Введение к работе
Актуальность темы. Проблема обеспечения заданных и стабильных показателей качества машиностроительной продукции в условиях жесткой конкуренции рыночной экономики имеет большое значение. Рациональная и эффективная технология сборки изделий машиностроения необходима для обеспечения их надежности и долговечности.
Важная роль в обеспечении эксплуатационных показателей машин и механизмов принадлежит сборочным операциям. При этом большую группу соединений составляют резьбовые соединения, от надежности и качества которых во многом зависят функциональные параметры узлов. В то же время, получившие распространение традиционные методы сборки и контроля этих соединений не всегда удовлетворяют все возрастающим требованиям к качеству узлов.
Перспективным направлением повышения эффективности традиционных процессов сборки и контроля качества резьбовых соединений является введение ультразвуковых колебаний в зону контакта поверхностей деталей, когда наряду с основными движениями, предусмотренными технологической схемой сборки, деталям сообщаются колебания ультразвуковой частоты. Совместное действие ряда факторов и явлений, возникающих в ультразвуковом поле, открывает качественно новые возможности в организации и проведении процессов сборки и контроля качества соединений.
Вмести с тем, несмотря на известные достоинства ультразвуковой сборки, область ее рационального применения раскрыта еще недостаточно и требуют дальнейшего углубленного изучения. В частности, практически не изучена возможность использования колебаний в диагностических целях. В то же время получаемая при этом информация может быть использована как для оценки качества формируемого соединения, так и для оперативного управления ходом технологического процесса сборки.
Поэтому выявление механизма воздействия ультразвука на формирование связей в резьбовом соединении и управление состоянием этих связей непосредственно в процессе сборки является актуальной задачей.
Тематика работы входит в состав научно-исследовательских работ, проводимых в рамках тематического плана СамГТУ по заданию Федерального агентства по образованию на 2002-2006 годы по теме «Исследование теоретических основ волновых технологий сборки и разборки прессовых и резьбовых соединений с сертификацией их качества», регистрационный номер НИР 1.8.02; Номер государственной регистрации НИР 01200212230.
Цель работы. Повышение эффективности ультразвуковой сборки и качества резьбовых соединений путем управления состоянием формируемого соединения по параметрам вибрационных сигналов в процессе сборки.
Методы исследований. Для достижения поставленной цели использован системный подход к изучению процесса ультразвуковой сборки резьбовых соединений с одновременной оценкой качества формируемого соединения. Использованы основные теоретические положения технологии машиностроения, теории контактного взаимодействия твердых тел, методы исследования колебательных систем и вибрационной диагностики.
Для подтверждения полученных результатов применялись методы экспериментального исследования и моделирования с использованием программного комплекса ANSYS.
Научная новизна. Исследованы особенности процесса ультразвуковой сборки резьбовых соединений, с учетом которых разработана модель, связывающая характеристики деталей и режимы сборки с их эксплуатационными показателями.
Обоснован алгоритм повышения эффективности ультразвуковой сборки резьбовых соединений с учетом изменений характеристик трения и прочностных свойств материала деталей.
Синтезированы и исследованы в программном комплексе ANSYS динамические модели резьбовых соединений при дополнительных ультразвуковых воздействиях.
Установлена возможность управления качеством резьбовых соединений непосредственно в процессе сборки по их динамическим параметрам.
Разработаны патентнозащищенные способы оценки качества формируемого соединения по динамическим параметрам эквивалентной колебательной системы.
Практическая ценность. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований реализован комплекс конструкторско-технологических решений, позволяющих повысить эффективность технологического процесса сборки и улучшить качество формируемых соединений.
Разработаны способы и изготовлены устройства для их реализации, позволяющие проводить динамический контроль качества резьбовых соединений в процессе ультразвуковой сборки, защищенные патентом РФ № 2228256, решением о выдаче патента РФ № 2004132740/02, патентами РФ на полезные модели № 31350 и № 31448.
На защиту выносятся:
выявленные теоретическими и экспериментальными исследованиями основные особенности механизма формирования контактных связей в элементах резьбового соединения при ультразвуковой сборке, а также разработанный способ эффективного технологического управления ими;
созданные конечно-элементные статические и динамические модели резьбовых соединений: модели напряженно-деформированного состояния резьбового соединения, модели собственных форм и частот колебаний резьбовых соединений, резонансные модели резьбовых соединений;
разработанные способы динамического контроля качества резьбовых соединений при ультразвуковой сборке на основе анализа резонансных свойств механической колебательной системы;
устройства, оборудование для осуществления ультразвуковой сборки и контроля качества формируемых соединений.
Апробация работы. Основные результаты научных исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Международном научно-техническом семинаре «Сборка в машиностроении и приборостроении» (Брянск, 2001 г.); международных научно-технических конференциях «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2002 г., 2004 г. и 2005 г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2003 г.).; XXIX Самарской областной научной конференции «Общественные, естественные и технические науки» (Самара, 2003 г.); Международной конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003 г.); 5-ой Международной научно-технической конференции «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла» (Брянск, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в числе которых 1 патент РФ и 1 решение о выдаче патента РФ на изобретение и 2 патента РФ на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и общих выводов, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит 85 рисунков, 19 таблиц, список использованных источников из 145 наименований.
