Введение к работе
Актуальность темы. Как показывает опыт эксплуатации, долговечность большинства механизмов и машин ограничивается преждевременным износом подвижных соединений. К таким соединениям относятся, в частности, подшипники скольжения, а также подшипники качения, ресурс и эксплуатационные характеристики которых в значительной мере определяются износом трущихся поверхностей дорожки качения подшипника и шариков вследствие их относительного перемещения в условиях повышенных нагрузок. Повышенный износ, особенно в первоначальный период, приводит к возникновению различных дефектов, основными из которых являются: усталостное разрушение поверхности, абразивный износ, надиры, выбоины поверхности.
Весьма важное влияние на процесс приработки трущихся поверхностей деталей оказывает правильный выбор технологического микрорельефа этих поверхностей и способ его образования. Основная задача при нанесении частично регулярного микрорельефа заключается в удержании смазки на поверхностях деталей трения, что приводит к уменьшению износа. При этом параметры микрорельефа должны обеспечить оптимальное соотношение между опорной площадью поверхности и объемом смазки. Существующие способы формирования микрорельефа на рабочих поверхностях деталей, например, синусоидальных канавок вибрационным обкатыванием или резанием (Шнейдер Ю.Г., Азаревич Г.М., Тененбаум М.М. и др.), этого не обеспечивают, так как обычно смазочные канавки не имеют замкнутых контуров. В этом случае смазка может свободно вытекать из смазочных канавок. Имеются формы смазочных канавок с замкнутыми контурами (Орлов Б.С. и др.), но способы их изготовления нетехнологичны и поэтому не нашли широкого практического применения. Кроме того, существующие разработки в области создания частично регулярного микрорельефа предполагают использование сложного оборудования.
Поэтому разработка эффективной технологии формирования регулярного микрорельефа поверхностей деталей, обеспечивающего надежное удержание смазки в рабочей зоне, является актуальной.
Целью данной работы является повышение надежности удержания смазки на поверхности трения деталей на основе применения технологии создания частично регулярного микрорельефа серповидной формы с замкнутым контуром.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования проведены на основе технологии машиностроения, теории резания, методов аналитической геометрии, интегрального и дифференциального исчисления. Для моделирования использовался программный продукт Matlab v10, MathCAD v15. Адекватность математической модели подтверждена на основе экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проводились с применением современной лабораторной контрольно-измерительной аппаратуры и оборудования на основе теории многофакторного планирования экспериментов, а обработка полученных данных проводилась с использованием методов математической статистики. Производственные испытания осуществлялись на основе методов и средств, предоставленных Саратовским государственным техническим университетом имени Гагарина Ю.А. и ООО «Рефмашпром». Выводы и рекомендации данной работы апробированы в производственных условиях.
Научная новизна работы:
1. Построена математическая модель процесса образования частично регулярного микрорельефа в виде микроуглублений серповидной формы дискретным вибрационным микрорезанием, обеспечивающая высокую опорную способность поверхности и возможность удержания смазки.
2. Предложены алгоритм и программа расчета зависимости влияния основных технологических факторов на параметры микрорельефа, которые позволяют, задавая значения параметров микрорельефа, определять значения режима виброрезания.
3. Получены регрессионные зависимости, отражающие влияние режимов обработки: глубины микроуглубления, амплитуды осцилляции резца и частоты вращения заготовки при образовании микроуглублений серповидной формы, на эксплуатационные параметры деталей: опорную площадь поверхности и удельный объем смазочных микроуглублений, подтверждающие теоретические расчеты.
4. Разработана методика определения технологических параметров, обеспечивающая максимальную производительность при заданных ограничениях по соотношению опорной площади поверхности и удельного объема смазочных микроуглублений и ограничению по возможным режимам обработки.
5. Выявлено влияние серповидного микрорельефа на износ щеток микродвигателей и на работоспособность упорно-радиальных подшипников.
Практическая ценность и реализация работы:
разработан способ формирования микроуглублений серповидной формы способом дискретного вибрационного микрорезания (патент на изобретение № 2495287);
разработана конструкция устройства для формирования серповидного микрорельефа (патенты на полезную модель № 96810, 113686);
разработаны практические рекомендации по промышленному применению результатов выполненных исследований, обеспечивающих высокий экономический эффект при производстве упорных подшипников;
разработаны практические рекомендации по нанесению микроуглублений серповидной формы на упорно-радиальные подшипники 1118-2902840.
Практические рекомендации приняты к внедрению на ООО «Рефмашпром» и в Научно-производственное предприятие «Нестандартные изделия машиностроения» СГТУ (НПП НИМ СГТУ). Результаты исследований внедрены в учебный процесс СГТУ имени Гагарина Ю.А. по дисциплине «Технология машиностроения».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается лабораторными исследованиями, выполненными с применением современных методов планирования экспериментов и обработки экспериментальных данных, а также показателями эффективности опытно-производственного применения разработанной технологии и практических рекомендаций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9 научных конференциях различного уровня:
– 7 международных конференциях: «Проблемы управления, передачи и обработки информации», (Саратов, 2009); «Математические методы в технике и технологиях» – ММТТ-22 (Иваново, 2009); «Современные техника и технологии» (Томск, 2010); «Математические методы в технике и технологиях» – ММТТ-23 (Саратов, 2010); Интернет-конференция в рамках Международного Интернет-фестиваля молодых ученых «Молодые ученые за инновации: Создавая будущее!» (Саратов, 2011); «Математические методы в технике и технологиях» – ММТТ-24 (Саратов, 2011); «Математические методы в технике и технологиях» – ММТТ-25 (Саратов, 2012);
– 2 Всероссийских конференциях: «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2010); «Актуальные проблемы разработки и применения новых материалов и технологий» (Саратов, 2013);
– научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А. (2010-2013 гг.).
По тематике данной работы были получены грамоты и награды в конкурсах:
– выигран грант по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.»), 2010-2012 гг.;
– грамота за призовое место в номинации «Актуальность», «Инновационность» на Международном Интернет-Фестивале «Молодые ученые за инновации: Создавая будущее!», 2011 г.;
– диплом именного стипендиата главы администрации муниципального образования «Город Саратов» в номинации «За выдающиеся достижения в области образования и науки», 2012 г.;
– диплом за II место в конкурсе научных работ в рамках Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы разработки и применения новых материалов и технологий», 2013 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 19 работ, в том числе 8 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получены 2 патента на полезную модель и 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 101 наименования, 7 приложений. Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 45 рисунков.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Способ формирования микроуглублений серповидной формы путем дискретного вибрационного микрорезания.
-
Математическая модель процесса образования микроуглублений серповидной формы на цилиндрических, торцовых и тороидальных поверхностях дискретным вибрационным микрорезанием.
-
Результаты экспериментальных исследований и построенные на их основе регрессионные зависимости опорной площади поверхности и удельного объема смазочных микроуглублений от основных технологических факторов.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния серповидного микрорельефа на эксплуатационные свойства упорных шарикоподшипников, которые показали, что долговечность этих подшипников и другие эксплуатационные показатели значительно превосходят требования ТУ.
-
Практические рекомендации по использованию полученных результатов и их промышленная апробация.
