CC BY
11
Белоновская И.Д, Глинская Н.Ю, Осадчий Ю.С.
Оренбургский государственный университет, г. Оренбург
ВЛИЯНИЕ РЕЛЬЕФОВ КОНТАКТИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СПУТНИКА И ПОЗИЦИОННОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ УСТАНОВКИ
Наличие погрешностей формы у контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления приводит к возникновению опрокидывающих моментов, что способствует возникновению погрешности положения спутника в пространстве.
На точность установки спутника значительное влияние оказывают форма рельефа контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления, а также поверхностей зажимных элементов приспособления и поверхностей спутника, с которыми они соприкасаются.
От того, каким образом контактируют между собой базовые поверхности спутника и приспособления будут зависеть координаты точек контакта, а также система реактивных сил, действующих на спутник со стороны приспособления. Реальная система активных сил, действующая на спутник при его закреплении, зависит от характера контактирования рабочих поверхностей прихватов со спутником.
Точки контакта между сопрягаемыми поверхностями спутника и приспособления могут возникать по-разному в зависимости от формы рельефов контактирующих поверхностей (рис. 1).
точки контакта на более пологую часть склона выступа поверхности тела 2 (рис. 2).
В точке А крутизна склона рельефа поверхности большая и, соответственно, значение Pсд тоже больше. В точке Б крутизна меньше, меньше и сила Рсд. Соответственно изменяется и значение величины Рн, только в точке А оно меньше, а в точке Б - больше. Сила Рн в значительной степени определяет значение Fтр.
Силы при закреплении спутника реализуются при помощи зажимных элементов - прихватов, прижимов, прижимных планок и т.д., соприкасающихся со спутником чаще всего на участках "плоских" поверхностей. Имея некоторую свободу движения в момент касания со спутником, прихват устанавливается по "плоской" поверхности спутника и контактирует с ним в трех точках (рис. 3).
В каждой из трех точек контакта прихвата со спутни-
ком составляющая
Р.
силы, сообщаемой прихватом,
будет иметь направление, перпендикулярное к плоскости касательной в точке контакта. Равнодействующая этих составляющих и будет силой закрепления, передаваемой прихватом от зажимного механизма к спутнику:
Р = Р + Р + Р
(1)
Рис. 2. Изменение величины сдвигающей силы в зависимости от формы рельефов поверхностей
Рис. 1. Размещение точек контакта на неровностях
поверхностей а) на выступах поверхностей; б) на выступах одной и впадинах другой поверхностей; в) на боковых сторонах выступов
Характер контакта имеет существенное значение в определении реальных направлений активных сил и реакций связей, так как сила передается от одного тела к другому через точки. Из рис.1 видно, что в случаях а) и б) сдвигающих сил не возникает и полная реакция связи в точке контакта выражается нормальной реакцией N. В случае в) сила Р раскладывается на две составляющие: Рсд - сдвигающую силу и Рн - нормальную силу.
Если силы Рсд и Fтp уравновешивают друг друга, то тело 1 будет находиться в покое. При Рсд > Fтр тело 1 будет скользить по поверхности тела 2. Скольжение будет продолжаться до тех пор, пока не будет выполняться неравенство: P < F .
г сд тр
Это возможно в двух случаях:
1. При увеличении Fтр, зависящей от величины силы Рн.
2. При уменьшении Р вследствие перемещения
Рис. 3. Контактирование планки прихвата со спутником
Координаты точек приложения и направления сил, действующих остальными прихватами, будут определяться аналогичным образом. В результате к спутнику практически прикладывается система сил, произвольно и случайно расположенная в пространстве (рис. 4).
На базовых поверхностях спутника и приспособления, имеющих свой рельеф, реакции связи Ri также имеют направления, перпендикулярные к касательным плоскостям в точках контакта.
2
3
В положении равновесия спутника активная система сил должна уравновешиваться реактивной системой, образованной полными реакциями связей приспособления:
Р = Р
1 а 1 Р
М„ = М,
(2)
Рис. 4. Реальная система сил, действующая на спутник при закреплении
Главный вектор активных сил определяется из выражения:
Р = Р + Р + Рз + Р + О + Рд . (3)
Главный вектор реактивных сил:
Рр = Я, + ~Я-2 + Я + Я + Я + Р. (4)
Аналогично определяются главные моменты систем:
М = М .
а а\
М = М .
р Р1
(5)
Ро = Ра + Рр = 0 м0 = ма + Мр = о|
(6)
Условия равновесия спутника выполняются после окончания процесса базирования. Однако производственные данные, а также данные литературных источников показывают, что в начале процесса закрепления эти условия нарушаются и спутник совершает перемещения в пространстве, хотя в конце процесса закрепления вновь восстанавливается равновесие спутника.
Для того, чтобы спутник под воздействием сил закрепления смещался, необходимым условием является прохождение всех сил (составляющих и равнодействующих) в каждый момент времени внутри конусов трения, образованных в точках контакта углами трения. Причем, не только в точках контакта базовых поверхностей, но и точках контакта прихватов со спутником. Угол трения при взаимодействии стали со сталью составляет 6°.
Анализ как эксплуатируемых приспособлений и спутников, так и спроектированных показал, что базовые поверхности спутника тщательно подготавливаются. К ним предъявляются высокие требования в отношении перпендикулярности, параллельности, плоскостности и шероховатости поверхностей. В то же время подобные требования для контактирующих поверхностей прихватов и спутников в большинстве случаев или вообще отсутствуют или
эти требования намного ниже, чем для базовых поверхностей. Это приводит к тому, что контактирующие поверхности прихватов и спутников обрабатываются грубо, значения характеристик рельефов этих поверхностей значительно отличаются от рельефов базовых поверхностей.
Для обеспечения условия равновесия спутника главный вектор и главный момент всей системы должны быть равны нулю:
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
Рис. 5. Прохождение линии действия равнодействующей силы за пределами угла трения
Рельефы контактирующих поверхностей прихватов и спутника имеют значения характеристик рельефов, значительно превышающие указанные условия. Следовательно, угол ^ в точках контакта может превышать 6°, из-за чего равнодействующая Р0 сил закрепления будет иметь направление к плоскости контакта на установочной базе
под углом ^ 0, превышающим угол трения (рис. 5). При этом сдвигающая сила от равнодействующей силы будет смещать спутник. Смещение будет происходить до тех
пор, пока не будет соблюдаться условие: ^ < ф. На величину угла ^ 0 будет влиять и сила досылки Р , так как она действует в плоскости, параллельной плоскости установочной базы.
Помимо сдвигающих составляющих сил будет наблюдаться наличие крутящих моментов, которые будут поворачивать спутник на установочной базе. Поворот спутника является следствием возникновения пары сил, действие которой может превышать величину момента трения, препятствующего вращению спутника. Пара сил возникает из-за того, что реальная система сил, действующая на спутник, представляет собой произвольную систему, которая приводится к динаме [1]. Направление поворота спутника будет зависеть от реальной системы сил, действующей на спутник, определяемой рельефами контактирующих поверхностей.
Даже в тех случаях, когда в точках контакта некоторых прихватов со спутником угол ^ будет меньше угла
трения ф, неодновременность приложения сил к спутнику будет приводить к тому, что при опрокидывании спутника этот угол будет расти и возникнет сдвигающая сила, которая может переместить спутник.
Смещение и поворот спутника означает потерю первоначальных точек контакта, которые были после базирования на базовых поверхностях спутника, под воздействием новой системы сил, действующей на этапе закрепления. Величина смещения и поворота будет зависеть от характеристик рельефов контактирующих поверхностей спутника и приспособления. На рис. 6, а показано, что при большей крутизне профиля поверхности сме-
149
щение Дz точки контакта вдоль оси OZ больше, чем при
меньшей крутизне (рис. 6,б), а смещение Ду вдоль оси ОУ наоборот, меньше, чем в случае б.
Рис. 6. Различные пути, проходимые телом 1 по поверхности тела 2, в зависимости от рельефа тела 2
Отклонения формы контактирующих поверхностей являются следствием возникновения сдвигающих сил и крутящих моментов, которые в совокупности с опрокидывающими моментами вынуждают спутник совершать пространственные перемещения и повороты.
Величины сдвигающих сил и крутящих моментов зависят от значений параметров, характеризующих рельефы контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления.
Список литературы
1.Добронравов В.В, Никитин Н.Н. Курс теоретической механики: Учебник. - М.: Высшая школа, 1983. - 585 с.
Мосталыгин Г.П. Курганский государственный университет, г. Курган
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
В статье приводятся результаты научно-исследовательских работ, направленных на повышение качества изготовления деталей машин. Нашли отражения новые методы упрочнения обрабатываемых поверхностей, образования различных профилей холодным накатыванием, повышения эффективности зу-
бообработки, некоторые вопросы по совершенствованию работ при технологической подготовке производства.
К главным направлениям в научно-исследовательской работе коллектива кафедры "Технология машиностроения" (ТМ) Курганского государственного университета (КГУ) относятся исследования, посвященные повышению качества изготовления деталей машин.
Ремонт машин в настоящее время примерно на 90 % обусловлен разрушением рабочих поверхностей деталей. Это свидетельствует о том, что традиционные методы получения этих поверхностей не обеспечивают необходимые показатели надежности и долговечности машин. Следует отметить также, что по мере дальнейшего совершенствования машин роль физико-механических свойств рабочих поверхностей деталей в повышении их качества будет возрастать.
В связи с отмеченным обстоятельством, разработка и внедрение в производство качественно новых методов повышения эксплуатационных характеристик поверхностных слоев деталей является одной из главных задач современного машиностроения.
На кафедре ТМ КГУ под руководством автора статьи проводятся исследования по созданию таких методов.
В результате проведенных исследований установлены новые деформационные эффекты [1].
На основе этих эффектов разработаны отделочно-упрочняющие методы: высокотемпературная изофазная поверхностная обработка (ВИПО) и выглаживание ми-нералокерамическим инструментом (ВМИ).
При использовании этих методов происходит высокотемпературная поверхностная термическая обработка (ВПТМО), в результате которой в рабочей зоне (зоне деформации) возникают высокие контактные температуры. В качестве рабочей части инструмента используются сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора и режущая керамика на основе нитрида кремния или окиси алюминия. Такой инструмент позволяет осуществить ВПТО при температуре до 900-11000 С и давления 4000-5000 МП.
ВПТМО обеспечивает простыми и экологически чистыми методами создать высококачественный поверхностный слой. Установлено, что износостойкость образцов из стали 40 повышается в 3 раза, предел выносливости образцов из стали 45 возрастает до 38 %. При обработке стальных образцов (сталь 40 и 45) достигается шероховатость поверхности по параметру Ra до 0,05 мкм.
ВПТМО используется для изготовления деталей из конструкционных сталей, чугуна, а также сплавов на основе меди. Она не требует никакого дополнительного специального оборудования и может быть осуществлена на универсальных станках, а также на станках с ЧПУ В качестве рабочего инструмента используются стандартные режущие инструменты и выглаживатели, рабочая часть которых выполнена из материалов, указанных выше [2, 3, 4].
Детальные исследования методов ВИПО и ВМИ отражены в кандидатских диссертациях А.Г. Баитова, В.Ф. Губанова, В.В. Марфицына, А.Г. Мосталыгина.
Следует также отметить, что а.с. 667596 [1] нашло отражение в средствах массовой информации:
1. Резцы из керамики. Газета "Правда", № 258 от 14.09.76.
2. И режет и упрочняет. Газета "Социалистическая индустрия", № 144 от 26.06.80.
3. Внедрено в производство. Газета "Советское Зауралье" от 30.05.84.
4. Упрочнение резанием. Журнал "Изобретатель и рационализатор", № 8, 1980.
а
б
