Введение к работе
Актуальность темы. Одними из самых распространенных в технике механизмов являются винтовые передачи качения и скольжения и резьбовые соединения Необходимое число силовых рабочих элементов в них (витков) определяется в зависимости от величины передаваемой нагрузки с учетом свойств конструкционных материалов. При этом все существующие методики таких расчетов основаны на жестком детерминированном подходе и используют эмпирические и полуэмпирические зависимости Весьма ограниченные возможности технологических процессов обработки винтовых поверхностей в части обеспечения точности их шага при этом никак не учитываются, а величины погрешностей сборки винтовых передач из деталей, имеющих такие винтовые поверхности, в настоящее время из-за отсутствия соответствующих методик не подлежат расчету или какому-нибудь достоверному прогнозированию Это не позволяет правильно оценить степень загруженности различных рабочих элементов и, следовательно, достоверно определить работоспособность передачи Возникающие несоответствия между результатами проектных расчетов и эксплуатационными свойствами винтовых передач устраняются путем введения в расчетные формулы большого количества эмпирических коэффициентов, среди которых превалируют по величине различного рода коэффициенты запаса. Их значения при расчете параметров винтовых передач различного назначения могут достигать десяти и больше, что, по сути дела, обесценивает значение самих расчетов и приближает процесс принятия решений к интуитивному уровню.
Этот общий недостаток существующих методик расчетов является следствием слабого учета реальных технологических погрешностей обработки и сборки деталей винтовых передач и условий взаимодействия их рабочих элементов и, в частности, случайного характера процессов этих взаимодействий. При разрушении этих механизмов причину этого видят, прежде всего, в низком качестве материалов, в ошибках технологии обработки и сборки, в неправильной эксплуатации и тп., а ошибки конструирования и проектирования технологических процессов не могут быть обнаружены или признаны таковыми, поскольку результаты расчетов полностью соответствуют общепризнанным методикам. Это положение не может удовлетворять требованиям, предъявляемым к современной технике, особенно являющейся потенциально опасной для жизни людей, и в дорогостоящих изделиях.
Цель работы - разработка технологических основ обеспечения рациональных геометрических параметров винтовых передач с учетом действия случайных и систематических факторов при их изготовлении и на этой основе повышение качества и снижение трудоемкости их изготовления
Методы исследований. Для решения поставленных задач
использованы теоретико-вероятностные методы исследования влияния
случайных величин технологических погрешностей обработки винтовых
поверхностей в виде погрешностей их шага на погрешности сборки
винтовых передач Методами многофакторного планирования
эксперимента и регрессионного анализа подтверждена
непротиворечивость теоретической модели распределения погрешностей сборки винтовых передач. На этой основе предложены методы эффективной компенсации технологических погрешностей путем введения в кинематическую цепь дополнительной погрешности в виде аналитической, гармонической или случайной функции Показана возможность расчета оптимального числа дублирующих элементов конструкции и технологического процесса на основе методов теории надежности.
Научная новизна.. Разработана математическая модель влияния технологических погрешностей обработки винтовых поверхностей винта и гайки на параметры их сопряжения в результате сборки винтовой передачи.
Определены вероятностные характеристики винтового сопряжения в функции систематических и случайных технологических погрешностей шага винта и гайки в статике и в динамике.
На основе вероятностного анализа закономерностей действия технологических погрешностей сборки предложены зависимости распределения величины рабочей нагрузки и контактных напряжений между витками винтовой передачи
Предложены варианты эффективной компенсации технологических погрешностей шага, действующих в процессе обработки винтовых поверхностей
Показана математическая возможность определения необходимого числа дублирующих элементов конструкции и технологического процесса изготовления деталей винтовых передач как дискретных механических систем на основе градиентного метода с использованием методов теории надежности.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработке методики определения реальных условий взаимодействия рабочих элементов винтовых передач в статике и в динамике, позволяющей в аналитической форме определять их основные
конструктивные параметры, в разработке методов эффективной компенсации технологических погрешностей обработки винтовых поверхностей; в разработке метода определения оптимального числа дублирующих элементов конструкции и технологического процесса обработки винтовых поверхностей градиентным методом на основе теории надежности
Реализация результатов работы. Конструкция и управляющая программа шагового привода устройства внешней коррекции шага винтовых поверхностей штоков привода газовых задвижек 6 типоразмеров внедрены на ремонтно-эксплуатационом предприятии ООО «БИ+» при их изготовлении и ремонте на станках типа 16К20Т1 с годовым экономическим эффектом 264800 руб
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Современные технологические системы в машиностроении» (СТСМ-2006) в г. Барнауле в 2006 г (2 доклада) и на конференции молодых ученых-выпускников лицея СГТУ в г Саратове в 2007 г
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в т ч одна - в журнале из списка ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и четырех приложений Общий объем работы составляет 152 страницы Работа включает 24 таблицы, 38 рисунков, 5 страниц приложений и список использованной литературы из 148 наименований
