Введение к работе
Актуальность темы работы. Вибрации, возникающие при работе машин и механизмов, создают дополнительные нагрузки на детали, увеличивают их износ, снижают срок службы изделий, оказывают неблагоприятное физиологическое воздействие на организм человека. Разрушение опор и фундаментов машин, повышенный износ автомобильных шин, недостаточная надежность высоконафуженных узлов и многое другое является следствием влияния высокого уровня вибрации. Поэтому борьба с вредными вибрациями - актуальная проблема современного машиностроения.
При проектировании машин и механизмов стремятся уменьшить уровень вредных вибраций, выбирая наиболее правильные решения в конструкциях и технологиях изготовления, добиваются весовой симметрии всех движущихся частей путем уравновешивания. Однако в процессе изготовления и эксплуатации деталей и узлов возникают условия, нарушающие симметрию и приводящие к возникновению неуравновешенности. Для уменьшения неуравновешенности при изготовлении, ремонте и эксплуатации производят балансировку деталей и узлов путем изменения их массы или геометрии.
Увеличение конкуренции в машиностроительной отрасли приводит к необходимости повышения эффективности существующих или разработки новых технологий балансировки для снижения себестоимости производимой продукции.
При использовании традиционной балансировки при вращении детали для повышения эффективности в настоящее время используются такие приемы, как увеличение скорости устранения дисбаланса, уменьшение времени измерения за счет применения более совершенных методик определения параметров неуравновешенности, а так же автоматизация процесса балансировки.
Однако применение вращения во время балансировочного процесса накладывает серьезные ограничения на возможности повышения его эффективности, которые можно преодолеть, применяя вместо вращения другие виды рабочего движения.
В машиностроении в большом количестве случаев востребована статическая балансировка жестких роторов массой от 1 до 5 кг в условиях массового производства. Типичными представителями такой группы изделий являются демпферы крутильных колебаний двигате-
лей автомобилей ВАЗ. При большой программе производства и высоких требований к точности изготовления, задача их балансировки является весьма актуальной. Применение в данном случае традиционной технологии балансировки при вращении влечет за собой большие затраты. Использование вибрационной балансировки позволяет снизить затраты на оборудование и повысить производительность.
Таким образом, повышение эффективности технологического процесса балансировки за счет применения новых принципов является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности технологического процесса балансировки роторов за счет применения режима сферического циркуляционного движения, обеспечивающего сокращение временных и энергетических затрат на разгон и останов балансируемой детали.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести классификацию и сравнительный анализ технологий балансировки роторов с использованием вибрационных режимов.
-
Разработать технологию балансировки роторов в режиме сферического циркуляционного движения и конструкцию колебательной системы балансировочного устройства.
-
Изучить динамику колебательной системы балансировочного устройства, работающего в релсиме сферического циркуляционного движения.
-
Разработать рациональную конструкцию упругих элементов колебательной системы и методику расчета их параметров.
-
Разработать и изготовить балансировочное устройство, реализующее новую технологию балансировки в режиме сферического циркуляционного движения.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических исследований и математического моделирования с использованием пакетов Mathcad 2001, Model Vision Studium Free 3.2.24, COSMOSWorks 2005.
При проведении теоретических исследований использовались основные положения технологии машиностроения, теоретической физики и математического анализа.
Экспериментальные исследования базировались на современных методах теории обработки сигналов, теории погрешностей, математической статистики.
Научна» новизна работы заключается в следующем:
-
Установлена возможность повышения эффективности технологического процесса балансировки применением нового способа определения параметров неуравновешенности в режиме сферического циркуляционного движения.
-
Разработана математическая модель динамики колебательной системы балансировочного устройства, работающего в режиме сферического циркуляционного движения, позволяющая выбрать рациональные параметры колебательной системы и режимы ее работы.
-
Выявлена зависимость рабочих характеристик упругих элементов колебательных систем балансировочных устройств, определяющих точность технологического процесса балансировки рагоров от их геометрических размеров и формы.
Практическая ценность:
-
Увеличена производительность без снижения точности технологического процесса балансировки роторов за счет применения новой технологии балансировки, основанной на способе определения параметров дисбаланса в режиме сферического циркуляционного движения.
-
Предложена рациональная конструкция упругих элементов колебательной системы, методика расчета их параметров и конструкция балансировочного устройства в целом, использующего новую технологию балансировки роторов.
-
Разработан и изготовлен опытный образец балансировочного устройства, работающего в режиме сферического циркуляционного движения, позволяющий без снижения точности технологического процесса балансировки повысить производительность в 1,3-1,4 раза с одновременным снижением энергетических затрат в 12 раз.
Реализация работы. Результаты работы использовались в НИОКР, выполненных в рамках Государственных контрактов № 2323р/4969 и № 3477р/5916 (заказчик - Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере г. Москва) в 2004-2007 гг.
В ООО «НІШ "Техника"» (г. Пенза) был разработан и изготовлен опытный образец устройства для балансировки демпферов двигате-
лей автомобилей ВАЗ, которое эксплуатируется в ОАО «Егоршин-ский радиозавод» г. Артемовский Свердловской области. Применение этого устройства позволило повысить производительность технологического процесса балансировки со снижением энергетических затрат.
На защиту выносятся:
-
Новый способ определения параметров дисбаланса по амплитуде и фазе малых крутильных колебаний ротора относительно подвижной системы отсчета, обеспечивающий повышение эффективности технологического процесса балансировки ротора.
-
Математическая модель и результаты теоретических исследований динамики колебательной системы балансировочного устройства, реализующего технологию балансировки в режиме сферического циркуляционного движения.
-
Конструкция упругих элементов колебательной системы и методика определения их параметров для колебательных систем балансировочных устройств, выполняющих операцию определения дисбаланса роторов в режиме сферического циркуляционного движения.
-
Конструкция колебательной системы балансировочного устройства, работающего с использованием режима сферического циркуляционного движения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2004 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2008 г.), II Международной научно-практической конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM» (Пенза, 2008 г.).
Публикации по теме. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 печатные работы в журналах, рекомендуемых ВАК; 2 печатные работы без соавторов. Получены 2 патента РФ, один из которых оформляется как международный в таких странах, как США, ФРГ, Италия, Великобритания, Япония.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 194 страницы основного текста, в том числе 81 рисунок и 26 таблиц. Список литературы включает 98 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
