного изгиба ленты, длины ленты, силы статического натяжения ленты, частоты вращения оправки; выполнен анализ указанных зависимостей, обоснованы рациональные условия формирования колец, подтверждена адекватность аналитических зависимостей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается лабораторными исследованиями, выполненными с применением научно обоснованных средств измерений и обработки экспериментальных данных, показателями опытно-производственного внедрения, а также соответствием результатов исследований современному уровню.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы по мере их разработки докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях различного уровня:
- научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» СГТУ 2009 - 2011г.,
- международной молодежной научной конференции, Республика Марий Эл, 2010, Марийский государственный технический университет;
- Общероссийском конкурсе проектов Фонда содействия развитию МП НТС в рамках программы «СТАРТ 10», 2010;
- Общероссийском конкурсе проектов Фонда содействия развитию МП НТС в рамках программы «СТАРТ 11», 2011;
По тематике данной работы были получены грамоты и награды в конкурсах:
- почетная грамота за 2-е место в региональном конкурсе «Лучшее бизнес-предложение инновационного проекта» и 3-е место в общекомандном результате 2009;
- золотая медаль и диплом первой степени за первое место в конкурсе «5-й Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций» 2010;
- присужден статус победителя и получено денежное финансирование 1 000 000 руб. в конкурсе проектов по программе «СТАРТ 10» 2010.
Публикации. По результатам исследований получено одно положительное решение о выдаче патента, опубликованы 10 работ, среди которых 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 117 наименований, 10 приложений. Основная часть работы изложена на 171 странице машинописного текста, содержит 24 таблицы, 96 рисунков.
