Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном машиностроении качество изделий является основным показателем конкурентоспособности и эффективности производства. Сборка относится к заключительным и наиболее содержательным этапам производства, поэтому особенно критична при формировании качества высокотехнологичных и прецизионных изделий. Качество этих изделий определяется точностью геометрических и функциональных параметров, надежностью, а также устойчивостью к воздействию внешних возмущений. Наличие погрешностей формы, размеров, расположения исполнительных и базовых поверхностей, а также неких непознанных явлений приводит к несовпадению расчетных и достигаемых показателей точности и надежности, вынуждает разрабатывать ситуационные способы сборки для конкретных изделий. Как показывает анализ, новые технологические приемы сборки, разрабатываемые в различных отраслях машиностроения и не связанные между собой, имеют много общего по способам воздействия на источники погрешностей. Эти приемы не вписываются в рамки классических методов сборки и не имеют другого обобщения, что является признаком недостаточного уровня развития теории сборки как этапа, на котором формируются основные качественные показатели машин.
Подобная ситуация типична и для производства ответственных узлов лопаточных машин, которые характеризуются напряженными условиями работы, высоким уровнем требований к качеству функционирования, надежности. Традиционные методы сборки не позволяют обеспечить безусловное достижение этих показателей, поэтому создание новых и совершенствование существующих газотурбинных двигателей требует трудоемкой доводки, значительных затрат времени, ресурсов и средств по всему жизненному циклу.
Представляется, что основной причиной подобной ситуации является недостаточное внимание к научному обеспечению сборочного этапа машиностроения, малая изучеішость явлений сборочного взаимодействия деталей. Поэтому важнейшим условием достижения высших показателей качества, снижения расходов и ускорения процесса создания современной техники является теоретическое обеспечение сборочного этапа на основе познания закономерностей взаимодействия, взаимовлияния деталей и прогнозирования поведения сборочных систем под воздействием внешних воздействий.
Принципиальными положениями, которые могут составить теорию сборки высокотехнологичных изделий машиностроения, являются:
теория базирования, реально учитывающая сборочные связи деталей;
системное восприятие комплекса сборочных явлений;
индивидуализация подхода к качеству сборки ответственных узлов;
методология превентивной нейтрализации источников сборочных погрешностей путем их технологической компенсации;
единая система понятий и определений.
Разработка этих положений для объяснения существующих причин сборочной проблематики, объединения способов сборки на единых принципах, прогнозирования проблем с качеством при создании новой техники и повышения надежности рабочих колес турбомашин путем сборочной реализации их конструктивных возможностей является актуальной.
Цель работы заключается в повышении работоспособности функционально-сложных узлов газотурбинных двигателей на основе разработанной теории сборки с компенсированием негативных реакций между деталями с избыточным базированием.
Для решения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи.
-
Раскрыть сборочные взаимосвязи деталей с учетом их реальных свойств и закономерностей базирования.
-
Разработать сборочную теорию базирования деталей в технологических и конструкторских средах.
-
Обосновать причины и необходимость использования технологических компенсирующих воздействий при сборке высокотехнологичных изделий машиностроения.
-
Разработать классификацию методов машиностроительной сборки по признаку наличия и вида компенсирующих воздействий,
-
Обосновать использование энергетического подхода как универсального принципа прогнозирования состояния сборочных систем с избыточным базированием деталей.
-
Разработать понятийный аппарат теории компенсирующей сборки изделий с избыточным базированием деталей.
-
Разработать методологию сборки типовых узлов изделий машиностроения с технологическими компенсирующими воздействиями.
-
Разработать понятие функционального качества, которое обеспечивает устойчивую работу узлов при внешних и внутренних возмущениях.
-
Обосновать использование упругой характеристики бандажированных лопаток как критерия качества изготовления и сборочной оптимизации бандажированных рабочих колес ГТД.
10 Разработать методики, алгоритмы и программный комплекс для сборки
бандажированных рабочих колес ГТД с компенсацией негативных реакций из
быточных связей, обеспечивающие повышение функционального качества
Научная новизна
1 Создана теория компенсирующей сборки изделий, основанная на компенсации негативных реакций избыточных связей с целью формирования внутреннего качества сборочных систем, что обеспечивает их устойчивость к воздействию внешних условий. Целостность теории определяется совокупностью следующих взаимосвязанных компонентов:
- структурно-функциональной моделью базирования деталей;
методологией системного подхода к оценке взаимосвязи функционального качества и внутреннего состояния высокотехнологичных узлов;
классификацией способов сборки по признаку наличия и вида компенсирующих воздействий, объединяющей все существующие и возможные сборочные приемы в единую систему;
введением категории внутреннего качества сборочной системы, отражающего состояние стабильности и устойчивости к внешним воздействиям;
энергетическим критерием качества сборки ухчов, использование которого позволяет обосновать сущность любых технологических приемов сборки;
понятийным аппаратом, позволяющим единообразно описывать любые сборочные приемы и сущность явлений сборочного взаимодействия деталей.
-
Установлен интегральный критерий качества бандажированных лопаток — крутильная жесткость пера, который комплексно отражает точность геометрии, конструктивное исполнение и физико-механические свойства материала.
-
Разработана автоматизированная система комплектования бандажированных рабочих колес, позволяющая одновременно оптимизировать их внешнее и внутреннее качество, как статически неопределимой сборочной системы, и обеспечить существенное повышение ресурса.
Практическая ценность и реализация работы
-
Разработан методологический подход и комплекс методик, позволяющих обеспечивать качество сборки узлов с избыточным базированием деталей.
-
Разработана установка для измерения крутильной жесткости бандажированных лопаток, которая может использоваться в производственных условиях для комплексного контроля лопаток по упругой характеристике пера.
-
Разработана автоматизированная система комплектования и распределения бандажированных лопаток в дисках, основанная на двукритериальной оптимизации сборочного процесса по характеристикам внешнего и внутреннего качества бандажированных рабочих колес турбомашин.
-
Результаты исследований переданы для разработки руководящих технических материалов с целью совершенствования технологии сборки рабочих колес модернизируемых и перспективных двигателей ОАО «НПО «Сатурн».
-
Материалы исследования использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Технология машиностроения», «Технология сборки авиационных двигателей», «Испытания и обеспечение надежности авиационных двигателей».
6 Результаты выполненных исследований могут быть использованы для
научно-обоснованного прогнозирования выходных характеристик высокоре
сурсных узлов любых машин на стадии технологической подготовки производ
ства, при технологической отработке новых технических решений, а также для
решения практических и теоретических задач, связанных с совершенствованием
процессов сборки существующей техники.
Материалы работы нашли свое отражение в научно-технических программах: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям
науки и техники» № 94-03, 35-97, выполненных в РГАТА, а также при выполнении грантов № ТОО-б.9-1359, ТО2-06.1-3295 по фундаментальным исследованиям в области технических наук и госбюджетных НИР.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Технологическое решение проблемы качества бандажированных лопаток и рабочих колес турбомашин на основе использования упругой характеристики лопаток как комплексного показателя качества и критерия оптимизации сборки.
-
Теоретическое обобщение закономерностей взаимодействия деталей в сборке, на основе которого можно обеспечить устойчивость высокотехнологичных узлов к внешним воздействиям и существенное повышение их надежности.
-
Впервые сформулирован принцип достижения качества сборки высокоресурсных узлов путем технологической компенсации негативных реакций избыточных связей между деталями.
Апробация работы
Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на всероссийских и международных научно-технических конференциях и семинарах: «Конструкционная прочность двигателей» (Куйбышев, 1990); «Современные достижения в механообрабатывающих и сборочных производствах» (СПб, 1993); «Автоматизированные технологические и механотронные системы в машиностроении» (Уфа, 1997); «Конструкторско-технологическая информатика -2000» (Москва, 2000); «Сборка в машиностроении и приборостроении» (Брянск, 2001); «Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем» (СПб, 2002); «Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение» (Брянск, 2003); «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении» (Ижевск, 2005).
В целом работа обсуждена на заседании кафедры «Технология машиностроения, авиационных двигателей и общего машиностроения» и научно-техническом совете РГАТА.
Публикации
Полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 36 научных работах, в том числе в 10 статьях в журналах, 10 статьях в сборниках научных трудов, 14 материалах научных конференции, 2 авторских свидетельствах; 12 из них рекомендовано ВАК РФ.
Структура и объем работы
