Повышение качества деталей машин путем совершенствования геометрических параметров рабочих поверхностей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 621. 92
А. В. Королев, А. А. Королев, А.С. Яковишин
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
От параметров контакта упругих тел поверхностей деталей во многом зависит работоспособность различных механизмов и машин. Характер распределения контактных напряжений, размеры и форма площадки контакта определяют и их опорную способность, и трение на поверхности контакта, и циклическую прочность поверхностей, и их износостойкость. Если обеспечить рациональные параметры контакта, то это повысит надежность, работоспособность, износостойкость и снизит шумность работы деталей машин (подшипниковых опор, зубчатых колес, толкателей, кулачков, направляющих и т. д.).
Детали машин, геометрические параметры, качество, контактирующие тела A.V. Korolev, A.A. Korolev, A.S. Yakovishyn
QUALITY IMPROVEMENT OF MACHINE PARTS USING GEOMETRIC PARAMETERS TO THE WORKING SURFACES
Performance characteristics of various machines and mechanisms depend on the parameters relating to the contact surfaces of parts in elastic bodies. Distribution characteristics of the contact stress, size and shape of the contact area help determation of the reference capacity and friction across the contact surface, the ring surface hardness and wear resistance. If you provide the rational parameters of contact, it will increase reliability, performance, and durability, and at the same time reduce noise in the machine parts (bearings, gears, pushrods, cams, guides, etc.).
Machine parts, the geometrical parameters, the quality, the contacting bodies
Весьма важным направлением в повышении качества контактирующих поверхностей является технологическое обеспечение их рациональной геометрической формы.
Современная теория упругого контакта не позволяет в достаточной мере осуществлять поиск рациональной геометрической формы контактирующих поверхностей в достаточно широком диапазоне условий работы. Экспериментальный поиск в этой области ограничен сложностью применяемой измерительной техники и экспериментального оборудования, а также высокой трудоёмкостью и длительностью исследований. Поэтому в настоящее время отсутствует универсальная методика выбора рациональной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов.
Современное развитие машиностроения и приборостроения требует непрерывного совершенствования деталей машин и, как следствие, предъявляет к ним все новые требования. Поэтому предсказать конструктивное развитие деталей, подвергающихся контактным нагрузкам, можно лишь с учетом главных направлений по которым будет развиваться отрасль.
К такому направлению можно отнести достижение большей мощности и прочности при затрате меньшего количества энергии и наименьшем весе конструкции. Это может быть достигнуто в результате повышения быстроходности, удельных давлений и других параметров машин, следовательно, резко возрастут давление и скорости на рабочих поверхностях деталей, несущие контактные нагрузки. Детали, работающие в данных условиях, должны обладать соответствующими прочностью и износостойкостью, при этом износостойкость контактируемых поверхностей является особо важ-
Машиностроение и машиноведение
ным фактором в связи с требованиями сохранения точности и повышения долговечности деталей машин. В ряде случаев ее можно рассматривать как один из аспектов контактной прочности деталей машин и машиностроительных материалов [1].
Если сравнивать кривые функций зазора между контактирующими телами, представленные степенной зависимостью второй и, например, четвертой степени, можно убедиться в том, что они пересекаются между собой (рисунок).
зх& lt- / /
/ / А
/
// // // // _ - /
О 0,5 1
График зазора между контактирующими телами вблизи места (точки) контакта
Вблизи точки контакта тел функция зазора четвертой степени обеспечивает более плотное прилегание тел, чем функция зазора второй степени, а на некотором удалении от начальной точки контакт, величина зазора, описываемая степенной зависимостью четвертой степени, будет больше, чем величина зазора, соответствующая степенной зависимости второй степени. Изучая рисунок, можно прийти к выводу, что при одинаковой внешней нагрузке у этих тел могут быть разные площадки контакта, а следовательно, и разные эпюры напряжений в зоне контакта.
К сожалению, общепринятые методики расчета параметров контакта твердых упругих тел не позволяют найти рациональное решение формы контактирующих поверхностей. Решение контактной задачи изначально было предложено немецким ученым Герцем [2]. В своих выводах Герц показал, что функция зазора между контактирующими телами в начальный момент времени являлась квадратичной функцией:
21 + 22 = Ах2+Ву2, (1)
где 21, 22 — величина зазора между контактирующими телами- х и у — координаты смежных точек контактирующих тел- А и В — постоянные коэффициенты.
Выражение для напряжений эллиптической площадки контакта для задачи Герца имеет вид
9(х, У& gt- Хд 1 — 4 — У2, (2)
2тЪ V, а Ь где Р — прикладываемая сила- а, Ь — полуоси эллипса контакта.
Решение данной задачи контакта тел сложной формы разработали А. В. Королев и А. А. Королев [3−6]. В частности, был проведен расчет контакта упругих тел с эллиптической площадкой контакта, у которых функция начального зазора в главных сечениях деталей описывается степенной зависимостью одинаковой степени:
21 +22 =Ахп+Вут, (3)
где п, т — любое целое число.
Значительное влияние геометрической формы контактирующих поверхностей на работоспособность деталей подтверждается экспериментально.
Задача оптимизации контакта между двумя телами решается в основном в направлении оптимизации форм сопряженных поверхностей.
Не производя подробных расчетов, напишем готовые формулы для расчёта [4−6] контактных напряжений в любой точке площадки контакта:
д (х, 0) =
Р (п +1) т 2лаЬ п
г т-1 1
V А
X
У
dv
-1 пт /т '- (4)
х V V1 — V
где V — коэффициент Пуансона- т, п — показатели степени.
Для расчета напряжений в центре площадки контакта проще воспользоваться выражением
а
g (0,0) = Р (П +1 л = •
2mb{n — П ^ 2pab (m — 1) n (5)
m
Уравнения (4) и (5) получены для первоначального зазора, описываемого выражением (3). Таким образом, изменяя первоначальный зазор между контактирующими телами, можно регулировать распределение контактных напряжений по площадке контакта. Это особенно важно, например, в машиностроении при изготовлении подшипников, зубчатых колес и т. д. Формируя рациональный профиль поверхности, а вместе с тем и начальный зазор между двумя деталями, можно добиться более равномерного распределения контактных напряжений по площадке контакта и тем самым увеличить долговечность рабочих поверхностей и их грузоподъемность. Наоборот, уменьшая размеры площадки контакта между телами, можно увеличить быстроходность.
В связи с этим наряду с использованием современных методов повышения работоспособности контактирующих поверхностей с особой остротой встает задача развития таких направлений совершенствования геометрической формы рабочих поверхностей, которые одновременно обеспечивали бы благоприятное распределение контактных напряжений и достаточную простоту их изготовления. Попытки совершенствовать геометрическую форму контактирующих поверхностей без решения технологических проблем обеспечения изготовления формы деталей не приводят к успеху.
Наиболее высокую точность формы поверхности сложного профиля можно обеспечить совершенствованием кинематики процесса отделочной обработки. Сегодня направление поиска способов формирования поверхностей сложной формы наиболее перспективно.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России ФЦП. Соглашение № 14. 574. 21. 0015 и Госзадания Минобрнауки России № 9. 896. 2014/K.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пинегин С. В. Контактная прочность в машинах / С. В. Пинегин. М.: Машиностроение,
1965.
2. Hertz H. Uber die Beruhrung fester elastischer Korper / H. Hertz. Gesammelte Werke. 1. Band, Leipzig, 1895, P. 155−173.
3. Королев А. В. Выбор оптимальной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов / А. В. Королев. Саратов: СПИ, 1972.
4. Королев А. А. Математическое моделирование упругих тел сложной формы / А. А. Королев. Саратов: СГТУ, 2001.
5. Королев А. А. Упругий контакт гладких тел сложной формы / А. А. Королев // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2002. № 3.
6. Королев А. Упругий контакт гладких сложной формы органов / А. А. Королев // Механика твердого тела. 2003. № 3. Vol. 37. Нью-Йорк.
Королев Альберт Викторович — Albert V. Korolev-
доктор технических наук, профессор, заведующий Dr. Sc., Professor,
кафедрой «Технология машиностроения» Head: Department of Engineering Technology,
Саратовского государственного технического Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
университета имени Гагарина Ю. А.
Королев Андрей Альбертович — Andrey A. Korolev-
доктор технических наук, профессор кафедры Dr. Sc., Professor,
«Технология машиностроения» Саратовского Department of Engineering Technology,
государственного технического университета Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
имени Гагарина Ю. А.
Яковишин Александр Сергеевич — Alexandr S. Yakovishyn-
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Postgraduate,
Саратовского государственного технического Department of Engineering Technology,
университета имени Гагарина Ю. А. Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Статья поступила в редакцию 12. 07. 14, принята к опубликованию 25. 09. 14

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой