КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ

DESIGN AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR MODERNIZATION OF MACHINE DEVICES OPERATING UNDER HIGH VIBRATION LOAD

Olesya Salova

Master student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseeva ",

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются конструкторско-технологические решения при модернизации станочных приспособлений, работающих в условиях повышенной вибрационной нагрузки. В частности, рассматривается возможность использования программного обеспечения Solid Simulation для расчета контактного давления и деформации резьбы при запрессовке, а так же использование резьбы Spiralock.

ABSTRACT

This article discusses design and technological solutions for the modernization of machine tools operating under conditions of increased vibration load. In particular, the possibility of using the Solid Simulation software for calculating the contact pressure and deformation of the thread during pressing is considered, as well as the use of Spiralock threads.

Ключевые слова: Solid Simulation, натяг, вибрации, станочное приспособление, Spiralock, исследование.

Keywords: Solid Simulation, tension, vibration, machine fixture, spiralock, research.

Довольно часто при обработке деталей на производстве используются станочные приспособления, позволяющие однозначно забазировать и закрепить обрабатываемую деталь при выполнении технологического процесса. При конструировании такого рода оборудования перед инженером-конструктором встает довольно сложная задача – спроектировать и изготовить такое станочное приспособление, которое будет технологичным, ремонтнопригодным, выполнимым, а так же простым в эксплуатации. Инженер-конструктор должен видеть работу проектируемого изделия и предусмотреть все моменты, которые могут негативно сказаться при обработке деталей.

В данной статье рассматривается модернизация станочного приспособления для обработки детали «Корпус» (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Деталь «Корпус»

При обработке данной детали используется специально спроектированое станочное приспособление типа «Оправка специальная» (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Конструкция станочного приспособления «Оправка»

Приспособление работает следующим образом: деталь закрепляется на штифты цилиндрической оправки и фиксируется прижимной шайбой сложной конструкции с помощью винта М8.

При использовании данной конструкции станочного приспособления в производстве была выявлена проблема, заключающаяся в том, что при определенных режимах резания возникает повышенная вибрационная нагрузка как следствие прерывистого режима обработки. Именно эта нагрузка приводит к ослаблению винта М8, что приводит к потере точности обработки. В качестве решения было принято использовать резьбовую вставку со специальной резьбой Spiralock (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Резьбовая вставка Spiralock

Изначально необходимо решить задачу запрессовки резьбовой вставки, определить минимальный и максимальный натяг и промоделировать деформацию резьбы вставки от контактного давления между сопрягаемыми деталями.

По известным формулам было определено, что для удержания максимального крутящего момента резания равного 2,98 Нм необходимо обеспечить минимальный расчетный натяг равный 5,24 мкм, а из условий прочности вставки - максимальный расчетный натяг равный 137,26 мкм. Из данного диапазона натягов была подобрана посадка соединения Ø25H9/x9, которая характеризуется минимальный технологическим натягом равным 12 мкм и максимальным технологическим натягом, равным 116 мкм [1].

Для определения деформации резьбовой вставки от запрессовки в основу целесообразно использовать программное обеспечение Solid Simulation [2]. При статическом исследовании в данном программном обеспечении имеется возможность задания контакта «Горячая посадка». Для ее реализации необходимо конструктивно построить объем пересечения, соответствующий значению максимального натяга 116 мкм (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Интерференция деталей при посадке с натягом

После задания материалов деталей, моделирования контактного взаимодействия, определения внешних силовых нагрузок и генерирования сетки конечных элементов было определено, что при натяге в 116 мкм возникает контактное давление равное 496 МПа (данное значение сопоставимо с предварительно проведенными теоретическими расчетами – 471…500 МПа) Эпюра контактного давления представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Эпюра контактного давления

После запрессовки резьбовой втулки в основу произойдет деформация (сжатие) резьбовой поверхности М8. Значение данной деформации можно определить по эпюру перемещений (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Эпюра деформации резьбовой поверхности вставки

По данной эпюре видно, что максимальная величина сжатия резьбовой поверхности равна 10,3 мкм. Данная деформация располагается в крайнем положении внутри основы. До данного сжатия поверхности резьбовая часть винта М8 ГОСТ 11738-84 не доходит. Остальные значения деформации резьбовой поверхности не наносят плавности закручивания винта никакого ущерба. Величина сжатия перекрывается зазором между резьбовыми поверхностями резьбовой втулки и винта М8 ГОСТ 11738-84.

Необходимо отметить, что на резьбовой вставке нарезана не обычная метрическая резьбы М8, а ее антивибрационный тип Spiralock [3]. В данной резьбе используется модифицированный профиль с наклонным 30-градусным клином в основании резьбы (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Резьба Spiralock

Исследование сравнения данной резьбы со стандартной показывает, что деформации по резьбу Spiralock распределены более равномерно. Если на стандартной резьбе основную нагрузку воспринимают только первые несколько витков, то на резьбе Spiralock нагрузка равномерно распределяется по винтовой линии (см. рисунок 8)

Рисунок 8. Сравнение стандартной резьбы и Spiralock

Резьба Spiralock имеет расширенный диапазон зацепления заблокированной резьбы, что делает ее более приемлемой для высоких вибрационных нагрузок по сравнению с обычной резьбой. Именно эта блокировка делает резьбу Spiralock привлекательной для многих конструкций, где крепежные детали должны сохранять свое заблокированное состояние в механически жестких условиях без доступа для периодического обслуживания крепежа

Список литературы:

1. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: учебник. М.: Лань, 2016. — 320 с.
2. SOLIDWORKS Simulation Help: официальный сайт. – URL: http://help.solidworks.com/2018/english/solidworks/cworks/idc_help_helptopics.htm (дата обращения: 21.11.2020)
3. Spiralock: официальный сайт. – URL: hhttps://www.stanleyengineeredfastening.com/brands/optia/spiralock (дата обращения: 21.11.2020)