Введение к работе
В подавляющем числе случаев отказы техники, эксплуатируемой в тяжелых условиях, происходят по технологическим причинам, связанным с влиянием случайных составляющих на качество изготовления подвижных соединений. К таким соединениям относятся опоры качения, включающие детали цилиндрической формы, например, цапфа лапы, шарошка, кольца подшипников, ролики и др.
По данным НАТИ и МТЗ, основной причиной выхода из строя подшипников тракторов является изнашивание роликов. Радиальный зазор в процессе эксплуатации увеличивается в 20-25 раз. Это приводит к перекосам колец, что является причиной отказов в 20-25% случаев. По данным фирмы FAG (Германия), допустимый угол перекоса двухрядных роликоподшипников составляет примерно 0,4' - 0,5', а допустимый перекос -10 - 15 мкм на 100 мм. По имеющимся данным, 65% отказов трансмиссии автомобилей большой грузоподъемности происходит из-за заклинивания узла карданного шарнира. Нормы предельных зазоров в подвижном соединении шарнира составляют 0,015 - 0,03 мм, допуск несовпадения осей относительно общей оси крестовины - 0,006 мм, а возможный разброс диаметральных размеров роликов -3... 5 мкм. Даже при такой относительно высокой точности шарнирное соединение тел качения подвергается риску заклинивания.
Причиной разброса индивидуальных характеристик при сборке роликовых опор является случайная реализация параметров размерного ряда беговых дорожек и диаметров роликов в комплекте. Это обстоятельство не позволяет выполнить технологический процесс сборки подвижных соединений, обеспечивающий стабильное значение ресурса изделия.
Цель работы - повышение ресурса многорядных роликовых опор на этапе их сборки за счет оптимизации структурной составляющей расположе-нияроликов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи.
-
Выявление параметров сборки многорядных роликовых опор, оказывающих влияние на расчетный ресурс изделий.
-
Синтез трехконтурной схемы сборки роликовых опор на основе моделирования процессов взаимодействия поверхностей соединяемых деталей.
-
Оптимизация структурных и технологических параметров сборки многорядных роликовых опор, которые обеспечивают максимальный расчетный ресурс изделия.
Научная новизна. Выявлено влияние структурной составляющей процесса сборки на механизм взаимодействия поверхностей цилиндрических деталей роликовых опор.
'-'' І '—.к.-і.лЛиМАЯ і ЄИБЛИОТЕКА І
С учетом наличия случайной составляющей диаметральных зазоров в комплектах роликов определено условие оптимальной структуры роликов при сборке.
Найдены закономерности взаимодействия роликов с роликовой дорожкой подвижной детали без сепаратора, которые связывают геометрические параметры комплектов и рядов роликов с циклами внешней нагрузки.
Установлено влияние взаимного расположения нескольких роликовых опор конструкции на перераспределение нагрузки по каждой опоре с учетом расчетной величины ресурса изделия.
Методика исследования. Были использованы теоретические и экспериментальные методы исследования сборки роликовых опор, выполненные в лабораторных и производственных условиях. Теоретические исследования проведены с применением математических моделей триботехнических систем, теории вероятности и математической статистики, гармонического анализа реальных профилей поверхностей контактируемых деталей.
Экспериментальные исследования включали стендовые и промысловые испытания изделий, собранных по традиционной и предлагаемой в работе технологиям. При проведении исследований параметров структурной составляющей комплектов роликов применялись теоретико-вероятностные методы с использованием вычислительной техники.
Достоверность научных результатов подтверждена степенью совпадения расчетных значений ресурса изделия, собранного по технологии индивидуальной сборки, при сравнении их с экспериментальными данными, полученными во время натурных испытаний.
Практическая ценность. Внедрена технология индивидуальной сборки роликовых опор с оптимальными технологическими параметрами структурной составляющей, что позволило прогнозировать ресурс изделия на этапе его сборки.
Разработана структурная оптимизация процессов сборки роликовых опор, включающая комплектование роликов, монтаж подвижной обоймы с увязкой циклов силовой составляющей и сборку под сварку роликовых опор, которая дает возможность на этапе сборки обеспечить максимально возможный расчетный ресурс изделия.
Определена область рационального применения технологии
индивидуальной сборки двухрядных роликовых опор, позволяющей
стабилизировать геометрические параметры (последовательность
диаметральных размеров роликов, взаимное расположение комплектов роликов и их расположение относительно цикла внешних сил, а также разновысотность опор в конструкции). Это дает возможность с достаточной степенью вероятности рассчитать ресурс изделия на стадии изготовления.
Даны рекомендации по совершенствованию технологии комплектования роликов с учетом двухрядной конструкции опор, что позволило исключить субъективный фактор и повысить стабильность качественных показателей сборки (стабилизация случайного процесса диаметральных зазоров при
сборке комплектов роликов, стабилизация взаимной ориентации комплектов роликов между собой и с векторами внешних сил).
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Модель взаимодействий деталей двухрядных роликовых опор, по
зволяющая исследовать механизм сборки на основе индивидуальных разме
ров цилиндрических деталей роликовых опор.
-
Процесс взаимодействия реальных рельефов диаметральных поверхностей подвижных деталей в соединениях.
-
Технология индивидуальной сборки роликовых опор, определяющая расчетный ресурс изделия и оптимизирующая структурные составляющие.
-
Рекомендации по выбору оптимальных параметров сборки, обеспечивающих максимальный расчетный ресурс каждого изделия.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на б-ти международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы надежности энергетического и транспортного машиностроения» и «Высокие технологии в машиностроении», г. Самара, 2004; научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», г. Уфа, 2003; «Будущее технической науки», г. Нижний Новгород, «Динамика технологических систем 2004», г. Саратов, «Современные проблемы машиностроения», г. Томск, 2004. По разделам диссертационной работы делались доклады на семинаре молодых ученых при факультете МиАТ СамГТУ в 2004 г. В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация технологических процессов в машиностроении», «Автоматизированные станочные комплексы» и «Инструментальные системы автоматизированного производства».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 - в центральных издательствах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 129 наименований и приложения. Объем диссертации составляет 118 страниц, в работе имеется 55 рисунков, 21 таблица и 119 страниц приложений.
