Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Оборудование и технология виброимпульсной обработки 9
1.1. Влияние основных параметров на производительность вибрационной обработки и пути интенсификации процесса 9
1.2. Анализ оборудования и технологии вибрационной обработки импульсного действия 16
1.3. Шестикоитейнерный вибрационный станок импульсного действия как объект исследования 20
1.4. Выводы 26
1.5. Цель и задачи исследования 27
Глава 2. Комплексное исследование сил воздействия ролика на загрузку при обработке 33
2.1. Аналитическое исследование сил воздействия ролика на загрузку при условиях виброимпульсной обработки 33
2.2. Экспериментальные исследования сил воздействия ролика на загрузку при виброимпульсной обработке 46
2.2.1. Методика и оборудование экспериментального исследования "динамики вибрационных станков импульсного действия 46
2.2.2. Определение наилучшего места на оси ролика для установки тснзо-датчиков 50
2.2.3. Проверка предела чувствительности тензодатчиков 60
2.2.4. Информационно-измерительная система и метод тарировки систем... 61
2.2.5. Метод и оборудование для динамической тарировки системы ИИТК 62
2.2.6. Планирование экспериментального исследования динамики вибрационных станков импульсного действия 68
2.2.7. Методологическое обеспечение эксперимента 69
2.2.8. Основные результаты экспериментального исследования динамики вибрационных станков импульсного действия 73
2.3. Вы поды 81
Глава 3. Моделирование наиболее нагруженных деталей рабочих органов вибрационных станков импульсного действия 84
3.1. Исследование напряжений и деформаций силовых узлов привода 84
3.1.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния корпуса ролика 85
3.1.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния гнезда привода 89
3.1.3. Моделирование динамики оси ролика 93
3.2. Исследование напряжений и деформаций эластичного дна контейнера в условиях виброимпульсной обработки 100
3.2.1. Особенности поведения эластичного дна контейнера при виброимпульсной обработке 100
3.2.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния эластичного дна контейнера 101
3.3. Выводы 112
Глава 4. Исследование износа дна контейнера при процессах сводообразовання в загрузке 113
4.1. Исследование напряжения эластичного дна на сжатие при сводообра-зовании 114
4.2. Сопротивления при качении ролика относительно эластичного дна при сводообразовании 120
4.3. Исследование напряжений и деформаций эластичного дна при сводообразовании с учётом размера абразива 125
4.4. Исследование износа эластичного дна контейнера виброимпульсных станков и основные пути снижения износа дна 132
4.4.1. Исследование влияние формы ролика на условия износа эластичного дна 132
4.4.2. Причины изнашивания и методика выбора марки материала эластичного дна контейнеров 135
4.5. Выводы 137
Глава 5. Разработка методов расчёта основных конструктивных параметров рабочих органов вибрационных станков импульсного действия 139
5.1. Разработка метода расчётов основных конструктивных параметров обкатного ролика 139
5.1.1. Расчёт диаметральных размеров оси ролика 140
5.1.2. Определение размера и формы корпуса ролика 145
5.2. Разработка метода расчёта параметров эластичного дна контейнеров . 146
5.2.1. Комплексное моделирование дна методом расчётного эксперимента.. 147
5.2.1.1, Планирование расчётного эксперимента 147
5.2.1.2. Методика проведения расчётного эксперимента и основные результаты148
5.2.1.3. Проверка адекватности расчетной модели 154
5.2.2. Методика определения параметров эластичного дна контейнера на основе результатов расчётного эксперимента 155
5.3. Определение мощности электродвигателя 157
5.4. Выводы 161
Общие выводы но работе 163
Литература 165
- Шестикоитейнерный вибрационный станок импульсного действия как объект исследования
- Методика и оборудование экспериментального исследования "динамики вибрационных станков импульсного действия
- Моделирование напряженно-деформированного состояния гнезда привода
- Исследование влияние формы ролика на условия износа эластичного дна
Введение к работе
Актуальность работы. Вибрационные станки импульсного действия применяются для финишной обработки поверхностей мелких деталей. Такие станки имеют достаточно высокую производительность, широкие технологические возможности, более низкий уровень вибраций и шумов при работе, поскольку сообщают импульсную энергию элементам загрузки при обкатывании придонными роликами эластичных оснований неподвижных рабочих контейнеров.
Виброимпульсные технологии и оборудование изучало сравнительно небольшое число исследователей- Кольцов В.П., Литовка Г.В., Филиппов К.Е., Беломестных А.С., Ружников Д.А.. Результаты их работ в данной области позволили выяснить кинематику привода оборудования, динамику частиц, силовые взаимодействия слоев загрузки, схему контактного воздействия абразивной гранулы на детали, кинематику и динамику деформирования рабочего органа, вопросы съёма материала и формирования микрорельефа поверхностей обрабатываемых деталей. Даны некоторые практические рекомендации.
Однако, несмотря на полученные результаты в работах вышеназванных авторов, многие вопросы, связанные с виброимпульсной обработкой, ещё не изучены. Так отсутствие данных по силовым воздействиям массы загрузки на рабочие органы станков и их поведение при обработке, а также отсутствие методик расчётов конструктивных параметров рабочих органов и привода виброимпульсных станков тормозят широкое их применение в промышленности.
В связи с вышеизложенным исследования динамики рабочих органов и их поведения при работе станков, а также поиск методов расчётов по совершенствованию конструктивных параметров рабочих органов являются важными и актуальными задачами.
Целью работы является совершенствование конструктивных параметров вибрационных станков импульсного действия по результатам комплексных исследований силовых воздействий загрузки на рабочие органы.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
-
Теоретическое и экспериментальное исследования силового воздействия загрузки на ролик при обработке.
-
Определение зависимости реальных сил воздействия загрузки на ролик при различных режимах обработки.
-
Моделирование конструкций наиболее нагру
-
Исследование силового нагружения рабочих органов станка и моделирование их напряженно-деформированных состояний при критических условиях работы.
Исследование причин возникновения износа эластичного дна контейнера, поиск путей повышения его износостойкости.
Разработка методов расчётов основных конструктивных параметров вибрационного привода и пределов режима безопасной работы станков.
Методы исследования. При выполнении работы были использованы математические аппараты аналитической геометрии, теории виброперемещения и вибротранспортирования, теории колебаний и ударов, теории упругости, теории износа, основные положения конструирования машин. Моделирование деталей силовых узлов виброимпульсных станков в рабочих условиях проведено с помощью современной компьютерной программы инженерного анализа MSC/Nastran for Windows. Экспериментальное исследование сил воздействия ролика на загрузку проводилось с использованием современных аналого-цифровых средств измерения и контроля. Обработка результатов исследований проведена с использованием методов статистической обработки, все расчёты выполнены с помощью программных пакетов Microsoft Excel и Enterprise Mathcad Edition 11.
Научная новизна;
- установлена и экспериментально подтверждена закономерность силового воздей
ствия ролика на загрузку в условиях работы виброимпульсных станков;- получены математические модели сил воздействия загрузки на ролик в зависимо
сти от амплитуды, частоты и количества загрузки в контейнере;выявлены закономерности напряженно-деформированного состояния наиболее нагруженных деталей рабочих органов в условиях работы станка;
получены математические модели силовых нагружений конструкции станка при критических условиях работы;
выяснены причины возникновения износа эластичного дна контейнера и предложены пути его снижения;
разработаны методы расчёта конструктивных параметров вибрационного привода и эластичного дна, требуемой мощности электродвигателя, а также пределов режима безопасной работы станка.
Практическая ценность работы:
- разработанные математические модели сил воздействия ролика на загрузку могут
использоваться для расчетов значений скорости и ускорения циркуляции частиц за
грузки при проектировании технологических процессов и оборудования для вибро
импульсной обработки;предложены методики снижения износа эластичного дна контейнера при проектировании и расчёта предельной амплитуды при обработке, а также определения конусности ролика;
разработаны методы расчёта основных конструктивных параметров рабочих органов при проектировании станков, которые могут быть использованы в учебном процессе в рамках подготовки студентов по специальностям «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и комплексы».
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных научно-практических конференциях кафедры «Оборудование и автоматизация машиностроения» ИрГТУ с 2003 по 2005 г., на региональных научно-технических конференциях «Перспективные технологии получения и обработки материалов» (Ирктск 2004, Иркутск 2005), на международных научно-практических конференциях «Торовые технологии» (Ирктск 2004, Иркутск 2005), на международной презентации научного журнала «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование» (Иркутск 2005), на международной научно-технической конференции «Вибрация в технике и технологиях» (Полтава 2005), на всероссийской научно-технической конференции «высокие технологии в машиностроении» (Самара 2005).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 работ и одно положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка. Основной текст содержит 172 страниц, включая 89 рисунков, 29 таблиц и библиографический список из 107 наименований, в том числе 7 на английском языке.
Шестикоитейнерный вибрационный станок импульсного действия как объект исследования
Первый опыт эксплуатации шести контейнерных виброимпульсных станков в промышленности при одновременной обработке разнородных мелких деталей показал их высокую производительность, широкие технологические возможности, низкий уровень шума и вибрации. Это достигается за счёт особой локальной передачи импульсной энергии загрузке, независимого регулирования величины вдавливания ролика в эластичное дно каждого контейнера, оснащения установки контейнерами с неподвижными стенками, разной высоты загрузки в контейнере и быстросъёмности контейнеров. При этом смена контейнеров может производиться без прекращения процесса обработки. Кроме того, виброимпульсная обработка является разновидностью вибрационной обработки деталей в свободном абразиве, поэтому для неё сохраняются основные положения вибрационной обработки, а характер влияний таких факторов, как вид обрабатываемого материала; исходная геометрия поверхности; зернистость абразивного наполнителя; состав рабочей жидкости и т. д. не претерпевают существенных изменений [18; 53; 84; 95].
Технические характеристики шестиконтейнерного вибрационного станка импульсного действия (ВУ1) представлены на табл. 1.1: Конструкция шестиконтейнерного промышленного вибрационного станка импульсного действия представлена на рис. 1.8. Авторами и исследователями [18; 53; 84; 95] рассматриваемого вида вибрационной обработки проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, основные результаты которых заключаются в следующем. - Разработаны основы для создания кинематики вибрационного оборудования и технологии повышенной производительности, которые реализуют локальный вариант передачи энергии в рабочую камеру станка, - Установлены основные схемы передачи сил и давлений в неподвижной рабочей камере при импульсной, локальной передаче энергии в загрузку. - Построены кинематические модели однокамерного и шестикамерного станка в виде математических зависимостей перемещений, скоростей и ускорений колебательного движения рабочего органа от режимных параметров станков. Проведён численный анализ влияния параметров станка на скорость и ускорения дна, установлено наибольшее влияние на их величины частоты враще 22 ния приводного вала, расстояния от оси приводного вала до оси контейнера и радиуса ролика. - Построена динамическая модель обработки в виде дифференциального уравнения движения частиц загрузки в зависимости от конструктивных и ре 23 жимпых параметров станков. Установлено, что зависимости показателей интенсивности взаимодействия частиц от конструктивных и режимных параметров станка имеют ярко выраженный экстремальный характер. - В результате экспериментальных исследований перемещения, скоростей, ускорений эластичного дна и изучения движения частиц в рабочей зоне (при отсутствии рабочей жидкости и её присутствии) установлено существенное превышение значений параметров колебательного движения рабочего органа и частиц загрузки на разработанных станках по сравнению со станками с инерционными вибраторами. - Экспериментально определены характер и степень влияния на производительность и качество обработки конструктивных и режимных параметров станков и допустимые диапазоны их регулирования. Установлено превалирующее влияние на производительность и шероховатость обработанной поверхности для исследуемого оборудования частоты вращения приводного вала. Затем по значимости влияния на производительность следуют: амплитуда колебания, количество роликов, высота загрузки, размер гранул, габариты образца, и количество жидкости в рабочей камере. - Закрепление деталей при виброимпульсной обработке повышает производительность в 5 - 6 раз по сравнению со свободной обработкой деталей. Экспериментально доказана эффективность применения дополнительного сжатия загрузки при импульсной передаче энергии в массу загрузки - Для различных видов производства предложен ряд станков, реализующих импульсную, локальную схему передачи в массу загрузки. Разработан промышленный универсальный вибрационный станок импульсного действия для обработки малогабаритных деталей. Даны рекомендации по обработке деталей различных видов, в том числе и обработка абразивным зерном в жидкости неметаллических изделий из полудрагоценных и поделочных камней. - Для вибрационной обработки на виброимпульсном станке применяют абразивы и технологические жидкости по назначениям, как для традиционной вибрационной обработки. Опыт промышленной эксплуатации виброимпульсных станков показал высокую производительность, надёжность в работе, удобство эксплуатации, технологическую гибкость, низкий уровень шума и вибрации.
Несмотря на имеющийся большой объем результатов исследований, многие вопросы, связанные с динамикой и поведением силовых узлов вибростанка ещё не изучены. В работе [84] при исследовании производительности обработки в контейнерах ви бро им пульс ного станка с эластичными донышками, изготовленными из резины различных степеней жесткости установлено, что жесткость резиновых донышек влияет на динамику частиц незначительно. Однако не имелось конкретных данных для точного сравнения, поэтому данный результат исследования носит только наглядный характер.
Методика и оборудование экспериментального исследования "динамики вибрационных станков импульсного действия
Исследование динамики шестиконтейнерного промышленного виброимпульсного станка ВУ\ проведено с целью определения сил воздействия ролика на загрузку в рабочих условиях эксплуатации. Предварительные анализы кинематики рабочих органов виброимпульсных станков показали, что наиболее нагруженной деталью является ось обкатного ролика. Усилие от ролика через эластичное дно передаётся массе загрузки. Таким образом, дно контейнера находится под двусторонним действием сил: с одной стороны воздействует ролик, с другой гранулы абразива. Очевидно, что в моменте времени контакта без отрыва придонных частиц эти силы равны друг другу. Следовательно, для оценки силового воздействия ролика на загрузку достаточно определить силы, действующие на ролик.
После анализа возможных инструментальных, технических и экономических аспектов измерения сил, действующих на ролик, было принято решение о проведении тензометрических измерений деформаций оси ролика при работе станков.
Для измерения сил воздействия ролика на загрузку при работе станка был принят теизометрический метод непосредственного исследования деформации оси ролика с соответствующими преобразованиями деформаций в действующие силы [31; 25; 105; 93; 49]. На рис. 2.7 представлена разработанная нами схема цифрового информа-ционно-измерительного тензометрического комплекса (ИИТК) для измерения сил воздействия ролика на загрузку. Оборудование ИИТК и основные технические характеристики его компонентов приведены ниже. 1. Промышленный шестиконтейнерный виброимпульсный станок ВУ\, технические характеристики которого представленные в табл. 1.1 (гл. 1 п. 1.3). 2. Два одинаковых тензодатчика с сопротивлением 94,7 Ом. 3. Мягкие провода для соединения тензодатчиков с тензоусилителем длиной 3 метра 4. ТензоусилительТА-5. - Назначение: работа с полумостом тензодатчиков для измерения статических и динамических деформаций; - диапазон измерения деформации (при одном активном датчике) (0,25; 0,5; 1,0; 5,0; 10,0)/103 относительных единиц; - полоса пропускания 0-7000 Гц; - погрешность усилителя при максимальном усилении не более 5%, при остальных 3%; - диапазон регулировки разбалансировки датчиков и кабелей до 1% от сопротивления датчиков; 5. Фильтр сигналов ФП/5А. 6. Аналого-цифровой преобразовать АЦП Ла1,5РС1. - 12 разрядный АЦП, время преобразования - 2 мкс; - 32 однополюсных канала или 16 дифференциальных каналов; - Входное сопротивление более 100 МОм; - программно переключаемые диапазоны входного напряжения АЦП: ± 10В, ± 5В, ± 2,5В, ± 1В, ± 0,5В, ± 0,25В, ± 0,1В, ± 0,05В (для каждого канала); - число эффективных разрядов 11,0 для частоты входного сигнала 5кГц; - передача данных в режиме Bus-Master; - буферная память типа FIFO 2048 слов; 16 цифровых линий: 8 - ввода и 8 -вывода 7. Персональный компьютер для совместной работой с АЦПЛа1,5РС1 - Процессор - Intel Pentium III 1 ГГц, оперативная память 256Мб, 40Гб винчестер, монитор LG — 15 . - Операционная система - Windows 98. - Программное обеспечение ADCLab в качестве универсального визуального цифрового осциллографа, поставленного поставщиком производителем платы. 8. Стабилизатор напряжения. 9. Контрольный универсальный прибор электрических сигналов Ц4353.
Измерительная система работает следующим образом (рис. 2.7): при обкатке дна контейнера 2 с загрузкой виброимпульсного станка ВУ\ роликом 1, под воздействием сил от загрузки ось ролика деформируется. Деформация оси ролика преобразуется тензодатчиками в электрический сигнал, который усиливается тензоусилителем 3 на необходимую величину и дальше поступает в фильтр низкочастотных шумовых сигналов 4. Выходные усиленные бесшумные электрические аналоговые сигналы от фильтра поступают в аналого-цифровой преобразователь 4, где преобразуются в цифровые коды, которые можно запоминать, обработать и наблюдать на визуальном цифровом осциллографе программы ADCLab персонального компьютера 5. Поскольку тензодатчики установлены на вращающем органе (вращение оси относительно вертикального приводного вала станка), поэтому съем электросигналов от тензодат-чиков имеет свою особенность. Электросигналы, снимаемые от тензодатчиков вследствие деформации оси ролика при работе имеет очень малое значение, поэтому традиционное токосъемное устройство типа щётки-диска будет создавать сильные помехи, которые соизмеримы со снимаемым сигналом, что приводит к невозможности обработки необходимых выходных данных. Известно, что в установившемся рабочем режиме виброимпульсного станка до следующего прихода ролика в эластичное дно, большая часть загрузки уже находится в состоянии покоя [18; 84; 95]. Следовательно, полученные сигналы деформации оси ролика при установившемся режиме (при постоянной скорости вращения приводного вала) будут отражать типовую картину деформации оси ролика в рабочих условиях. Таким образом, исследование динамики виброимпульсного станка путём измерения деформации оси ролика необходимо провести при установившемся постоянном вращении приводного вала, причём достаточно нескольких оборотов вала. Поэтому сигналы с тензодатчиков можно снимать длинными проводами сразу после включения станка при достигнутом установившемся режиме работы. После проведения измерений станок немедленно выключать. Длина проводов должна обеспечивать необходимое время работы станка для проведения измерений, при котором сохраняется надёжность измерения и постоянство сопротивлений всей системы ИИТК.
Моделирование напряженно-деформированного состояния гнезда привода
Такое явление обнаружено в наших экспериментах при высоте загрузке Н= 1 20 мм при количестве ролика к = 2 и к = 4. Для точного выяснения данного явления необходимо дополнительное специальное теоретическое и экспериментальное исследование.
При увеличении количества роликов и частоты вращения приводного вала заметно уменьшается сила воздействия ролика. Это объясняется тем, что при увеличении количества роликов и частоты вращения приводного вала увеличивается количество воздействий роликов на дно контейнера по времени, значит и уменьшается время между воздействиями роликов на дно, в результате, чего часть загрузки ещё не успевает возвратиться к дну контейнера, что приводит к образованию разрежения в придонной части дна контейнера. При следующем приходе ролика количество загрузки в зоне, подвергающейся силовому воздействию уменьшается, что приводит к уменьшению сил воздействия ролика на загрузку. Однако из рис. 2.28 при к = 4 и п 300 об/мин видно равномерное увеличение силы воздействия при увеличении частоты. Такое явление может объясняться тем что, при п 300 об/мин улучшается процесс циркуляции загрузки, скорость циркуляции загрузки увеличивается равномерно с увеличением частоты вращения привода так, что момент соприкосновения ролика с дном совпадает с моментом состояния покоя всей придонной части загрузки, что приводит к равномерному увеличению силы воздействия. Известно из работы [95], что при частоте 300 об/мин скорость циркуляции загрузки является наибольшей. Таким образом, частота 300 об/мин является наиболее выгодной благодаря уменьшения силового нагружения конструкции станка при обеспечении максимальной производительности.
Хотя в данных экспериментах отсутствует обрабатываемая деталь (вследствие обеспечения более равномерной циркуляции загрузки) и технологическая жидкость, метод проведения и результаты экспериментов полезны в раскрытии динамики виброимпульсиого станка при рабочих условиях.
Теоретическое определение зависимости сил воздействия ролика на загрузку при виброимпульсной обработке ввиду сложности самого процесса является весьма проблематичным. Более надёжным методом поиска математической зависимости сил воздействия является статический метод построения эмпирических зависимостей, основанной на результатах экспериментальных исследований. В результате статистической обработки полученных данных по методам планирования экспериментов [76; 90] и обработки эмпирических формул [86; 89] получены математические модели для определения максимальной силы воздействия ролика на загрузку в зависимости от режима работы. Все аппроксимированные функции силы воздействия ролика на нагрузку в зависимости от каждого фактора имеют степень достоверности свыше 0,95. 1. Разработанная модель коэффициента перегрузки позволила численно установить минимальную требуемую частоту вращения вертикального приводного вала (180 об/мин) для осуществления виброимпульсной обработки. 2. Теоретически установлена полусинусоидальная закономерность изменения сил от времени контакта ролика с дном контейнера с учётом конструктивных и технологических параметров станка. Численным исследованием сил нагружения подвержена гипотеза об ударном характере воздействия ролика на загрузку. 3. Разработанный информационно-измерительный тензометрический комплекс (ИИТК) позволил измерить силы воздействия ролика на загрузку в зависимости от режима обработки, 4. Для повышения чувствительности системы ИИТК к условиям работы станка в два раза спроектирована экспериментальная ось со снятием 4 мм по диаметру на длину 20 мм в шейке оригинальной оси под тензодатчиками. Проведенный ряд исследований напряжений и деформаций обоих осей позволил использовать модифицированную (экспериментальную) ось для проведения экспериментальных исследований деформаций и сил, действующих в элементах конструкций виброимпульсного станка. 5. Проведенный ряд проверок и контроль достоверности работы оборудования системы ИИТК, включающей полумост тензодатчиков, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Ла 1,5 РСІ и программное обеспечение ADCLab, позволил подтвердить достаточную точность работы системы с множеством преимуществ перед традиционной схемой тензометрии, таких как возможности записи, сохранения, передачи, сравнения, обработки и визуализации временных трендов данных. 6. Созданные оборудование и методика динамической тарировки ИИТК позволили получить функциональную зависимость динамической нагрузки от выходного электрического напряжения системы измерения ИИТК. 7. На основе полученных форм изменения силы воздействия ролика на загрузку по времени при экспериментальном исследовании подтверждена гипотеза ударного характера и полусинусоидальной функции сил воздействия ролика на загрузку в течение 3/4 времени контакта ролика с дном. 8. Установлено, что силы воздействия ролика на загрузку прямо зависят от амплитуды колебаний и количества загрузки в контейнере. Увеличение числа роликов и частоты вращения вертикального вала привода приводит к уменьшению силовых воздействий. Частота 300 об/мин (при количестве роликов 4) является наиболее выгодной благодаря наименьшей силе нагружения конструкции и высокой скорости циркуляции загрузки. При частоте вращения вертикального вала привода свыше 300 об/мин изменяется характер закономерности зависимости сил воздействия ролика на загрузку от частоты. 9. Разработанные математические модели позволяют рассчитать реальные значения сил воздействия ролика на загрузку в зависимости от режима обработки.
Исследование влияние формы ролика на условия износа эластичного дна
С учетом сделанных допущений, касающихся геометрии абразива, свойств материала дна, распределения сил, приложенных к внутренней поверх ности дна в зоне и вне зоны контакта с роликом, впервые получены картины деформации и напряжения резинового дна, которые позволяют детально иссле довать поведение резинового дна контейнера виброимпульсных станков при конкретных условиях нагружения. - Установлено, что при работе станка резиновое дно в зоне контакта с абразивом при вдавливании ролика сжимается незначительно, поскольку при режиме работы станка с параметрами: Ат= 1 мм, п = 360 об/мин, Н\— 140 мм, максимальная величина сжатия достигает 2,7 мм (рис. 3.26); 2,78 мм (рис. 3.28) и 2,89 мм (рис. 3.30), однако подтверждена гипотеза Кольцова В. П. [53] о сжатии эластичного дна в зоне контакта при вдавливании ролика в дно. - Выяснено, что, хотя эквивалентное напряжение элемента резины в зоне концентрации деформаций и напряжений (зона контакта с абразивом) значительное (7,7 МПа), однако такое напряжение не превышает напряжения на разрыв (9 МПа) резины дна данной марки (HO-68-I), и следовательно, применяемый материал дна виброимпульсного станка ВУ1 пригоден по требованию прочности при рабочих условиях с амплитудой Лт 7 мм.
Очень важный аспект заключается в том, что при виброимпульсной обработке присутствует сводообразованиие, при котором контактное напряжение абразива с дном чрезвычайно высоко, в этом случае деформация и напряжение дна на сжатие в зоне контакта с роликом могут быть большими [18; 53]. Таким образом, данный результат исследования не может гарантировать безопасность работы дна при сводообразовании и требуется дополнительное исследование дна при сводообразовании как критические условия работы виброимпульсных станков.
. Созданные электронные модели нагруженных деталей с помощью MSC/Nastran for Windows: корпуса ролика, оси ролика и гнезда привода, а также эластичного дно контейнера позволяют исследовать их напряженно-деформированное состояние при любых нагрузочных условиях виброимпульсной обработки. Установлено, что при типичных условиях виброимпульсной обработки корпус ролика, ось ролика и гнездо привода спроектированы с достаточным запасом прочности.
Результат исследования динамики оси ролика при условиях работы станков показал, что ось ролика подвергается сложным деформациям и колебаниям. Однако, вследствие большой жесткости (первая собственная частота оси ролика 716 Гц) конструкции, максимальные значения эквивалентных напряжений зоны концентрации напряжений и деформаций при динамическом и статическом нагружении практически не отличаются. Для упрощения и ускорения расчётов, максимальные значения напряжений и амплитуды колебаний оси ролика виброимпульсных станков можно рассчитать с помощью статической модели.
Результаты моделирования эластичного дна в реальных условиях работы подтвердили гипотезу о наличии сжатия дна по толщине в зоне контакта с абразивом, а также его работоспособность вследствие исключения возможности критического напряженно-деформированного состояния при обычных условиях работы станка. Сводообразование загрузки в рабочих контейнерах (свод) при виброимпульсной обработке наблюдалось всеми учеными - исследователями при исследовании динамики загрузки в рабочем контейнере. (Кольцов В. П., Филиппов К. Е., Беломестных А. С, Ружников Д. А.). Согласно теоретическому представлению автора [18] о сводообразовании: при взаимодействии ролика с резиновым дном деформация дна вызывает перемещения придонных и вышележащих слоев загрузки. При плотной тетраэдрической упаковке каждый элемент загрузки находится в контакте с тремя другими. Таким образом, при перемещении одного компонента силовое воздействие передается одновременно в трёх направлениях F\, F2, FT, под определенным углом а (рис. 4.1).
Каждая вышележащая частица воздействует также на три соседних. Следовательно, силовой импульс, проходя через слои загрузки, расходится веерообразно, вплоть до стенки контейнера, если же выполняется обработка с под-жатием загрузки, то придонный слой абразива практически будет неподвижным. Следовательно, в данном случае резиновое дно работает полностью на сжатие, что, возможно, приводит к критическому напряженно-деформированному состоянию дна.
Для исследования поведения эластичного дна контейнера виброимпульсных станков при сводообразовании принята модель дна в виде центральной плоскости симметрии (рис. 4.2). В исследованиях приняты следующие допущения. 1. При качении ролика относительно дна в условии сводообразования внутренняя поверхность дна неподвижна, дно работает полностью на сжатие. 2. Материал дна - однородная резина, механика которой описана моделью Максвелла [63]. 3. Напряжение на сжатие эластичного дна в зоне контакта одинаковое по толщине дна. 4. Ролик принят абсолютно жёстким относительно эластичного дна. Рассмотрим механизм деформирования и накопления напряжения і-го элемента резины дна в зоне контакта точки С (рис. 4.2) в плоскости симметрии при условии сводообразования. В соответствии с условиями сводообразования и принятых допущений, при качении ролика вследствие сил вдавливания ролика в дно, резиновое дно в зоне контакта принудительно сжимается. Следовательно, при наличии свода механика поведения дна в зоне контакта задаётся законом деформации, то есть величиной сжатия резины дна в зоне контакта является функция пути движения элемента резины в направлении нормали к поверхности дна по времени контакта. Известно, что при обкатке ролика по дну движение элемента резины в неподвижной системе координат XCY (рис. 4.2) описывается законом полуволны синусоида [18; 53; 95]:
Похожие диссертации на Совершенствование конструктивных параметров вибрационных станков импульсного действия
