WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Воркуев Дмитрий Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ С ГРУППОВЫМИ РЕЗЬБОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ С ПАССИВНОЙ АДАПТАЦИЕЙ

Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Специальность 05.02.08 Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Рыбинск 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярёва»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Ю.З. Житников

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А.Н. Семёнов доктор технических наук, профессор М.В. Вартанов доктор технических наук, профессор М.Г. Кристаль Ведущее предприятие: ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Защита состоится «_____» ___________ 20____ г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославская область, ул. Пушкина, 53, ауд. Г–237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева».

Автореферат разослан «_____» ___________ 20____ г.

Ученый секретарь диссертационного совета Конюхов Б.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Завершающим этапом выпуска продукции машиностроения является операция сборки, от качества которой в значительной степени зависят надёжность и долговечность работы машин и механизмов.

В настоящее время на некоторых сборочных операциях, где требуется обеспечить высокое качество, отсутствуют надёжные средства механизации. К ним относятся изделия, узлы и детали которых скрепляются групповыми резьбовыми соединениями.

Для обеспечения качественной механизированной сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями сформулируем требования, выполнение которых гарантирует качество:

– погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений не должны превышать 6% от номинальных значений;

– синхронная затяжка соединений должна начинаться одновременно.

Эти требования возникли из практики сборки изделий.

К изделиям, где требуется обеспечить качественную с учётом герметичности стыков сборку узлов и деталей, скрепляемых групповыми резьбовыми соединениями, относятся гидрораспределители машин и экскаваторов, узлы гидро- и пневмоагрегатов, головки цилиндров двигателей и другие изделия. А к изделиям, где требуется исключить перекосы сопрягаемых поверхностей, соединяемых узлов и деталей, при сборке перед обработкой отверстий под подшипники и при их окончательной сборке с установкой вкладышей относятся шатуны, картеры двигателей и другие.

Как ручная, так и механизированная технологии сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями с установкой и без установки уплотнений осуществляются на основе – перекрёстного способа завинчивания и затяжки;

– способа сглаживания.

При механизированной сборке используют одношпиндельные завинчивающие устройства, которые различаются по принципу действия, конструктивно, а главное, – по точности обеспечения осевых сил затяжки, погрешности которых могут колебаться в пределах 30…70% от требуемого значения.

Применение этих технологий в производстве показало, что они эффективны только при жёстком скреплении узлов и деталей.

На практике качественную сборку изделий с групповыми резьбовыми соединениями обеспечивают за счёт высокой квалификации сборщика, который затяжку осуществляет при помощи моментного ключа путём неоднократной затяжки и ослабления соединений.

В производстве для скрепления узлов и деталей групповыми резьбовыми соединениями пытались применять многошпиндельные гайковёрты.

Существуют конструкции многошпиндельных гайковёртов, которые работают от одного привода, но есть и такие гайковёрты, у которых каждый шпиндель имеет автономный привод. Погрешности осевых сил затяжки этих гайковёртов могут колебаться в пределах 12…20% от требуемого значения.

Тем не менее, они также не обеспечивают качественную, с учётом герметичности стыков, сборку групповых соединений в связи с неодинаковой продолжительностью завинчивания резьбовых деталей до момента начала затяжки из-за неодинаковой глубины ручного наживления и разной длины нарезанной резьбы, исключая синхронность затяжки.

На основании изложенного можно утверждать, что в производстве существует проблема повышения производительности и качества сборки изделий, узлы и детали которых скрепляются групповыми резьбовыми соединениями.

Решить проблему возможно только на основе создания высокоточных многошпиндельных гайковёртов, обеспечивающих синхронную затяжку, а следовательно, и требуемое качество сборки.

Целью настоящего исследования является повышение производительности и качества сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями на основе создания универсальных, высокоточных многошпиндельных гайковёртов с пассивной адаптацией по моменту сопротивления и синхронной затяжкой соединений, гарантирующих требуемое качество.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

– выявление взаимосвязей между механизированной качественной сборкой изделий с групповыми резьбовыми соединениями и конструктивными особенностями завинчивающих устройств;

– обоснование параметров и режимов работы завинчивающих устройств, при которых обеспечивается требуемое качество сборки;

– разработка многоканальных структурных схем управления процессом сборки групповых резьбовых соединений с активными обратными связями;

– разработка кинематических схем высокоточных, многошпиндельных гайковёртов на основе как пассивных обратных связей управления по моментам, так и без них;

– обоснование точности затяжки групповых резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами;

– обоснование динамических характеристик работы элементов многошпиндельных гайковёртов, обеспечивающих требуемую точность затяжки;

– экспериментальное подтверждение работоспособности многошпиндельных гайковёртов и точности затяжки групповых резьбовых соединений;

– разработка методологии проектирования многошпиндельных гайковёртов.

Научная новизна работы 1. Обоснована методология разработки высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса с пассивной адаптацией по моментам сопротивления при завинчивании и синхронной затяжкой на основе выявленных взаимосвязей между параметрами качественной сборки и конструктивными особенностями завинчивающих устройств, гарантирующих это качество.

2. Впервые получены математические зависимости погрешностей осевых сил затяжки от:

– частоты вращения шпинделя, параметров гайковёртов, резьбовых деталей в момент начала затяжки;

– не одновременности начала и продолжительности завинчивания резьбовых деталей с учётом пассивной адаптации и отношения передаточных отношений быстроходной и тихоходной ветвей вращения.

3. Впервые обоснована взаимосвязь предельных скоростей вращения шпинделей и погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений в процессе сборки.

4. Впервые учтён упругий и упруго-пластичный удар элементов механизмов на предельных режимах работы гайковёрта.

Методы исследования. В работе использовались аналитические и экспериментальные методы исследований, а также моделирование процессов сборки:

структурные схемы управления процессами сборки резьбовых соединений разрабатывались и исследовались методами автоматического управления и регулирования; кинематические схемы гайковёртов разрабатывались на основе структурных схем с учётом логического анализа; точностные характеристики затяжки резьбовых соединений гайковёртами обосновывались на основе теории кинематики и динамики движений; предельные режимы работы элементов механизмов гайковёртов определялись с учётом теории удара; основные параметры гайковёртов обосновывались с учётом положений теории деталей машин, динамики движения и герметизации соединений; оценка достоверности теоретических исследований работы многошпиндельных гайковёртов нового класса производилась по результатам моделирования процессов предварительной затяжки, экспериментальным данным и испытаниям в условиях производства с использованием специального и стандартного оборудования.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработано семейство оригинальных кинематических схем многошпиндельных гайковёртов нового класса, обеспечивающих производительную и качественную, сборку изделий с групповыми резьбовыми соединениями, с учётом герметичности, которые нашли применение в производстве.

2. Определены параметры гайковёртов, выбор значений которых в процессе разработки гарантирует обеспечение требуемой точности осевых сил затяжки резьбовых соединений:

– отношение передаточных отношений быстроходной к тихоходной ветвей вращения;

– передаточного отношения от оси муфты предельного момента до оси шпинделя;

– момента предварительной затяжки резьбовых соединений.

3. Передана техническая документация, по которой на ОАО «Завод им. В.А. Дегтярёва» г. Коврова разработаны и изготавливаются гайковёрты для крепления рельс к шпалам, на ВНИИ «Сигнал», на ОАО «Ковровский электромеханический завод» и ОАО «Ковровский механический завод» созданы многошпиндельные гайковёрты нового класса для сборки специзделий, значительно повысившие производительность и качество сборки.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научнотехнической конференции «Управление в технических системах. – XXI век» – Ковров: КГТА, 2000 (1 доклад); международной научно-технической конференции «Производственные технологии и качество продукции» – Владимир:

ВГУ, 2003 (3 доклада); научно-технической конференции «Прогрессивные технологии» – Рыбинск: РГАТА, 2007 (2 доклада); II научно-технической конференции аспирантов и молодых учёных – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им.

В.А.Дегтярёва», 2008 (2 доклада); III научно-технической конференции аспирантов и молодых учёных – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2008 (1 доклада); научно-технической конференции к 100-летию со дня рождения Д.Ф. Устинова – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2008 (доклада); международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении» – Пенза, 2008 (2 доклада); международной научно-технической конференции «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовка инженерных и научных кадров» – Москва:

МГТУ «МАМИ», 2009 (2 доклада); международной научно-технической конференции «Прогрессивные сборочные процессы в машиностроении» – Волгоград, 2009 (2 доклада); международной научно-технической конференции «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление» – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2009 (2 доклада); международной научнотехнической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» – Севастополь, 2009 (2 доклада); международной научно-технической конференции – Москва: МГТУ «МАМИ», 2008 (2 доклада); международной научнопрактической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении» – Москва: ФГУП Московское машиностроительное производственное предприятие «Салют», 2010 (1 доклад); международном симпозиуме «Проблемы машиностроения и их высокоэффективные решения» – Москва: МГТУ «Станкин», 2010 (1 доклад); международной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России» – Москва: МГТУ «МАМИ», 2010 (1 доклад).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 42 работы, среди них разделы в двух учебниках, 1 монография, 19 статей в научных журналах из перечня ВАК РФ, 3 патента на изобретение, 17 публикаций в различных сборниках научных трудов.

Структура и объём диссертационной работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, 3 приложений и списка библиографических источников (120 наименований). Работа содержит 326 страниц сквозной нумерации, включая 66 рисунков и 36 таблиц.

На защиту выносится теоретическое обоснование повышения производительности и качества механизированной сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями на основе разработки высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса, гарантирующих требуемое качество, включающее:

1. Выявленные взаимосвязи между технологическими параметрами сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями и конструктивными особенностями многошпиндельных гайковёртов нового класса, обеспечивающие:

– требуемую точность осевых сил предварительной и окончательной затяжки на основе введения комбинированного способа контроля процесса сборки;

– герметичность стыков, скрепляемых узлов и деталей за счёт управления завинчиванием и предварительной затяжки на основе средств пассивной адаптации или переключения вращений с быстроходной, но маломоментной на тихоходную, но высокомоментную, использования одного привода, что обеспечило окончательную синхронную затяжку соединений;

– предельные режимы завинчивания и затяжки, при которых гарантируется требуемая точность осевых сил затяжки.

2. Структурные схемы автоматического управления работой многошпиндельных гайковёртов с обеспечением высокого качества сборки с активными обратными связями по моментам сопротивления в резьбе и технологической последовательностью выполнения сборки резьбовых соединений и условий, гарантирующих синхронную затяжку.

3. Оригинальные кинематические схемы многошпиндельных гайковёртов нового класса, разработанные на базе структурных схем управления с заменой их элементов на механические аналоги – с пассивными обратными связями по моментам сопротивления в резьбе в процессе завинчивания и предварительной затяжки и гарантированной окончательной синхронной затяжкой резьбовых соединений;

– с обеспечением предварительной затяжки резьбовых соединений моментами, при которых практически не деформируются уплотнения, остановкой и окончательной синхронной затяжкой;

– смешанные схемы с пассивными обратными связями на этапах завинчивания и предварительной затяжки, остановкой и окончательной синхронной затяжкой резьбовых соединений.

4. Теоретическое обоснование составляющих погрешностей для определения предельных погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами нового класса в зависимости от параметров гайковёртов, резьбовых деталей и уплотнений, а также и их физикомеханических свойств.

5. Предельные режимы работы отдельных механизмов гайковёртов с учётом упругой и упруго-пластичной деформаций их элементов в зависимости от их параметров, при которых гарантируется надёжная работа и качество сборки изделий.

6. Обоснованную методологию разработки сложных механических и электромеханических систем на примере создания многошпиндельных гайковёртов нового класса.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы обеспечения качественной механизированной сборки изделий, т.е. достижения высокой точности затяжки и герметичности стыков, скрепляемых узлов и деталей групповыми резьбовыми соединениями на основе использования высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса, обеспечивающих требуемое качество.

В первой главе дан анализ существующих технологий сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями и средств завинчивания одиночных и групповых резьбовых соединений.

Вопросам сборки изделий посвящены работы отечественных учёных Балакшина Б.С., Безъязычного В.Ф., Вейца В.Л., Вартанова М.В., Вороненко В.П., Гусева А.А., Горленко О.А., Дальского А.М., Иванова А.А., Иосилевича Б.Г., Корсакова В.С., Косилова В.В., Кристаль М.Г., Лебедовского А.А.,Малова А.Н., Муценюка К.Я., Непомилуева В.В., Новикова М.П., Семёнова А.Н., Робиновича А.Н., Рыльцева И.К., Федотова А.И., Харламова Г.А., Штрикова Б.Л., Яхимовича В.А., Ямпольского Л.С. и других, а также работы зарубежных исследователей Альмгрена Р., Б. Наджи, Кролла, Вандала, де Бойка, Шабайковича и других.

Исследованиями в области резьбовых соединений и созданием средств завинчивания занимались Бостон И.А., Бойко В.Т., Варченко В.Р., Гусев А.А., Гельфанд М.А., Гольштейн Б.Г., Дольник Е.В., Зенкин А.С., Ланщиков А.В., Цепенюк Я.И. и другие.

К зарубежным фирмам, разрабатывающим и производящим завинчивающие устройства, относятся «Trumf», «Bosch» – Германия, «Atlas Coрco» – Швеция, «Furl airtools» – Япония и другие.

Установлено, что существующие одношпиндельные завинчивающие устройства не могут быть преобразованы в многошпиндельные, а технологии механизированной сборки на основе последовательно-перекрестных и последовательно-сглаживающих способов завинчивания не могут обеспечить качественную сборку изделий с групповыми резьбовыми соединениями, так как не гарантируют точности осевых сил затяжки, а главное, герметичности стыков скрепляемых узлов и деталей – это происходит из-за перекосов сопрягаемых поверхностей, вызываемых неодновременной, несинхронной затяжкой. Погрешности осевых сил затяжки одношпиндельных гайковёртов изменяются в пределах 30…70% от номинальных значений.

В настоящее время имеются многошпиндельные гайковёрты с одним приводом и с автономными приводами для каждого шпинделя. Погрешности осевых сил затяжки данными гайковёртами составляют от 12…20% от номинального значения, но из-за неодинаковой продолжительности завинчивания резьбовых деталей невозможно осуществить синхронную затяжку соединений, поэтому невозможно обеспечить требуемое качество сборки.

Следовательно, существует проблема обеспечения механизированной качественной сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями.

На основании изложенного сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе выявлены взаимосвязи между технологическими параметрами качественной механизированной сборки с определением их значений и конструктивными особенностями многошпиндельных гайковёртов.

Известны следующие способы обеспечения и контроля осевых сил затяжки резьбовых соединений: по моментам затяжки и отвинчивания; по углу поворота резьбовой детали; по величине деформации одной из резьбовых деталей; при помощи шайб, по каналам которых пропускается воздух; по градиенту момента; при помощи тензодатчиков.

Анализ способов показал, что каждый по отдельности нельзя использовать при механизированной качественной сборке изделий, скрепляемых групповыми резьбовыми соединениями из-за низкой точности обеспечения осевых сил затяжки и возникновения перекосов сопрягаемых поверхностей скрепляемых узлов и деталей.

Но если сборку резьбовых соединений обеспечивать и контролировать комбинированным способом, то можно гарантировать высокую точность осевых сил затяжки. Завинчивание и предварительную затяжку контролировать датчиком момента, а окончательную – датчиком угла поворота резьбовой детали, который включается в момент отключения датчика момента.

Необходимо, чтобы момент предварительной затяжки не превышал 7,5% от номинального значения момента окончательной затяжки.

Для упрощения системы контроля момента завинчивания и предварительной затяжки кинематическая схема гайковёрта должна иметь две ветви вращения: быстроходную, но маломоментную и тихоходную, но высокомоментную.

Учитывая, что при механизированной сборке продолжительность завинчивания каждой резьбовой детали в групповом соединении из-за различия углов ручного наживления и неодинаковой длины нарезанной резьбы различна, одна из резьбовых деталей будет уже затянута, а другая будет продолжать процесс завинчивания. Это приведёт к перекосу сопрягаемых поверхностей и нарушению герметичности стыков.

Для исключения перекосов сопрягаемых поверхностей скрепляемых узлов и деталей групповыми резьбовыми соединениями:

– необходимо процесс предварительной затяжки осуществлять либо обеспечивая практически одинаковые крутящие моменты на всех шпинделях для одновременного прижатия уплотнения в момент переключения на окончательную затяжку, либо исключая деформацию уплотнения за счёт приложения малых крутящих моментов на шпинделях при предварительной затяжке с их остановкой перед включением вращений для окончательной затяжки;

– окончательная затяжка должна осуществляться синхронным поворотом резьбовых деталей на требуемый угол;

– многошпиндельное завинчивающее устройство должно работать от одного привода.

К технологическим параметрам, определяющим качественную механизированную сборку, относятся: момент предварительной затяжки гаек и болтов;

угол окончательной затяжки; момент затяжки шпилек; частота вращения резьбовой детали в момент начала затяжки; частота вращения резьбовой детали при затяжке.

Математические выражения частоты вращения при наживлении и завинчивании известны из технической литературы.

Обоснуем момент предварительной затяжки резьбовых соединений.

Момент предварительной затяжки резьбовых соединений находился из условия сжатия уплотнения постоянной силой при следующих допущениях:

1) учитывая, что податливость уплотнения несоизмеримо больше податливости сопрягаемых поверхностей скрепляемых узла и детали, податливостью последних пренебрегаем;

2) из-за малой величины предварительной силы затяжки резьбовых соединений пренебрегаем деформацией (изгибом) скрепляемой детали;

3) считаем, что сближение сопрягаемых поверхностей – поступательное движение, уплотнение сжимается по всей плоскости соприкосновения;

4) считаем, что усилия предварительной затяжки во всех резьбовых соединениях практически одинаковы.

Для такой модели связь перемещений и действующих сил Qсж можно У записать:

HУ Qсж У = d z, (1) EУ F(z) где EУ – модуль упругости материала уплотнения; F(z) – площадь уплотнения в сечении z ; HУ – толщина уплотнения.

Окончательно суммарная сила предварительной затяжки резьбовых соединений в зависимости от параметров уплотнения, его физико-механических свойств и шероховатости сопрягаемых поверхностей, скрепляемых узлов и деталей запишется:

0,43 Ra Eу Fу Q =, (2) H у где Ra – высота микронеровностей сопрягаемых поверхностей узла и детали;

FУ – площадь уплотнения.

Окончательно момент предварительной затяжки запишется:

0,43Ra Eу Fу 1 D3 d0 d2 р - M = + tg + . (3) 3 т H D2 - d0 2 d2 у Угол окончательной синхронной затяжки найден из условия совместной деформации уплотнения и резьбовой детали:

[Р] 360o Ну ([Р]+ F) lб 0 = +, (4) Р Еу Fу Еб Fб где [Р] – допустимая сила сжатия уплотнения; F – сила давления герметизируемой среды; lб – длина растягиваемой части болта; Еб – модуль упругости материала болта; Fб – площадь сечения тела болта.

Моменты затяжки шпилек, ввинчиваемых в корпусную деталь, найдены из условия посадки с натягом торцевых витков резьбы узла на поверхность начала сбега резьбы шпильки.

При затяжке шпилек возникают момент сопротивления в резьбе – М и р момент, необходимый для посадки полного профиля резьбы отверстия на не полный профиль сбега резьбы шпильки М3.

d2 d M3 = Mр + M3 = Q tg( + ) + A tg( + ), (5) 2 где Q – осевая сила, создаваемая пружиной патрона, его весом и весом шпильки; A – сила запрессовки при посадке витков резьбы.

Окончательно момент затяжки шпилек запишется:

5 H lc 10 H d M3 = (a1 +1,5h)+ +1,2 tg( + ), (6) c 16 p -1,2(R1 + R2) 8 cos 2 где с1 – жёсткость пружины патрона; а1 – величина предварительного поджатия пружины; h – длина резьбы шпильки, ввинчиваемой в узел; – вес патрона и шпильки; H – высота исходного профиля резьбы; H1– высота действительного профиля резьбы; lc – длина сбега резьбы на шпильке; p – шаг резьбы; R1, R2 – высота микронеровностей сопрягаемых поверхностей резьбы; – угол профиля резьбы; d2 – средний диаметр резьбы; – угол наклона винтовой линии резьбы; – угол трения в резьбе.

В настоящее время отсутствует математическая зависимость погрешности осевой силы затяжки от предельной частоты вращения шпинделя.

На этапе предварительной и окончательной затяжки происходит торможение вращения шпинделя, что приводит к возникновению моментов сил инерции и появлению дополнительных погрешностей осевых сил затяжки.

Вращение шпинделя в момент затяжки описывается дифференциальным уравнением вращения:

&& J3 = Ma - Mc(), (7) & & где М = М - а – активный момент затяжки; – угловая скорость вращения;

а а – коэффициент сопротивления; J3 – приведённый момент инерции подвижных частей гайковёрта к шпинделю.

Момент сопротивления при затяжке:

Mc()= mc + Nn() f , (8) где mc – момент сопротивления до начала затяжки (в резьбе); Nn() – сила нормального давления при затяжке; f – коэффициент трения; – плечо силы трения.

С учётом изменения силы нормального давления при затяжке в функции деформации резьбовой детали и закона изменения угловой скорости вращения шпинделя дифференциальное уравнение движения запишется:

&J3 &2 &2 (M1 - a0 ) ( -0 )= (М1 + ) - (eq -1) + a + &2 2 q 0 J (9) &2 &(M1 - a0 )(1+ 2 )+ a+ a ( +1,5), J32 & & где , 0 – угловые скорости вращения до и в конце затяжки; М1 = М – мопр мент предварительной затяжки; – безразмерный параметр; – угол предварительной затяжки; q = к Р 2 ; Р – шаг резьбы; > 0 – параметр, входящий в выражение закона изменения угловой скорости при затяжке.

После интегрирования и преобразований окончательно угловая скорость в момент начала затяжки в зависимости от момента и угла предварительной затяжки, приведённого момента инерции вращающихся частей гайковёрта к оси шпинделя запишется:

M1 & зат = 0 =, (10) a + J где а – коэффициент вязкого трения; JЗ – момент инерции вращающихся частей гайковёрта, приведенные к осям шпинделей.

Задаваясь погрешностью осевой силы затяжки, определяется предельная угловая скорость вращения шпинделя в момент начала затяжки.

Третья глава посвящена теоретическому обоснованию и разработке семейства высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса.

На основе требований обеспечения качественной сборки резьбовых соединений, технологической последовательности процесса сборки, обоснованных конструктивных особенностей разработки многошпиндельных гайковёртов и методов автоматического регулирования и управления построена обобщённая структурная схема управления работой многошпиндельными завинчивающими устройствами, работающими от одного или нескольких приводов. Схема управления представляет собой многоканальную адаптивную систему, которую можно отнести к синхронно-силовой системе с обратными связями по моментам. Данная схема управления работоспособна, но она сложна, громоздка, требует установки на каждом шпинделе датчиков обратных связей и создания сложной системы управления.

На основании данной структурной схемы управления разработаны две принципиально различные схемы.

Первая схема управления, согласно требованиям по точности и конструктивным особенностям гайковёртов, построена по принципу активной адаптации по моментам сопротивления на шпинделях, обеспечивает практически одинаковые крутящие моменты на всех шпинделях для одновременного прижатия уплотнения в момент переключения на окончательную синхронную затяжку.

Структурная схема управления многошпиндельным гайковёртом представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема управления многошпиндельным гайковёртом:

– задающее устройство момента привода; – передаточная функция привода по моменту привода; – устройства разделения движений с заданными крутящими моментами; – устройства сравнения по моментам – M или угловым скоростям – 1 ; – передаточные j функции элементов управления по моментам; – возмущающие моменты, действующие в процессе сборки; – блок переключения с быстроходной на тихоходную ветвь вращения;

– блок отключения быстроходной ветви вращения по достижению момента предварительной затяжки Центральная часть схемы управляет быстроходной, но маломоментной ветвью вращения с двумя выходами на шпиндели, вращающиеся с угловыми скоростями 1 = 2. Две боковых части схемы управляют тихоходной, но высокомоментной ветвью вращения с двумя выходами на эти же шпиндели.

Упростим систему управления, вводя механические аналоги.

Разделение вращений УД быстроходной, но маломоментной ветви по каналам управления может выполнять зубчатая передача, представляющая собой центральную шестерню, взаимодействующую с несколькими зубчатыми колёсами.

Функцию разделения вращений УД1 по двум каналам вращения с обеспечением взаимосвязей по моментам сопротивления на шпинделях могут обеспечить дифференциальные механизмы Д1.

Функцию автоматического переключения с быстроходной на тихоходную ветвь вращения могут обеспечить механизмы свободного хода МСХ храпового типа, собачки которых будут расположены на ведущих обоймах, а храповые колёса – на ведомых.

Отсчёт требуемого угла поворота шпинделей при окончательной затяжке резьбовых соединений можно обеспечить за счёт установки датчика импульсов на подвижную полумуфту при взаимодействии зубьев МПМ во время её срабатывания.

Оригинальная кинематическая схема четырёхшпиндельного гайковёрта на основе общей муфты предельного момента, дифференциальных механизмов и механизмов свободного хода для чётного числа резьбовых деталей представлена на рис. 2.

Гайковёрт имеет две ветви вращения: быстроходную, но маломоментную и тихоходную, но высокомоментную.

По быстроходной ветви вращение передаётся от электродвигателя 1 через зубчатые передачи 2, 3 и 5, 4 на муфту предельного момента с полумуфтами 8, 9 и далее на центральную шестерню 37. Происходит разделение вращений по двум кинематическим ветвям.

По первой – от шестерни 37 к колесу 12 на ось вращения 14 дифференциала, где движение вновь разделяется на два. Первое вращение через ось 14 дифференциала, которая жёстко связана с осью 19 сателлита 18, передаётся на сдвоенную шестерню 17, 16, взаимодействующую с колесом 15, и далее – через зубчатые передачи 24, 25 и 26, 27 на шпиндель 28 к патрону 30 для удержания резьбовых деталей. По аналогии вращение передается к остальным патронам.

По тихоходной, но высокомоментной ветви вращение от электродвигателя 1 через зубчатые передачи 2, 3 и 5, 4 передаётся на центральную шестерню разделения вращений по кинематическим цепям к шпинделям.

К шпинделю 28 от центральной шестерни 41 вращение передаётся через зубчатое колесо 7, механизм свободного хода с ведущей 10 и ведомой 11 обоймами и далее через зубчатые передачи 24, 25 и 26, 27.

По аналогии движение от центральной шестерни 41 передаётся к шпинделям 31, 32, 34.

Многошпиндельный гайковёрт работает следующим образом. Включается электродвигатель, и вращения передаются всем шпинделям по быстроходным кинематическим цепям.

Рис. 2. Многошпиндельный гайковёрт на основе муфт предельных моментов, дифференциальных механизмов, механизмов свободного хода (для чётного числа шпинделей – 2, 4, 6, 8, …) Одновременно вращение передаётся по тихоходной ветви до механизмов свободного хода 10, 11. Учитывая, что собачки механизмов свободного хода расположены на ведущих обоймах механизмов 10, а храповые колёса – на ведомых 11, а также меньшую скорость вращения ведущих обойм с собачками по отношению ведомым, которые вращаются за счёт быстроходных кинематических цепей, от собачек вращение к храповым колёсам не передаётся, т.к. происходит проскальзывание собачек по ним.

Как только срабатывает муфта предельного момента 8, 9, обеспечив требуемый момент предварительной затяжки резьбовым соединениям, вращение по быстроходным кинематическим цепям передаваться не будет из-за проскальзывания полумуфт, следовательно, остановятся ведомые обоймы 11 с храповыми колёсами всех механизмов свободного хода. Вращающиеся ведущие обоймы 10 введут собачки во взаимодействие с храповыми колёсами 11 и начнётся передача вращения по тихоходным, но высокомоментным кинематиче ским цепям к шпинделям гайковёрта, т.е. начнётся процесс окончательной затяжки резьбовых соединений.

Учитывая, что процесс окончательной затяжки происходит синхронно, гайковёрт обеспечит требуемое качество сборки.

Вторая структурная схема управления, согласно конструктивным особенностям гайковёртов нового класса, обеспечивает малые крутящие моменты предварительной затяжки, при которых практически исключается деформация уплотнения, остановку шпинделей с последующим одновременным включением для окончательной синхронной затяжки резьбовых соединений.

На основе двух структурных схем управления работой многошпиндельными гайковертами создана третья, в которой управление процессами завинчивания и предварительной затяжки обеспечивается по аналогии с первой схемой, а окончательная затяжка – по аналогии со второй.

С учетом замены электрических элементов управления на механические аналоги разработаны оригинальные кинематические схемы.

В зависимости от обеспечения требуемой точности осевых сил затяжки резьбовых соединений разработано 11 вариантов кинематических схем, которые вошли в классификацию гайковертов нового класса.

В четвёртой главе обоснованы погрешности осевых сил при затяжке резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами нового класса.

Найдём зависимости этих погрешностей от параметров резьбы, уплотнений и от их физико-механических свойств и параметров гайковёртов.

Погрешность осевых сил затяжки от неодновременности начала наживления и продолжительности завинчивания найдена для кинематической схемы рис. 2. При окончании завинчивания резьбовой детали шпинделем 31 происходит его мгновенная остановка с последующим включением вращения по тихоходной ветви для начала затяжки. В это время шпиндель 30 за счёт свойств дифференциала увеличит скорость и продолжит вращаться с удвоенной угловой скоростью по быстроходной ветви, оканчивая процесс завинчивания.

Максимальный угол отставания при завинчивании резьбовой детали шпинделем 30 равен:

3 2 (30), (11) шп = н + дт = + 4 р где н – погрешности углов наживления резьбовых деталей при ручном или автоматизированном совмещении заходных кромок; дт – погрешности длин нарезанной резьбы на болте или шпильке; – допуск на длину нарезаемой резьбы.

Из кинематики движения найден угол отставания шпинделя 30:

(Б R17 i17,) (30) шп. (12) шп = R23 2l19 (Т) iд,шп ( + ( iдТ) iдБ) ,21, Погрешность осевых сил затяжки резьбовых соединений от неодновременности начала наживления и продолжительности завинчивания запишется:

(Б R17 i17,) Fу Еу р шп, (13) Qн = R23 2l19 (Т) 2iд,шп ( + lу ( iдТ) iдБ) ,21, где R17, R23 – радиусы соответствующих шестерён; i(Б), i(Т) – передаточные отношения по быстроходной и тихоходной ветвям вращения от двигателя – «д» или шпинделя – «ш» до соответствующих номеру шестерён или колёс; l19 – радиус оси (водила) дифференциального механизма; Fу – площадь сжатия уплотнения; Еу – модуль упругости уплотнения; р – шаг резьбы; l – толщина уплотнеу ния.

Доказано, что погрешность осевой силы затяжки от неодновременности начала наживления и продолжительности завинчивания можно понизить уменьшением соотношения передаточных отношений быстроходной и тихоходной ветвей вращения:

(Б) iд, шп А =. (14) (Т) iд, шп Найдём погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами от нестабильности срабатывания муфты предельного момента.

Известна зависимость момента срабатывания муфты предельного момента:

Qв (D0 + D1), (15) М = р (D0 + D1) 4 f + tg( + ) 2d где Qв – осевая сила срабатывания (отклонения) муфты предельного момента кулачкового (зубчатого) типа; D0, D1 – наружный и внутренний диаметры муфты; f – коэффициент трения; d – диаметр вала муфты; – угол скоса зубьев; – угол трения.

Момент срабатывания муфты, приведённый к оси шпинделя, запишется:

ММПМ = М iМПМ,шп, (16) р где iМПМ,шп – передаточное отношение от осей муфты и шпинделя.

Влияние погрешности изготовления муфты на стабильность момента срабатывания найдено методом линейных ошибок (дифференцирования). Переходя к конечным величинам, имеем:

М М М М М р р р р р М = Qв + D0 + D1 + d + f + р Qв D0 D1 d f (17) М М р р + + , М М М р р р где – коэффициенты влияния данных параметров на погреш,,..., Qв D0 – ность срабатывания муфты; Qв, D0,..., допустимые изменения параметров.

Окончательно погрешности осевых сил затяжки от нестабильности срабатывания муфты предельного момента в зависимости от параметров резьбовых деталей, муфты предельного момента и точности её изготовления и параметров гайковёрта запишутся:

М, (18) МПМ QМПМ = 1 - d0 d2 p D3 т 2 2 + tg + 3 D - d0 2 d2 где т – коэффициент трения на торце головки болта; D – средний диаметр головки болта, равный размеру под ключ; d0 – диаметр стержня болта; d2 – средний диаметр резьбы; – угол трения в резьбе.

Погрешность осевых сил затяжки от неодновременности (задержки) включений вращения шпинделей механизмами свободного хода определяется неодновременностью входа в зацепление собачек с зубьями храповых колес на величину одного зуба храповика. Угол отставания находится из пропорции и ра2 ( вен 3Т) =, где zхк – число зубьев храпового колеса.

,хк zхк Максимальная погрешность осевой силы затяжки в зависимости от параметров резьбы, механизма свободного хода, уплотнения и его физикомеханических свойств запишется:

(Т) МСХ Fу Еу р Fу Еу р QМСХ = =, (19) (Т 2 l l zхк iхк,) у у шп (Т) где iхк,шп – передаточное отношение от оси храпового колеса до оси шпинделя по тихоходной ветви вращения.

Аналогичным образом найдена погрешность осевых сил затяжки от неодновременности включения шпинделей механизмом переключения вращений:

Fу Еу р QМСХ =, (20) (Т) lу zк iк,шп (Т) где zк – число зубьев колёс 16, 17, 18 (рис.4); iк,шп – передаточное отношение от осей колёс до шпинделей по тихоходной ветви вращения.

Погрешности осевых сил затяжки от кинематических погрешностей в зубчатых передачах возникают из-за разности углов поворота шпинделей при затяжке.

Максимальная погрешность осевых сил затяжки от кинематических погрешностей запишется:

к Fу Еу р, (21) Qк = 2 l у где к – кинематическая погрешность угла поворота ведомого звена.

Учитывая, что в процессе завинчивания резьбовых деталей гайковёрт не совершает реверсивных вращений, в первом приближении погрешности осевых сил затяжки от мертвого хода передачи QМХ 0.

В процессе затяжки резьбовых соединений происходит торможение, следовательно, возникают ускорения и появляются моменты сил инерции, направленные по движению.

Разность приведённых моментов инерции вращающихся элементов гайковёрта к осям шпинделей и нестабильность угловых скоростей в момент начала предварительной затяжки вызывает случайные погрешности осевых сил затяжки.

Угловая скорость вращения шпинделей в момент начала предварительной затяжки находится из выражения (10), а момент предварительной затяжки находится из выражения (3).

Угол предварительной затяжки резьбовых соединений равен:

2 Qпр lу. (22) пр = Еу Fу р После подстановки и преобразований получим математическую зависимость осевой силы предварительной затяжки от скорости вращения шпинделя, параметров резьбовых деталей, уплотнения, его физико-механических свойств и параметров гайковёрта:

зат а2 J з Еу FуР + 4 2 l. (23) зат а у QJ = + 3 1 D3 - d0 d2 P 1 D3 - d0 d2 P 2 Т 2 + tg + Т 2 + tg + - 3 D2 d0 2 d2 3 D2 d0 2 d2 Задаваясь разностью приведённых моментов инерции J к осям шпиндез лей и подставляя в выражение (23), находим погрешности осевых сил затяжки.

Аналогичным образом из выражения (23) находим погрешности осевых сил затяжки при заданном диапазоне изменения угловой скорости в момент начала затяжки.

Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от нестабильности моментов сопротивления в резьбе определялись методом линейных ошибок. На этапе предварительной затяжки на погрешности осевых сил оказывают влияние все составляющие выражения (3).

На этапе окончательной синхронной затяжки, т.е. поворота всех резьбовых деталей на одинаковый угол, на погрешности осевых сил затяжки оказывают влияние только неточности изготовления тела болта – d0 ; шаг резьбы – Р и модуль упругости – Е.

Погрешности осевых сил затяжки резьбовых соединений от неточности измерения угла окончательной затяжки по импульсам срабатывания муфты предельного момента запишутся:

Fб Еб р 2 Fб Еб р Q = = , (24) 2 lб zХК iМПМ, ш 2 lб где iМПМ, ш – передаточное отношение от оси муфты до оси шпинделя; Fб – площадь сечения болта; Еб – модуль упругости материала болта; lб – длина растягиваемой части болта.

Для гайковёртов на основе пассивных средств адаптации (рис. 2) на этапе предварительной затяжки погрешности осевых сил затяжки запишутся:

2 2 2 ( ( ( Qпр = Q2 + QкБ) + QБ) + QБ) + Qс(пр). (25) J н На этапе окончательной затяжки имеем:

2 2 2 ( ( ( Q0 = QкТ) + QТ) + QТ) + Q2 + Qс(О). (26) J МСХ Суммарная погрешность осевых сил затяжки находится из выражения:

2 Q3 = Qпр + Q0. (27) Для каждой из оставшихся 10 кинематических схем многошпиндельных гайковёртов нового класса найдены погрешности осевых сил затяжки.

В пятой главе обоснованы предельные режимы стабильной работы элементов многошпиндельных гайковёртов нового класса с учётом качественной сборки изделий.

В процессе работы механизма свободного хода храпового типа происходит удар собачки о зуб храпового колеса.

Предельная частота вращения ведущей обоймы механизма свободного хода храпового типа, для случая упругого удара, получена на основе теоремы об изменении главного вектора момента количества движения системы в интегральной форме в проекции на ось вращения:

l J0 (1 - 0)= M t, (28) j0 где J02 – приведённый момент инерции вращающихся элементов гайковёрта от ротора электродвигателя до ведущей обоймы механизма свободного хода; 1, l 0 – угловые скорости вращения системы после и до удара; M – проекция моjментов внешних сил на ось вращения ведущей обоймы; t – время взаимодействия системы.

Для случая удара, учитывая, что угловая скорость вращения храпового колеса до удара равна нулю, выражение (32) запишется:

уд J0 0 = M t, (29) где Муд – момент силы удара собачки о зуб храпового колеса.

Считаем, что работы сил при ударе и медленном сжатии собачкой поверхности зуба храпового колеса при одинаковой упругой деформации равны:

уд уд А = М = Мсж сж, (30) где уд – угол поворота собачки вокруг своей оси при упругой деформации поверхности зуба храпового колеса при ударе; М – момент силы при медленном сж сжатии остриём собачки поверхности зуба; сж – угол поворота собачки при медленном сжатии.

Окончательно предельная угловая скорость вращения ведущей обоймы с собачкой, при которой во время удара на поверхности зуба храпового колеса возникли бы только упругие деформации, примет вид:

112[Gсж] R2 , (31) 0 < 2[Gсж]11а R R - R2 E J0 E2 где а – ширина зуба собачки; R – радиус острия собачки; [Gсж]– допустимое напряжение сжатия; Е – модуль упругости материала.

Поскольку угловая скорость движения обоймы при упругой деформации зуба храпового колеса мала, следовательно, мала и производительность сборки многошпиндельными гайковёртами.

Рассмотрим случай упруго-пластичного удара собачки о зуб храпового колеса.

Согласно теории Герца, при медленном сжатии возникнет деформация:

= + h, (32) у где у – глубина упругой деформации при ударе; h – величина пластической деформации.

Окончательно предельная угловая скорость вращения ведущей обоймы с собачкой механизма свободного хода, учитывая допустимую пластическую деформацию поверхности зуба храпового колеса на треть допуска размера зуба:

( + )[G ]b a + R 88300 , (33) y 0 < 2 3 J0 сж 3 130 - HRС где – допуск на размер храпового колеса в месте удара собачки; – HRC твёрдость по Роквеллу.

Предельная частота вращения кулачковой (зубчатой) муфты в момент пуска гайковёрта находилась из условия исключения её проскальзывания (срабатывания) и определялась из уравнения равновесия моментов согласно принципу Даламбера.

Проскальзывание (срабатывание) муфты будет исключено при следующих условиях:

1) предельная угловая скорость вращения полумуфт не будет превышать значения:

2, (34) 1 < - 2c a f rм J где – угол поворота муфты при разгоне гайковёрта; J – приведённый момент инерции элементов гайковёрта от оси электродвигателя до оси подвижной полумуфты; с – жёсткость пружины поджатия полумуфты; а – величина предварительного поджатия пружины полумуфты; f – коэффициент трения скольжения кулачков муфты; rм – средний радиус положения кулачков относительно оси полумуфт;

2) величина осевого перемещения подвижной полумуфты при пуске (ударе) X не будет превосходить высоты зуба (кулачка) X :

от к Xот < Xк. (35) В шестой главе представлены результаты расчётов погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений, моделирования процессов предварительной затяжки и экспериментальных исследований точности затяжки соединений многошпиндельными гайковёртами нового класса.

Расчёты, моделирование и эксперимент проводились для определения погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений D=8 мм, D=24 мм.

На рис. 3 изображён испытательный стенд, на рис. 4 – двухшпиндельный гайковёрт на основе муфты предельного момента, дифференциального механизма и механизма свободного хода, на рис. 5 – двухшпиндельный гайковёрт на основе муфт предельного момента и механизма переключения вращений.

Рис. 3. Испытательный стенд Рис. 4. Гайковёрт на основе пассивных Рис. 5. Гайковёрт на основе обеспечения обратных связей (на основе муфты предварительной затяжки малыми предельного момента, дифференциального моментами (на основе муфт предельного момеханизма и механизмов свободного хода) мента и механизма переключения вращений) Сравнительные результаты для многошпиндельного гайковёрта на основе муфты предельного момента, дифференциальных механизмов и механизмов свободного хода храпового типа приведены с учётом изменения отношений передаточных отношений быстроходной к тихоходной ветви вращения в таблице 1.

Себестоимость четырёхшпиндельного гайковёрта на основе муфты предельного момента, дифференциальных механизмов, механизмов свободного хода храпового типа не превышает 70 000 рублей.

Себестоимость четырёхшпиндельного гайковёрта на основе муфт предельного момента и механизма переключения вращений – порядка 50 000 рублей.

Следует заметить, что расчётные значения погрешностей получились значительными, т.к. считалось, что дифференциальный механизм ни разу не срабатывал в процессе завинчивания. Эксперимент показал, таких срабатываний при завинчивании происходило не менее трёх, что значительно уменьшало погрешность. Кроме того, уменьшение коэффициента A значительно повысило точность затяжки.

Результаты расчётов и эксперимента для многошпиндельного гайковёрта на основе муфт предельных моментов и механизмов переключения вращений приведены в таблице 2.

Как видно из таблиц, данные гайковёрты обеспечивают высокую точность осевых сил затяжки, максимальные погрешности которых не превышают 2,81% от номинальных значений.

Покупная цена четырёхшпиндельного шведского гайковёрта с автономными приводами на основе активных обратных связей с системой электронного управления для резьбовых деталей М24 составляет порядка 40 000 долларов.

Но данный гайковёрт не гарантирует герметичность стыков узлов и деталей, скрепляемых групповыми резьбовыми соединениями.

В седьмой главе приводится методология разработки сложных механических и электромеханических систем, у которых отсутствуют аналоги (кинематические схемы работы) на примере разработанных многошпиндельных гайковёртов нового класса, а также прилагаются фотографии образцов многошпиндельных гайковёртов, созданных по данной методологии.

Таблица Погрешность осе- Погрешность осевой Погрешность осе- Погрешность осевой Отношение пе- Осевая сила Осевая сила вой силы предвари- силы предваритель- вой силы оконча- силы окончательной редаточных от- окончатель- предварительтельной затяжки ной затяжки (экспе- тельной затяжки затяжки (экспериОбозначения, ношений ной затяжки ной затяжки (расчётная) риментальная) (расчётная) ментальная) параметры ( и размерности iдБ ),шп Q3 Qпр Qпр Qпр Qпр Qпр Q3 Q3 Q3 QА = ( iдТ ) (Н) (Н) (Н) (%) (Н) (%) (Н) (%) (Н) (%),шп Резьбовое соединение 0,044 157000 2355 2179 1,387% 2590,5 1,65% 2188,63 1,4% 2716,1 1,73% D=24 мм Резьбовое соединение 0,044 157000 7850 2192,5 1,396% 2590,5 1,65% 2202 1,4% 2857,4 1,82% D=24 мм Резьбовое соединение 0,044 15800 790 1468,26 9,29% 581,44 3,68% 1483,77 9,39% 444 2,81% D=8 мм Резьбовое соединение 0,044 15800 1185 1468,5 9,29% 613 3,88% 1483,77 9,39% 377,62 2,39% D=8 мм Резьбовое соединение 0,020 15800 790 579,8 3,67% 434,5 2,79% 445,56 2,82% 458,82 2,9% D=8 мм Резьбовое соединение 0,015 15800 790 434,5 2,75% 300,2 1,9% 312,84 1,98% 322,32 2,04% D=8 мм Резьбовое соединение 0,010 15800 790 290,1 1,83% 210,14 1,33% 230,68 1,46% 252,8 1,6% D=8 мм Таблица Осевая сила Осевая сила Погрешность Погрешность осевой Погрешность осевой Погрешность осевой оконча- предвари- осевой силы силы предварительной силы окончательной Обозначения, силы окончательной тельной тельной предварительной затяжки (эксперимен- затяжки (экспери параметры затяжки (расчётная) затяжки затяжки затяжки (расчётная) тальная) ментальная) и размерности Q3, (Н) Qпр, (Н) Qпр,(Н) Qпр,(%) Qпр,(Н) Qпр,(%) Q3,(Н) Q3,(%) Q3,(Н) Q3,(%) Резьбовое соединение 157000 2355 583 0,37% 816,4 0,52% 635,69 0,405% 894,9 0,57% D=24 мм Резьбовое соединение 157000 7850 1890 1,2% 2245,1 1,43% 1906,9 1,214% 2166,6 1,38% D=24 мм Резьбовое соединение 15800 790 145,65 0,92% 176,96 1,12% 323,86 2,05% 200,66 1,27% D=8 мм Резьбовое соединение 15800 1185 313 2% 347,6 2,2% 426,2 2,7% 372,88 2,36% D=8 мм ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ В диссертационной работе решена важная научно-техническая проблема, заключающаяся в повышении производительности и качества сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями путём разработки высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса, обеспечивающих это качество.

1. Обоснованы взаимосвязи между технологическими параметрами качественной сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями и конструктивными особенностями многошпиндельных гайковёртов нового класса:

– требуемой точностью осевых сил предварительной и окончательной затяжки и способом контроля процесса сборки;

– герметичностью стыков, скрепляемых узлов и деталей и способом управления завинчиванием и предварительной затяжкой на основе средств пассивной адаптации по моменту сопротивления с разделением вращений – быстроходной, но маломоментной, и тихоходной, но высокомоментной, – использования одного привода, что обеспечило окончательную синхронную затяжку соединений;

– предельными режимами сборки резьбовых соединений и требуемой точностью осевых сил затяжки.

Это позволит разрабатывать структурные схемы автоматического управления процессом качественной сборки групповых резьбовых соединений.

2. На базе структурных схем управления с заменой их элементов на механические аналоги разработаны оригинальные кинематические схемы высокоточных многошпиндельных гайковёртов с одним приводом:

– с пассивными обратными связями по моментам сопротивления в процессе завинчивания и предварительной затяжки и гарантированной окончательной синхронной затяжкой резьбовых соединений, практически представляющие механическую следящую систему с погрешностями осевых сил затяжки не более 2,81% от номинальных значений;

– с обеспечением предварительной затяжки резьбовых соединений моментами, при которых практически не деформируются уплотнения, остановкой и окончательной синхронной затяжкой с погрешностями осевых сил затяжки не более 2,36% от номинальных значений;

– смешанные схемы с пассивными обратными связями на этапах завинчивания и предварительной затяжки, остановкой и окончательной синхронной затяжкой резьбовых соединений с погрешностями осевых сил затяжки не более 2,1% от номинальных значений.

3. Получены математические зависимости составляющих погрешностей для определения предельных относительных погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами, позволяющие оценить точность осевых сил затяжки на стадии разработки гайковёртов.

4. Определены основные параметры многошпиндельных гайковёртов – момент предварительной и угол окончательной затяжки резьбовых соединений в за висимости от параметров резьбы, резьбовых деталей, уплотнений и от их физикомеханических свойств.

5. Обоснованы предельные режимы работы отдельных механизмов гайковёрта, в зависимости от их параметров, при которых гарантируются стабильная работа и качество сборки изделий:

– предельная частота вращения ведущей обоймы механизма свободного хода с учётом упругой и упруго-пластичной деформации зуба храпового колеса в зависимости от параметров механизма, моментов инерции элементов гайковёртов, приведённых к осям обойм и физико-механических свойств элементов механизма;

– предельная частота вращения кулачковой муфты, при которой в зависимости от её параметров в момент пуска гайковёрта не происходило бы проскальзывания полумуфт.

6. Обоснована методология разработки сложных механических и электромеханических систем на примере создания многошпиндельных гайковёртов нового класса.

7. Выявлены факторы, оказывающие существенное влияние на повышение точности осевых сил затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами за счёт:

– уменьшения отношения передаточных отношений быстроходной, но маломоментной ветви вращения к тихоходной, но высокомоментной;

– увеличения передаточных отношений от осей муфт предельного момента до осей шпинделей гайковёртов;

– уменьшения момента предварительной затяжки резьбовых соединений.

Это позволит на этапе разработки гайковёртов гарантировать заданную точность осевых сил затяжки резьбовых соединений.

8. Разработанные конструкции гайковёртов используются в производстве на ОАО «Завод им. В.А. Дегтярёва» г. Ковров, ОАО «Ковровский электромеханический завод» и ОАО «Ковровский механический завод», ОАО «Сигнал» для сборки спецтехники.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК 1. Воркуев, Д.С. Многошпиндельный гайковёрт нового класса для завинчивания и затяжки кратного числа резьбовых соединений [Текст] / Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2007. – №12. – С. 34-38.

2. Воркуев, Д.С. Автоматизированный комплекс сборки бортовой передачи трактора Т-25 [Текст] / Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2004. – №8. – С. 27-33.

3. Воркуев, Д.С. Четырёхшпиндельный гайковёрт [Текст] / Д.С. Воркуев // Известия МГТУ «МАМИ». – М., 2008.– С. 231-236.

4. Воркуев, Д.С. Предельные режимы работы механизмов свободного хода храпового типа с учётом удара [Текст] / Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2008. – №12. – С. 24-28.

5. Воркуев, Д.С. Обоснование условий надёжного снятия разрезных кулачков с завинченных шпилек при групповой автоматизированной сборке [Текст] / Д.С.

Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №3. – С. 15-18.

6. Воркуев, Д.С. Четырёхшпиндельный гайковёрт [Текст] / Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №6. – С. 30-34.

7. Воркуев, Д.С. Геометрическая классификация деталей при анализе сборок с пространственными допусками [Текст] / Д.С. Воркуев, М.А. Гаер, А.В. Шабалин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №7.

8. Житников, Б.Ю. Устройства для завинчивания болтов [Текст] / Б.Ю. Житников, Д.С. Воркуев, С.А. Балуков // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2002. – №9. – С. 25-26.

9. Симаков, А.Л. Автоматизированный комплекс сборки бортовой передачи трактора Т-25 [Текст] / А.Л. Симаков, Д.С. Воркуев, Ю.З. Житников // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2003. – №8.

10. Житников, Ю.З. Автомат с устройством выдачи шпилек поворотом планшайбы [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев, А.В. Тожокин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2001. – №11. – С. 22-24.

11. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С.

Воркуев // Известия МГТУ «МАМИ». – Москва, 2008.– С. 259-263.

12. Житников, Ю.З. Расчёт погрешностей осевых сил затяжки двухшпиндельным гайковёртом [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев, А.А. Шмагин // Известия МГТУ «МАМИ». – Москва, 2008.– С. 263-270.

13. Житников, Ю.З. Обоснование кинематики и параметров работы многошпиндельных гайковёртов нового класса на основе муфт предельного момента и механизмов свободного хода [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №2. – С. 10-12.

14. Житников, Ю.З. Определение сечения дросселя для управления скоростью подвода к узлу исполнительного органа сборочного оборудования [Текст] / Ю.З. Житников, Б.Ю. Житников, Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №5. – С. 34-36.

15. Житников, Ю.З. Обоснование способа обеспечения и контроля качества затяжки групповых резьбовых соединений [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С.

Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №9.

16. Житников, Ю.З. Разработка кинематической схемы многошпиндельного гайковёрта на основе муфты предельного момента, дифференциальных механизмов и механизмов свободного хода для чётного числа шпинделей [Текст] / Ю.З.

Житников, Д.С. Воркуев // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009.

– №8.

17. Воркуев, Д.С. Определение угла затяжки резьбовых соединений с учётом деформации уплотнения [Текст] / Д.С. Воркуев, М.А. Гаер, А.В. Шабалин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – №7.

18. Воркуев, Д.С. Обоснование нового класса высокоточных многошпиндельных гайковёртов [Текст] / Д.С. Воркуев, Ю.З. Житников // Научные труды «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении». – М.: Машиностроение. – 2010. – С. 315. – 320.

19. Житников, Ю.З. Обоснование конструктивных особенностей и разработка высокоточных многошпиндельных гайковертов нового класса [Текст] / Ю.З.

Житников, Д.С. Воркуев //Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2010. – №11.

Патенты 1. Патент 2327556 Российская Федерация, С2, МПК В23 Р19/06. Многошпиндельный гайковёрт для завинчивания шпилек с угловым рассогласованием осей [Текст] / Д.С. Воркуев, Ю.З. Житников, Б.Ю. Житников, Ю.Н. Матросова; заявитель и патентообладатель Ковровская государственная технологическая академия. Опубл.

27.06.08., Бюл. №18.

2. Патент 2345880 Российская Федерация, А1 С1, МПК В21/00, ВР19/06. Многошпиндельный гайковёрт [Текст] / Б.Ю. Житников, Д.С. Воркуев, Ю.Н. Матросова; заявитель и патентообладатель Ковровская государственная технологическая академия. Опубл. 10.12.09., Бюл. №4.

Мно 3. Патент 2360784 Российская Федерация, С2, МПК В258 21/00. гошпиндельный гайковёрт [Текст] / Б.Ю. Житников, Д.С. Воркуев, Ю.Н. Матросова, А.Е.

Матросов, А.А. Шмагин; заявитель и патентообладатель Ковровская государственная технологическая академия. Опубл. 10.07.09., Бюл. №19.

Монографии 1. Воркуев, Д.С. Разработка семейства высокоточных многошпиндельных гайковёртов нового класса на основе одного привода: монография / Д.С. Воркуев, Ю.З.

Житников; под общ. ред. Ю.З. Житникова. – М.: Машиностроение, 2009. – 204 с.

Статьи в трудах конференций и сборниках 1. Воркуев, Д.С. Пути решения проблемы автоматизированной сборки изделий [Текст] / Д.С. Воркуев // Управление в технических системах. – XXI век: сборник научных трудов. – Ковров: КГТА, 2000. – С. 207-208.

2. Воркуев, Д.С. Обоснование способа пассивной адаптации резьбовых деталей при автоматизированной сборке [Текст] / Д.С. Воркуев // Производственные технологии и качество продукции: материалы научно-технической конференции.

– Владимир: ВГУ, 2003. – С. 81-83.

3. Воркуев, Д.С. Предельная частота вращения шпинделя в момент начала затяжки резьбовых соединений [Текст] / Д.С. Воркуев // Сборник научных трудов.

– Ковров: КГТА, 2008. – С. 155-158.

4. Воркуев, Д.С. Многошпиндельный гайковёрт нового класса средней точности [Текст] / Д.С. Воркуев // Вооружение. Технлогия. Безопасность. Управление:

материалы IV межотраслевой конференции с международным участием аспирантов и молодых учёных. В 3 ч. Ч.1. – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2009. – С. 98-105.

5. Воркуев, Д.С. Предельная частота вращения шпинделя в момент начала затяжки ответственных резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами нового класса [Текст] / Д.С. Воркуев, А.А. Шмагин // Сборник научнопрактической конференции. – Пенза, 2008. – С. 171-174.

6. Воркуев, Д.С. Обоснование момента предварительной затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами [Текст] / Д.С. Воркуев, А.А.

Шмагин // Вооружение. Технлогия. Безопасность. Управление: материалы IV межотраслевой конференции с международным участием аспирантов и молодых учёных. В 3 ч. Ч.1. – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2009. – С. 105112.

7. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт на основе муфт предельного момента и механизма переключения вращений для завинчивания произвольного числа резьбовых деталей [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев, А.А. Шмагин // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии:

сборник научных трудов. – Рыбинск. – 2007. – №1(11). – С. 100-103.

8. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт на основе муфты предельного момента, дифференциального механизма и механизма свободного хода для завинчивания кратного числа резьбовых деталей [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев, И.В. Тюрина // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии: Сборник научных трудов. – Рыбинск. – 2007. – №1(11). – С. 103107.

9. Житников, Ю.З. Разработка многошпиндельного гайковёрта средней точности на основе муфт предельного момента и механизма свободного хода [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Научно-технический сборник к 100-летию со дня рождения Д.Ф. Устинова. – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А.Дегтярева», 2008. – С. 76-92.

10.Кабаева, О.Н. Способ автоматизированного совмещения податливой детали с базовой поверхностью [Текст] / О.Н. Кабаева, Д.С. Воркуев, М.И. Коробова // Производственные технологии и качество продукции: Материалы научнотехнической конференции. – Владимир: ВГУ, 2000. – С. 38-40.

11. Кабаева, О.Н. Стабилизация движения податливых деталей в деформированном состоянии [Текст] / О.Н. Кабаева, Д.С. Воркуев, М.И. Коробова // Производственные технологии и качество продукции: Материалы научно-технической конференции. – Владимир: ВГУ, 2000. – С. 40-42.

12. Житников, Ю.З. Обоснование кинематической схемы многошпиндельного гайковёрта на основе муфты предельного момента, дифференциальных меха низмов и механизмов свободного хода для чётного числа шпинделей [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Сборник научных трудов. – Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярёва», 2008. – С. 99-106.

13. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт на основе муфт предельного момента, дифференциальных механизмов и механизмов переключения вращений [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев, А.А. Шмагин // Современные технологии в машиностроении: Сборник статей научно-технической конференции. – Пенза, 2008.

– С. 174-177.

14. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Прогрессивные сборочные процессы в машиностроении: Сборник научных трудов. – Волгоград, 2009. – С. 143-148.

15. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт средней точности [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев. // Прогрессивные сборочные процессы в машиностроении: сборник научных трудов. – Волгоград, 2009. – С. 148-153.

16. Житников, Ю.З. Многошпиндельный гайковёрт малого момента [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы научно-технической конференции. – Севастополь, 2009. – С. 62-64.

17. Житников, Ю.З. Момент предварительной затяжки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами [Текст] / Ю.З. Житников, Д.С. Воркуев // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы научно-технической конференции. – Севастополь, 2009. – С. 59-61.

Учебники 1. Житников, Ю.З. Автоматизация производственных процессов в машиностроении [Текст]: учебник для машиностроительных вузов / Ю.З. Житников, Б.Ю. Житников, А.Г. Схиртладзе, А.Л. Симаков, Д.С. Воркуев; под общ. Ред. Ю.З. Житникова. – Ковров: КГТА, 2008. – 616 с. (С. 339-383).

2. Житников, Ю.З. Автоматизация производственных процессов в машиностроении [Текст]: учебник для машиностроительных вузов / Ю.З. Житников, Б.Ю. Житников, А.Г. Схиртладзе, А.Л. Симаков, Д.С. Воркуев; под общ. ред. Ю.З. Житникова. – Тонкие наукоёмкие технологии. – Старый Оскол, 2009. –612с.







© 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.