65461

СИНТЕЗ ГВИНТОВИХ ЗАТИСКНИХ ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ ТОНКОСТІННИХ ЗАГОТОВОК НА МЕТАЛОРІЗАЛЬНИХ ВЕРСТАТАХ

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Окремо слід виділити гвинтові затискні пристрої ГЗП із пружними затискними елементами до яких відносяться затискні патрони та оправки із гвинтовими елементами затиску що в порівнянні із іншими є дешевшими у виготовленні та експлуатації.

Украинкский

2014-07-30

11.6 MB

0 чел.

PAGE  22

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

СКИБА ОЛЕНА ПАВЛІВНА

УДК 621.941

СИНТЕЗ ГВИНТОВИХ ЗАТИСКНИХ ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ ТОНКОСТІННИХ ЗАГОТОВОК НА МЕТАЛОРІЗАЛЬНИХ ВЕРСТАТАХ

05.03.01процеси механічної обробки, верстати та інструменти

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ТЕРНОПІЛЬ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України.

Науковий

керівник:

доктор технічних наук, професор

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Технології машинобудування та автомобілів”,

заслужений винахідник України.

Офіційні

опоненти:

доктор технічних наук, професор

Кузнєцов Юрій Миколайович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”,

професор кафедри “Конструювання верстатів і машин”,

заслужений винахідник України;

кандидат технічних наук, доцент

Редько Ростислав Григорович

Луцький національний технічний університет

доцент кафедри Комп’ютерне проектування верстатів та технологія машинобудування

Захист відбудеться “04” січня 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська 56.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська 56.

Автореферат розісланий “04”  грудня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради     Данильченко Л. М.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Постійний розвиток техніки на сучасному етапі вимагає використання деталей, які є тонкостінними оболонками. В даний час їх кількість значно збільшується в загальній масі деталей, що піддаються механічній обробці. Разом із збільшенням частки тонкостінних виробів в загальній масі оброблюваних деталей, підвищуються і технічні вимоги до точності розмірів, шорсткості оболонкових поверхонь, форми і їх взаємного розташування, вимоги до якості поверхневого шару. Внаслідок основної особливості тонкостінних виробів – їх малої жорсткості, виконання цих вимог є досить складним завданням.

Найбільші труднощі при обробці оболонкових деталей виникають при вирішенні питання їх базування і закріплення на верстаті. Закріплення оброблюваних заготовок  в пристроях і прикладання сил приводить до виникнення похибок. Для тонкостінних виробів, що характеризуються малою жорсткістю, похибки, пов'язані з прикладанням сил закріплення можуть приймати великі значення, тому цей чинник є визначальним при конструюванні затискних пристроїв і підборі оптимальних режимів обробки.

Для затиску тонкостінних виробів використовуються різного типу патрони, пристрої і оправки: багатокулачкові, з гофрованими затискними елементами, цангові розтискні оправки, оправки та патрони з оболонковими затискними елементами та ін. Окремо слід виділити гвинтові затискні пристрої (ГЗП) із пружними затискними елементами, до яких відносяться затискні патрони та оправки із гвинтовими елементами затиску, що в порівнянні із іншими є дешевшими у виготовленні та експлуатації. Проте їх розробленню і дослідженню приділено мало уваги, що потребує подальших теоретичних і експериментальних досліджень.

Тому актуальною задачею є створення затискних пристроїв (ЗП) з пружними гвинтовими елементами для забезпечення рівномірного розподілу зусиль затиску та розробка методів їх проектування на основі дослідження їх характеристик.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами.

Роботу виконано відповідно до наукових напрямків кафедри технології машинобудування та автомобілів Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя і є складовою частиною наукової теми “Розроблення конструкцій і технологій виготовлення спеціальних різнопрофільних гвинтових робочих органів машин на основі ресурсозберігаючих технологій” (№ держреєстрації 0110 U002264), а також є частиною загальної тематики науково-технічної програми “Ресурсозберігаючі та енергоефективні технології машинобудування” на 2006-2010 роки, затвердженого Кабінетом Міністрів України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є зменшення деформації тонкостінних виробів під час їх обробки за рахунок створення затискних пристроїв з пружними гвинтовими елементами, що забезпечують рівномірно розподілену силу затиску по поверхні заготовки та розробка методів їх проектування.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі задачі:

  •  провести аналіз відомих конструкцій затискних пристроїв для затиску тонкостінних виробів та існуючого стану їх досліджень;
  •  розробити структуру конструктивних способів реалізації затиску тонкостінних виробів гвинтовими елементами та методику синтезу затискних пристроїв з пружними гвинтовими елементами;
  •  розробити математичні моделі для визначення сил радіального затиску від конструктивних параметрів циліндричних, конічних та гофрованих гвинтових затискних елементів;
  •  дослідити похибки при закріпленні тонкостінних циліндричних виробів затискними пристроями з пружними гвинтовими елементами затиску;
  •  спроектувати та виготовити стенд для дослідження силових характеристик гвинтових затискних пристроїв, розробити алгоритм експериментальних досліджень та дослідити вплив конструктивних параметрів гвинтових елементів затиску на похибку при закріпленні тонкостінних виробів;
  •  розробити методику проектування затискних пристроїв з пружними гвинтовими елементами затиску.

Об’єкт дослідження – затискні пристрої з пружними затискними елементами.

Предмет дослідження – характеристики затиску тонкостінних заготовок типу тіл обертання гвинтовими елементами з статичним та динамічним навантаженням в системі патрон–деталь.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено з використанням фундаментальних засад технології машинобудування, інформатики, теорії пружності, теоретичної механіки, інженерної творчості і вибору раціональних технічних рішень. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп'ютерного моделювання.

Експериментальні дослідження проводили з використанням теорії експерименту та математичної статистики за допомогою стандартних програм та методики, що полягають у сумісному використанні фізичного, математичного та комп'ютерного моделювання об'єкту досліджень для підтвердження адекватності отриманих результатів за допомогою діючого технологічного обладнання, розробленого та виготовленого технологічного оснащення. В розрахунках і при обробці результатів досліджень використовували комп'ютерну техніку та сучасне програмне забезпечення.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що вперше:

  •  теоретично обґрунтовано принцип затиску тонкостінних виробів циліндричними, конічними та гофрованими пружними гвинтовими елементами, що забезпечує рівномірний розподіл сил затиску тонкостінних виробів;
  •  розроблено багатоваріантну структуру конструктивних та функціональних можливостей реалізації процесів затиску, а також принципи синтезу необхідного технологічного оснащення, яке вдосконалюється із використанням трьох ієрархічних рівнів технічної системи “Затискний патрон”, яка в процесі синтезу генерує множину можливих альтернатив для кожного з трьох ієрархічних рівнів;
  •  отримані закономірності величини деформації гвинтових затискних елементів (ГЗЕ), що дозволяють вибрати їх раціональні конструктивні параметри для забезпечення надійного затиску тонкостінних виробів при наперед заданих параметрах обробки;
  •  визначено загальну умову фрикційної взаємодії гвинтового елементу затиску з опорними елементами затискного пристрою та заготовки по всій довжині гвинтового затискного елемента.

Практичне значення отриманих результатів. На основі синтезованих схем розроблено 8 конструкцій ГЗП, які захищені патентами України на винаходи. Також розроблено контрольні пристрої, стенди для заміру силових і геометричних параметрів патронів та затискних елементів, які захищені 3-ма патентами України.

Запропоновано алгоритм експериментального визначення силових і геометричних параметрів патронів ГЗП, які забезпечують надійний затиск заготовок. Розроблена конструкція ГЗП впроваджена у виробництво на ВАТ Тернопільський комбайновий завод, а також в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр з напрямку 6.050502 Інженерна механіка для викладання дисциплін Технологія машинобудування Технологічна оснастка, Основи наукових досліджень в Тернопільському національному технічному університеті.

Особистий внесок здобувача. Результати теоретичних і експериментальних досліджень, які виносяться на захист, автором отримані особисто. Постановка задач і аналіз результатів проводилися разом з науковим керівником. Отримані результати надруковані у одноосібних працях [1,2,3,4]. У працях виконаних у співавторстві [5…13] здобувачем розроблені теоретичні основи процесу затиску заготовок ГЗП та багатоваріантну структуру нових конструкцій гвинтових затискних патронів на основі використання методу уніфікаційного синтезу, а також виведені аналітичні залежності для визначення конструктивних і силових параметрів ГЗП.

Здобувачем запропоновано основні елементи гвинтових затисних патронів, контрольних пристроїв [14…23] у деклараційних патентах України на винаходи частка кожного співавтора є рівною.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались й обговорювались на: науково-практичних конференціях Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя у (м. Тернопіль, 2007-2010), Донбаській машинобудівній академії "Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем" (Краматорськ, 2005); Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків "Проблеми , енергоощадності при проектуванні виготовленні та експлуатації машинобудівних конструкцій" (Львів, 2007); Всеукраїнській конференції докторантів, аспірантів і пошукачів "Проблеми створення та технічної експлуатації машин і обладнання" (Кіровоград, 2007); Міжнародній науково-практичній конференції "Інноваційні технології в АПК" в Луцькому Національному технічному університеті (Луцьк, 2009, 2010); Міжнародній науково-практичній конференції "Процеси механічної обробки, верстати і інструмент" (Житомир, 2006); Всеукраїнській молодіжній науково-технічній конференції "Машинобудування очима молодих: прогресивні ідеї – наука, виробництво" (Луцьк, 2008). Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. П. Василенка (Харків, 2006, 2009); Одеському національному технічному університеті (Одеса, 2008). У повному обсязі робота доповідалась й отримала позитивний відгук на двох розширених науково-технічних семінарах Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя.

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 23 друкованих  працях (4 одноосібних), з яких - 13 статей у фахових виданнях, 10 деклараційних патентів на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації - 183 сторінки, в тому числі: 120 рисунків, 9 таблиць, список використаних літературних джерел із 162 найменувань та 5 додатків на 38 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації -120 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, сформовано мету, об’єкт, предмет досліджень та задачі, які розв’язувалися в роботі, викладено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів. Обґрунтовано доцільність проведення досліджень та перспективність використання розробленого технологічного оснащення.

У першому розділі приведено аналіз та характеристику відомих наукових праць та патентного пошуку конструкцій затискних пристроїв технологічного оснащення та їх принципів роботи. Розроблено класифікацію затискних пристроїв за конструктивними ознаками, встановлено основні умови забезпечення процесу затиску. Встановлено, що існуючі конструкції затискних пристроїв для оброблення тонкостінних заготовок і деталей не забезпечують в повній мірі якості та точності обробки з необхідною продуктивністю.

Тому процес затиску заготовок гвинтовими затискними пристроями на даний час недостатньо вивчений і потребує подальших досліджень в теоретичному плані і проведенні експериментальних досліджень.

Основним завданням в роботі є розроблення багатоваріантної структури конструктивних та функціанальних особливостей реалізації процесів затиску тонкостінних заготовок ГЗП, а також синтезу необхідного технологічного оснащення для їх рівномірного затиску.

Розробці та дослідженню конструкцій затискних патронів і оправок присвячені роботи Дальського А. М., Орлікова М. Л., Кузнєцова Ю.М. та науковців його школи (Редька Р. Г., Кушика В. Г.,  Литвина О. В., Судьїна Ю. О. , Волошина В. Н., Сидорко В. І., Хмельницького Ю.В.), Геника І. С. та інших вітчизняних авторів. Зокрема Ю. М. Кузнєцовим було уточнено поетапний розрахунок сил затиску в патроні, проведено аналіз динамічної жорсткості системи патрон-деталь, запропоновано диференційно-морфологічний метод структурно-схемного синтезу затискних механізмів.

У другому розділі розроблено багатоваріантну структуру нових конструкцій затискних пристроїв для закріплення тонкостінних заготовок на основі використання методу уніфікаційного синтезу.

Одним із шляхів вирішення завдання створення нових конструкцій ГЗП є втілення прогресивних методів пошуку нових технічних рішень на ранніх стадіях технологічної підготовки виробництва. До одних із таких методів відноситься уніфікаційний синтез. 

У процесі синтезу генерується множина можливих варіантів виконання частин структури вдосконалюваної системи, тобто генерується множина альтернатив для кожного ієрархічного рівня (ІР). Таким чином, варіанти можливих конструкцій затискних пристроїв, оснащених ГЗЕ можна подати так, як це показано на рис.1, де представлена ієрархічна модель такого пристрою і яка складається з трьох ІР:

.                                                                      (1)

Вказана система (1) характеризується властивостями Р11, Р12, … Р21, Р22, … Р31, Р32, Р33

,   

, ,      

,    

Рис. 1. Модель технічної системи “Затискний пристрій”: 1010 - затискний пристрій;  - корпус;
- передатно-підсилюючі ланки;  - привід механізму затиску

Згідно методу уніфіка-ційного синтезу кожний із елементів будь-якої тех-нічної системи можна подати у вигляді бінарного коду, складеного із, так званих, X та Y хромосом.

Таким чином генерування альтернатив здійснюється в декілька етапів: генерування структури X-хромосом, генерування структури Y-хромосом, комбінування XY хромосом. Одним із елементів уніфікаційного синтезу  є підбір елементів структури на основі дослідження функцій та властивостей елементів ієрархії.

На основі використання структурних формул Гамрекелі властивості (харак-теристики) елементів технічної системи "Затискний пристрій" (табл. 1) можна подати так:

P1010 : P111(ζ)j ○( P111(ζ)1,…)●… P211(ζ)j○( P211(ζ)1,…, P211(ζ)5)●

●P311(ζ)j○( P311(ζ)1, P311(ζ)2, P311(ζ)3)●…  ,                           (2)

де  - одночасне застосування визначальних обов’язкових ознак;  - альтернативність ознак із числа можливих (тобто потенціальна можливість варіантності, яка ще не встановлена проектантом на час побудови ієрархії); наприклад, - наявність різі на корпусі:  - з різзю,  - без різі.

Математично обґрунтовано вибір профілю гвинтових затискних елементів циліндричної, конічної та гофрованої форм, що забезпечує надійний затиск, якісне базування, жорсткість системи патрон-деталь при механічній обробці заготовок.

Також в другому розділі визначаються питання визначення силових характеристик ГЗП з пружними гвинтовими елементами. Наприклад, структуру затискного пристрою, можна подати наступним чином: 

,

де 3030 –планшайба; -зубчате колесо; - конічна шестерня;  - ГЗЕ.

Таблиця 1– Варіанти моделі технічної системи «Затискний пристрій з пружними гвинтовими елементами»»

 Морфологічні ознаки

Варіанти (альтернативи) реалізації морфологічних ознак

P311(ζ)i Тип приводу

()1 Механічний гвинтовий (Пат. UA № 26781)

()2 Пневматичний [17], [15], [14].

()3 Механічний кулачковий [16]

P211(ζ)i Спосіб затиску

Пружний затискний елемент

Р()1 Стискуваня за зовнішньою крайкою (Пат. UA № 26781)

1 – поверхня зміни діаметральних розмірів

Р()2 Стискування вздовж поздовжньої осі з деформацією витка [17]

Р()3 Стискування вздовж поздовжньої осі з деформацією гофрів  [18]

()4 Закручування одного кінця витка відносно іншого [16]

()5 Повертання витка відносно однієї з його крайок  (перетворення бічної поверхні витка у вигляді прямого гелікоїду в косий) [15], [14].

Розглянемо умови деформації гвинтового елемента 1 до взаємодії з циліндричною заготовкою 2 (рис. 2). Осьова сила Po складається із сили деформації Po гвинтового затискного елемента для усунення зазору δ та сили затиску заготовки P3 Осьову силу Po, необхідну для деформації гвинтового затискного елемента, можна визначити за формулою:

Po = ; (3)

Рис. 2. Розрахункова схема гвинтового затискного пристрою:1 – затискний гвинтовий елемент; 2 – циліндрична тонкостінна заготовка

де h -  деформація гвинтового елемента в осьовому напрямку, мм; - кут підйому витків гвинтового елемента, град.; D1, – початковий зовнішній діаметр ГЗЕ, мм; і - кількість витків ГЗЕ; G- модуль зсуву матеріалу ГЗЕ, МПа; Е – модуль першого роду матеріалу ГЗЕ, МПа;  – полярний момент інерції поперечного перерізу ГЗЕ, мм4;  - осьовий момент інерції поперечного перерізу ГЗЕ, мм4.

Співвідношення між деформацією гвинтового елемента в осьовому напрямку h та деформацією в радіальному напрямку визначається за залежністю:

= .  (4)

Рис. 3. Графік залежності деформації гвинтового елемента в радіальному напрямі від кута підйому витків:
1)
Δh=20 мм; 2) Δh=30 мм;
3)
Δh=40 мм

Рис. 4. Графік залежності деформації гвинтового елемента в радіальному напрямі від величини осьового ходу: 1) і=5;

2) і=8; 3) і=10

За результатами моделювання радіальної деформації ГЗЕ від кута нахилу витків (рис. 3) та величини осьової деформації (рис. 4) видно, що із збільшенням кута підйому гвинтової лінії затискного елементу і величини осьової деформації величина радіальної деформації збільшується, а із збільшенням кількості витків зменшується.

Виведено аналітичну залежність для визначення осьової сили затиску:

,  (5)

де Pr – радіальна сила затиску заготовки, Н; R2 – зовнішній радіус ГЗЕ, мм; Rc – середній радіус ГЗЕ, мм; f – коефіцієнт тертя між гвинтовим елементом і заготовкою.

Як видно з формули (5) на величину сили тяги штока при затиску заготовок суттєво впливає величина деформації ГЗЕ, кут підйому гвинтової лінії, коефіцієнт тертя та інші конструктивні параметри.

На основі розгляду схеми затиску тонкостінної заготовки гофрованими ГЗЕ (рис. 5) отримано аналітичну залежність для визначення осьової сили тяги на штоці:

,    (6)

де Р1 – сила деформації гофрованої спіралі, Н; β – кут нахилу кулачка, град; γ1 – кут тертя між кулачком і тягою, град; γ2 – кут тертя між кулачком і корпусом, град; n – кількість кулачків.

Радіальну силу затиску Рr визначають за формулою:

    (7)

де Мр – момент різання заготовки, Н·м; r – радіус обробки заготовки, м; Р2 – осьова сила різання заготовки, Н; К1 – коефіцієнт запасу; f1 – коефіцієнт зчеплення між заготовкою і гофрованою спіраллю.

 

Рис. 5.  Розрахункова схема для визначення осьової сили тяги для затиску заготовки гофрованими гвинтовими затискними елементами: 1-заготовка; 2-гофрований затискний гвинтовий елемент; 3-кулачок; 4-конічна тяга

Рис. 6. Розрахункова схема для визначення сили деформації гофрованого гвинтового елемента

На основі розрахункової схеми (рис. 6) визначено силу деформації гофрованого гвинтового елемента за формулою:

,     (8)

де    ,                (9)

де γв – кут дуги гофри на внутрішньому радіусі спіралі, град; Rв – радіус гофри на внутрішньому радіусі ГЗЕ, мм; В – ширина спіралі, мм; Z – поточна координата по осі Z. Величину К визначають із залежності:

    ,      (10)

де R3 – радіус гофри на зовнішньому радіусі ГЗЕ, мм.

Розглянуто деформований стан ГЗЕ при прикладенні крутильного моменту M до його торців. Під час здійснення технологічного процесу затиску тонкостінної заготовки по її внутрішньому діаметру забезпечується збільшення зовнішнього радіусу ГЗЕ на задану величину технологічного зазору.

Отримано залежності між приростами кута закручування  та довжини гвинтового елементу :

;     (11)

,   (12)

де Δα – приріст кута нахилу витків, град; - радіус середньої поверхні гвинтового елемента, мм; ΔR0 величина зміни середнього радіуса гвинтового елемента, мм.

Визначено зміну параметрів ГЗЕ під час навантаження:

  (13)

де ΔΩ1, ΔΩ3 – зміна кривина та кручення витків, мм.

В процесі затискання заготовки по внутрішньому діаметру забезпечено збільшення зовнішнього радіуса ГЗЕ на задану величину технологічного зазору. Це еквівалентно збільшенню радіуса серединної поверхні  на таку ж величину. Тому, рівняння (13) пов’язує зміну радіуса нейтрального перерізу ГЗЕ із зміною кривини та кручення, які у свою чергу лінійно залежать від крутильного моменту :

,                                (14)

де  – полярний момент інерції перерізу крученню, мм4;  – осьовий момент інерції перерізу, мм4.

Отримано загальну умову закріплення заготовки:

  або   ,                (15)

де  – величина початкового зазору, мм;  - внутрішній радіус ГЗЕ, мм;  - зовнішній радіус ГЗЕ, мм;  - зміна величини радіуса ГЗЕ, мм.

Загальна умова фрикційної взаємодії ГЗЕ із заготовкою по всій довжині спіралі наступна:

,                                      (16)

де  – момент від сил механічного оброблення заготовки, Н·мм;  – коефіцієнт запасу;  – величина натягу зовнішнього периферійного краю ГЗЕ на n-ій ділянці, мм;  – момент інерції перерізу гвинтової стрічки відносно осі гвинтового елементу, мм4;  – радіус-вектор функції висоти профілю на -ій ділянці, мм;  – коефіцієнт тертя поверхні гвинтової ділянки за зовнішнім краєм; з - кут нахилу витків ГЗЕ по зовнішньому діаметру.

Силу затиску тонкостінної заготовки можна визначити із залежності:

,                                                    (17)

де  – допустимі напруження витка на згин, Н/мм2.

Залежність (17) показує, що величина сили затиску прямопропорційна зміні геометричних параметрів ГЗЕ.

Проведено дослідження радіального зусилля затиску заготовок конусними гвинтовими елементами. При цьому осьове зусилля деформації конічного ГЗЕ визначається за формулою:

,  (18)

де ∆R – зазор між заготовкою і внутрішнім діаметром конусного ГЗЕ, до закріплення заготовки, мм; Dс – середній діаметр ГЗЕ, мм; αс – середній кут нахилу витків ГЗЕ, град; Нс – середня товщина січення ГЗЕ, мм; Вс – середня ширина заготовки ГЗЕ, мм; β3 - половина кута при вершині конуса внутрішньої втулки, град; γ3 – кут тертя між внутрішньою втулкою і гвинтовим затискним елементом, град.

На основі проведених теоретичних досліджень побудовані графічні залежності зміни радіальної сили затиску заготовки від осьової сили розтягу конусного ГЗЕ (рис. 7) при різній величині зазору між внутрішнім діаметром конічного ГЗЕ і зовнішнім діаметром заготовки.

На рис. 8 представлені залежності радіальної сили затиску заготовки ГЗЕ для різної товщини конічного затискного елемента та величину радіального зазору.

Із графіка на рис. 7 робимо висновок, що осьова сила затиску заготовки прямопропорційно зростає із збільшенням радіальної сили затиску заготовки. При цьому, чим більший зазор між заготовкою і гвинтовим затискним елементом до закріплення заготовки, тим більша осьова сила затиску.

Із графіка на рис. 8 бачимо, як і в попередньому випадку, що осьова сила затиску прямо пропорційна радіальній силі затиску. При цьому, збільшення товщини Н стрічки ГЗЕ призводить до значного зростання осьової сили затиску.

Рис. 7. Графік залежності радіальної сили затиску заготовки конічними гвинтовими затискними елементами від осьової сили затиску:1 - R=0,3мм; 2 - R=0,5мм; 3 - R=1мм

Рис. 8. Графік залежності радіальної сили затиску заготовки на гвинтовому затискному патроні від осьової сили затиску: 1 - H=1,5мм;

2 - H=2,0мм; 3 - H=2,5мм

В третьому розділі викладено програму і методику проведення експериментальних досліджень ГЗП на токарно-гвинторізному верстаті 16К20Ф3, та вертикально-фрезерному верстаті 6Р12. Досліджено вплив різних  факторів на точність та момент затиску заготовок в процесі їх оброблення.

Для цього спроектовано і виготовлено ГЗП, які зображено на рис. 9 та 10.

а)

б)

Рис. 9. Гвинтовий затискний пристрій: а)замір радіального биття;

б) замір жорсткості: 1 – індикатор; 2 – динамометр; 3 - пристрій

Дослідження характеристик гвинтових затискних пристроїв зводиться до заміру моменту затиску заготовок ГЗЕ залежно від моменту прикладеному на передавально-підсилюючому механізмі та конструктивних параметрів ГЗЕ, а також встановлення впливу жорсткості запропонованих пристроїв на точність обробки.

Рис. 10. Стенд для дослідження характеристик затискних гвинтових пристроїв: а) конструктивна схема б) дослідження силових параметрів: 1 – плита; 2 - втулка; 3 – регулювальний гвинт; 4 – упорний клапан; 5 – рухомий циліндр;
6 – вал; 7 – шпонка; 8 – циліндрична насадка; 9 – гвинтова канавка;
10 – гвинтовий затискний елемент; 11 – конічна насадка; 12 - заготовка;
13 – зігнутий кінець гвинтового елементу; 14 – корпус; 15 – плече; 16 – підвісні вантажі;17 -  динамометричний ключ; 18 – динамометр розтягу; 19 – індикатор

З метою виведення рівнянь для визначення моменту затиску заготовок ГЗЕ проведено серію дослідів повнофакторного експерименту ПФЕ З3, де змінними параметрами були зовнішній діаметр ГЗЕ, кількість його витків, які є у взаємодії із заготовкою і розміри поперечного перерізу ГЗЕ. Крім цього, досліджували вплив осьової сили на величину деформації ГЗЕ, а також зовнішнього радіального навантаження на величину прогину патронів.

Зовнішні діаметри системи пристрій-заготовка змінювали в межах 80..120 мм, кількість витків ГЗЕ, які є у взаємодії з заготовкою знаходилися в межах 6..12, діаметр d або ширина дроту h від 2 до 6 мм для ГЗЕ виготовлених відповідно із круглого та квадратного поперечного перетину. 

Для визначення впливу основних конструктивних параметрів ГЗЕ на момент затиску  заготовок використовували стандартне програмне забезпечення для персонального компютера, за допомогою якого побудували графічне відтворення рівнянь регресії у вигляді квадратичних поверхонь відгуку та їх двомірних перерізів, як функцій від трьох змінних факторів.

Для виготовлення гвинтових затискних елементів різних розмірів, що використані в експериментальних дослідженнях, спроектовано і виготовлено спеціальну оправку, яка зображена на рис. 11.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень навантажувальної здатності ГЗП залежно від конструктивних і технологічних параметрів технологічних процесів, у яких використовують ці пристрої.

Виведено рівняння регресії для визначення моменту затиску ГЗП виготовлених із заготовок круглого (19) та квадратного (20) поперечного перетину:

    (19) 

       (20)

                               а)                                                  б)

Рис. 11. Оправка для навивання гвинтових затискних елементів:
а) конструкція оправки; б) процес навивання гвинтового затискного елемента:
1 – осьовий паз для закріплення початкової заготовки;
2 – змінні втулки

На рис. 12 представлені графічні залежності моменту затиску заготовок з використанням ГЗЕ круглого поперечного перетину, а на рис 13 - виготовлених із заготовки квадратного поперечного перетину (і=9), з яких видно, що із збільшенням кількості витків ГЗЕ і його зовнішнього діаметра при однаковій величині моменту затиску на передавально-підсилюючому механізмі величина затискного моменту зростає, при цьому збільшення поперечного перетину заготовки ГЗЕ призводить до зменшення сили затиску, оскільки момент обертання гвинта витрачається не тільки на затиск заготовки, але і на деформацію ГЗЕ.

а)

 

Рис. 12. Поверхня відгуку (а) та двомірний переріз поверхні відгуку
(б) залежності моменту затиску заготовки  гвинтовим затискним елементом виготовленим із заготовки круглого поперечного перетину (
d=4мм)

а)

б)

Рис. 13. Поверхня відгуку (а) та двомірний переріз поверхні відгуку
(б) залежності моменту затиску заготовки  гвинтовим затискним елементом виготовленим із заготовки квадратного поперечного перетину (
h=4мм)

Максимальне значення затискного моменту досягає 210 Нм, при цьому мінімальне значення складає 75 Нм при мінімальній кількості витків і мінімальній величині зовнішнього діаметра затискного елемента. При цьому величина затискного моменту для ГЗЕ виготовлених із заготовки квадратного поперечного перетину на 15% більша ніж для ГЗЕ виготовлених із заготовки круглого поперечного перетину.

Також проведено дослідження пружних радіальних відтискань системи затискний пристрій - деталь для токарної обробки за схемою, що представлена на рис. 9б. На шпиндель токарного верстата було встановлено затискний пристрій, в якому почергово встановлювали досліджувані затискні елементи, виготовлені із стрічок прямокутного поперечного перетину, товщиною 1,5, 2, 2,5мм. У різцетримачі закріплювали динамометр стиску, а з протилежної сторони на одному рівні з динамометром встановлювали магнітну стійку з індикатором.

Радіальне навантаження від 0 до 3000 Н та розвантаже-ння патрона здійснювали з кроком 500 Н шляхом пересування супорта верстата в поперечному напрямку. Результати досліджень представлено на рис. 14.

З цього графіка бачимо, що пружні деформації системи затискний пристрій - деталь відбуваються прямо-пропорційно зміні зовнінього навантаження.

Рис. 14. Графік залежності пружних відтискань системи затискний пристрій - деталь від радіального навантаження:
1 -
h=1,5мм; 2 - h=2мм; 3 - h=2,5мм

Чим більший поперечний переріз ГЗЕ, тим менша деформація закріплених у них заготовок. При цьому жорсткість цієї системи J=P/y для трьох випадків (рис. 14) складала: 1 – 35290 Н/мм, 2 – 57690 Н/мм, 3 – 93750 Н/мм. Виміряне радіальне биття знаходилось в межах 0,01...0,015 мм.

У п’ятому розділі обґрунтовані наукові положення технологічного забезпечення процесів проектування і виготовлення нових ГЗЕ, одну із конструкцій яких зображено на рис. 15.

На першій стадії роботи пристрою відбувається стиск витків вздовж осі ГЗЕ з одночасним збільшенням його діаметра на задану величину, при цьому осьове зусилля деформації визначають за формулою (3).

Рис. 15. Розрахункова схема а) та конструкція тарілчастого гвинтового затискного елемента б)

На другій стадії роботи пристрою відбувається дотик зовнішньої крайки ГЗЕ з внутрішнім діаметром заготовки з наступною деформацією його пелюстків. При цьому зусилля деформації пелюстка визначаємо за формулою:

,     (21)

де Δвеличина прогину пелюстка, мм; Iмомент інерції поперечного перерізу перемички, мм4; a - відстань від краю пелюстка до точки прикладання зосередженої сили, мм, D2внутрішній діаметр ГЗЕ, мм; h – ширина перемички, мм.

Приведено методику інженерного розрахунку величини прогину системи гвинтовий затискний пристрій-деталь від дії зовнішнього радіального навантаження, запропоновано поворотну жорсткість ГЗЕ із круглим поперечним перерізом,яку визначають за формулою:

.    (22)

Представлені конструкції трьох контрольних пристроїв для заміру конструктивних параметрів гвинтових елементів, кута підйому гвинтової лінії та заміру силових параметрів при обробленні тіл обертання.

Висновки

1. У дисертації приведено теоретичне узагальнення і нове розв’язання наукової задачі, що полягає в розробленні теоретичних передумов роботи гвинтових затискних пристроїв з отриманням аналітичних залежностей умов базування і затиску тонкостінних заготовок. Виконано математичне обґрунтування процесів затиску з використанням циліндричних, конічних і гофрованих гвинтових затискних елементів, встановлено робочий діапазон і силу затиску заготовок. Основним завданням в роботі є розроблення багатоваріантної структури конструктивних та функціональних особливостей реалізації процесів затиску заготовок гвинтовими затискними пристроями, а також синтезу необхідного технологічного оснащення для рівномірного затиску тонкостінних заготовок.

2. Вперше розроблено багатоваріантну структуру конструктивних та функціональних можливостей реалізації процесів затиску, а також принципи синтезу необхідного технологічного оснащення, яке вдосконалюється з використанням 3-ох ієрархічних рівнів. Розроблена ієрархічна модель технологічної системи Затискний пристрій, яка в процесі синтезу генерує множину можливих альтернатив для кожного з трьох ієрархічних рівнів. Для їх досліджень спроектовано і виготовлено спеціальні пристрої.

3. Вперше виведені аналітичні залежності, що описують величину зміни геометричних параметрів гвинтових затискних елементів циліндричної, конічної та гофрованої форм від дії зовнішнього навантаження, що дозволяє вибрати їх раціональні конструктивні параметри для забезпечення надійного затиску тонкостінних заготовок при наперед заданих умовах обробки та початкового зазору між гвинтовим затискним елементом і заготовкою.

4. Розроблено математичну модель процесу затиску заготовок гофрованими гвинтовими затискними елементами, і встановлено, що деформація цих елементів відбувається за рахунок гофрованих частин і здійснюється зближенням крайок гофр на величину, що визначається початковим зазором між гвинтовим затискним елементом та заготовкою. Отримано аналітичні залежності для визначення осьової сили затиску на штоці гвинтового затискного пристрою та радіальної сили деформації гофрованих гвинтових елементів залежно від конструктивних параметрів та умов обробки, які забезпечують підвищення сили затиску заготовки в порівнянні із конічними в 1,2..1,4 рази.

5. Вперше розроблено математичну модель процесу затиску заготовок циліндричними і конусними гвинтовими затискними елементами. Виведені аналітичні залежності для визначення осьової та радіальної сили затиску цими гвинтовими елементами. Встановлено, що на силу деформації гвинтових затискних елементів впливають величини їх середніх діаметрів, форма і площа поперечних перерізів витків та початковий зазор між заготовкою та затискним гвинтовим елементом. Тому початковий зазор потрібно встановлювати в межах 0,1...0,5 мм залежно від точності базової поверхні заготовки. Встановлено, що збільшення товщини затискного елемента призводить до значного зростання осьової сили затиску та підвищення жорсткості гвинтового затискного пристрою.

6. Приведені результати експериментальних досліджень на основі повнофакторного експерименту  ЗЗ дослідження величини моменту затиску циліндричних заготовок гвинтовими затискними елементами, зовнішній діаметр яких змінювався в межах від 80 мм. до 120 мм, кількість витків, які є у взаємодії із заготовкою 6..12 і діаметр або ширина дроту 2...6 мм для гвинтових затискних елементів виготовлених відповідно із круглого та квадратного поперечного перетину дроту. Виведені рівняння регресії для визначення величини моменту затиску циліндричних заготовок з використанням стандартного програмного забезпечення для ПК, за допомогою якого побудовані графічні залежності. Максимальне значення затискного моменту досягає 210 Нм, при цьому мінімальне значення складає 75 Нм при мінімальній кількості витків і мінімальній величині зовнішнього діаметра затискного елемента. Встановлено, що основними факторами, що впливають на збільшення моменту затиску є діаметри гвинтових затискних елементів і кількість їх витків.

7. Досліджено залежність осьової сили в затискних пристроях від величини зміни радіуса гвинтового затискного елемента. При цьому встановлено, що чим більший поперечний перетин матеріалу гвинтового затискного елемента, та зміна його радіуса, тим більшою повинна бути осьова сила. Для збільшення радіуса на 0,5 мм гвинтових затискних елементів виготовлених із дротів діаметрами 2 мм,
4 мм та 6 мм потрібно прикласти осьове зусилля 100
 Н, 600 Н та 3000 Н відповідно. Тому рекомендовано зазор між заготовкою і гвинтовим затискним елементом під час встановлення виконувати мінімальним з метою економії енергії.

8. Досліджено жорсткість системи гвинтовий затискний пристрій – деталь, що змінювалась від 35290 Н/мм до 93750 Н/мм. Встановлено, що прогин цієї системи під дією радіального зовнішнього навантаження зменшується із збільшенням поперечного перерізу матеріалу гвинтового затискного елемента. Пружні деформації затискних пристроїв відбуваються прямо-пропорційно зовнішньому навантаженню. При цьому, чим більше поперечне січення затискних гвинтових елементів, тим більша жорсткість системи гвинтовий затискний патрон - заготовка. Максимальна величина прогину залежить від точності обробки і забезпечується способом закріплення заготовки та зміною жорсткості затискного пристрою.

9. Розроблено інженерну методику проектування гвинтових затискних пристроїв з конічними і гофрованими гвинтовими елементами. Технічна новизна розробок захищена 10-ма деклараційними патентами України на винаходи. Окремі конструкції гвинтових затискних пристроїв впроваджено на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” з річним економічним ефектом в розмірі 1545 грн.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Скиба О. П. Теоретичні передумови роботи гвинтових затискних пристроїв / Скиба О. П. // Вісник ТДТУ. – Тернопіль, 2007. - №4. – С. 63-68.
  2.  Скиба О. П. Дослідження характеристик затискних оправок технологічного оснащення / О. П. Скиба // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. Випуск 44 «Механізація сільськогосподарського виробництва». Том 2. – Харків, 2006. - С. 22-71.
  3.  Скиба О. П. Розрахунок затискних оправок верстатів з гвинтовими елементами. / О. П. Скиба // Вісник ХНТУ сільського господарства ім. Петра Василенка. “Механізація сільського виробництва”. Харків, 2007. - Вип. 59. - С. 329-333.
  4.  Скиба О. П. Розрахунок гвинтової оправки для затиску тонкостінних втулок / О. П. Скиба // Труды Одесского политехнического университета. Научный и производственный сборник по техническим и естественным наукам. Вып. 19, - Одесса, 2008 р. - С. 44-47.
  5.  Скиба О. П. Обґрунтування параметрів гвинтових затискних патронів / І. Б. Гевко, О. П. Скиба //Житомирський державний технологічний університет. Процеси мех. обробки в машинобудув. Збірник наукових праць. Вип. 4. - 2006. - С. 116-123.
  6.  Скиба О. П. До питання синтезу конструкції механізмів з робочими затискними пружними гвинтовими елементами / В. В. Васильків, І. С. Геник, О. П. Скиба // Житомирський державн. Технологічний університет. Зб. наук. праць. Вип. 3. – Житомир, 2006. - С. 171-180.
  7.  Скиба О. П. Дослідження сили затиску заготовок затискними гвинтовими патронами / І. Б. Гевко, О. П. Скиба // Вісник ТДТУ. – Тернопіль, 2009. – Том 14. - №2. – С. 57-62. – (машинобудування, автоматизація виробництва та процеси механічної обробки).
  8.  Скиба О. П. Дослідження силових параметрів формоутворення гвинтових затискних елементів / О. П. Скиба, О. Л. Ляшук // Вісник ТНТУ – Тернопіль, 2010. - Том 15. - №1. - С. 102.
  9.  Скиба О. П. Методика визначення складової сили різання при проточуванні гвинтових робочих органів машин / О. П. Скиба, А. Є. Дячун, О. В. Фльонц // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник. – Луцьк, 2007. - №20. – С. 80-82.
  10.  Скиба О. П. Результати експериментальних досліджень сили затиску затискних механізмів з гвинтовими елементами / Р. Я. Лещук, О. П. Скиба // Луцький національний технічний університет. Наукові нотатки. -  Луцьк, 2009. - С. 324-328.
  11.  Скиба О. Розрахунок затискних оправок верстатів з гвинтовими гофрованими елементами / Б. Гевко, О. Скиба, А. Дячун // Вісник ТДТУ. – Тернопіль, 2008. - С. 54-60.
  12.  Скиба О. П. Теоретичні передумови виготовлення гвинтових гофрованих заготовок способом прокатування та завивання / А. Є. Дячун, О. П. Скиба // Прогресивні напрямки розвитку машино-приладобудівних галузей і транспорту. Матеріали міжнар. Наук.-техн. конф. студ., асп. та молодих вчених, 12-16 травня 2008 р.: тези доп. – Севастополь, 2008. Т. 1. – С. 50-52.
  13.  Скиба О. П.. До питання розрахунку конструктивних параметрів затискних пристроїв з гвинтовими елементами / І. Б. Гевко, В. В. Васильків, І. С. Геник, О. П. Скиба // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). – Вип. 17. – Луцьк 2005: Ред.- вид. відділ ЛДТУ. – С. 49-57.
  14.  Пат. 15685 UA, МПК B23B 31/02. Патрон з шнековим затиском і пневматичним приводом. / Кочубинська О.П, Гевко І. Б., Васильків В. В., Геник І. С. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200600059; заявл. 03.01 2006; опубл. 17.07.2006, Бюл. №7.
  15.  Пат. 16499 UA, МПК B23B 31/02. Шнековий патрон з пневматичним приводом. / Кочубинська О. П., Гевко І. Б., Васильків В. В., Геник І. С. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200601164; заявл. 06.02.2006; опубл. 15.08.2006, Бюл. №8.
  16.  Пат. 16500 UA, МПК B23B 31/02. Патрон для затиску тонкостінних втулок. / Кочубинська О. П, Гевко І. Б., Васильків В. В. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200601165; заявл. 06.02.2006; опубл. 15.08.2006, Бюл. №8.
  17.  Пат. 17465 UA, МПК F16С15/00. Цанговий гвинтовий патрон. / Кочубинська О.П., Васильків В. В. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200604540; заявл. 25.04.2006; опубл. 15.05.2006, Бюл. №9.
  18.  Пат. 19342 UA, МПК B23B 31/20. Шнековий патрон з кулачковим затискачем. / Кочубинська О.П, Васильків В. В., Радик Д. Л., Драган А. П. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200606327; заявл. 07.06.2006; опубл. 15.12.2006, Бюл. № 12.
  19.  Пат. 20308 UA, МПК B65G 33/00. Стенд для досліджень характеристик затискних патронів. / Кочубинська О. П., Гевко І. Б., Васильків В. В. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200608397; заявл. 26.07.2007; опубл. 15.01.2007, Бюл. №1.
  20.  Пат. 24991 UA, МПК G01B 3/00. Контрольний пристрій. / Гевко І. Б., Брощак І. І., Дзюра В. О., Кочубинська О.П..(UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200701677; заявл. 19.02.2007; опубл. 25.07.2007, Бюл. №11.
  21.  Пат. 45065 UA, МПК F16D7/00. Патрон гвинтовий затискний. / Кочубинська О.П., Ляшук О. Л., Гагалюк А. В., Дячун А. Є., Гевко І. Б. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200904865; заявл. 18.05.2009; опубл. 26.10.2009, Бюл. №20.
  22.  Пат. 50936 UA, МПК F16B 2/20. Гвинтовий захоплюючий патрон промислового робота. / Скиба О.П., Ляшук О. Л., Палюх А. Я., Гевко І. Б., Дячун А. Є. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200914012; заявл. 31.12.2009; опубл. 25.06.2010, Бюл. №12.
  23.  Пат. 46140 UA, МПК G01L 5/00. Пристрій для заміру силових параметрів при обробленні поверхонь обертання. / Кочубинська О.П., Гагалюк А. В., Ляшук О. Л., Брощак І. І., Вовк Ю. Я., Гевко І. Б. (UA); заявник і патентовласник Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя (UA). - № u 200906209; заявл. 15.06.2009; опубл. 10.12.2009, Бюл. №23.

Анотація

Скиба О.П. Синтез гвинтових затискних пристроїв для закріплення тонкостінних заготовок на металорізальних верстатах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти.

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2010.

Робота присвячена розширенню можливості затиску тонкостінних заготовок гвинтовими затискними пристроями, розробці відповідного оснащення з обґрунтуванням його конструктивних і технологічних параметрів.

Розроблено багатоваріантну структуру конструктивних та функціональних можливостей реалізації процесів затиску, а також принципи синтезу необхідного технологічного оснащення, яке вдосконалюється з використанням трьох ієрархічних рівнів. Для їх досліджень спроектовано і виготовлено спеціальні пристрої.

Розроблено теоретичні передумови базування і затиску заготовок гвинтовими затискними пристроями з циліндричними, конічними і гофрованими затискними елементами, виведено аналітичні залежності для визначення силових характеристик і конструктивних параметрів.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень впроваджено у виробництво.

 Ключеві слова: гвинтовий затискний пристрій, гвинтовий затискний елемент, затиск заготовок, синтез, верстат.

Аннотация 

Скиба О.П. Синтез винтовых зажимных устройств для закрепления тонкостенных заготовок на металлорежущих станках. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 – процессы механической обработки, станки и инструменты.

Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2010.

Работа посвящена обеспечению равномерно распределенного зажима по поверхности тонкостенных заготовок винтовыми зажимными элементами, разработке соответствующей оснастки с обоснованием конструктивных и технологических параметров.

Разработана многовариантная структура конструктивных и функциональных возможностей реализации способов зажима, а также принципы синтеза технологическй оснастки, которие усовершенствуется с использованием трёх иерархических уровней. Для исследований спроектированы и изготовлены специальные приспособления.

Разработаны теоретические предпосылки базирования и зажима заготовок винтовыми зажимными устройствами с цилиндрическими, коническими гофрированными зажимными элементами, выведены аналитические зависимости для определения силовых характеристик и конструктивных параметров.

Выведены аналитические зависимости, которые описывают величину изменения геометрических параметров винтовых зажимных элементов цилиндрической, конической и гофрированной форм от действия внешней нагрузки. Исследована зависимость осевой силы в зажимных устройствах от величины изменения радиуса винтового зажимного элемента.

Приведенные результаты экспериментальных исследований на основе полнофакторного эксперимента ЗЗ, исследованы величины момента зажима цилиндрических заготовок винтовыми зажимными элементами. Максимальное значение зажимного момента достигает 210 Н·м, при этом минимальное значение составляет 75 Н·м при минимальном количестве витков и минимальной величине внешнего диаметра зажимного элемента. Установлено, что основными факторами, которые влияют на увеличение момента зажима есть диаметры винтовых зажимных элементов и количество их витков.

Исследована зависимость осевой силы в зажимных устройствах от величины изменения радиуса винтового зажимного элемента. При этом установлено, что чем большее поперечное сечение материала винтового зажимного элемента, и изменение его радиуса, тем большей должна быть осевая сила.

Исследована жесткость системы винтовое зажимное устройство - деталь. Установлено, что прогиб этой системы под действием радиальной внешней нагрузки уменьшается с увеличением поперечного сечения материала винтового зажимного элемента. Упругие деформации зажимных устройств происходят прямопропорционально внешней нагрузке. При этом, чем большее поперечное сечение зажимных винтовых элементов, тем большая жесткость системы винтовой зажимный патрон - заготовка. Максимальная величина прогиба зависит от точности обработки и обеспечивается способом закрепления заготовки и изменением жесткости зажимного устройства.

Разработана инженерная методика проектирования винтовых зажимных устройств с коническими и гофрированными винтовыми элементами. Техническая новизна разработок защищена 10-ю декларационными патентами Украины на изобретения.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в производство и учебный процесс.

Ключевые слова: винтовое зажимное устройство, винтовой зажимной элемент, зажим заготовок, синтез, станок.

Annotation

Skyba O.P. The synthesis of screw clutch devices for fastening the thin-walled billets on metal-cutting tools. – Manuscript.

The thesis for the scholarly degree of a Candidate of Science (Engineering) in a speciality 05.03.01 – processes of mechanical processing, tools and instruments.

Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University, Ternopil, 2010.

The thesis is dedicated to broadening the possibility of clutching the thin-walled billets by means of screw clutch devices as well as to developing the proper equipment with the substantiation of its structural parameters.

The multi-variant structure of structural and functional possibilities for realizing the clutching processes is developed as well as the principles of synthesis of technological supply which are proved in three hierarchical levels. To research them, special devices are designed and made.

The theoretical pre-conditions of basing the clutch of billets by means of screw clutch devices with cylindrical, conic crimp clutch elements are substantiated, the analytical dependences for the determining of power structural parameters are developed.

The results of theoretical and experimental investigations are put into production.

Key words: screw clutch devices, screw clutch element, clutching of billets, machine-tool, synthes. 


Видавництво Тернопільського національного

технічного університету імені Івана Пулюя

46001 м. Тернопіль, вул. Руська, 56

Реєстраційне свідоцтво ДК №1258 від 05.03.2003 р.

Підписано до друку 26.11.2010 р. Формат 6090/16

Папір ксероксний. Гарнітура Times New Roman.

Умов.друк.арк. 1,0.

Наклад  100 прим. Зам. 58.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4804. Технические средства автоматизации и управления 1.77 MB
  Классификация, типовое обеспечение и интеграция современных автоматизированных систем управления Классификация автоматизированных систем управления АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом, представляюща...
4805. Управление инновационной деятельностью предприятия 79.5 KB
  Управление инновационной деятельностью предприятия Тема включает два раздела: Содержание инновационного менеджмента. Организационные формы инновационного менеджмента. Содержание инновационного менеджмента Вопросы: Содержание инновационной де...
4806. Теории мотивации в современном управлении 65.22 KB
  Теории мотивации в современном управлении Введение Человека побуждает к активным действиям необходимость удовлетворения различных потребностей. Демокрит рассматривал потребность как основную движущую силу, которая сделала ум человека изощренным, поз...
4807. Проблемы и перспективы правового обеспечения страхования жизни в Украине 73 KB
  Данный реферат посвящен теме правовое обеспечение страхования в Украине. Данная тема является актуальной, поскольку правовое обеспечение страхования Украины необходимо знать каждому гражданину, так это непосредственно касается каждого. Прав...
4808. Токарный станок. Обработка наружных конических поверхностей заготовок 51.5 KB
  Токарный станок Токарный станок предназначен для обработки преимущественно тел вращения путём снятия с них стружки при точении. Так сказать — это один из древнейших станков, на основе которого создавались станки сверлильной, расточной и др. гру...
4809. Проектирование технологических котлетоформовочных машин 258 KB
  Котлетоформовочная машина: Диаметр бункера D=0,265 м Max=0,130 м, Min=0,035 м (расстояние от оси вращения до рабочих точек лопасти) Частота вращения формовочного стола n1=0,2 с-1 Частота вращения лопасти n=0,60 с-1 Диаметр фо...
4810. Боевые искусства древней Греции 93.5 KB
  Введение Единоборство в широком смысле (т.е. в том, который выходит за рамки понятий честной схватке один на один) является неким способом, позволяющим уцелеть в бою, достигнуть поставленных целей – по обороне или нападению. Боевое искусство ...
4811. Биосфера. Воздействие человека на биосферу 82.5 KB
  С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы и окружающей среды. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. С появлением и развитием человечества процесс ...
4812. Определение минимально необходимой совокупности контролируемых параметров 370.21 KB
  Задание: определение минимально необходимой совокупности контролируемых параметров. Функционально-логическая модель объекта контроля представлена на бланке задания. Функционально-логическая модель объекта контроля. Таблицу функций не...