WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПОРШНЕВЫМИ ГАЙКОВЕРТАМИ ...»

На правах рукописи

КОЛГАНОВ Евгений Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАТЯЖКИ

РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПОРШНЕВЫМИ

ГАЙКОВЕРТАМИ

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени



кандидата технических наук

ПЕНЗА – 2015

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный технологический университет».

Научный руководитель – доктор технических наук, доцент Ланщиков Александр Васильевич

Официальные оппоненты: Житников Юрий Захарович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия им. В. А. Дегтярева», заведующий кафедрой «Технология машиностроения»;

Булавин Игорь Александрович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», доцент кафедры «Технология машиностроения»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет», г. Чита

Защита диссертации состоится 29 декабря 2015 г., в 14 часов 30 минут, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет»

по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» и на сайте http://dissov.pnzgu.ru/ecspertiza/kolganov.

Автореферат разослан «___» _________2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Воячек Игорь Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сборка является завершающим этапом производственного процесса в машиностроении и во многом определяет качество изготавливаемой продукции. Резьбовые соединения (РС) составляют более 20–35 % от общего количества разъемных соединений и являются наиболее распространенным средством соединения различных деталей и узлов.

Операции сборки РС отличаются высокой трудоемкостью, достигающей 50 % от всего объема сборочных работ, связанной со сложностью автоматизации или необходимостью достижения требуемого качества сборки.

Под качественной сборкой РС понимают сборку, при которой достигаются требуемая плотность и герметичность стыков соединяемых деталей с обеспечением заданной точности осевых сил затяжки. Проблему повышения качества операций сборки РС решают разнообразными способами: использованием активного контроля, применением средств стопорения, а также совершенствованием процесса сборки и конструкции применяемого оборудования (инструмента) с учетом конструкторско-технологических особенностей резьбового узла.

Во многих случаях РС являются ответственными элементами конструкции, требующими строго нормированной точности затяжки. К таким соединениям относятся групповые РС, используемые для крепления головки блока цилиндров ДВС, крышек резервуаров в химическом машиностроении, работающих при высоких температурах и давлении, и др.

Для осевого усилия затяжки таких РС устанавливается допускаемая относительная погрешность не более 10 % от номинального значения. Следовательно, кроме достижения высокой производительности процесса сборки с использованием гайковертов, необходимо также обеспечивать и требуемое качество выполнения резьбосборочной операции.

Из всего многообразия часто используются гайковерты, основу которых составляют пневматические двигатели ротационного типа в сочетании с планетарным редуктором. Такие устройства отличаются сложностью конструкции и кинематики, а также существенными относительными погрешностями осевой силы затяжки (до 20–25 %). В работах Б. Ю. Житникова, И. В. Житниковой и др. описан прогрессивный комбинированный метод сборки РС, основанный на предварительной затяжке с контролем момента завинчивания и окончательной затяжке с контролем угла поворота резьбовой детали. При применении пневматических гайковертов с приводами ротационного типа прямого действия при сборке комбинированным методом достигнута относительная точность усилия затяжки 11,5 %.





В работе предлагается использовать усовершенствованный пневматический гайковерт с приводом поршневого типа, имеющий расширенные технологические возможности, который позволяет рационально обеспечить заданную точность усилия затяжки как при сборке комбинированным методом, так и при сборке с контролем только момента затяжки.

Таким образом, можно сделать вывод, что актуальной является задача обеспечения точности механизированной сборки РС, решение которой возможно при применении пневматических поршневых гайковертов, имеющих ряд преимуществ перед гайковертами с двигателями ротационного типа.

Объект исследования – процесс затяжки РС с применением автоматизированного оборудования – гайковертов.

Предмет исследования – установление взаимосвязей между точностью параметров затяжки РС, влияющими факторами и конструктивными особенностями поршневых гайковертов.

Цель исследования – обеспечение качества затяжки РС пневматическими поршневыми гайковертами на основе установления взаимосвязей между параметрами затяжки и конструктивными особенностями поршневых гайковертов.

Задачи исследования:

1. Выявление взаимосвязей между параметрами высокоточной затяжки резьбовых соединений различными способами и конструктивными особенностями пневматических поршневых гайковертов.

2. Выявление влияющих факторов и определение погрешностей осевых сил затяжки пневматическими поршневыми гайковертами.

3. Теоретическое описание процесса затяжки РС пневматическим поршневым гайковертом.

4. Определение рациональных конструктивных параметров и разработка новой конструкции пневматического поршневого гайковерта.

5. Экспериментальное определение точности затяжки РС при использовании модернизированного пневматического поршневого гайковерта.

6. Создание опытно-промышленного образца пневматического поршневого гайковерта и реализация результатов проведенных исследований в производственных условиях.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием основных положений технологии машиностроения, теоретической и прикладной механики, методов математического моделирования, оригинальных компьютерных программ. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием стандартных и оригинальных методик, аттестованных приборов, установок и средств измерения.

Научная новизна (пункты 2, 3, 4 паспорта специальности):

1. Выявлены влияющие факторы и получены зависимости для определения отдельных составляющих и суммарной относительной погрешности осевых сил затяжки РС пневматическими поршневыми гайковертами, достоверность этих зависимостей подтверждена результатами экспериментальных исследований.

2. Предложена система уравнений, описывающая процесс затяжки РС пневматическим поршневым гайковертом, учитывающая процессы, происходящие в полости пневмоцилиндра поршневого гайковерта, и сопротивление, возникающее в РС при его затяжке, использование которой позволяет определить рациональные параметры поршневых гайковертов.

3. Сформулированы требования к конструкциям поршневых гайковертов, реализация которых обеспечивает затяжку РС рациональным образом и с заданной точностью.

Практическая значимость работы:

1. Разработана новая конструкция пневматического поршневого гайковерта, позволяющая реализовать непрерывное вращение выходного вала, исключить холостой ход, расширить диапазон возможных крутящих моментов на выходном валу и технологические возможности гайковерта.

2. Разработана методика назначения технологических режимов сборки РС усовершенствованным пневматическим поршневым гайковертом, обеспечивающих погрешность осевых сил затяжки не более 10 %.

На защиту выносятся:

1) теоретическое обоснование повышения качества сборки РС пневматическими поршневыми гайковертами на основе предложенных зависимостей для определения суммарных и составляющих погрешностей осевых сил затяжки РС пневматическими поршневыми гайковертами;

2) система уравнений, описывающая процесс затяжки РС пневматическим поршневым гайковертом;

3) сформулированные требования к конструкции поршневых гайковертов и к технологическим режимам сборки, позволяющие осуществлять затяжку РС с заданной точностью;

4) оригинальная конструкция пневматического поршневого гайковерта;

5) результаты экспериментальных исследований относительной точности параметров затяжки пневматическим поршневым гайковертом.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается результатами теоретических и экспериментальных исследований, их хорошей сходимостью, использованием стандартных методик исследования и аттестованного оборудования, внедрением результатов исследования и проектирования на промышленном предприятии.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Современные технологии сборки» (Москва, МГТУ «МАМИ», 2011 г.); III научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, ПензГТУ, 2010 г.); IV научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и образования»

(Пенза, ПензГТУ, 2011 г.); V научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, ПензГТУ, 2012 г.); I Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в машиностроительном комплексе» (Пенза, ПГУ, 2012 г.).

Материал диссертационной работы является составной частью Государственного контракта № 14.740.11.0984 на поисковые научноисследовательские работы по программе «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» по теме «Сборка машин:

конструкция, технология, оборудование».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 работы – в журналах, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и трех приложений. Работа изложена на 143 страницах, включает 46 рисунков и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дана ее краткая характеристика, сформулированы научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор публикаций, посвященных вопросам обеспечения качества сборки РС. Приведены основные направления исследований, проводимых в этой области за последние годы.

В практике выполнения технологических операций механизированной сборки РС качество обычно оценивают вариацией (рассеиванием) усилия затяжки по одному или нескольким контролируемым параметрам:

крутящему моменту, углу поворота гайки и (или) удлинению стержня болта.

Наибольшее распространение получил контроль по крутящему моменту.

Однако в работах Б. Ю. Житникова, И. В. Житниковой и др. описан высокоточный комбинированный метод обеспечения заданного усилия затяжки в два этапа: на первом – предварительная затяжка с обеспечением определенного момента, на втором – окончательная затяжка с обеспечением заданного угла поворота резьбовой детали.

Данный метод предлагается использовать для ответственных РС с нормированной точностью усилия затяжки. Он реализован с применением пневматических гайковертов с приводами ротационного типа. Однако данные гайковерты имеют более сложную конструкцию и кинематику по сравнению с поршневыми гайковертами, которые позволяют также обеспечить более высокую точность затяжки при сборке комбинированным методом. Также следует учитывать случаи сборки РС, когда длина болта меньше диаметра l d и более точным является контроль усилия по моменту затяжки. Кроме того, технологию сборки с контролем момента затяжки целесообразно использовать для сборки РС, не относящихся к ответственным, а также при различных ремонтных работах. Поэтому конструкция гайковерта должна обеспечивать возможность перехода с комбинированной схемы затяжки на затяжку с контролем момента.

Вопросам совершенствования технологии автоматизированной сборки РС и обеспечения ее качества посвящены работы А. А. Гусева, С. Я. Березина, В. Т. Бойко, В. Л. Вейца, Ю. З. Житникова, Д. Ф. Брюховца, Г. Б. Иосилевича, А. В. Ланщикова, В. Д. Максимовича, И. В. Шуваева, А. Н. Потемкина, В. Д. Утенкова, И. И. Артемова и других ученых. Установлено, что наибольшее распространение при сборке РС получили пневматические гайковерты с двигателем ротационного типа, однако их применение зачастую не обеспечивает требуемого качества сборки РС ввиду ряда недостатков указанного оборудования. Более перспективными и простыми по конструкции являются поршневые гайковерты.

В работе проведен анализ существующих конструкций поршневых гайковертов, описаны их недостатки.

Таким образом, актуальным является исследование технологических возможностей и совершенствование процесса сборки РС пневматическими гайковертами с поршневым приводом. Необходимо обеспечить относительную погрешность осевых сил затяжки при применении пневматических поршневых гайковертов не более 10 % в соответствии с требованиями, предъявляемыми для ответственных РС.

На основании проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе проведено теоретическое исследование процесса сборки резьбовых соединений пневматическими поршневыми гайковертами при реализации комбинированного метода затяжки (предварительная затяжка с контролем момента и окончательная затяжка с контролем угла поворота), используемого для сборки ответственных РС, и метода затяжки с контролем момента.

При сборке РС пневматическими поршневыми гайковертами комбинированным методом возникают погрешности осевых сил затяжки на этапе предварительной (индекс «пр») и окончательной затяжки (индекс «о») от следующих факторов: нестабильности угловой скорости вращения выходпр о ного вала – Q и Q ; кинематической погрешности в храповом мехапр о пр о низме – Qх и Qх ; нестабильности сопротивления в РС – Qр и Qр ;

величины приведенных моментов инерции вращающихся элементов механизмов гайковерта к оси шпинделя – Qiпр и Qiо.

Для всех описанных погрешностей найдены зависимости и установлены предельные значения. В результате выявлено, что наибольший вклад в значение суммарной погрешности усилия затяжки вносят погрешности от

–  –  –

где в правой части указаны составляющие погрешности, возникающие при отклонении параметров в формуле (1).

Влияние каждой составляющей на погрешность осевой силы затяжки в формуле (2) определялось методом дифференцирования с нахождением частных производных.

Параметры РС и их допустимые отклонения представлены в таблице 1.

–  –  –

Вклад каждой составляющей погрешности в формуле (4) также определялся методом дифференцирования с нахождением частных производных.

Следует отметить, что на диапазон рассеивания угла поворота влияют такие факторы, как нестабильность угловой скорости вращения выходного вала, величины приведенных моментов инерции вращающихся элементов механизмов гайковерта к оси шпинделя, кинематическая погрешность в храповом механизме. Это учитывалось при назначении диапазона отклонения в выражении (4) и таблице 1.

В результате получено, что погрешность усилия затяжки от нестабильности момента сопротивления в резьбе на этапе окончательной затяжки составляет 8,32 %, т.е.

о Qр 8,32 %.

Значения абсолютных и относительных погрешностей усилия затяжки от колебания параметров, входящих в формулы (1) и (3), представлены в табл. 2.

Наибольший вклад в суммарную погрешность усилия затяжки вносят вариации угла поворота и среднего диаметра болта.

В итоге суммарная погрешность осевых сил затяжки пневматическими поршневыми гайковертами на этапах предварительной и окончательной затяжки равна пр о Q Qр Qр = 9,98 %. (5) Таблица 2 – Значения составляющих погрешностей усилия затяжки

–  –  –

Таким образом, относительная суммарная погрешность осевой силы затяжки при комбинированном методе контроля процесса сборки РС пневматическими поршневыми гайковертами не превышает 10 %, что соответствует заданной точности затяжки для ответственных РС.

При затяжке РС пневматическими поршневыми гайковертами с контролем усилия затяжки по моменту возникают те же погрешности, что и на этапе предварительной затяжки с контролем усилия комбинированным методом, поэтому можно использовать формулы (1) и (2). В результате установлено, что относительная суммарная погрешность усилия затяжки при сборке РС пневматическими поршневыми гайковертами с контролем усилия только по моменту составляет Q = 16,6 %.

В теоретической части работы дано математическое описание процесса затяжки РС поршневыми пневматическими гайковертами. При этом впервые осуществлена взаимосвязь процессов, происходящих в пневмоцилиндре, и процесса затяжки резьбового соединения.

Схема работы привода поршневого гайковерта представлена на рисунке 1. Преобразование поступательного движения поршня во вращательное движение гайки осуществляется с помощью храпового механизма.

Рисунок 1 – Схема работы пневматического поршневого гайковерта

–  –  –

где m – масса подвижных частей пневмоцилиндра; p1 – давление в бесштоковой полости пневмоцилиндра; p2 – давление в штоковой полости пневмоцилиндра; pA – атмосферное давление; F1 – площадь поперечного сечения поршня в бесштоковой полости; F2 – площадь поперечного сечения поршня в штоковой полости; k – коэффициент, определяемый по формуле k = ср / сV, ср – удельная теплоемкость; сV – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме; f1 – площадь проходного сечения в бесштоковой полости;

1 – коэффициент сопротивления линии в бесштоковой полости; x – координата положения поршня; x0 – приведенная координата, характеризующая объем вредного пространства; S – максимальный ход поршня; f 2 – площадь проходного сечения в штоковой полости; 2 – коэффициент сопротивления линии в штоковой полости; – угол поворота резьбовой крепежной детали; g – коэффициент пропорциональности между моментом затяжки и углом поворота; r – радиус храпового колеса.

Используя полученную систему уравнений, можно учесть процессы, происходящие в пневмоцилиндре, и переменное сопротивление со стороны РС, возникающее при его затяжке.

В результате решения данной системы уравнений можно получить зависимости скорости движения поршня пневмоцилиндра от различных параметров: площади входного и выходного сечений, давления в сети, диаметра поршня, усилия затяжки. На рисунке 2 показаны графики изменения скорости перемещения поршня пневмоцилиндра V при различных диаметрах входного отверстия в бесштоковую полость пневмоцилиндра (при постоянном давлении в магистрали), точки t1–t4 соответствуют времени достижения заданного значения момента затяжки.

–  –  –

Система уравнений (6) может быть адаптирована к различным конструкциям поршневых гайковертов и позволяет определить их характеристики, такие как скорость вращения выходного вала в зависимости от площади проходных сечений в штоковой и бесштоковой полости, от диаметра поршня и длины его рабочего хода, а также колебания давлений в полостях пневмоцилиндра, что необходимо для оптимальной настройки гайковертов.

Загрузка...

При проектировании поршневых пневматических гайковертов уравнения (6) позволяют определить необходимые значения площади входного и выходного сечений в штоковой и бесштоковой полостях цилиндра для обеспечения оптимальной скорости движения поршня на этапах предварительной и окончательной затяжки, а также найти оптимальные значения диаметра поршня, длины хода поршня, диаметра штока, диаметра храпового колеса в зависимости от требуемого максимального момента и усилия затяжки.

На рисунке 3 представлена блок-схема алгоритма использования системы уравнений (6) для выбора рациональных конструктивных параметров гайковерта.

–  –  –

Третья глава посвящена использованию установленных взаимосвязей процесса затяжки, заданной точности осевых сил затяжки и конструктивных особенностей пневматических поршневых гайковертов, обоснованию их рациональной конструкции.

В работе сформулированы требования к универсальной конструкции поршневого пневматического гайковерта, позволяющие рационально обеспечить необходимую точность осевых сил затяжки:

1) реализация процесса сборки РС, требующих высокой точности усилия затяжки, комбинированным способом в два этапа: обеспечение и контроль процесса путем фиксации значения малого момента затяжки, обеспечение и контроль процесса путем фиксации угла поворота резьбовой детали;

2) возможность быстрой переналадки пневматического поршневого гайковерта на затяжку с контролем усилия только по моменту для неответственных РС;

3) возможность переключения гайковерта с маломоментной высокоскоростной затяжки на высокомоментную и низкоскоростную затяжку;

4) момент предварительной затяжки не должен превышать 10 % от номинального значения;

5) частота вращения шпинделя гайковерта в процессе предварительной затяжки не должна превышать nпр = 50 мин–1, а при окончательной – nо = 10 мин–1.

Требования основаны на рекомендациях, приведенных в работе И. В. Житниковой с учетом особенностей конструкции пневматических гайковертов.

На основании выдвинутых требований разработана схема пневматической линии, подводящей воздух к пневматическому поршневому гайковерту (рисунок 4), и конструкция поршневого пневматического гайковерта (рисунок 5), отличающаяся отсутствием холостого хода, имеющегося у большинства известных конструкций поршневых гайковертов.

Рисунок 4 – Схема пневматической линии, подводящая сжатый воздух к пневматическому поршневому гайковерту

Идущая от компрессора пневмолиния с давлением до 0,6 МПа раздваивается на ветви:

– низкомоментную, быстроходную (используется на первом этапе комбинированной затяжки);

– высокомоментную, тихоходную (используется на втором этапе комбинированной затяжки).

На этапе предварительной затяжки контроль усилия ведется по моменту затяжки, идущая от компрессора линия с помощью пневмораспределителя 5/3 соединяется с низкомоментной быстроходной ветвью, одновременно с этим закрывается электромагнитный клапан ВФ НО, установленный на ответвлении от линии. Низкомоментная ветвь включает в себя регулятор давления, необходимый для настройки гайковерта на заданный момент предварительной затяжки, не превышающий 10 % от номинального значения, и пневмодроссель с обратным клапаном для регулирования скорости перемещения поршня в поршневом гайковерте и настройки скорости завинчивания на предварительном этапе, равной 50–60 мин–1.

При достижении требуемого значения момента затяжки выходной вал прекращает вращение, так как давления в низкомоментной быстроходной ветви становится недостаточно для дальнейшего вращения.

После этого идущая от компрессора линия с помощью пневмораспределителя 5/3 соединяется с высокомоментной тихоходной ветвью, электромагнитный клапан ВФ НО также находится в закрытом положении. Высокомоментная ветвь включает в себя пневмодроссель с обратным клапаном для регулирования скорости затяжки на окончательном этапе при комбинированном контроле усилия. Одновременно с переключением на высокомоментную тихоходную ветвь подается напряжение на датчик угла поворота, который генерирует импульсы при вращении выходного вала. При достижении количества импульсов, равного определенному тарировкой значению, соответствующему требуемому углу поворота, счетчик импульсов отключает напряжение с электромагнитного клапана ВФ НО, который прекращает подачу давления от пневмосети и сбрасывает в атмосферу воздух, оставшийся в пневмоцилиндре гайковерта. После этого пневмораспределитель 5/3 устанавливается в среднее положение, при котором сжатый воздух не подается в пневматические ветви, отключается напряжение на датчике угла поворота, электромагнитный клапан ВФ НО возвращается в открытое положение.

При затяжке РС с контролем по значению момента подключается только низкомоментая ветвь, при этом давление настраивается на значение, необходимое для полной затяжки РС, напряжение на датчик угла поворота не подается.

Разработанная конструкция пневматического поршневого гайковерта показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Конструкция пневматического поршневого гайковерта

Наличие двух пневмоцилиндров в разработанной конструкции поршневого гайковерта позволяет обеспечить непрерывное вращение выходного вала и исключить холостой ход, имеющийся в конструкциях поршневых гайковертов с одним цилиндром. Также особенностью данной конструкции является возможность подачи давления одновременно в штоковую полость левого цилиндра и бесштоковую полость правого цилиндра, и наоборот, т.е. можно использовать одновременно две рабочие полости при затяжке, что значительно повышает мощность гайковерта. Возможность использования одной или одновременно двух рабочих полостей существенно расширяет значения развиваемых крутящих моментов на выходном валу, что позволяет применять данный гайковерт при затяжке широкого диапазона резьб (от М6 до М14).

При затяжке «жестких» РС, когда требуется контроль усилия только по моменту, маломоментая ветвь с помощью регулятора давления настраивается на требуемый момент затяжки. Таким образом, можно перенастроить гайковерт на затяжку с контролем по моменту.

Большинство поршневых гайковертов, описанных в патентной литературе и применяемых в производстве, имеют гидравлический привод. Рассмотренная выше конструкция использует более универсальный пневматический привод, что позволяет применять ее для сборки средних по размерам РС.

Разработанный гайковерт, в отличие от аналогичных конструкций, обеспечивает непрерывное вращение выходного вала. Также данное устройство отличается простотой конструкции. На конструкцию пневматического поршневого гайковерта получен патент РФ.

Четвертая глава посвящена экспериментальному подтверждению теоретических положений, определяющих точность осевых сил затяжки РС пневматическими поршневыми гайковертами. С этой целью создан опытный образец пневматического поршневого гайковерта стационарного исполнения (рисунок 6).

Рисунок 6 – Опытный образец пневматического поршневого гайковерта

Опытный образец использовался при затяжке с комбинированным методом контроля усилия и с контролем усилия только по моменту.

Методика экспериментальных исследований при затяжке комбинированным методом включала в себя следующие этапы:

1) подготовка болтов (шлифование торцев);

2) контроль средних и наружных диаметров резьбы болтов;

–  –  –

d п Rх где dп – диаметр поршня пневмоцилиндра; Rх – радиус храпового колеса;

5) наживление гайки на болт, установленный в деталях, имитирующих собираемый узел;

6) измерение длины болта;

7) осуществление предварительной и окончательной затяжки;

8) измерение удлинения болта в напряженном состоянии;

9) определение действительного осевого усилия затяжки косвенным методом по измеренному значению удлинения болта по формуле lб Eб Fб Q, (8) lб где lб – удлинение болта.

Для измерения удлинения использовалась головка измерительная рычажно-зубчатая типа 1ИГ с ценой деления 1 мкм. Контроль средних и наружных диаметров резьбы проводился на измерительном двухкоординатном приборе мод. ДИП-6-У.

По результатам экспериментальных исследований строились гистограммы распределения действительного усилия затяжки.

Гистограмма распределения действительного значения осевого усилия затяжки Q поршневым гайковертом болтов М10-6g класса прочности 8.8 при сборке комбинированным методом представлена на рисунке 7. Закон распределения близок к нормальному. Номинальное значение усилия затяжки для болтов М10 составляет 23,2 кН. Объем экспериментальной выборки РС – 30 штук. Из гистограммы видно, что диапазон рассеивания усилия затяжки лежит в пределах от 22,1 до 24,3 кН (размах R = 2,2 кН), что не превышает 10 % от заданного номинального значения. Среднее значение усилия затяжки Qфакт = 23,14 кН близко к номинальному значению.

При использовании нормального закона распределения осевого усилия затяжки со среднеквадратическим отклонением = 0,5 кН найдена доверительная вероятность нахождения усилия затяжки в пределах 10 % (±5 %) от номинального значения (в интервале от 22,04 до 24,36 кН), значение которой равно 97,7 %, что приемлемо для большинства ответственных резьбовых соединений.

Гистограмма распределения действительного значения осевого усилия затяжки Q поршневым гайковертом болтов М10-6g класса прочности 8.8 при сборке с контролем усилия затяжки только по моменту представлена на рисунке 8. Закон распределения близок к нормальному. Номинальное значение усилия затяжки для болтов М10 составляет 23,2 кН. Объем экспериментальной выборки РС – 30 штук. Из гистограммы видно, что диапазон рассеивания усилия затяжки лежит в пределах от 21,3 до 25,1 кН (размах R = 3,8 кН) и составляет 16,5 % от заданного номинального значения, что меньше допустимой погрешности в 20 % для большинства резьбовых соединений, не относящихся к ответственным. Среднее значение усилия затяжки Qфакт = 23 кН близко к номинальному значению.

Рисунок 7 – Гистограмма и полигон распределения действительного значения осевого усилия затяжки при сборке комбинированным методом Рисунок 8 – Гистограмма и полигон распределения действительного значения усилия затяжки при контроле момента На основе нормального закона распределения усилия затяжки со среднеквадратическим отклонением = 0,87 кН определена доверительная вероятность нахождения усилия затяжки в пределах 20 % (±10 %) от номинального значения (в интервале от 20,88 до 25,52 кН), которая составляет 99,1 %.

Таким образом, экспериментально подтверждены теоретические выводы о том, что разработанный пневматический поршневой гайковерт обеспечивает необходимую точность затяжки с контролем усилия затяжки комбинированным методом и контролем усилия затяжки по моменту и может использоваться для сборки как ответственных, так и неответственных РС.

Пятая глава посвящена практической реализации результатов исследований. Для внедрения на промышленных предприятиях был разработан и изготовлен пневматический поршневой гайковерт ручного исполнения (рисунок 9). При назначении технологических режимов сборки данным гайковертом необходимо определить требуемые значения предварительного момента затяжки и окончательного угла поворота по известным методикам исходя из диаметра резьбы и необходимого усилия затяжки, далее нужно настроить давление в пневмосети исходя из рассчитанного по формуле (7) значения предварительного момента затяжки.

Рисунок 9 – Внешний вид пневматического поршневого гайковерта ручного исполнения Созданный промышленный образец пневматического поршневого гайковерта был внедрен в производство ОАО НПП «Химмаш-старт» и применялся на операциях сборки РС, в частности при сборке крышек контейнеров, используемых для сбора и хранения опасных производственных продуктов и работающих при высоких температурах. Для обеспечения герметичности крышек было достигнуто требуемое осевое усилие затяжки 7 ± 0,35 кН, что подтверждено производственным экспериментом. Достижение заданной точности усилия затяжки позволило не только обеспечить герметичность соединений, но и увеличить ресурс используемых прокладок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выявлены основные факторы и получены зависимости для определения относительной погрешности усилия затяжки резьбовых соединений с использованием пневматического поршневого гайковерта при сборке комбинированным методом затяжки: предварительная затяжка с контролем значения момента и окончательная затяжка с контролем угла поворота резьбовой детали. Найдены предельные значения погрешностей при действии данных факторов, оказывающих влияние на усилие затяжки, и установлено, что относительная суммарная погрешность усилия затяжки при комбинированном методе сборки составляет не более 10 %.

2. При сборке резьбовых соединений с контролем только момента затяжки с учетом особенностей конструкции пневматических поршневых гайковертов выявлены основные факторы и получены зависимости для определения суммарной погрешности усилия затяжки, в результате установлено, что относительная погрешность усилия затяжки не превышает 16,6 %, что меньше допустимой погрешности в 20 %, принимаемой для большинства РС, не относящихся к ответственным.

3. Предложена система уравнений, описывающая процесс сборки резьбовых соединений пневматическим поршневым гайковертом, учитывающая процессы, происходящие в полости пневмоцилиндра поршневого гайковерта, и сопротивление, возникающее в резьбовом соединении при его затяжке. Полученная система уравнений позволяет определить различные характеристики поршневого гайковерта, такие как скорость вращения выходного вала в зависимости от площади проходных сечений в штоковой и бесштоковой полостях, от диаметра поршня и длины его рабочего хода, колебания давлений в полостях пневмоцилиндра. Использование системы уравнений при проектировании новых конструкций гайковертов позволяет назначить наиболее оптимальные конструктивные параметры, такие как диаметр поршня, длина хода поршня, диаметр штока, диаметр храпового колеса.

4. Сформулированы требования к конструкциям поршневых пневматических гайковертов, позволяющие обеспечить необходимую точность осевых сил затяжки, на основе которых разработана новая конструкция пневматического поршневого гайковерта, защищенная патентом РФ. Наличие в разработанной конструкции двух пневмоцилиндров дает возможность обеспечить непрерывное вращение выходного вала и исключить холостой ход, имеющийся в существующих конструкциях. Достоинством конструкции также является возможность подачи давления в один или в два пневмоцилиндра одновременно, что существенно расширяет диапазон возможных крутящих моментов на выходном валу и позволяет использовать данный гайковерт при затяжке широкого диапазона резьб (от М6 до М14). Разработанная конструкция отличается простотой, эффективностью и имеет возможность осуществлять затяжку как комбинированным способом, так и с контролем только момента.

5. Экспериментально подтверждены эксплуатационные характеристики гайковерта, определены погрешности осевых сил затяжки, показывающие сходимость теоретических и экспериментальных данных:

– обеспечивается относительная погрешность усилия затяжки в пределах 10 % при комбинированном методе контроля: при номинальном значении усилия затяжки 23,2 кН диапазон рассеивания усилия затяжки лежит в пределах от 22,1 до 24,3 кН (размах R = 2,2 кН, среднеквадратическое отклонение = 0,5 кН), при оценке доверительной вероятности нахождения усилия затяжки в интервале 10 % (±5 %) от номинального значения с использованием нормального распределения получено значение 0,977 или 97,7 %, что приемлемо для большинства ответственных резьбовых соединений;

– обеспечивается относительная погрешность усилия затяжки при контроле только момента менее 20 % от номинальных значений: при номинальном значении усилия затяжки 23,2 кН диапазон рассеивания усилия затяжки лежит в пределах от 21,3 до 25,1 кН (размах R = 3,52 кН, среднеквадратическое отклонение = 0,87 кН), относительная погрешность, определяемая по размаху, 16,5 %, при оценке доверительной вероятности нахождения усилия затяжки в интервале 20 % (±10 %) от номинального значения с использованием нормального распределения получено значение 0,991 или 99,1 %.

6. Разработаны рекомендации по реализации технологии и определению рациональных режимов сборки резьбовых соединений при использовании сконструированного пневматического поршневого гайковерта и комбинированного метода затяжки. Рассмотрены преимущества предлагаемого гайковерта.

7. Результаты проведенных исследований реализованы в производстве: созданный опытно-промышленный образец пневматического поршневого гайковерта внедрен на ОАО НПП «Химмаш-старт» и использован на операциях сборки ответственных резьбовых соединений деталей контейнеров для сбора и хранения опасных производственных продуктов с обеспечением заданной точности усилия затяжки комбинированным методом и герметичности изделий.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ

1. Колганов, Е. А. К вопросу затяжки резьбовых соединений пневматическими поршневыми гайковертами / А. В. Ланщиков, Е. А. Колганов // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2012. – № 1. – С. 20–22.

2. Колганов, Е. А. Исследование затяжки резьбовых соединений пневматическим поршневым гайковертом / А. В. Ланщиков, Е. А. Колганов // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2013. – № 11. – С. 13–15.

3. Колганов, Е. А. К вопросу исследования процесса затяжки резьбовых соединений пневматическими поршневыми гайковертами / Е. А. Колганов, М. В. Черкунов, А. А. Селиверстов // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. Сер.: Технические науки. – 2013. – № 12 (16). – С. 179–183.

Публикации в других изданиях

4. Колганов, Е. А. Методика повышения надежности резьбовых соединений узлов машин / А. А. Селиверстов, М. П. Демин, Е. А. Колганов // Материалы и технологии XXI века : сб. ст. V Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза. : Приволжский дом знаний, 2007. – С. 223–225.

5. Колганов, Е. А. Внедрение автоматизированных процессов сборки в современное машиностроение / С. А. Костина, Е. А. Колганов, А. А. Борисов и др. // Материалы и технологии XXI века : сб. ст. V Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза : Приволжский дом знаний, 2007. – С. 121–123.

6. Колганов, Е. А. Контрольно-диагностический стенд / А. Г. Савин, Е. А. Колганов // 59-я открытая научно-техническая конференция МГТУ «МАМИ» : избр.

тр. конф. – М. : МГТУ «МАМИ», 2009. – Ч. 2. – С. 16–18.

7. Колганов, Е. А. Применение поршневых гайковертов для сборки резьбовых соединений / А. В. Ланщиков, Е. А. Колганов // Актуальные проблемы науки и образования : сб. материалов III науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Пенза : ПГТА, 2010. – С. 325–328.

8. Колганов, Е. А. Перспективы поршневых гайковертов для сборки резьбовых соединений / А. В. Ланщиков, Е. А. Колганов // Технологическое обеспечение качества машин и приборов : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : Приволжский дом знаний, 2010. – С. 63–66.

9. Колганов, Е. А. Храповые передачи в поршневых гайковертах /

А. В. Ланщиков, Е. А. Колганов // Современные технологии в машиностроении :

сб. ст. XIV Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : Приволжский дом знаний, 2010. – С. 178–180.

10. Колганов, Е. А. Исследование параметров поршневого гайковерта / Е. А. Колганов // Современные технологии сборки : сб. ст. междунар. науч.-техн.

семинара. – М. : МГТУ «МАМИ», 2011 – С. 34–36.

11. Колганов, Е. А. Исследование отдельных параметров работы поршневого гайковерта / Е. А. Колганов // Инновационные технологии в машиностроительном комплексе : сб. тр. I Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. – С. 40–43.

12. Колганов, Е. А. Моделирование процесса затяжки резьбовых соединений при проектировании пневматических поршневых гайковертов / Е. А. Колганов // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами cad/cam/cae/pdm : сб. ст. IX науч.-практ. конф. – Пенза :

Приволжский дом знаний, 2015. – С. 45–49.

Патенты РФ

13. Пат. 2444430 Российская Федерация, МПК В 25 В 21/00. Поршневой гайковерт / Колганов Е. А., Ланщиков А. В., Моисеев В. Б., Волков В. В., Савин А. Г. – № 2010129252/02 ; заявл. 14.07.2010 ; опубл. 10.03.2012, Бюл. № 7.

14. Пат. 2510614 Российская Федерация, МПК В 25 В 21/00. Поршневой гайковерт со сдвоенной храповой передачей / Колганов Е. А., Ланщиков А. В., Черкунов М. В., Алексеев И. А. – № 2013107296/02 ; заявл. 19.02.2013 ; опубл.

31.01.2014, Бюл. № 10.

–  –  –

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПОРШНЕВЫМИ

ГАЙКОВЕРТАМИ

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

–  –  –

Распоряжение № 27/82-2015 от 26.10.2015.

Подписано в печать 28.10.2015. Формат 60841/16.

Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 009003. Тираж 100.

Пенза, Красная, 40, Издательство ПГУ Тел. /факс: (8412) 56-47-33; e-mail: iic@pnzgu.ru



Похожие работы:

«Юдин Павел Евгеньевич ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ, МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И ИДЕНТИФИКАЦИИ СОСТАВА ВНУТРЕННИХ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ НЕФТЕПРОВОДНЫХ ТРУБ Специальность 05.16.09 Материаловедение (машиностроение) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»...»

«ПЬЯНКОВА Жанна Анатольевна ФОРМИРОВАНИЕ ГОТОВНОСТИ СТУДЕНТОВ ОПЕРИРОВАТЬ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОМЕТРО-ГРАФИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Екатеринбург – 2015 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения, сертификации и методики профессионального обучения ФГАОУ ВПО «Российский государственный...»

«МУРАВЬЕВА Надежда Васильевна САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ-ЗАОЧНИКОВ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАЦИОННО-ОБУЧАЮЩЕЙ СРЕДЫ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Екатеринбург 20 Диссертация выполнена в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» Научный руководитель доктор педагогических наук, доцент Суховиенко Елена Альбертовна Официальные оппоненты: Гузанов...»

«Ивахненко Алексей Александрович СИНТЕЗ ДОПУСКОВ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Специальность 05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Курск – 2015 Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» на кафедре «Управление качеством, метрология и сертификация» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор...»

«МУСТЮКОВ Наиль Анварович ФОРМИРОВАНИЕ АРХИТЕКТУРЫ САПР ШНЕКОВЫХ ЭКСТРУДЕРОВ НА ОСНОВЕ АДАПТИВНЫХ МЕТОДОВ ПОИСКА Специальность 05.13.12 – Системы автоматизации проектирования (машиностроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Оренбург 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» (г. Оренбург) Научный...»

«ТЕМНИКОВА ДАРЬЯ СЕРГЕЕВНА Прогнозирование развития предприятия тяжелого машиностроения, ориентированного на оптимальный экономический результат Специальность 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами: промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном...»

«ТИМЕРБАЕВ Александр Сифхатович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ 05.02.13Машины, агрегаты и процессы (машиностроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Оренбург 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»...»

«Мастепаненко Максим Алексеевич ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ТОПЛИВА В ЕМКОСТЯХ 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2014 Работа выполнена на кафедре «Теоретические основы электротехники» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ставропольский...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.