Повышение эффективности производства крепежных изделий
Буленков Е. А. ДонНТУ, кафедра технологии машиностроения
В современном машиностроении широко применяются резьбовые крепежные изделия (болты, винты, гайки, и др. ), которые позволяют получить надежное разборное соединение при минимальных затратах времени и труда. При использовании резьбовых соединений возникает проблема самоотвинчивания крепежных деталей, которая в общем случае еще не решена. Под влиянием вибраций и других воздействий окружающей среды, целостность соединения нарушается из-за раскручивания гаек, винтов, болтов. В настоящее время существуют различные способы стопорения крепежных изделий: применение контргаек, шплинтов, пружинных шайб, "вязка" проволокой и др.; однако реализация этих способов связана с использованием дополнительных метизных изделий, и дополнительными затратами труда, что неэффективно в резьбовых соединениях, которые разбираются только во время капитального ремонта. Решением данной проблемы стало применение самостопорящихся гаек. Самостопорящаяся гайка (Рис.1) состоит из корпуса и нейлонового кольца-вставки, которое закрепляется при помощи завальцовки торцевого выступа. Внутренний диаметр вставки выполняется меньше внутреннего диаметра резьбы, что обеспечивает надежное стопорение гайки при работе за счет увеличения сил трения между поверхностями резьбы и нейлонового кольца. Наличие неметаллической деформируемой вставки позволяет получить герметичное соединение, гайка может неоднократно использоваться после отвинчивания. Ввиду несомненных преимуществ самостопорящихся гаек перед другими крепёжными изделиями, они не получили повсеместного распространения.
|
Рис.2.-Схема роторной машины для завальцовки самостопорящейся гайки.
|
Это связано в первую очередь с трудностями, которые возникают при автоматизации сборочной операций (завальцовка), а также при транспортировании деталей между обрабатывающими машинами. Целью проводимых исследований было повышение технико-экономических показателей изготовления изделий с деформированным торцом путем применения многономенклатурных роторных систем как средства комплексной автоматизации производства. Автоматические линии роторного типа позволяют изготавливать на одном технологическом оборудовании одновременно несколько типоразмеров самостопорящихся гаек, при этом возможна автоматизация всего технологического процесса обработки, то есть комплексная автоматизация производства. Так как крепежные детали - это изделия массового производства, то применение высокопроизводительных роторных систем позволит получить значительный экономический эффект.
В ходе выполнения работы был исследован новый способ обработки (завальцовки) самостопорящихся гаек (Рис.2), в котором повышение точности завальцовки выполняется за счет совмещения технологического и транспортного движения. Это дает возможность исключить привод рабочего движения технологической машины и выполнять завальцовку только за счет прецессионного транспортного движения инструментов. Рабочий ротор (Рис.2) имеет инструменты 1, закрепленные непосредственно на наклонной шайбе 2, и барабан 3 с пазами 4 для установки самостопорящихся гаек 5. При работе рабочего ротора, самостопорящиеся гайки 5 по входному потоку “Q” поступают в пазы 4 барабана 3. При этом за счет того, что барабан 3 и наклонная шайба 2 с инструментами 1 вращается вокруг своих продольных осей, расположенных с угловым смещением, в наиболее низком положении инструментов 1 происходит завальцовка ободка самостопорящихся гаек 5. Выгружаются самостопорящиеся гайки 5 по выходному потоку “b”. При проведении кинематического анализа предложенной схемы обработки была исследована зависимость положения инструмента относительно обрабатываемой детали.
|
Рис.3.- Траектории движения.
|
Так как траектория движения верхнего ротора, несущего инструмент, проецируется на горизонтальную плоскость в виде эллипса, близкого к окружности (Рис.3), а траектория движения детали представляет собой правильную окружность, при обработке изделий возникает смещение инструмента относительно детали. Смещение инструмента рассчитывается по формуле.
где:
H(a) - смещение инструмента, мм;
Р - радиус начальной окружности, на которой расположены инструменты и детали, мм;
a - угол поворота ротора, град.
j - угловое смещение, град.
|
Рис.4. - Смещение инструмента.
|
Графики смещения инструмента в декартовой и полярной системах координат представлены на рисунке 4. Как видно из графика (Рис.4), погрешность положения инструмента носит периодический характер и её вид напоминает лемнискату Бернулли. Так как траектория смещения инструмента в момент его контакта с деталью имеет вид плавной кривой, то значит резких изменений в процессе завальцовки происходить не будет.
|
Рис,5. - Схема роторной машины.
|
В качестве альтернативного варианта при анализе возможных способов завальцовки самостопорящихся гаек рассматривался способ обработки, изображенный на рисунке 5. Здесь цифрой 1 обозначен барабан, на котором размещены инструменты 3. Детали 4 устанавливаются в позиции, размещенные на барабане 2. Во время работы, детали 4 при вращении барабана 2 подаются в зону обработки. При этом за счет того, что барабан 2 и шайба 1 с инструментами 3 вращается вокруг своих продольных осей, расположенных эксцентрично, в наиболее узком положении инструментов 3 происходит завальцовка ободка самостопорящихся гаек 4. При проведении исследований роторной машины (см. рисунок 5) были проанализированы кинематические зависимости между инструментом и деталью. Было установлено, что соотношение между диаметрами инструментального (1) и транспортного (2) барабанов должно быть обязательно целым числом. В противном случае не обеспечивается необходимое условие обработки - равенство линейных скоростей.
|
Рис.6 Траектории движения.
|
На рисунке 6 представлены траектории движения инструмента (синим цветом) и детали (красным цветом), которые были использованы для анализа погрешности обработки. Зависимость расстояния между инструментом и деталью выражается формулой 2.
где:
l - расстояние между деталью и инструментом, мм;
b - радиус большего (детали) барабана, мм;
а - радиус меньшего (инструмент) барабана, мм;
a - угол поворота большего (детали) барабана, град.
На рисунке 7 представлены графики зависимости расстояния между деталью и инструментом от угла поворота транспортного барабана в декартовой и полярной системе координат. Из рисунка 7 видно, что погрешность положения инструмента, присущая первому способу обработки, в данном случае отсутствует, а взаимодействие инструмента и детали происходит без рывков и ударов.
|
Риc.7 Графики зависимости расстояния между деталью и инструментом от угла поворота большего ротора.
|
С кинематической точки зрения наиболее благоприятные условия для завальцовки самостопорящихся гаек создаются при использовании роторных машин, изображенных на рисунке 5. Эти машины более целесообразно использовать также и с точки зрения простоты конструктивного исполнения. Однако наряду с преимуществами, у этих машин есть и недостатки. Учитывая, что соотношение между диаметрами барабанов должно быть целым числом, радиус меньшего ротора должен быть как минимум в три раза меньше радиуса большего барабана (в противном случае сильно усложняется конструкция несущих частей машины). Ограничение диаметра инструментального барабана не позволяет полностью использовать возможности многономенклатурных роторных машин, а многократное использование инструмента (как минимум три оборота инструментального барабана за один оборот транспортного) приведет к его быстрому износу и частым поломкам. Учитывая это, а также с точки зрения маршрутизации предметов обработки и исходя из коэффициента полезного использования площади наиболее эффективны роторные машины, представленные на рисунке 2. Применение роторных машин новой конструкции приведет к повышению технико-экономических показателей производства самостопорящихся гаек в первую очередь за счет автоматизации малопроизводительных сборочных операций завальцовки. Анализ кинематических параметров новых роторных машин позволил критически оценить эффективность предложенных конструкций машин и обоснованно выбрать наиболее оптимальную конструкцию. Проведенные исследования зависимости расстояния между инструментом и деталью могут быть использованы при проектировании подобных машин и при разработке новых механизмов.
Список литературы
1. Михайлов А. Н. Разработка методов проектирования высокоэффективных поточно-пространственных технологических систем. Автореферат дис. на соискание докт. техн. наук.- Киев: КПИ, 1992.-33с.
Источник - Специализированный журнал "Метизы" № 12 2002 год Ассоциация "РосМетиз"
|
