Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 6
ВВВДЕНИЕ 8
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЩОВАНЙЯ
1.1. Требования, предъявляемые к резьбовым соединениям
и точности контроля усилия затяжки 13
1.2. Задачи автоматизации сборки резьбовых соединений
Трудоемкость сборки резьбовых соединений.. 16
Качество сборки резьбовых соединений 17
1.3. Факторы, определяющие качество сборки ответствен
ных резьбовых соединений в условиях автоматизиро
ванного производства ... 19
Методы контроля усилия затяжки резьбовых соединений 20
Погрешности усилия затяжки, связанные с контролем качества сборки резьбовых соединений по крутящему моменту 41
Влияние коэффициентов трения на точность усилия затяжки при контроле крутящего момента 43
1.4. Выводы 46
Цель и задачи исследования 47
Глава 2. ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ УСИЛИЯ ЗАТЖКИ ГРУППОВЫХ
РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПУТИ ЕЕ СНИЖЕНИЯ
2.1. Определение неравномерности усилия затяжки
групповых резьбовых соединений 48
2.1.1. Напряжения и деформации, возникающие
при затяжке резьбового соединения 48
2.1.2. Определение изменения усилия затяжки в
групповом резьбовом соединении при его
сборке 54
2.2. Определение напряжений в полосовом стыке 58
Напряжения в полосовом стыке от усилия затяжки резьбового соединения 58
Определение полного напряжения в соединяемых деталях 60
Расчет распределения напряжений в групповом резьбовом соединении с полосовой формой стыка .64
2.3. Выводы »66
Глава 3. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Устройство для определения нагрузок резьбового соединения за одну затяжку 68
Устройство для исследования равномерности затяжки групповых резьбовых соединений 73
Методика экспериментальных исследований 75
Методика многофакторного планирования эксперимента 76
Выбор технологических факторов и параметра оценки качества сборки резьбовых соединений 77
Область определения факторов ,78
Выбор основного уровня и интервалов варьирования 79
Определение плана эксперимента 81
Алгоритм расчета модели процесса 81
3.4. Методика проведения однофакторных экспериментов
Методика проведения поэлементного контроля резьбы .85
Методика исследования равномерности затяжки полосового стыка 86
3.5. Выводы 88
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СБОРОЧНОГО ПРОЦЕССА НА ТОЧНОСТЬ И РАВНОМЕРНОСТЬ УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Анализ размерной точности изготовления резьбового крепежа 89
Реализация матрицы планирования многофакторного эксперимента и анализ уравнений регрессии 94
Зависимость момента затяжки от технологических факторов 94
Влияние технологических факторов на момент затяжки резьбового соединения при наличии смазки и покрытия 98
4.3. Реализация однофакторных экспериментов 103
Влияние условий сборки на величину неравномерности усилия затяжки в групповом соединении 104
Распределение напряжений в стыке группового резьбового соединения 109
4.4. Выводы 114
Глава 5. СОЗДАНИЕ, ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕЗЬБОЗАВЕРТЫВАКЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИХ СБОРКИ
5.1. Разработка принципиальной схемы резьбозаверты-
ващего оборудования с системой активного кон
троля усилия затяжки 115
Разработка функциональной схемы системы активного контроля усилия затяжки резьбового соединения и определение передаточных функций 118
Проверка системы на устойчивость 124
Определение ошибки контроля 126
Технологические возможности резьбозавертывающего оборудования с системой активного контроля уси -лия затяжки при автоматизированной сборке груп -новых резьбовых соединений 12?
Выводы 132
ОБЩИЕ ВЫВОда 133
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЯ 148
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Q, - усилие затяжки резьбовых соединений
Л$- податливость тела винта или шпильки
-Ь- податливость соединяете; деталей
А$- величина деформации тела винта или шпильки
А - деформация промежуточных деталей соединений
Д-р деформация соединяемых деталей
Eg- модуль упругости материала винта или шпильки
Ег- модуль упругости материала гайки
Е#- модуль упругости соединяемых деталей
Fg- площадь поперечного сечения стержня винта или шпильки
6t- длина стержня винта от головки до опорной поверх-ности гайки или шпильки от корпуса до торца гайки
сс - длина свинчивания резьбовых деталей
б - относительная деформация
d(ll)- наружный диаметр резьбы винта, шпильки (гайки, гнезда)
df(DfJ- внутренний диаметр резьбы винта, шпильки (гайки, гнезда)
d2{D2r средний диаметр резьбы винта, шпильки (гайки, гнезда)
У - угол подъема винтовой линии резьбы
Р - шаг резьбы
оС - угол профиля резьбы
И - paCow висота профиля резво*
У - расчетный угол поворота резьбовой детали при затяжке соединения
М - момент затяжки резьбового соединения
Мт- момент трения на опорной поверхности гайки или головки винта
Мр- момент трения в резьбе
j - коэффициент трения при плоских трущихся поверхностях
J- - коэффициент трения на опорной поверхности гайки или головки винта
f - коэффициент трения в резьбе
L - расстояние между двумя соседними одиночными резьбовыми соединениями
- высота соединяемы:.: деталей
S - зазор по среднему диаметру резьбы
V - скорость затяжки
У^ - коэффициент относительной неравномерности момента затяжки
Га - коэффициент относительной неравномерности усилия затяжки
(о3 - напряжение затяжки резьбового соединения
V\A=W$- передаточная функция разомкнутой системы
Н=Ч$~ передаточная функция замкнутой системы для ошибки контроля
Н = Н(у~ передаточная функция участка цепи
K-L - передаточный коэффициент участка цепи
TL - постоянная времени динамического звена
Все обозначения и сокращения, кроме перечисленных выше, пояснены в тексте, где они используются впервые.
Введение к работе
Повышение производительности труда и качества выпускаемой продукции является одной из основных задач машиностроения. Решение этой задачи тесно связано с проблемой автоматизации и комплексной механизации производственных процессов. При существующем высоком уровне развития науки и техники в общем комплексе производственных процессов машиностроения единственной стадией, где успехи автоматизации пока минимальны, остается сборка [69].
ХХУІ съезд КПСС разработал и утвердил комплексную программу научно-технического прогресса. Выбраны наиболее важные направления развития науки и техники, которые определяются необходимостью всемерно повышать качество и количество выпускаемой продукции при наименьших затратах материальных, энергетических и особенно, трудовых ресурсов [і,69].
Важнейшим направлением прогресса на ближайшую перспективу следует считать создание автоматизированных технологических процессов и средств технологического оснащения, выполняющих производственные функции без непосредственного участия человека, без применения ручного труда, что позволяет решать не только технико-экономические, но и социальные задачи. Сокращение применения ручного труда отнесено к числу важнейших социально-экономических проблем [і] .
Надежность и долговечность машин и механизмов во многом определяется качеством сборки. Сборка резьбовых соединений в машиностроении является самой распространенной сборочной операцией (до 50 %), а ее качество определяет качество выпускаемой продукции в целом. В последнее время наметилась тенденция увеличения общего количества резьбовых соединений в узлах и агрегатах [24, 71].
Основным показателем качества сборки резьбовых соединений является точность контроля усилия затяжки, которая определяет равномерность и стабильность затяжки групповых соединений, являющихся основными в автотракторостроении. Сложность этой проблемы состоит в том, что до настоящего времени контроль осуществляется в основном косвенными методами, то есть о величине усилия затяжки судят по крутящему моменту на ключе резьбозавер-тывающего инструмента или по углу поворота гайки или головки винта. Прямое определение заданной величины усилия затяжки по измерению деформации тела крепежной детали является трудоемким и малопроизводительным, что, в свою очередь, сдерживает рост уровня механизации и автоматизации при сборке резьбовых соединений в массовом производстве, каким является выпуск автомобилей и сельскохозяйственных машин.
Наиболее производительным и простым методом контроля усилия затяжки в условиях автоматизированной сборки является контроль крутящего момента на ключе резьбозавертывающего инструмента. Однако следует отметить, что величина усилия затяжки при контроле этим методом зависит от точности и правильности выбора коэффициентов трения в резьбе и на опорной поверхности гайки (головки винта), а также необходимо учитывать, что величины этих коэффициентов зависят от таких факторов, как скорость затяжки, шероховатость поверхностей крепежных и соединяемых деталей, точности их изготовления, видов и материалов применяемых покрытий и смазок, оамого усилия затяжки, метода и времени измерения крутящего момента, так как его величины различны при измерении в процессе затяжки и после ее окончания. Недостаточно изученное влияние указанных технологических факторов на величину момента, с одной стороны, и отсутствие надежных контрольных систем для измерения и регистрации величины момента,
с другой, сдерживают рост уровня автоматизации процесса сборки ответственных резьбовых соединений с контролем затяжки по величине крутящего момента на ключе резьбозавертывающего инструмента.
Повышение качества и уровня автоматизации сборки резьбовых соединений, а следовательно, и качества выпускаемой продукции, требует совершенствования и дополнительного исследования существующих методов контроля усилия затяжки применительно к автоматизированному сборочному процессу, разработке нового резьбо-сборочного оборудования, оснащенного автоматическими системами активного контроля усилия затяжки особенно ответственных резьбовых соединений в процессе их сборки. Следовательно, для повышения эффективности автоматизированной сборки ответственных резьбовых соединений с контролем усилия затяжки по крутящему моменту необходимо изучить влияние на равномерность и точность достижения контролируемого параметра таких технологических факторов, как скорость и напряжение затяжки, точность изготовления резьбового крепежа, применяемого на сборочных линиях, и разработать автоматическую систему активного контроля усилия затяжки.
Целью настоящей работы является повышение качества и снижение трудоемкости сборки ответственных резьбовых соединений в условиях автоматизированного производства.
Защищаемые положения: I. Математическая модель образования неравномерности затяжки групповых резьбовых соединений в процессе их сборки.
Методика расчета величины неравномерности затяжки групповых резьбовых соединений.
Результаты экспериментального исследования влияния технологических факторов на точность усилия затяжки при его контроле по величине крутящего момента.
4. Результаты экспериментального исследования технологических возможностей по обеспечению точности и равномерности затяжки групповых резьбовых соединений резьбозавертывающим оборудованием с автоматизированной системой активного контроля усилия затяжки по величине крутящего момента.
Научная новизна. I. Получена математическая модель процесса образования неравномерности затяжки групповых резьбовых соединений и аналитическая зависимость для определения ее величины.
Определены конструктивные параметры групповых резьбовых соединений, при которых достигается наиболее высокая равномерность их затяжки , исходя из условия нераскрытия стыка.
Получены эмпирические зависимости момента затяжки от параметров точности изготовления резьбовых пар и технологических параметров сборочного процесса.
Установлены закономерности образования неравномерности затяжки групповых резьбовых соединений и обоснованы пути ее снижения.
Практическая ценность. Полученные результаты исследований позволяют повысить точность и равномерность затяжки групповых резьбовых соединений в условиях автоматизированного сборочного производства без применения специального резьбового крепежа.
Разработана модульная схема резьбозавертывающего оборудования с автоматизированной системой активного контроля усилия затяжки резьбовых соединений по величине крутящего момента в процессе их сборки, позволяющая использовать его как отдельные модули при компановке гибких автоматизированных сборочных комплексов и линий.
Разработана резьбодинамометрическая установка для снятия силовых характеристик резьбовых соединений, контроля настройки, регулировки и испытаний на точность резьбозавертывающего обору-
дования, оснащенного различными системами и элементами контроля усилия затяжки.
Реализация работы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по повышению качества сборки ответственных резьбовых соединений. Материалы выполненной работы переданы для внедрения на завод АТЭ-I. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедре -ния проведенных исследований составит более 57 тыс.рублей только на сборке генераторов.
Настоящая работа выполнена автором в научно-исследовательской лаборатории кафедры "Технология машиностроения" Московского автомеханического института.
