WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

ШУВАЕВ Вячеслав Георгиевич

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЗАПРЕССОВКИ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОРМИРУЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ Специальности:

05.02.08 – Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара – 2013

Работа выполнена на кафедре автоматизации производств и управления транспортными системами федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» Заслуженный работник высшей школы РФ,

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Штриков Борис Леонидович

Официальные оппоненты: ВАРТАНОВ Михаил Владимирович, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», профессор кафедры «Технология машиностроения» ДЁМИН Феликс Ильич, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П.Королва (национальный исследовательский университет)», профессор кафедры «Производство двигателей летательных аппаратов» ЖИТНИКОВ Юрий Захарович, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия им. А.Дегтярва», заведующий кафедрой «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный

Ведущая организация:

авиационный технический университет имени П.А.Соловьева»

Защита состоится «11» февраля 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.02 при Самарском государственном техническом университете по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская 141, корпус № 6, ауд. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан «___»______________2013 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах заверенные печатью) просим направить по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.02.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.217.доктор технических наук, профессор Денисенко А.Ф.

Общая характеристика работы



Актуальность темы. Режимы работы современных машин и механизмов характеризуются высокими нагрузками и скоростями, что выдвигает повышенные требования к динамическим характеристикам соединений, определяемым в значительной степени формируемыми в процессе сборки динамическими связями контактирующих поверхностей. Однако традиционные методы сборки ориентированы на достижение заданных геометрических (размерных) связей и не учитывают динамичности режимов и характера контактного взаимодействия деталей, что приводит к недопустимому отклонению функциональных характеристик, снижению надежности и долговечности, что особенно негативно отражается при эксплуатации высокотехнологичных изделий, характеризуемых повышенными требованиями к показателям качества. Причем ужесточение требований к геометрическим характеристикам поверхностей контактирующих деталей не приводит к адекватному повышению функциональных характеристик качества соединений.

Профессор А.А. Гусев отмечает десятикратный разброс характеристик прочности прессовых соединений, собранных из деталей, геометрические характеристики которых лежат в пределах допуска.

Отличительной особенностью прессовых соединений является недоступность зоны контактного взаимодействия деталей для непосредственного наблюдения, контроля и управления, а ведь именно в процессе силового контактного взаимодействия поверхностей формируются основные функциональные характеристики соединений, закладываются эксплуатационная надежность и долговечность изделий.

Переход на более высокий уровень требований к качеству прессовых соединений приводит к необходимости учта дополнительных факторов, что существенно осложняет процесс сборки, причм использование расчетных методов, кроме необходимости учета сборочных погрешностей, осложняется взаимовлиянием соединяемых деталей, низкой точностью прогнозирования сборочных нагрузок, нелинейной связью геометрических характеристик и выходных показателей качества. Так, для таких высокотехнологичных изделий, как буровые шарошечные долота одной из основных проблем, снижающих эффективность бурения, является большой разброс характеристик прочности запрессовываемых зубков, что при недостаточных натягах приводит к выпадению зубков в процессе бурения и снижению производительности, а повышенные натяги ведут к образованию микротрещин и возникновению аварийных ситуаций.

Сходные проблемы возникают в процессе запрессовки пробок в корпус шаровых кранов, а также при запрессовке кольцевых многополюсных магнитов в магнитопровод генераторов для бронетанковой техники и др.

Одним из решений проблемы обеспечения требуемого качества прессовых соединений является разработка методов и средств контроля текущей информации, содержащейся в колебаниях, сопровождающих процесс ультразвуковой запрессовки, для целей адаптивного управления технологическим процессом. Получение информации о динамических характеристиках соединения непосредственно в процессе запрессовки позволяет уменьшить неопределнность в формировании показателей качества соединений, обеспечивает предупреждение о тенденциях изменения характеристик, дает возможность активного противодействия негативным изменениям в процессе запрессовки и снижения рассеяния показателей точности соединений.

Таким образом, актуальность проблемы в научном плане состоит в разработке методов определения закономерностей формирования динамических связей контактирующих поверхностей непосредственно в процессе сборки и создании на этой основе системы адаптивного управления технологическим процессом запрессовки. В практическом плане актуальным является разработка способов и устройств для повышения эффективности процесса запрессовки с использованием оперативной информации о формировании динамических характеристик контактирующих поверхностей.

Тематика работы входила в состав научно-исследовательских работ, проводимых в рамках тематического плана СамГТУ по заданию Федерального агентства по образованию на 2001 год по теме «Волновые технологии сборки и разборки прессовых и резьбовых соединений» (тема № 543/01); на 2002-2007 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; на 2006-2007 годы «Исследование теоретических основ создания динамических моделей процессов сопряжения деталей на основе волновых технологий с сертификацией их качества» № 1.24.06.

Цель работы состоит в разработке методологии повышения эффективности технологии ультразвуковой (УЗ) сборки прессовых соединений путм адаптивного управления технологическим процессом запрессовки на основе динамических характеристик формируемых соединений.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе анализа известных методов и средств сборки разработать методологию повышения эффективности технологического процесса УЗ сборки прессовых соединений путем обеспечения параметров динамических связей контактирующих поверхностей.

2. Разработать модели и методы оценки динамических характеристик формируемых соединений непосредственно в процессе сборки с использованием дополнительных ударных и гармонических тестовых воздействий.

3. Разработать конечно-элементную модель прессового соединения с использованием векторно-матричных представлений и провести имитационное моделирование процесса УЗ сборки с учетом вероятностных характеристик составляющих.

4. Создать методику адаптивного обеспечения необходимой прочности прессового соединения с использованием режима УЗ микросварки.

5. Разработать метод снижения взаимовлияния силового прессового оборудования и блока возбуждения УЗ колебаний с использованием газового слоя (опоры).

6. Разработать автоматизированную систему научных исследований технологических процессов УЗ сборки.

7. Разработать научно обоснованные рекомендации по повышению эффективности сборки прессовых соединений.

Объектом исследований является технологический процесс ультразвуковой сборки прессовых соединений.

Предметом исследований является адаптивное обеспечение требуемых динамических контактных связей прессовых соединений.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели использован системный подход к изучению процесса УЗ сборки прессовых и 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, теории вероятностей и идентификации систем.

Для подтверждения полученных результатов применялись методы экспериментального исследования процессов ультразвуковой запрессовки и компьютерного моделирования с использованием программного комплекса ANSYS.

Научная новизна:

- разработана методология научных исследований по повышению эффективности процесса сборки прессовых соединений путм адаптивного управления технологическим процессом УЗ запрессовки для обеспечения параметров динамиче ских связей контактирующих поверхностей, определяемых диагностическими методами непосредственно в процессе запрессовки.

- разработаны методы оценки динамических характеристик соединений непосредственно в процессе запрессовки на основе динамических моделей во времен, а также в пространстве состояний, как в режиме ударных, так и при гармонических тестовых воздействиях. Причем дополнительные воздействия используются одновременно как в технологических целях для повышения эффективности процесса сборки, так и в целях контроля качества формируемого соединения по динамическим параметрам.

- проведено имитационное моделирование процесса запрессовки путем параметризации разработанной конечно-элементной модели прессового соединения с заданием вероятностных характеристик режимов сборки, параметров материала деталей и их геометрических характеристик, что позволяет выявить вклад различных компонентов в общее напряженно-деформированное состояние прессового соединения.

- разработана методика направленного формирования требуемых прочностных характеристик прессового соединения, отличительной особенностью которой является адаптивное применение режима микросварки в условиях УЗ колебаний для соединений с недостаточной прочностью, что гарантирует качество собираемых изделий.

Практическая значимость работы.

1. Повышение качества и надежности соединений на базе новых методов дополнительного введения в зону сопряжения колебательной энергии, встроенного контроля и диагностики и создание на их основе интегрального оборудования и систем адаптивного управления технологическим процессом.

2. Разработка способов и устройств для повышения эффективности УЗ сборки и определения качества прессовых соединений непосредственно в процессе сборки (А.с. СССР № 1793366, 1805379, 1803743; 1824279; патенты РФ на изобретения № 1639938, 1731572, 2050244).

3. Обеспечение требуемых прочностных характеристик прессового соединения путем адаптивного формирования режима микросварки с УЗ колебаниями для соединений с недостаточной прочностью (патент РФ на изобретение № 2357848;

патент РФ на полезную модель № 107087).

4. Реализация механической развязки силового прессового оборудования и блока возбуждения УЗ колебаний путем создания между ними газовой опоры (патент РФ № 2182065).

5. Создание автоматизированной системы научных исследований технологических процессов сборки, позволяющей оперативно получать технологическую информацию непосредственно в процессе формирования соединения, автоматически обрабатывать, документировать и использовать как для текущего адаптивного управления технологическим процессом сборки, так и для целей ретроспективного анализа.

6. Разработка комплекса устройств для повышения эффективности автоматизированной сборки прессовых соединений (патенты РФ 2022751, 2192343).

На защиту выносятся:

1. Методология повышения эффективности технологического процесса сборки прессовых соединений путем обеспечения параметров динамических связей контактирующих поверхностей, определяемых вибродиагностическими методами непосредственно в процессе УЗ сборки.

2. Динамические модели формирования прессовых соединений во временной и частотной области, и в пространстве состояний на основе векторно-матричных представлений.

3. Методы оценки динамических характеристик прессовых соединений непосредственно в процессе сборки в режиме дополнительных гармонических и ударных воздействий.

4. Конечно-элементная модель формирования прессового соединения в условиях УЗ сборки и результаты имитационного моделирования процесса сборки с учетом вероятностных характеристик режима сборки, параметров материала деталей и их геометрических характеристик.

5. Методика адаптивного обеспечения требуемых прочностных характеристик формируемого прессового соединения, отличительной особенностью которой является направленное формирование режима микросварки (схватывания) в условиях УЗ колебаний для соединений с недостаточной прочностью.

6. Метод снижения взаимовлияния силового прессового оборудования и устройства возбуждения дополнительных УЗ колебаний путем их механической развязки специально формируемым газовым слоем.

7. Автоматизированная система для научных исследований технологических процессов сборки.

8. Способы и устройства для повышения эффективности УЗ сборки прессовых соединений.

Реализация работы. Технологические процессы УЗ запрессовки зубков шарошечных долот используются в отработке технологии сборки новых долот в совместной работе СамГТУ с ОАО «Бурмаш» (г. Самара). В ОАО «Авиаагрегат» (г.

Самара) испытан, отработан и внедрен технологический процесс УЗ приработки винтовой пары с применением магнитострикционного преобразователя. Методика УЗ запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота на базе автоматизированной системы научных исследований с использованием режима схватывания и одновременной диагностикой показателей качества формируемого соединения внедрена в ОАО «Уралбурмаш» (пос. Верхняя Серьга, Свердловская обл.), и ООО «Универсальная буровая техника» (г. Дрогобыч, Украина).

Разработанные компьютеризированные системы УЗ запрессовки и диагностики качества прессовых соединений в комплекте с программным обеспечением используются на кафедре «Автоматизация производств и управление транспортными системами» СамГТУ в лекционных курсах, курсовом и дипломном проектировании, научно-практической работе со студентами и в научных исследованиях аспирантов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях и симпозиуме, в том числе на международных: «Сборка в машиностроении и приборостроении», Брянск, 2001г.;.

«Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение», Брянск, 2003г.; «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин», Самара, 2004г.; «Динамика технологических систем», Саратов, 2004г,; «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла», Брянск, 2005г.; «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», Брянск, 2008г.; «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении», Москва, 2010г.; на междун. симпозиуме «Надежность и качество», Пенза, 20072011гг.; на междун. науч.-техн. семинаре «Современные технологии сборки», Москва, МАМИ, 2008, 2011г.; «Актуальные проблемы трибологии», Самара, 2011г.; на 77-й междун. конф. ААИ «Автомобиле-и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», Москва, МАМИ, 2012г.; на 4 междун. конф. «Наукомкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении (ТМ-2012)», Рыбинск, 2012г.; на всероссийских: «Проблемы надежности и долговечности», Москва, 1992г.; «Высокие технологии в машиностроении», Самара, 2002, 2005-2010гг.





Диссертационная работа докладывалась и была одобрена на заседаниях: Головного совета «Машиностроение» под председательством академика РАН К.С. Колесникова 2007г.; кафедры «Технология машиностроения» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ) 2012г.; кафедры «Технология авиационных двигателей и общего машиностроения» Рыбинского государственного авиационного технического университета им. П.А. Соловьва 2012г.; кафедры «Автоматизация производств и управление транспортными системами» СамГТУ в 2010-2012гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано более 80 работ общим объмом 23,76 печатных листов, в том числе авторских 7,96 печатных листов.

В числе работ 2 монографии, 25 статей в журналах по списку ВАК, 19 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели. Все результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы, получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы, включающего 297 наименований и приложений.

Общий объем 281 страниц, в том числе 259 страниц основного текста, 76 рисунков и 11 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели, задачи и методы исследования, приведены основные защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость, достоверность и апробация диссертации.

В первой главе на основе проведенного анализа современного состояния технологического процесса сборки определены цели и задачи исследования.

Большой вклад в развитие науки о сборке внесли ученые Б.С.Балакшин, А.А.Гусев, А.М.Дальский, Ю.З.Житников, И.И.Капустин, И.М.Колесов, В.В.Косилов, А.Н.Малов, К.Я.Муценек, В.В.Непомилуев, М.П.Новиков, Г.Я.Пановко, А.Н.Рабинович, А.Н.Семенов, Б.Л.Штриков, В.А.Яхимович и др.

Необходимо отметить, что функциональные параметры машин и приборов во многом определяются показателями качества деталей, образующих соединение. Эта взаимосвязь получила глубокое осмысление благодаря работам А.П.Бабичева, В.Ф.Безъязычного, И.Г.Горячевой, Ф.И.Демина, Б.А.Кравченко, А.А.Маталина, Д.Д.Папшева, А.С.Проникова, Э.В.Рыжова, А.М.Сулимы, А.Г.Суслова, Л.В.Худобина, Ю.Г.Шнейдера, А.В.Якимова, П.И.Ящерицина и др. и получила дальнейшее развитие в исследованиях Б.М.Базрова, В.Г.Митрофанова, Ю.С.Соломенцева и др., направленных на достижение требуемых показателей изделий путем управле ния технологическими процессами средствами автоматизации. При этом в основе большинства технологических работ лежат фундаментальные исследования Д.Н.Гаркунова, М.Н.Добычина, И.В.Крагельского, В.С.Комбалова, Н.М.Михина, А.В.Чичинадзе и др. по проблемам контактного взаимодействия поверхностей сопряжения.

В создание теоретических основ и практическую реализацию вибрационных и УЗ технологий большой вклад внесли ученые О.В.Абрамов, Б.А.Агранат, С.Я.Березин, М.В.Вартанов, Э.Г.Гудушаури, Е.С.Киселев, В.В.Клубович, Б.А.Кравченко, А.В.Кулемин, А.И.Марков, М.С.Нерубай, Л.Д.Розенберг, В.П.Северденко, А.В.Степаненко, И.И.Теумин, И.Г.Хорбенко, Б.Л.Штриков, а также зарубежные исследователи Л.Баламуз, Л.Бергман, И.Кранткремер, Л.Колуэлл, Д.Кумабэ, Б.Лангенекер, Д.Макклементс, У.Мезон, Т.Мейсон, И.Нишимура и др.

Наиболее известные в России научные школы по технологическому обеспечению процессов сборки находятся в Рыбинске, Брянске, Москве, Волгограде, Коврове, Самаре, Уфе и др.

Под прочностью посадок с натягом понимают их способность передавать крутящий момент Mкр и осевые нагрузки P без взаимного проскальзывания сопрягаемых деталей. Формулы для расчета прочности посадок с натягом с учетом качества сопрягаемых поверхностей имеют следующий вид:

d lfкр[ 0,5(Hmax1 Hmax 2 Wz1 Wz2 ) Rp1 Rp2 ] M , (1) кр D2 d 1 1 D2 d 2 103[ ] E1 Edlfос[ 0,5(Hmax1 H Wz1 Wz2 ) Rp1 Rp2 ] max P , (2) D2 d 1 1 D2 d 2 103[ ] E1 Eгде d и l - диаметр и длина сопряжения; D - наружный диаметр сопрягаемой втулки; H,W - параметры шероховатости и волнистости; fкр и fос - коэффициенты трения при кручении и осевом перемещении сопрягаемых поверхностей, зависящие от материалов деталей и метода сборки.

Традиционные пути повышения эффективности сборочных процессов во многом себя исчерпали и вызывают обоснованные сомнения в своей эффективности. В условиях ограничений ресурсов – материальных, энергетических, информационных необходимо адаптивно варьировать процесс сборки в целях его оптимизации на основе сокращения доли материальных и энергетических ресурсов путем их частичного замещения информационными ресурсами. Из этого следует вывод о необходимости возможно более полного использования информационных ресурсов, причем как на стадии подготовки и отработки техпроцессов, на основе использования современных систем компьютерного проектирования, моделирования и исследования процессов и изделий, так и на этапе проведения технологического процесса запрессовки, путем измерения функциональных параметров самого процесса и формируемых динамических связей изделий.

На рис. 1 представлена разработанная структура методологии УЗ сборки прессовых соединений, рассматриваемая как целенаправленная организация деятельности по получению новых знаний.

Рис. 1. Методология ультразвуковой сборки прессовых соединений На основе выявленной проблемы и выбранного объекта исследований сформирован предмет исследования и поставлены цель и задачи исследований. Научная составляющая работы определяется построением диагностических моделей и методов оценки динамических характеристик соединений и создании на их основе адаптивной системы УЗ запрессовки. Практическая реализация основных положений диссертации состояла в разработке методов и средств оценки динамических характеристик прессовых соединений непосредственно в процессе их формирования, повышения эффективности процесса УЗ запрессовки, проведении экспериментальных исследований и внедрении результатов.

Во второй главе рассмотрены основные закономерности процесса УЗ сборки, которые определяются следующими базовыми признаками:

- способом последовательностью основных и дополнительных воздействий; способом ввода дополнительных колебательных воздействий в зону контактирования деталей; видом и количеством дополнительных воздействий; соотношением и количественными характеристиками основных и дополнительных воздействий; получения вибродиагностической информации; алгоритмами обработки информации.

В работе предлагается подход, при котором оценка показателей динамического качества проводится непосредственно в процессе формирования соединения, причем возбуждаемые в процессе сборки УЗ колебания используются как в технологических, так и в диагностических целях в виде тестового воздействия на механическую систему.

Рис.2. Схема ввода колебательных воздействий при ультразвуковой сборке На рис.2 показано взаимодействие силового прессового оборудования, блока возбуждения УЗ колебаний в формируемом соединении вал-втулка и системы ди агностики и контроля качества соединения и приведены управляющие параметры процесса. Принципиальным отличием предлагаемого подхода от используемых в настоящее время технологий сборки и испытаний изделий является наличие косвенной безразборной вибрационной диагностики, проводимой совместно с УЗ сборкой, и результатов оценки фактического технического состояния изделия по характеристикам протекающих в нем механических динамических процессов.

Таким образом, совместное использование УЗ колебаний в технологических и диагностических целях приводит к целому ряду особенностей, которые связаны с изменением структуры сборочной системы, появлением новых блоков и возникновением дополнительных связей, ведущих к изменению закономерности взаимодействия элементов внутри системы и вне ее, появлением новых свойств, отношений и функций, расширяющих возможности адаптивного управления технологическим процессом сборки, более тонким, избирательным воздействием как на ход технологического процесса, так и на процессы силового контактного взаимодействия деталей. Для возбуждения УЗ колебаний использовались как пьезокерамические, так и магнитострикционные преобразователи.

Исходя из поставленных в работе целей и задач, можно выделить 4 основных уровня моделирования, представленных в таблице 1. Кроме уровня в таблице представлены объекты исследования для данного уровня и соответствующий математический аппарат моделирования.

Таблица 1. Иерархия уровней моделирования процессов контактного взаимодействия деталей при ультразвуковой сборке № Уровень моде- Объект исследования Математический аппарат моп/п лирования делирования 1 Функциональ- Процессы в объектах типа Передаточные функции; проный уровень «Вход-выход». странство состояний 2 Макроуровень Процессы в механических узлах. Системы алгебраических и Инерционные, упругие и демп- обыкновенных ДУ. Переменфирующие элементы. ной является время. Дискретизация пространства.

3 Микроуровень Сплошные среды. Поля физиче- Распределенные модели. ДУ в ских величин. НДС соединений. частных производных вместе с краевыми условиями.

4 Атомно- Роль движения атомов при УЗ Энергетические соотношения.

молекулярный колебаниях. УЗ активация дис- Упруго-пластическая дефоруровень локаций. мация и термоактивация.

Ультразвуковая активация.

В работе используются модели различных уровней, что определяется необходимостью рассмотрения процессов, протекающих при УЗ сборке, с различных точек зрения.

Наиболее общими средствами описания механических систем являются энергетические представления на основе уравнений Лагранжа для диссипативных систем с конечным числом степеней свободы s, которые могут быть представлены следующими моделями:

d T F (T U ) Q (3) j dt q q q j j j где U(q1,q2,...,qs ),T(q1,q2,...,qs )- потенциальная и кинетическая энергия системы;

F - диссипативная функция Релея; - обобщенные силы; qj (t) и qj (t) - обобщенQj ные координаты и скорости.

На рис. 3 приведена разработанная схема энергетического баланса процесса пластической деформации контактирующих поверхностей в условиях введения дополнительных УЗ колебаний в формируемое соединение. Первое слагаемое в условиях введение в систему УЗ колебаний следует рассматривать как суперпозицию термических и динамических воздействий. Оно содержит часть внутренней энергии системы, составляемую тепловыми колебаниями атомов в узлах кристаллической решетки и часть внутренней энергии, составляемую колебательными УЗ воздействиями.

Рис. 3. Схема энергетического баланса процесса пластической деформации при ультразвуковой сборке При достижении определенного уровня акустической энергии, зависящего от свойств металла, последний может деформироваться при комнатной температуре без приложения внешней нагрузки. УЗ колебания снижают статическое напряжение текучести аналогично нагреву, однако для достижения одного и того же эффекта при воздействии УЗ колебаний требуется значительно меньше энергии, чем при нагреве, так, для достижения нулевого статического предела текучести у алюминия требуется плотность тепловой энергии 1022 эВ/ см3, в то время как при введении УЗ колебаний тот же эффект наблюдается при. Объясняется это 1015 эВ/ смразличие тем, что ультразвуковая энергия поглощается в тех местах кристаллической решетки, которые являются носителями механизма пластической деформации (дислокации, границы зерен и т.д.), и почти не поглощается в свободных от дефектов зонах кристаллов.

Структурное состояние материала оценивают плотностью дислокаций, плотностью запаснной энергии или величиной внутреннего напряжения течения. Напряжение активации (эффективное напряжение) определяется как разность между внешним приложенным напряжением и внутренним напряжением:.

Э Т Отсюда вытекают два пути активации: увеличивать внешнее напряжение, что связано с дополнительным внешним силовым воздействием на объект, или снижать внутреннее напряжение путем приложения УЗ, что является более экономичным воздействием с энергетической точки зрения.

Изменение условий взаимодействия сопрягаемых поверхностей при введении в зону контактирования УЗ резонансных колебаний и обусловленное этим уменьшение коэффициента трения и сопротивления пластическому деформированию приводят к существенному снижению сборочных усилий и увеличению скорости процесса сборки.

В третьей главе проведено построение динамических моделей механической колебательной системы во временной и частотной областях, а также в пространстве состояний и разработаны методы оценки динамических характеристик соединений. Разработанная вибродиагностическая модель УЗ сборки как процесса незатухающих колебаний осциллятора с медленно изменяющимися по глубине запрессовки параметрами на частоте, близкой к частоте собственных колебаний, основывается на отображении факторов, характеризующих геометрические и физикомеханические особенности поверхностного слоя деталей в параметры контактного взаимодействия, определяющие, в конечном счете, качество сформированного со единения и проявляющиеся в характеристиках механической колебательной системы.

На рис. 4 представлены методы описания динамических характеристик прессовых соединений, используемые в диссертационной работе.

Рис. 4. Методы описания динамических характеристик соединений Уравнение движения осциллятора при гармонической вынуждающей силе описывается соотношением Лагранжа:

m(l)X blX klX Fsint (4) где: X – обобщенная координата, X обобщенная скорость, X обобщенное ускорение, m - обобщенная масса, b(l) – функция, характеризующая демпфирование в колебательной системе; k(l) – функция, характеризующая жесткость колебательной системы; определяет частоту собственных колебаний; l 0...n - текущее значение глубины запрессовки.

Отличительной особенностью приведенного уравнения является его нестационарный характер, проявляющийся в изменении параметров в процессе запрессовки. Использование вынужденных УЗ колебаний дает возможность произвести дискретизацию и перейти к квазилинейной модели.

Вводя обозначения: h = b/2m, с2 =k/m; приходим к уравнению в следующей форме:

F X 2hlX c lX sint. (5) m Амплитуда установившихся колебаний определяется из (5) выражением:

F F A . (6) 2 4h2lm c2l 2 4h2l2 c 1 c2l c4l Отношение амплитуды A к статическому перемещению определится следующим выражением:

, (7) 2 4h2l1 c2l c4l и представляет собой коэффициент динамичности. Резонансное значение этого коэффициента называют добротностью системы, которая является количественной характеристикой резонансных свойств колебательных систем, показывающей, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду вынужденных колебаний на частоте много ниже резонансной при одинаковой амплитуде вынуждающей силы.

Механическая добротность может быть выражена через параметры механической колебательной системы следующим образом:

Q 0M / B, (8) где – 0 K / M.

Таким образом, существует прямая взаимосвязь между качеством запрессовки и величиной механической добротности колебательной механической системы.

Эта взаимосвязь достаточно хорошо аналитически описана в теории механических колебаний, что позволяет реализовать предлагаемый метод запрессовки с высокой эффективностью. Исходя из эксплуатационных параметров соединения, определяют численные значения требуемых динамических характеристик и характер их изменения по координате движения деталей в процессе запрессовки.

Коэффициент динамичности (рис. 5) является комплексной характеристикой, объединяющей показатели демпфирования и жесткости формируемого прессового соединения, и может служить в качестве оценки динамических характеристик формируемого соединения. Изменение коэффициента динамичности определяет момент окончания приложения УЗ колебаний и окончание процесса запрессовки следующим образом. Исходя из эксплуатационных параметров соединения, определяют численные значения требуемых динамических характеристик и характер их изменения по координате движения деталей в процессе запрессовки. Особенно стью рассматриваемых методов диагностики является увеличение площади контакта по мере запрессовки вала во втулку, что приводит к изменению жесткости и демпфирования механической колебательной системы и, соответственно, е резонансных характеристик. Поэтому алгоритмы диагностики должны содержать операции измерения длины и усилия запрессовки и резонансной частоты колебаний системы, а также вычисления инерционных и упруго-диссипативных характеристик.

Р и с. 5. Зависимость коэффициента динамичности от отношения частот В зависимости от характера задачи динамические свойства объекта можно рассматривать как в частотной, так и во временной области по реакции системы на дельта-функцию, представляющую собой импульс бесконечно малой длительности и бесконечно большой амплитуды – ударный импульс. Импульсное (ударное) воздействие выявляет внутренние колебательные свойства системы, которые наиболее полно выражаются при ее свободных колебаниях и могут быть использованы для косвенной оценки качества механической системы. Особенности снижения амплитуды свободных колебаний во времени определяются диссипативными характеристиками рассеяния энергии в механической системе и могут служить основой для получения некоторых интегральных характеристик, связанных с внешним проявлением эффекта диссипации энергии в системе.

Диссипативные свойства колебательной системы могут быть охарактеризованы с помощью коэффициента демпфирования h cI 2m,или коэффициентом поглощения , определяемым отношением энергии, поглощенной в системе за период колебаний, к максимальному значению потенциальной энергии в системе.

Коэффициент поглощения связан простой приближенной зависимостью с другой характеристикой процесса диссипации энергии в системе, наиболее часто используемой при экспериментальной оценке колебательных свойств систем, логарифмическим декрементом колебаний:

1 Ami hT ln, (9) 2 Amiгде T - период затухающих колебаний; Ami, Ami1- последовательные значения убывающих амплитуд. Для большинства машиностроительных конструкций логарифмический декремент составляет от нескольких десятых до нескольких сотых долей единицы и служит для оценки динамического качества системы.

Были проведены экспериментальные исследования, методика которых заключалась в следующем. На вал запрессовывалась втулка (диаметр соединения 15 мм, натяг 0,01 мм). Запрессовка проходила последовательно в несколько этапов на общую глубину 25 мм. Глубина отдельного этапа запрессовки составляла 5 мм, по окончании этапа проводилось тестирование соединения путем нанесения удара и анализа отклика. Соответствующие механические колебания преобразовывались датчиком вибрации и через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подавались в ЭВМ, где осуществлялся анализ диагностических сигналов.

На рис. 6 и 7 приводятся экспериментально полученные результаты определения зависимости частоты колебаний и жесткости конструкции от глубины запрессовки.

Рис.6. Изменение собственной частоты соединения в зависимости от глубины запрессовки и от величины натяга Рис.7. Изменение жесткости соединения в зависимости от глубины запрессовки и от натяга Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность использования тестовых ударных воздействий при исследовании процесса формирования динамических характеристик прессовых соединений и возможность использования при оперативной оценке качества формируемых соединений.

Были разработаны методы оценки динамических характеристик в процессе запрессовки при возбуждении ударных импульсов через равные интервалы относительного перемещения деталей и адаптивный метод, когда ударные импульсы возбуждаются при превышении амплитуды фиксируемых колебаний контактного взаимодействия деталей заданного уровня.

Для прессового соединения, представленного динамической моделью в виде инерционных, упругих и демпфирующих параметров, была разработана модель в пространстве состояний (переменных состояния), которая также имеет вид дифференциальных уравнений, но записанных в специальной форме – как система уравнений первого порядка. Основной смысл модели в пространстве состояний состоит в том, что она сохраняет соотношение между входом и выходом системы, но дает возможность от одного дифференциального уравнения n-го порядка перейти к системе из n уравнений первого порядка. Модель позволяет кроме двух внешних переменных, представляющих вход и выход системы, отразить и все внутренние переменные системы, что особенно важно при определении динамических характеристик контактного взаимодействия поверхностей при сборке.

Уравнение состояния имеет вид (10):

d X (t) AX (t) BU(t), (10) dt n где X (t) — вектор состояния размерности, который включает в себя переменные объекта, однозначно определяющие его состояние;

a a...a 11 12 1n X (t) U (t) b b...b 1 1 11 12 1m X (t) U (t) b b...b 2 2 21 22 2m ,U (t) , A a a...a , B 21 22 2n X (t) ;

...............................

............... (t) (t) a...a bn1b...b a X n Um n2 nm n1 n2 nn m U(t) — вектор управления или входа размерности, который включает в себя сигA, B налы, действующие на систему извне; - матрицы параметров, включающие в сеn n,n m, — поряn бя параметры системы, размерность которых соответственно док системы.

Уравнения выхода, которое определяет переменные, доступные для наблюдения на выходе системы (11):

Y(t) CX (t). (11) На рис. 8 представлен разработанный алгоритм получения диагностической информации с использованием модели в пространстве состояний.

Рис. 8. Алгоритм получения диагностической информации о динамических параметрах соединения на основе модели в пространстве состояний Модель в пространстве состояний позволяет получить больше информации о внутренних переменных объекта, что позволяет более эффективно проводить технологический процесс сборки. Кроме того, модель хорошо приспособлена к использованию в компьютерных системах, так как основывается на векторноматричных представлениях, для которых разработан достаточно полный алгоритмический аппарат. Еще одним преимуществом модели в пространстве состояний является ее идейная связь с методами конечно-элементного моделирования, основанного на векторно-матричном представлении механических систем; эти модели взаимно дополняют друг друга. Модель в пространстве состояний решает обратную задачу, по сравнению с конечно-элементным моделированием, а именно по измеренной реакции механической системы на внешнее возмущение дает возможность оценить динамические параметры системы.

Реализация разработанного алгоритма осуществляется следующим образом (рис.9).

Рис.9. Устройство для оценки динамических параметров прессового соединения в процессе сборки К одной из собираемых деталей прикладывают постоянное статическое давление и возбуждают в соединяемых деталях упругие колебания, частоту которых изменяют в ходе запрессовки, обеспечивая резонанс. В процессе запрессовки измеряют информативные параметры получаемого соединения, сравнивают их с эталонными значениями и судят о качестве запрессовки по результатам сравнения.

Измеряя в функции линейного относительного перемещения l соединяемых дета лей усилие запрессовки и виброускорение X(l), по которому определяют знаF(l) чение виброскорости X (l) и вибросмещения X (l). В качестве информативных параметров используют инерционные M (l), диссипативные B(l) и упругие K (l) характеристики формируемого соединения, которые определяют по формулам (12):

F(l) F(l) F(l) M (l) ; B(l) ; K(l) . (12) (l) X X (l) X (l) Получение оперативной информации о ходе процесса запрессовки позволяет выявлять отклонения от нормального хода технологического процесса и своевременно реагировать на них. Увеличение глубины диагностики за счет раздельного измерения инерционных, диссипативных и упругих характеристик в процессе формирования соединения дает возможность выявить и локализовать «тонкие» дефекты, выработать адаптивные управляющие воздействия и тем самым повысить качество прессовых соединений.

На рис. 10 показана разработанная адаптивная система УЗ запрессовки, учитывающая особенности запрессовки конкретных деталей путм определения динамических характеристик непосредственно в ходе запрессовки, что значительно снижает неопределенность в обеспечении требуемых параметров качества. При построении адаптивной системы за основу были взяты разработанные профессором В.Ф.Безъязычным положения по созданию адаптивных систем управления процессами обработки деталей.

Рис. 10. Адаптивная система ультразвуковой запрессовки С помощью подсистемы расчета режима запрессовки по заданному энергетическому показателю качества запрессовки определяются исходные технологические условия запрессовки, формируемые усилием и скоростью протекания про цесса, и на их основе рассчитывается оптимальное значение энергетического критерия сборки. Одновременно производится определение текущих значений динамических характеристик соединения и в случае их отклонения от допустимых формируются дополнительные УЗ управляющие воздействия.

В четвертой главе исследование контактного взаимодействия и напряженнодеформированного состояния деталей в условиях УЗ сборки было проведено методами конечно-элементного моделирования, в основе которого лежит пространственная аппроксимация конструкции элементами с заданными параметрами.

Общее уравнение движения в конечно-элементной форме может быть представлено в виде (13):

(13) Mx Bx Kx P(t), где M ,B,K- матрицы масс, демпфирования и жесткостей;

,x,x- векторы x узловых ускорений, скоростей и перемещений;

P- вектор нагрузок.

Алгоритм моделирования включал построение геометрии деталей и задание свойств материала, разбиение на конечные элементы, создание контактных пар, введение специфических критериев решения, задание нагрузок и закреплений, просмотр и анализ полученных решений.

Следующими этапами исследования было имитационное моделирование процесса сборки с учетом распределения плотности вероятности входных случайных параметров, а также определение чувствительности выходного параметра относительно входных. Первым шагом вероятностного моделирования являлось создание командного файла с описанием параметрической модели конструкции. Второй шаг – передача командного файла в модуль вероятностного анализа, задание распределения плотности вероятности входных случайных параметров, имитационное моделирование и определение распределения плотности вероятности выходных параметров.

В результате имитационного моделирования получено распределение среднего значения и границ доверительного интервала усредненного напряжения для заданной доверительной вероятности в 95%. Формируемое соединение представляется системой, находящейся под воздействием группы факторов и результаты статистического анализа связей позволяют оценить степень корреляции факторов, определяющих режимы и условия формирования соединений и отклика системы.

Имитационное моделирование с использованием статистических программных комплексов позволяет, варьируя различные поверхности, определить режимы формирования соединений по одному из заданных критериев качества.

В пятой главе рассмотрены вопросы повышения прочности формируемых прессовых соединений за счет образования мостиков схватывания между поверхностями в сопряжении аналогично тому, как это имеет место при ультразвуковой сварке. Образующиеся в процессе контактного взаимодействия мостики схватывания существенно повышают функциональные параметры соединения, в частности, прочность на сдвиг и на кручение. Одной из актуальных задач повышения эффективности и долговечности буровых долот является обеспечение надежного крепления породоразрушающих элементов, в качестве которых применяют твердосплавные зубки, запрессовываемые в отверстия на корпусе шарошки. Отклонения величин натягов от номинальных значений приводят к преждевременному разрушению буровых долот и существенному снижению эффективности бурения.

Одним из путей повышения запаса прочности шарошек является снижение суммарных напряжений в ее теле, возникающих при запрессовке от радиальных боковых сил (следствие натяга) и от осевых сил, необходимых для преодоления сопротивления трения при продвижении зубков со стороны стенок отверстий. Поэтому возникла задача повышения прочности шарошек за счет снижения осевых сил запрессовки и формирования режима микросварки.

Для осуществления УЗ сварки контактирующих поверхностей необходимо соблюдение следующих условий: обязательная очистка сопрягаемых поверхностей от адсорбированных веществ и окисных пленок и обеспечение контакта между чистыми (ювенильными) поверхностями, максимальное увеличение площади фактического контакта сопряженных поверхностей, обеспечение режима пластического течения металла в контакте.

В результате пластической деформации, возникающей в точках фактического контакта, все большая часть микронеровностей контактирующих поверхностей приводится в соприкосновение и очищается от окисных и адсорбированных пленок, чему содействует и диспергирующее действие УЗ колебаний. Первоначально образуются мостики схватывания ювенильных поверхностей, и через определенное время происходит упрочнение поверхностных слоев в зоне контакта, что приводит к деформированию более глубоких слоев материала с одновременным интенсивным тепловыделением. В результате происходит релаксация напряжений вблизи поверхностных слоев, вовлечение в деформацию все больших объемов металлов, разрастание мостиков схватывания, что в конечном итоге приводит к образованию прочного соединения.

На рисунке 11 представлены микрофотографии зоны контакта для различных времен воздействия ультразвука, показывающие формирование процесса схватывания деталей и образовании микросварного соединения.

Рис. 11. Макроструктура поверхности прессовых соединений При запрессовке без режима выдержки (рис.11а) поверхность зубка относительно однородна. При воздействии ультразвука в течение 1 с в местах контакта обнаруживаются вырывы металла, свидетельствующие об образовании узлов схватывания (рис.11б) на поверхности зубка. Увеличение времени выдержки приложения УЗ колебаний приводит к разрастанию площади узлов схватывания (рис.11в – 10 сек; рис.11г – 30 сек; рис.11д – 60 сек,), вокруг основного узла схватывания возникают участки схватывания, охватывающие все большую часть поверхности.

При воздействии УЗ в течение 1 сек в местах контакта некоторая площадь узлов схватывания составляет 3,5 % от общей видимой поверхности зубка и с увеличением времени воздействия ультразвука возрастает до некоторого значения (сек – 14 %, 30 сек – 56 %, 60 сек – 39 %).

Для реализации предлагаемой концепции был разработан способ запрессовки деталей (рис.12), сущность которого состоит в следующем. Соединяемые детали и 3 устанавливаются на сборочной позиции. С помощью штока гидроцилиндра через концентратор колебательной энергии 4 к соединяемым деталям 2 и 3 прикладывается сборочное усилие и одновременно с помощью генератора 10 и пьезокерамического возбудителя 5 в сборочных деталях возбуждаются упругие колебания (ультразвуковые). В процессе запрессовки непрерывно с помощью силоизмерительного датчика 1 и датчика перемещения 10 через АЦП1 и АЦП2 в компьютер ПК поступает информация о сборочной силе и относительном осевом перемещении собираемых деталей. Одновременно на протяжении всего сборочного процесса с помощью датчиков вибрации 8 и 9 через АЦП3 и АЦП4 в персональный компьютер ПК поступает информация о частотных характеристиках формируемо го соединения. С помощью специальных программ ПК непрерывно осуществляется расчет и контроль коэффициента динамичности формируемого соединения.

Рис. 12. Способ запрессовки зубков шарошечных долот с режимом микросваривания При достижении собираемыми деталями требуемого осевого относительного положения они фиксируются усилием, не допускающим относительного осевого обратного смещения, и с помощью генератора к деталям прикладывается УЗ воздействие повышенной амплитуды до момента достижения коэффициентом динамичности заданного значения. После этого сборочный процесс завершается. В ходе эксперимента были получены результаты, показывающие для запрессовки соединений с применением резонансных колебаний, в среднем снижение усилия запрессовки от 11% до 42%, с одновременным повышением прочности до 12 -20%.

В процессе технической реализации рассмотренных положений возникают трудности, связанные с взаимовлиянием силового прессового оборудования и резонансной колебательной системы: УЗ колебания отрицательно влияют на основную технологическую систему, которая в свою очередь вносит дополнительные погрешности в работу вибродиагностической системы. Для динамической развязки силового и диагностического оборудования предлагается использовать упругие колебания для создания газовой опоры, служащей для акустического разделении силовой и колебательной систем.

Разработанная установка для УЗ запрессовки (рис. 13) содержит корпус 1, опорную оболочку 2 с рабочей поверхностью, эквидистантной торцевой поверхности корпуса. Высокочастотные колебания опорных оболочек 2 и 9 обеспечивают создание слоя упругой газовой смазки между ними, корпусом 1 и поперечиной 10, поверхности которых эквидистантны соответствующим поверхностям опорных оболочек.

Рис.13. Создание газовой опоры для акустической развязки УЗ колебательной системы Таким образом, система возбуждения 3,4 с соединяемыми деталями 5,6 в процессе запрессовки оказывается подвешенной на газовом слое, т.е. достигается их акустическая развязка с прессовым оборудованием.

В шестой главе рассмотрены вопросы повышения эффективности научных исследований на основе информационных технологий, в частности автоматизированных систем научных исследований (АСНИ). Концепция построения автоматизированного измерительного комплекса позволяет создать на базе персонального компьютера систему сбора и обработки измерительной информации о различных параметрах и физических процессах, происходящих в процессе ультразвуковой сборки, тем самым персональный компьютер превращается в мощную измерительную систему. Для построения автоматизированной системы сбора и обработки данных кроме персонального компьютера необходимы датчики физических величин, интерфейсные устройства на основе АЦП и программное обеспечение, позволяющее обрабатывать получаемую информацию, сохранять ее в требуемом виде и соответствующим образом интерпретировать.

С использованием разработанной АСНИ (рис. 14) были проведены исследования по запрессовке зубков шарошечных долот с применением УЗ колебаний, а также при традиционной сборке без дополнительных колебательных воздействий. Результаты проведенных исследований, показали снижение усилия запрессовки на 20 - 30 % при использовании УЗ колебаний.

Рис. 14. АСНИ для оценки параметров ультразвуковой запрессовки деталей: 1-компьютер с программным обеспечением, 2 – АЦП, 3-пресс с оснасткой, 4- УЗГ 3-В седьмой главе представлены разработанные патентнозащищенные способы и устройства УЗ сборки прессовых соединений и результаты экспериментальных исследований.

В заключении приведены основные научные и практические результаты диссертационной работы и сделаны обобщающие выводы.

Приложения содержат акты об использовании результатов диссертационной работы, выписки из протоколов заседаний ведущих научных центров по докладам результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. В результате выполненных исследований решена научная проблема по разработке методов определения закономерностей формирования динамических связей контактирующих поверхностей непосредственно в процессе запрессовки, что дает возможность перейти на более высокий уровень адаптивного управления технологическим процессом и получать соединения требуемого качества.

2. Разработана методология научных исследований по повышению эффективности технологического процесса запрессовки путм обеспечения параметров динамических связей контактирующих поверхностей, определяемых диагностическими методами непосредственно в процессе запрессовки. Разработанная методология может быть применена при соответствующей доработке и конкретизации и для формирования динамических характеристик других неразъемных соединений: резьбовых, вальцованных, клепаных.

3. Исследованы особенности технологического процесса УЗ сборки прессовых соединений, с учетом которых разработана совокупность моделей, адекватно отражающих связь режимов сборки с показателями эксплуатационных свойств соединений. Для определения состояния прессовых соединений в процессе сборки использованы методы вибродиагностики, основанные на наличии корреляционных зависимостей динамических характеристик всего узла от контактного давления в соединениях и жесткости стыков.

4. Показана эффективность использования колебательных воздействий, как в технологических, так и в диагностических целях в качестве дополнительного источника оперативной информации о характере динамических процессов, протекающих в формируемом соединении. В качестве динамических параметров используются как комплексные характеристики механической колебательной системы в виде амплитудных и фазочастотных характеристик, так и частные характеристики - коэффициент динамичности, декремент затухания, механический импеданс и добротность.

5. Разработаны методы оценки динамических характеристик соединений непосредственно в процессе запрессовки на основе динамических моделей во вре и частотной областях, а также в пространстве состояний, как в режиме ударных, так и при гармонических тестовых воздействиях, причем дополнительные воздействия используются одновременно как в технологических целях для реализации адаптивного процесса сборки, так и в целях контроля качества формируемого соединения по динамическим параметрам.

6. Разработана конечно-элементная модель прессового соединения на основе векторно-матричных представлений и проведен анализ процессов контактного взаимодействия деталей в условиях УЗ сборки, что позволяет оценить напряженнодеформирование состояние деталей в процессе сборки. Путем параметризации модели проведено имитационное моделирование процесса запрессовки с заданием вероятностных характеристик режимов сборки, параметров материала деталей и их геометрических характеристик, что позволило выявить вклад различных компонентов в общее состояние прессового соединения.

7. Разработана методика направленного формирования требуемых прочностных характеристик прессового соединения, отличительной особенностью которой являет ся адаптивное применение режима микросварки в условиях УЗ колебаний для соединений с недостаточной прочностью, что гарантирует качество собираемых изделий.

8. Создан метод снижения взаимовлияния силового прессового оборудования и системы возбуждения УЗ колебаний на основе формирования газового слоя, служащего виброакустической развязкой между узлами. Преимущества разделения силовых блоков и блоков возбуждения колебаний заключаются в повышении надежности и долговечности работы оборудования, а также в повышении качества определения динамических характеристик соединений за счет исключения влияния силового оборудования на информационные процессы.

9. Разработаны патентнозащищенные способы и устройства технологического обеспечения процесса УЗ сборки с контролем динамического качества соединений, основанные на анализе резонансных свойств механической колебательной системы, что позволяет автоматизировать процесс сборки и повысить эксплуатационное качество соединений.

10. Разработана компьютеризированная автоматизированная система научных исследований технологических процессов УЗ сборки, позволяющая оперативно получать технологическую информацию непосредственно при запрессовке и использовать е для целей адаптивного управления процессом запрессовки, обрабатывать, документировать и хранить технологическую информацию.

11. Проведнные экспериментальные исследования по оценке характеристик соединений при запрессовке зубков шарошечных долот и внедрение результатов в производство показали эффективность разработанных в диссертационной работе положений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монографии 1. Береснев Ю.Л., Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Сборка: технология, оборудование, оснастка. – М.: «Машиностроение», 2007. 174 с.

2. Штриков Б.Л., Головкин В.В., Шуваев В.Г., Шуваев И.В. Повышение работоспособности резьбовых соединений путем применения ультразвука при обработке и сборке. – М.: «Машиностроение», 2009. 137 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК 1. Шуваев В.Г. Формирование прессовых соединений гарантированного качества при ультразвуковой сборке//Сборка в машиностроении, приборостроении. № 10, 2004.С. 28-31.

2. Шуваев В.Г. Диагностика прессовых соединений при ультразвуковой сборке// Сборка в машиностроении, приборостроении. № 1, 2007. С. 3-6.

3. Шуваев В.Г. Применение ультразвука для обеспечения качества сборки // Из вестия МГТУ «МАМИ», Научный рецензируемый журнал. – М., МГТУ «МАМИ», № 2 (6), 2008. С. 342-346.

4. Шуваев В.Г. Повышение эффективности введения ультразвуковых колебаний при сборке деталей с натягом // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 5, 2008. С. 24-25.

5. Шуваев В.Г. Неразрушающий контроль прессовых соединений в процессе ультразвуковой сборки // Контроль. Диагностика. № 12, 2008. С.36-42.

6. Шуваев В.Г. Применение ультразвука для обеспечения качества сборки // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 6, 2009. С. 24-26.

7. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Контроль динамических показателей качества прессовых соединений при сборке с наложением ультразвуковых колебаний// Сборка в машиностроении, приборостроении. № 4, 2002. С. 32-34.

8. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Информационно-технологическое обеспечение ультразвуковой сборки прессовых соединений//Сборка в машиностроении, приборостроении. № 9, 2004. С. 10-13.

9. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Информационно-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств прессовых соединений при ультразвуковой сборке // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 11, 2004. С. 34-36.

10. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Автоматизация сборки соединений с применением ультразвука// Сборка в машиностроении, приборостроении. № 9, 2006. С. 17-18.

11. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г., Папшев В.А. Автоматизированная система научных исследований процессов ультразвуковой сборки // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 12, 2007. С. 19-22.

12. Богомолов Р.М., Кремлев В.И., Носов Н.В., Папшев В.А., Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Автоматизированная система ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот // Химическое и нефтегазовое машиностроение. № 10, 2007. С.49-51.

13. Папшев В.А., Шуваев В.Г. Интеллектуализация вибрационного контроля качества сборки деталей // Контроль. Диагностика. № 8, 2008. С. 56-57.

14. Шуваев В.Г., Шуваев И.В. Повышение эффективности разборки резьбовых соединений с применением ультразвуковых колебаний// Сборка в машиностроении, приборостроении. № 6, 2008. С. 45-46.

15. Шуваев В.Г., Папшев В.А. Оценка качества соединений методами вибрационной диагностики в процессе автоматизированной сборки деталей типа вал-втулка // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 7, 2008. С. 30-32.

16. Шуваев В.Г., Папшев В.А. Сборка прессовых соединений с применением методов тестовой диагностики // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 9, 2009. С.

17. Шуваев В.Г., Папшев В.А. Устройство пространственного ориентирования деталей при автоматизированной сборке путем формирования сложного колебательно го движения // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 11, 2009. С.23-25.

18. Шуваев В.Г., Папшев В.А. Применение ультразвуковых колебаний для обеспечения качества прессовых соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 2, 2010. С.31-33.

19. Папшев В.А., Шуваев В.Г. Сборка прессовых соединений с применением методов тестовой диагностики // Контроль. Диагностика. № 7, 2010. С. 21-23.

20. Анкудинов Д.В., Батищева О.М., Папшев В.А., Шуваев В.Г. Использование ультразвуковых колебаний малой амплитуды для формирования прессовых соединений с анализом прочностных характеристик // Вестник СамГТУ. Технические науки. Машиностроение. 2011 №2 (30). С.102-110.

21. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Анкудинов Д.В. Совершенствование технологии ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот путем применения режима схватывания // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 5, 2011, С.16-19.

22. Шуваев В.Г., Батищева О.М., Папшев В.А., Анкудинов Д.В. Методика и результаты экспериментальных исследований процесса ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот с использованием автоматизированной системы научных исследований // Известия самарского научного центра Российской академии наук, т.13, №1(2), 2011. С. 415-417.

23. Шуваев В.Г., Шуваев И.В. Инерционная ударно-импульсная затяжка резьбовых соединений с применением дополнительных ультразвуковых колебаний// Сборка в машиностроении, приборостроении. № 7, 2011. С. 7-9.

24. Шуваев В.Г. Особенности контактного взаимодействия деталей в условиях запрессовки с дополнительными ультразвуковыми колебаниями // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т.13, №4(3), 2011. С. 1261-1262.

25. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В. Инструмент для формирования параметров качества поверхностного слоя деталей при ультразвуковой финишной обработке // СТИН. № 10, 2012. С. 37-39.

Авторские свидетельства и патенты 1. А.с. № 1805379; Б.И. № 12; 30.03.93. Способ неразрушающего контроля соединений/ В.Г. Шуваев.

2. А.с. № 1803743; Б.И. № 11; 23.03.93. Способ определения механического импеданса выходного звена вибродвигателя и устройство для его осуществления/ В.Г.

Шуваев.

3. А.с. № 1824279; Б.И. № 9; 12.10.92. Способ определения качества сборки/ В.А.

Николаев, В.Г. Шуваев, В.А. Папшев.

4. А.с. № 1730542; Б.И. № 16; 30.04.92. Устройство для измерения вибраций/ В.Г.

Шуваев, В.А. Щербаков.

5. А.с. № 1793268; Б.И. № 5; 07.02.93. Устройство для контроля параметров вибрации/ В.Г. Шуваев, В.А. Щербаков.

6. А.с. № 1793366; Б.И. № 9; 08.10.92. Способ контроля качества сборки деталей/ В.А. Николаев, В.Г. Шуваев, В.А. Папшев.

7. А.с. № 1804994; Б.И. № 12; 30.03.93. Устройство для сообщения колебательного движения собираемым деталям/ В.М. Колокольцев, В.Г. Шуваев.

8. Патент РФ на изобретение № 1731572; Б.И. № 19; 11.10.93. Способ запрессовки деталей/ В.А. Николаев, В.Г. Шуваев.

9. Патент РФ на изобретение № 1639938; Б.И. № 13; 11.10.93. Способ определения некачественной сборки/ В.А. Николаев, В.Г. Шуваев.

10. Патент РФ на изобретение № 2022751; Б.И. № 21; 15.11.94. Устройство для сборки деталей/ В.М. Колокольцев, В.Г. Шуваев, В.А. Папшев.

11. Патент РФ на изобретение № 2050244; Б.И. № 35; 20.12.95. Способ запрессовки деталей и устройство для его осуществления/ В.М. Колокольцев, В.Г. Шуваев.

12. Патент РФ на изобретение № 2182065; Б.И. № 13; 10.05.2002. Способ запрессовки деталей и устройство для его осуществления/ В.М. Колокольцев, В.Г. Шуваев.

13. Патент РФ на изобретение № 2192343; Б.И. № 31; 10.11.2002. Вибрационное устройство для запрессовки/ В.М. Колокольцев, В.Г. Шуваев.

14. Патент РФ на полезную модель № 31350; Б.И. № 33; 10.08.2003. Центробежный ударный механизм/ Б.Л. Штриков, В.Г. Шуваев, В.А. Папшев и др.

15. Патент РФ на полезную модель № 31449; Б.И. № 33; 10.08.2003. Ударный испытательный стенд/ Б.Л. Штриков, В.Г. Шуваев, В.А. Папшев и др.

16. Патент РФ на изобретение № 2357848; Б.И. № 16; 10.06.2009. Способ запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота / Богомолов Р.М., Ищук А.Г., Кремлв В. И., Носов Н. В., Шуваев В.Г., Папшев В.А.

17. Патент РФ на изобретение № 2393076; Б.И. № 18; 27.06.2010. Способ ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей вращающихся деталей/ Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В.

18. Патент РФ на полезную модель № 100617; Б.И. № 35; 20.12.2010. Генератор ударов/ Папшев В.А., Шуваев В.Г.

19. Патент РФ на полезную модель № 107087; Б,и, № 22; 10.08.2011. Устройство для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота/ Шуваев В.Г., Папшев В.А., Анкудинов Д.В.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.