Содержание к диссертации
Введение
1.Анализ состояния вопроса 10
1.1 . Особенности конструкции, производства, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин 10
1.2.Первичные погрешности исполнения деталей ротационных агрегатов и способы их описания 14
1.3.Методы расчета размерных цепей 22
1 4.Выводы по обзору литературы. Постановка научных задач исследования 28
2. Моделирование точности настроенной размерной обработки деталей сельхозмашин 31
2.1.Описательное содержание модели настроенной размерной обработки 31
2.2. Математическая модель точности настроенной размерной обработки 34
2.3.Анализ математической модели точности настроенной размерной обработки 37
2.3.1.Полнота распределения 38
2.3.2.Математическое ожидание 39
2.3.3. Дисперсия 40
2.3.4.Асимметрия распределения 41
2.3.5.Вероятность попадания случайного размера в заданный интервал значений 44
2.3.6.Сравнение модели (2.7) с нормальным распределением 45
2.3.7.Сравнение динамической модели процесса с композиционным законом распределения 48
2.4.Обоснование значения критического износа и стойкости инструмента 52
2.4.1 .Обработка охватываемой размерной поверхности 60
2.4.2.0бработка охватывающей размерной поверхности 61
2.4.3 .Обобщение и анализ результатов, формализация расчетов 61
2.5.Идентификация параметров модели точности при настроенной обработке размерной поверхности 64
2.6.Числовые характеристики рассеивания размеров генеральной совокупности кондиционного множества изделий, прошедших настроенную размерную обработку 68
2.7.Практическая апробация методики 77
Выводы по разделу 90
3. Статистический анализ инерционной размерной цепи ротационного агрегата 93
3.1 .Постановка задачи 93
3.2.Ротационный агрегат сборной конструкции 96
3.3 . Анализ локальной инерционной размерной цепи ротора 100
3.4.Общее уравнение инерционной размерной цепи ротора сельскохозяйственной машины 109
3.5.Алгоритм анализа инерционной размерной цепи ротора на ЭВМ 115
Выводы по разделу 121
4. Анализ комплексной размерной цепи ротора 123
4.1.Постановка задач 123
4.2. Уравнение размерной цепи геометрии j-й передачи ротационного агрегата 126
4.3.Уравнение размерных цепей геометрии полного множества передач ротора 132
4.4.Статистическая модель комплексной размерной цепи ротора 135
4.5.Формализация расчетов при анализе размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин 144
4.6.Примеры расчетов, анализ результатов 156
Выводы по разделу 167
Общие выводы и рекомендации 171
Литература 175
Приложения 181
- Особенности конструкции, производства, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин
- Математическая модель точности настроенной размерной обработки
- Анализ локальной инерционной размерной цепи ротора
- Уравнение размерной цепи геометрии j-й передачи ротационного агрегата
Введение к работе
Качество продукции - наиболее актуальная проблема экономики России, которая стояла как в доперестроечные времена (безуспешно завершенная пятилетка качества), так и в настоящее время, характеризующееся вытеснением отечественных производителей с рынков (не только внешнего, но и внутреннего), свертыванием и ликвидацией производств, не выдерживающих конкуренции в сбыте своей продукции по причине её низкого качества.
Изложенное справедливо для продукции любого назначения, в том числе и для продукции сельхозмашиностроения. Последняя в условиях нашей страны, имеющей значительный сектор сельскохозяйственного производства, характеризуется наиболее массовым спросом и потреблением, и именно поэтому современный кризис отечественного производства сельскохозяйственной техники наиболее ощутим для экономики как отдельных регионов, так и страны в целом. Так, бывший гигант отечественного комбайностроения - завод Ростсельмаш - в настоящее время только начинает выходить из кризиса, и наш рынок зерноуборочных комбайнов и другой сельхозтехники свободен для интервенции зарубежных производителей. Последние не только расширяют сбыт своей продукции в РФ, но и активно создают у нас сборочные производства техники для сельского хозяйства. Примеры тому -комбайновые заводы в г.Шахты и г.Краснодаре, построенные совместно с финской и немецкой фирмами, которые уже сейчас, когда только начато производство, создают серьезную конкуренцию заводу Ростсельмаш, обеспечивая выпуск более качественной продукции.
Достоверно установлено, что точность исполнения и монтажа на машине её агрегатов является превалирующим фактором, определяющим практически все показатели качества её функционирования. Ещё на заре
становления серийного и массового производства машин их качество связывалось с точностью исполнения деталей, точностью их сопряжений в агрегатах, точностью монтажа агрегатов на машине, отчего принято считать началом постановки и решения проблемы качества машин введение в 1905г. принципа Ф.Тейлора, положенного в основу управления качеством продукции промышленности и используемого и по сей день. Ф.Тейлор выдвинул идею использования не одной, а двух моделей, которые определяли бы пределы допустимого качества. Для графических моделей (чертежей) это свелось к понятиям нижней и верхней границ допусков, а для моделей «в металле» (шаблонов) - к появлению двух типов калибров: пропускных и непропускных. Им, по существу, был разработан механизм, включающий три функции управления: техническое нормирование качества, контроль за соблюдением норм и административное (экономическое) принуждение к их соблюдению. Нормирование качества осуществлялось конструктором и затем реализовывалось технологами; технический контроль - соответствующими отделами (ОТК); административное принуждение - администрацией и службами, определяющими размеры заработной платы, штрафов и удержаний.
Не останавливаясь на последних двух функциях управления качеством, заметим, что требование нормирования точности конструкций при проектировании и реализация этих требований в производстве машин дали толчок бурному развитию теории точности, отдельным разделом которой стала теория расчета размерных цепей, получившая широкое использование в практике создания (проектирование и производство) машин серийного и массового изготовления как средство управления их качеством.
Отечественные ученые внесли весомый вклад в становление и развитие теории точности. Работы Н.А.Бородачева, Н.Г.Бруевича, В.И.Сергеева, В.М.Кован, А.Б.Яхина заложили фундамент этой теории,
широко использованный в различных отраслях машиностроения как при конструировании, так и в производстве машин. В отрасли сельхозмашиностроения, имеющей особенности и традиции конструирования и производства машин и их различного рода агрегатов (эти особенности отдельно рассмотрены в п.1.1.), необходимо отметить разработки П.Ф.Дунаева, Б.Д.Дюсенова, П.В.Полещенко и Г.Г.Чернова. Начиная с 80-х годов 20 в., учение о точности получило развитие в разработках О.А.Полушкина, Г.И.Каныгина и других ученых Донского государственного технического университета, которые создали в нем новое направление - исследование точности ротационных агрегатов машин.
Ротационные агрегаты - объекты настоящего исследования -наиболее широко используются в конструкциях машин вообще и в сельхозмашинах, в частности. Объясняется это не только соображениями непрерывности технологических процессов, но и их высоким КПД, относительно низкой стоимостью механизмов трансформации энергии и другими достоинствами передач вращения. Именно поэтому в конструкции зерноуборочного комбайна в качестве молотильных агрегатов, битеров, шнеков и других исполнительных органов используются агрегаты ротационного принципа действия (роторы). Это имеет место и в конструкциях других машин, не только сельскохозяйственного назначения.
Работа ротационных агрегатов связана с генерацией значительных по уровням вибраций, что особо заметно у современных сельхозмашин и зерноуборочных комбайнов, поскольку тенденция роста производительности этих машин привела к росту скоростей вращения их роторов. Наряду с погрешностями привода, одним из наиболее существенных источников этих вибраций является неуравновешенность роторов, устранение которой производится при производстве машин балансировкой.
Как обязательная для роторов зерноуборочных комбайнов технологическая операция балансировки стала лишь в начале 60-х годов прошлого века. На заводе Ростсельмаш по предложенным НИИтракторосельхозмаш технологии и оборудованию была введена операция балансировки молотильного барабана комбайна СК-4 и ряда его шкивов. В настоящее время все ротационные агрегаты зерноуборочных комбайнов СК-5, Дон-15 00 и его модификаций проходят балансировку в условиях производства. Все это стало возможным благодаря тому, что исследования динамики ротационных агрегатов сельхозмашин и решение связанных с ними вопросов балансировки за отмеченное время претерпели качественный скачок. Результаты этих исследований, которые производились и в РИСХМе (ДГТУ), легли в основу создания как Государственного /12/, так и отраслевых /27,28/ стандартов, использование которых в практике регламентировало не только использование балансировки для ротационных агрегатов сельхозмашин, но и разработку нормативов точности этой операции при решении вопросов конструирования и производства сельскохозяйственной техники.
Отмеченные исследования, как и созданные на их основе нормативные материалы, позволили решать вопросы точности балансировки в отрыве от рассмотрения и учета погрешностей геометрии привода, которые не только влияют на неуравновешенность ротора, но и являются самостоятельным источником вибраций, определяя тем самым уровни показателей качества работы ротационного агрегата сельскохозяйственной машины. Этот недостаток проистекает из того, что современная теория точности предлагает методы анализа и синтеза лишь скалярных (одномерных) размерных цепей, имеющих одно замыкающее звено, определяемое конечным множеством составляющих звеньев. Лишь отдельные исследователи ставят (но не решают) задачу расчета векторных (многомерных) цепей с конечным множеством замыкающих звеньев,
каждое из которых определяется конечным множеством составляющих звеньев.
Хотя подробный анализ работ - как отмеченных выше авторов, так и других разработчиков различных аспектов теории точности - предоставлен ниже (п.1), здесь отметим, что основной проблемой, с которой сталкиваются все исследователи, конструкторы и технологи, является низкая надежность и достоверность точностных расчетов агрегатов машин и технологических процессов их изготовления, обеспечиваемая существующими методами анализа и синтеза размерных цепей. Особо остро эта проблема стоит при расчетах размерных цепей ротационных агрегатов машин, которые с совместным учетом как геометрических погрешностей элементов привода ротора, так и инерционных погрешностей, определяющих характеристики его неуравновешенности, становятся сложными многосвязными векторными цепями, методы исследования которых не разработаны.
Изложенное выше обусловило постановку научной цели настоящей работы - разработка и совершенствование методов контроля и управления качеством и эффективностью создания и работы технических средств мехнизации сельского хозяйства путем обеспечкния надежности и достоверности проектных расчетов векторных многосвязных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе развития и уточнения существующих теоретических основ этих расчетов. Достижение этой цели является крайне актуальным для решения проблемы управления качеством и конкурентоспособностью этих машин в необходимых для России условиях их серийного и массового производства.
На защиту выносятся полученные результаты решения таких новых научных задач как:
обоснования нового негауссового закона распределения значений размеров деталей сельхозмашин на основе моделирования точности и управления качеством настроенной размерной обработки этих деталей;
анализ инерционных размерных цепей роторов с конечным числом локальных дисбалансов, что характерно для сборных конструкий роторов сельхозмашины;
- анализ векторной многосвязной размерной цепи ротационного
агрегата сельхозмашины с учетом геометрических и инерционных
погрешностей, которые в совокупности можно характеризовать как
дальнейшее развитие современной теории точности.
Работа выполнялась в рамках научно-технической Программы П.Т. «Ресурсосберегающие технологии автомобильного и тракторного машиностроения», раздел 2: «Энерго- и ресурсосберегающие технологии мобильной сельскохозяйственной техники» Минобразования России в 1998-99 гг. и в рамках научно-технической Программы «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий», раздел: «Механика в машино- и приборостроении» Минобразования России в 2000г. Отдельные из представленных здесь результатов получены при выполнении НИР по грантам ТОО-6.1-1044, ТО2-06.09-260 Минобразования РФ, выделенным ДГТУ для проведения фундаментальных исследований в области технических наук на 2001...2004гг. Тематика работы вкладывается в такие приоритетные направления научных исследований ДГТУ как «Управление качеством изготовления изделий машиностроительного комплекса» и «Проблемы создания машин и технологических процессов агропромышленного комплекса».
Автор приносит большую благодарность коллективу кафедры «Теория механизмов и машин» ДГТУ за помощь и содействие в выполнении исследований и оформлении диссертационной работы.
Особенности конструкции, производства, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин
Ротационные агрегаты (роторы), широко используемые в конструкциях сельхозмашин, имеют ряд существенных отличий от роторов других машин, станков, приборов и т.д.
Выявление специфики роторов сельхозмашин свели к анализу их конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей, совокупность которых обуславливает необходимость их отдельного рассмотрения как объектов исследования. Такому анализу подвергли все ротационные агрегаты зерноуборочных комбайнов СК-5 «Нива», «Дон-1200», «Дон-1500» и их модификаций, «Дон-091», «Дон-161», кормоуборочного комбайна «Дон-680», косилки-измельчителя КИН-2,7. Данные для проведения такого анализа были представлены Техническим центром ОАО «Ростсельмаш» - разработчиком конструкций и производителем этих машин.
Проведенный анализ выявил следующие особенности роторов исследованных машин: - большое разнообразие конструкций, типоразмеров и, как следствие, широкий диапазон масс (1-500 кг) и частот вращения (100-3000 мин"1); - преимущественно представляют собой двухопорные роторы на подшипниках качения; - привод осуществляется в основном ременными передачами с литыми чугунными или алюминиевыми шкивами, соизмеримыми по массе с массой приводимого ротора; широко распространены роторы, представляющие контрприводы трансмиссий; - преобладает сборно-сварной тип конструкции с окончательной сборкой на машине; - низкий класс точности исполнения деталей, значительные уровни погрешностей сборки и монтажа, заложенные в конструкторской документации; - отсутствие в сборочных чертежах характеристик точности, определяющих состояние ротора на машине; - имеют серийное и массовое производство с отработанной технологией, основанной на широком использовании автоматизированной настроенной размерной обработки деталей; - практически отсутствуют не только технические средства, но и нормативы контроля качества исполнения ротационных агрегатов на собранной машине, обоснование которых требует надежных и достоверных точностных расчетов этих агрегатов; - интенсивное изнашивание элементов конструкций роторов, представляющих собой рабочие органы машин; необходимость частой замены таких элементов в эксплуатации; возможность частого засорения роторов обрабатываемым материалом, пылью, почвой и технологическими отходами. Отмеченные выше конструктивные, технологические и эксплуатационные особенности роторов сельхозмашин предопределяют специфику их балансировки, нормативы которой обосновываются и назначаются проектировщиком и реализуются в производстве и эксплуатации. Эта специфика сводится к следующему: - невозможность унификации нормативов балансировки роторов (необходимость балансировки, способ балансировки, класс точности балансировки и пр.) с помощью универсальных таблиц и критериев и необходимость обоснования этих нормативов расчетными методами, дифференцированно учитывающими все конструктивные, кинематические, динамические, технологические и эксплуатационные особенности каждого ротора; - преимущественное использование подетальной балансировки, когда отдельно балансируют сборочные единицы (шкивы, барабаны) ротора, из которых его собирают на машине без дополнительной балансировки в сборе на месте; - высокий уровень и большой разброс значений начальных дисбалансов и эксплуатационных разбалансировок роторов; - отсутствие надежных, эффективных и быстродействующих балансировочных комплексов для использования их как в производстве, так и в эксплуатации; балансировку роторов при ремонте сельхозмашин (даже на специализированных предприятиях) не производят, сборочные единицы роторов поставляют в запчасти отбалансированными; - использование узкоспециализированного балансировочного оборудования практически для каждого балансируемого изделия; - относительно большая доля (до 7%) брака изделий (особенно шкивов) из-за несбалансированности ввиду несоответствия предельных значений корректирующих и неуравновешенных масс; - преимущественное и зачастую неадекватное использование статической балансировки, использование которой крайне ограничено действующими отечественными и международными стандартами /12,24/; - имеются роторы (например, ротационные режущие аппараты современных высокопроизводительных кормоуборочных комбайнов) с отношением эксплуатационной частоты вращения к первой критической, достаточно близким к единице, что не позволяет их рассматривать в вопросах балансировки как жесткие, хотя это и допускается с точки зрения эксплуатации; - элементы привода ротора, выполняемые отдельно, не могут проходить балансировку совместно с самим ротором, т.к. монтируются на роторе в процессе сборки машины; - отсутствуют как технические средства, так и нормативы контроля качества балансировки ротационных агрегатов на собранной машине, обоснование которых требует надежных и достоверных расчетов характеристик неуравновешенности этих агрегатов. Резюмируя, отметим, что установленные анализом и приведенные выше особенности конструкций, технологии изготовления, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельхозмашин лишь в отдельных позициях присущи роторам машин иного назначения, отчего их представление в качестве объекта настоящего исследования является вполне обоснованным. Кроме того, оценка качества исполнения, балансировки и монтажа на машине таких агрегатов делает необходимым проведение как конструкторских, так и технологических расчетов их размерных цепей, устанавливающих связь между замыкающими и составляющими звеньями, формирующими эти цепи /16/. Для роторов сельхозмашин такие расчеты в настоящее время не проводятся, что обусловлено доказанной практикой низкой надежностью и достоверностью существующих методов их реализации (см.п.1.3).
Математическая модель точности настроенной размерной обработки
Назовем «размерной» поверхность детали, исполняемую по некоторому размеру с определенным допуском, выдержать который в процессе изготовления детали необходимо для обеспечения качественного сопряжения этой детали с размерной поверхностью другой детали. Так, размерной будем считать поверхность отверстия шкива привода ротационного агрегата, сопрягаемую с валом ротора, для которой конструктор назначает в чертежах размер (диаметр) и допуск на исполнение этого размера. Аналогично, размерной следует считать и поверхность вала в месте его сопряжения со шкивом. Для исполнения этого размера вала в его чертеже также регламентируется диаметр и допуск изготовления.
Массовое и крупносерийное производство сельскохозяйственных машин предусматривает обработку размерных поверхностей сопрягаемых деталей на автоматическом и полуавтоматическом настраиваемом на требуемый размер технологическом оборудовании, что в действительности и имеет место, например, в производстве деталей зерноуборочных комбайнов вообще и деталей их ротационных агрегатов, в частности. Используемое при этом обрабатывающее оборудование характеризуется технологической точностью, под которой будем понимать закон распределения размера обработанной на нем поверхности детали. При этом технологическая точность оборудования должна быть согласована с точностью (допуском) размерной поверхности обрабатываемой на нем детали, т.к. при малом значении поля допуска и низкой технологической точности оборудования, характеризующейся широким полем рассеивания значения получаемого на этом оборудовании размера, растет доля брака обработки, в противном случае неадекватно удорожается стоимость и снижается эффективность производства.
Не останавливаясь здесь на решении вопроса согласования точности исполнения размерной поверхности детали с технологической точностью используемого для этой цели оборудования (это будет сделано ниже), рассмотрим далее вопрос, без разрешения которого невозможно отмеченное согласование, - вопрос о моделировании технологической точности оборудования в процессе автоматизированной обработки поверхности детали.
Технологическая точность обработки зависит от множества отмеченных в п.1.2. независимых или слабозависимых факторов, сопутствующих механической обработке размерной поверхности детали, которая преимущественно используется при изготовлении деталей роторов сельхозмашин в массовом и крупносерийном их производстве. В соответствии с теорией вероятностей /10/ все это предопределяет возможность использования для оценки технологической точности обработки размерной поверхности детали закона (1.1) Гаусса.
Практическая оценка параметров m и о этого закона осуществляется статистикой ограниченной выборки, предоставляющей собой часть генеральной совокупности (полного множества произведенных на оборудовании деталей). Методика такой обработки хорошо отработана /50/ и требует использования для оценки параметров закона распределения случайной величины JC представительной выборки, связывая понятие представительности с объемом выборки. Это для принятых условий производства не всегда является справедливым, и, как будет показано ниже, необоснованное увеличение объема выборки может привести к увеличению ошибки определения параметров закона распределения случайной величины.
Все факторы, предопределяющие нормальный закон распределения рассеивания значений х, принято считать случайными и независимыми, в том числе и размерный износ I инструмента. Вместе с тем, объективность наличия износа I инструмента, имеющего довольно строгие закономерности, определяющие его стойкость - время Т работы до достижения критического значения 1кр износа, - делает сомнительным рассмотрение этого фактора как случайного.
Не ставя здесь задачу изучения закономерностей размерного износа различного типа инструмента в различных условиях автоматизированной обработки размерной поверхности той или иной детали (эта задача решается существующей теорией резания /47/) и полагая известной зависимость I=I(t), которая близка к функциональной (особенно в рассматриваемых условиях обработки размерной поверхности), оценим влияние фактора износа инструмента на параметры закона распределения случайного значения х.
Решение этой задачи основываем на использовании следующих допущений и условий обработки: - настройка оборудования, связанная с ремонтом или заменой инструмента, строго осуществляется с периодом Т стойкости инструмента, что отвечает требованиям технологии автоматизированного производства; интенсивность износа элементов оборудования (станок, приспособление) пренебрежимо мала в сравнении с интенсивностью износа инструмента; - зависимость I(t) считаем функциональной и определенной, пренебрегая рассеиванием значений характеристик и свойств инструмента, определяющих параметры этого закона; - производительность оборудования считаем постоянной и не зависящей от износа инструмента; - при условии отсутствия износа инструмента рассеивание значения размера JC обрабатываемой поверхности детали описывается законом (1.1), что обусловлено действием прочих (исключая износ инструмента) случайных факторов, сопутствующих обработке и описанных выше в п. 1.2. Изложенное представляет описательное содержание модели технологии автоматизированной обработки размерной поверхности детали в массовом и крупносерийном её производстве, которая позволяет построить уточненную в сравнении с (1.1) математическую модель точности этого процесса, учитывающую износ инструмента как неслучайный фактор.
Анализ локальной инерционной размерной цепи ротора
Исследования проводили для процесса настроенной размерной обработки посадочного отверстия шкива привода барабана измельчителя зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» в условиях его производства на заводе «Сельмаш-Калитва». Режимы обработки характеризуются глубиной резания t=lMM, подачей So=0,2 мм/об, частотой вращения инструмента п=630мин"1. Обрабатываемый материал - серый чугун с твердостью Используя справочные материалы /47/, нашли расчетную стойкость зенкера Тр=456мин, когда его износ по задней поверхности у ленточки составляет h3= 1,6мм, обеспечивая предельно допустимый размерный износ Inp=h3tga=0,282MM, где а=10 - главный задний угол заточки зенкера.
Необходимо заметить, что представленное выше значение 1пр определено нормативными требованиями к геометрии заточки зенкера, а не требованием к точности обрабатываемой им поверхности, которые характеризуются значением 1,ф, определяемым по методике п.2.4 после определения параметров модели (2.7) точности процесса обработки. Поэтому при проведении эксперимента по определению 1кр 1пр обработку шкивов вели до тех пор, пока значение х размера обработанного зенкером отверстия не удовлетворило условию х 40,000мм, т.е. до появления первого шкива, имеющего исправимый брак обработки.
Программа исследований предусматривала: построение математической модели (2.7) точности существующего на заводе процесса обработки отверстия шкива привода измельчителя комбайна «Дон-1500Б» с определением параметров I(t), m, a, Т этой модели; решение задач управления качеством процесса этой обработки, преследующего цель практического исключения неисправимого и исправимого брака обработки путем обоснования адекватных этому значений настроечного параметра m и стойкости Т зенкера; обоснование параметров закона распределения генеральной совокупности значений размера х отверстия кондиционного множества обработанных шкивов и числовых характеристик этого распределения; сравнение числовых характеристик этого закона с числовыми характеристиками гипотетического нормального распределения значений JC на поле допуска.
Методика эксперимента основывалась как на использовании материалов п.2.5 настоящих исследований, так и на учете специфики инструмента (зенкера) для обработки отверстия шкива. Измерение размеров х обработанных отверстий производили с помощью нутромера модели 109 с индикатором многооборотным 1МИГП по ГОСТ Р 9696-82 с ценой деления 0,001мм и диапазоном 0-1 мм. Результаты измерения получали осреднением пяти замеров каждого отверстия.
Изменение во времени размерного износа I(t) инструмента определяли не опосредованно через размер обработанной поверхности, как это предусмотрено методикой п.2.5, а с помощью непосредственного измерения диаметра D режущей части зенкера у ленточки с помощью измерительной скобы, оснащенной тем же индикатором 1МИГП. Значение D определяли как среднее результатов пяти замеров.
Эксперимент проводили в ОАО «Сельмаш-Калитва» на рабочем месте, где производится окончательная обработка посадочного отверстия шкива привода измельчителя комбайна «Дон-1500Б» зенкерованием. Замеры значения х осуществляли у каждого из обработанных последовательно во времени шкивов. Замеры значений D проводили как у нового зенкера (D0=40,248MM), так и после обработки им каждой партии из AN=50 шкивов, т.е. по истечении интервала времени At=50ton=43,5MHH работы инструмента. Значение размерного износа зенкера к моменту времени tK=At-K проведения замера D, где к - целое число, определяли как IK=D0-DK, формируя массив (tK, Ік) для к=0,1,2... Этот массив аппроксимировали по методу наименьших квадратов зависимостью
Ik = a k осуществив её логарифмирование lglk=lga+nlgtk. В результате находили экспериментально обоснованные значения а и п, определяющие закон I(t)=atn изменения размерного износа зенкера во времени как параметр модели (2.7) точности процесса обработки. Замеры значений DK производили без снятия инструмента со станка.
Необходимо отметить, что значения а и п закона размерного износа инструмента в общем случае являются случайными величинами, значения которых могут отличаться для различных экземпляров одного и того же типоразмера инструмента даже в отдельной его партии. Для оценки последнего эксперименты по моделированию точности существующего и предложенного процессов обработки отверстия шкива проводили зенкерами, взятыми из различных партий.
Идентификацию параметра а модели (2.7), характеризующего технологическую точность станочного оборудования, используемого для зенкерования отверстия шкива, осуществляли статистической обработкой значений размеров х первой партии AN=50 шкивов, обработанных новым (неизношенным) зенкером, полагая, что износ инструмента при обработке к=1-й партии шкивов практически отсутствует. Это тем более является справедливым, что при п 1 закон I(t)=atn на интервале времени 0 t ti=At обеспечивает наименьшую интенсивность dl/dt износа инструмента.
Уравнение размерной цепи геометрии j-й передачи ротационного агрегата
Как международный /24/, так и отечественный /12/ стандарты на качество балансировки роторов требуют регламентации их допустимых дисбалансов на работающей машине. Поэтому чертежная документация на каждый из роторов машины должна, наряду с классом точности его балансировки по отмеченным стандартам, содержать значения допустимых дисбалансов в каждой из плоскостей его опор. Современная практика проектирования и производства сельхозмашин (и не только их) не регламентирует отмеченное. Это обусловлено как отсутствием научно обоснованной методики анализа инерционных размерных цепей, так и ограниченным использованием отечественными производителями технических средств диагностирования и контроля качества балансировки ротора, установленного на машине. В современных рыночных условиях, когда качество машин является определяющим фактором в конкурентной борьбе производителей сельскохозяйственной техники, решение отмеченных задач, основанное на разработке теории, методики построения и использования уравнения инерционной размерной цепи каждого ротора машины, является особо актуальным в обеспечении гарантии качества проектируемой и производимой машины.
Характеристиками неуравновешенности жесткого двухопорного ротора на машине могут служить значения Dj и углы а; дисбалансов в плоскостях приведения, совпадающих с опорами i=l,2 ротора /38/, и обобщенной записью замыкающего звена инерционной размерной цепи ротора является матрица-столбец
Векторное и скалярное значение каждого из составляющих звеньев может оказывать влияние на любой из элементов матрицы N. Уравнение инерционной размерной цепи и призвано учесть это влияние установлением связи составляющих звеньев с элементами N.
Выражение (3.17) представляет замыкающее звено инерционной размерной цепи ротора в детерминированном описании, используемом при исследовании неуравновешенности единичного экземпляра ротора. В условиях серийного и массового производства, характерного для сельхозмашиностроения, значения Dj и а,- являются случайными величинами и должна ставится и решаться задача статистического расчета инерционной размерной цепи ротора, когда матрица N содержит компонентами не значения Dj, oij, а функции их распределения или (что является предпочтительным /10/) числовые характеристики этих функций, являющиеся параметрами последних.
Как было отмечено выше, теоретически и экспериментально обосновано /34/, что для любого ротора распределение Dj подчинено однопараметрическому закону Релея, а а; распределено на интервале 0-2я по закону равной плотности вероятностей. Это позволяет представить в статистических расчетах инерционных размерных цепей их замыкающее звено как где o(Dj) - параметр закона Релея рассеивания значения дисбаланса в плоскости і-й (і=1,2) опоры ротора.
В работе /34/ замыкающее звено инерционной размерной цепи упрощенно представлено характеристикой рассеивания лишь значения Dcm - главного вектора дисбалансов ротора. Хотя это и позволило автору идентифицировать класс точности балансировки любого ротора, однако для обоснования допустимых дисбалансов в плоскостях его опор такая скалярная интерпретация замыкающего звена инерционной размерной цепи ротационного агрегата является недостаточной. Это не позволило автору учитывать моментные дисбалансы ротора и его сборочных единиц в расчетах размерных цепей и потому результаты этих расчетов имеют ограниченное использование (в частности, их нельзя использовать для прогнозирования динамики неуравновешенного ротора на машине). Интерпретация N в виде (3.18), хотя и усложняет расчет инерционной размерной цепи (от скалярного расчета Dcm это требует перехода к расчету компонентов N по (3.18)), однако делает его более точным, достоверным и полноценным в практических расчетах динамики машин.
На рис.3.2 представлена характерная для сельхозмашин и обобщающая примеры на рис.3.1 схема сборной конструкции ротора, содержащего j=0-io сборочную единицу, балансируемую динамически или отдельно небалансируемый вал ротора, и п сборочных единиц j=l...n, каждая из которых не балансируется или балансируется статически. Для этого ротора предусмотрена подетальная балансировка (п.3.2), при которой ротор собирается из всех его сборочных единиц непосредственно при сборке машины без дополнительной его балансировки в собранном состоянии. Последнее предопределяет необходимость анализа инерционной размерной цепи такого ротора с использованием её уравнения.
В центральной плоскости приведения каждой j-й (j l) сборочной единицы ротора на рис.3.2 будет иметь место главный вектор Dj и главный момент MDJ локальных дисбалансов (на рисунке они показаны условно сонаправленными для всех сборочных единиц), параметры закона Релея рассеивания случайных значений которых определены по (3.16), (3.13). Координаты центральных плоскостей приведения дисбалансов сборочных единиц задаются в представленной на рисунке системе координат х, у, связанной с левой опорой ротора.
