О возникновении первичных погрешностей при формировании показателей качества автоматизированной сборки резьбовых соединений
ART 96282
Авторы:
А.
Н. Потемкин, Д.
С. Карягин
А.
Н. Потемкин, Д.
С. Карягин Библиографическое описание статьи для цитирования:
Потемкин
А.
Н.,
Карягин
Д.
С. О возникновении первичных погрешностей при формировании показателей качества автоматизированной сборки резьбовых соединений // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
1816–1820. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96282.htm.
Аннотация. В статье рассмотрены исходные сборочные компоненты, оказывающие влияние на показатели качества автоматизированной сборки резьбовых соединений. Даны рекомендации о возможностях уменьшения степени их влияния на разброс момента затяжки резьбовых соединений и повышение качества выполнения сборочных работ.
Ключевые слова:
пневматические гайковерты, резьбовые соединения, пневматический двигатель, разброс момента затяжки, средства активного контроля
Текст статьи
Потемкин Алексей Николаевич,доцент ФГБОУ ВО "Пензенский государственный технологический университет", ПензГТУpan580@yandex.ru
Карягин Дмитрий Сергеевич,студент факультета Промышленных технологий ФГБОУ ВО "Пензенский государственный технологический университет", ПензГТУ, Пензаpan058@yandex.ru
О возникновении первичных погрешностей при формировании показателей качества автоматизированной сборки резьбовых соединений
Аннотация.В статье рассмотрены исходные сборочные компоненты,оказывающиевлияние на показатели качестваавтоматизированной сборкирезьбовых соединений. Даны рекомендации о возможностях уменьшения степени их влияния на разброс моментазатяжки резьбовых соединений и повышениекачества выполнения сборочных работ.Ключевые слова:резьбовые соединения, пневматические гайковерты, пневматический двигатель, разброс момента затяжки, средства активного контроля.
В последнее время существенно повысились требования и качеству выпускаемой продукции, которое во многом определяетсякачествомвыполнениясборочных работ. В полной мере это относится и к сборке резьбовых соединений (далее РС.Напомним, что подкачествомсборки РС обычно понимают обеспечение требуемой величины и минимального разброса усилия затяжки )[1, 2]. Это соответствует получению в материале деталей резьбового крепежа требуемого уровня напряженного состояния в пересчете от предела текучести [2, 3]. При этом контроль усилия затяжки осуществляют не напрямую, а по косвенным параметрам–по крутящемумоменту, углу поворотаили, в некоторых случаях, поудлинениютела болта[2]. Наиболее производительным и простым, а потому получившим наибольшее распространение в машиностроении, является метод контроля затяжки помоменту [1, 2].Технические требования к сборке РС предусматривают обеспечение требуемой величины и минимального рассеивания разброса)контролируемого параметразатяжки–момента затяжки. Несоблюдение данного требования может привести,и зачастую приводит,к перегрузке РС, перекосам, деформации, поломке закрепляемых деталей, разрушению прокладок, нарушению плотности стыка.Это можетиметь место как непосредственно в процессе затяжки РС, так и во времядальнейшей его эксплуатации, например, в условиях динамическогов том числе повторнопериодического нагружения[4].Заметим также, что если на стадии проектирования резьбового узла, при широком использовании систем автоматизированного проектирования [5], ошибки практически исключены, то на стадии непосредственного выполнения сборочных работ еще имеет место отклонение от установленных конструктором требований. Поэтому ответственные РС подлежат обязательной проверке и, при необходимости, дотягиваются динамометрическими ключами, что, снижает производительность и увеличивает трудоемкость сборочных работ. Модель формирования качества выполнения сборочных работ, в общем случае, может быть представлена в виде [6]:,где
множество параметров исходных сборочных компонентов;
множество промежуточных параметров сборочных единиц, формируемых реализацией текущей операции;
выходные параметры;
текущее значение параметра.Применительно к сборке РС, под множеством параметров исходных сборочных компонентов понимают используемые крепежные элементы и сопрягаемые детали, поступающие на сборочную операцию, их размерную точность, вид покрытия, класс прочности крепежных элементов и механические характеристики сопрягаемых деталей, шероховатость, технологические возможности оборудования и оснастки, правильность его настройки, используемые средства контроля [6].Под множеством промежуточных параметров сборочных единиц понимают точность ориентации и позиционирования, а также надежность и стабильность наживления деталей РС [6].Под выходными параметрами понимают величину и разброс контролируемых в результате затяжки РС параметров крутящий момент, угол поворота, удлинение [6].Заметим, что характерной особенностью формирования показателей качества сборки является то обстоятельство, что их основа закладывается еще на уровне исходных сборочных компонентов . Поэтому остановимся на этом вопросеболее подробно. Для удобства, объединимсборочные компоненты в группы.
Первая группа исходных сборочных компонентов, включает в себя погрешности связанные с неточностями изготовления всех элементов резьбового узла как непосредственно резьбового крепежа, так и сопрягаемых деталей РС, с влиянием механических характеристик применяемых материалов и используемых покрытий.В первую очередь, на рассеивание разброс момента затяжки РС () будут оказывать влияние точностные параметры деталей резьбового соединения. Так по данным работ [1, 2, 6] было установлено, что у реальных РС имеет место отклонение размеров резьбового профиля наружного , среднего , внутреннего диаметров резьбы от установленных ГОСТ. Смещение середин полей допусков на размеры резьбового профиля обуславливает различные зазоры в зоне свинчивания. Это приводит к изменению зоны фактического касания поверхностей резьбовых профилей, а, следовательно, к колебаниям коэффициента трения в резьбе .Наибольшего внимания заслуживает отклонение среднего диаметра резьбы и обусловленная этим вариация посадок [1]. Например, для РС при выполнении теоретически заданной посадки величина зазора между внутренней и наружной резьбой по диаметру может изменяться в пределах 30288 мкм. У реальных РС колебание размера может быть еще большим. Но независимо от того укладывается величина в пределы допуска или нет, ее влияние на величину , а, следовательно, и на РС будет иметь место.Неперпендикулярность торца головки болта к его оси, вызывает колебание коэффициента трения на торце, что также будет оказывать влияние на процесс затяжки РС и формирование его качественных показателей [6].Заметим также, что, на практике, могут иметь место и погрешности геометрической формы резьбового крепежа в продольном сечении конусность, бочкообразность, седлообразность. Онибыли замечены нанаружном , среднем
и внутреннем диаметрахрезьбы [1, 6].Следовательно, предпосылки переноса погрешностей на завершающий этап –затяжку РС, где они проявятся в виде “недотяга” или “перетяга” резьбы, очевидны, а поэтому заслуживают должного внимания.Необходимо такжеучитыватьи физикомеханические особенности материаловдеталей резьбовой парыи свойства применяемых покрытий[7, 8, 9].Уменьшение влияния первичныхпогрешностей на РС от неточности изготовления резьбового крепежа, а также других исходных сборочных компонентов первой группы, возможно за счет применения контрольнодиагностических средств на стадии технологической подготовки производства. Это позволит повысить точность настройки резьбосборочного оборудования гайковерта и достоверность определения требуемого уровня нагружения РСв процессе затяжки.
Вторая группа исходных сборочных компонентов обусловлена особенностями используемого резьбосборочного оборудования пневматических гайковертов, винтовертов и т.п., а также скоростью выполнения сборочной операции.Заметим, что целесообразность применения того или иного типа резьбосборочного оборудования зависит от требуемого качества сборки, размеров, массы собираемых деталей, от их конструктивных особенностей, серийности производства и других факторов [1]. Наиболее массовым средством механизации резьбосборочных операций, в условиях серийного и массового производства, в виду своей мобильности и универсальности, остаются переносные устройства механизированный резьбосборочный инструмент: гайковерты, винтоверты, шпильковерты и т.п. Технические возможности и особенности конструкции таких устройств в значительной степени определяются типом используемых приводов и энергоносителей. В большинстве случаев они оснащаются пневматическими двигателями, из всего многообразия которых, в качестве привода резьбосборочного оборудования, наиболее часто, применяют пневматические двигатели вращательногодвижения [1, 2, 10, 11, 12]. Существуют конструкции пневматических гайковертов с двигателями поступательного движения [1], однако широкого применения они пока не получили.Поперечный разрез нереверсивного пневматического двигателя представлен на рисунке 1. Заметим, что конструктивно вращательные пневматические двигатели могут отличаться от представленного на рисунке 1. В частности пазы ротора нереверсивного двигателя могут иметь как радиальное, так и тангенциальное расположение [2, 12]. Другим может быть ичисло лопаток двигателя, но наиболее часто его выбирают из интервала [1, 2, 10, 12].Рабочая камера пневматического двигателя рисунок 1 образуется внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора, поверхностями торцовых крышек и боковыми поверхностями двух соседних лопаток. Уплотнение рабочей камеры обеспечивается малыми линейными зазорами между торцами крышек и ротором, между торцами крышек и лопатками, а также прижатием лопаток к внутренней поверхности статора под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора.
Рисунок 1 –Поперечный разрез нереверсивного пневматического двигателя вращательного движения
Здесь важно заметить, что конструктивные особенности пневматического двигателя, а именно: диаметр внутренней расточки статора , диаметр и длина ротора, величина эксцентриситета ротора , значения углов воздухораспределения , , , , вне всякого сомнения, оказывают влияние не только на его технические, но и на динамические характеристики [10, 12]. Однако на практике выбор двигателя для гайковерта производят исходя из получения максимального крутящего момента или развиваемой мощности, без детального анализа процессов протекающих в двигателе при его работе [2, 12].Следует также обратить внимание на то, что конструктивные особенности пневматического двигателя, в частности, число лопаток , оказывают влияние на колебания угловой скорости и крутящего момента на роторе двигателя, что имеет место как при установившемся, так и при переходных режимах его работы, а, следовательно, и в процессе затяжки РС [2, 12].
В работах [2, 12] было теоретически подтверждено наличие “динамической составляющей”, возникающей при работе пневматического двигателя гайковерта, а в работах [2, 10, 11] представлены результаты экспериментальных исследований ее влияния, в сочетании с другими факторами, на разброс момента затяжки РС. При использованиигайковертов оснащенных пневматическими двигателями вращательного движения,при угловой скорости шпинделя , разброс момента затяжки РС может достигать до 20% для гайковертов статического и до 40% для гайковертовударного действия[1, 2, 11, 12]. Заметим, чтосвязано это не только со сложностями кинематики и особенностями динамики данного технологического оборудования, нои непосредственно с физикой процесса нагружения РС и трудностями технологического обеспечения времени окончания процесса затяжки [1, 6, 12, 13]. В работе [13], основываясь на зависимости момента затяжки )от времени,с позиции обеспечения качества сборки, дано математическое описание явлений, которые могут нарушить однозначную взаимосвязь между угловой скоростью ротора и развиваемым крутящим моментом в процессе затяжки РС.Уменьшение влияния первичных погрешностей второй группы исходных сборочных компонентов на РС возможно при установлении взаимосвязи конструктивных особенностей технологического оборудования пневматического гайковерта с его техническими и динамическими характеристиками. Эффективное решение такой задачи, на наш взгляд,возможно при использовании специальных систем проектирования, когда резьбосборочное оборудование пневматическийгайковерт)с требуемыми конструктивными параметрами и характеристиками моглобы быть скомпонованопо модульному принципу на основе универсальных базовых компонентов.
Третья группа исходных сборочных компонентов связана с точностью применяемых способов и средств контроля качества выполнения сборочной операции в том числе средств активного контроля с позиций достоверности полученных результатов измерений.Напомним, что для достижения требуемой величины и постоянства развиваемого гайковертом крутящего момента в конструкциях резьбосборочного оборудования пневматических гайковертов могут устанавливаться ограничительные тарированные, кулачковые и фрикционные муфты [1, 2]. В этом случае ограничение крутящего момента осуществляется “механическим способом” при помощи тарированных пружин. Заметим, что вследствие инерционности этих и других элементов конструкции муфт они имеют низкое быстродействие, что в итоге приводит к рассеиванию разбросу развиваемого крутящего момента, а вследствие динамической взаимосвязи гайковерта с затягиваемым РС, к разбросу момента затяжки и ухудшению качества сборки. По этим причинамприменение ограничительных муфт не может быть рекомендовано для затяжки ответственных РС. Перспективноенаправление научных исследований
разработкабесконтактных средств активного контроля. Например, одним из эффективных средств, позволяющих обеспечитьвысокую точность контроля измеряемой величины крутящего момента на валу гайковерта можно считатьдатчики, устанавливаемые в канал воздухораспределителя пневматического гайковерта [1]. Принцип работы такого датчика заключается в следующем: при включении гайковерта, поток сжатого воздуха изгибает чувствительный элемент, изменяя электрическое сопротивление наклеенных на его поверхности тензорезисторов. Электрический сигнал с датчика поступает в блок управления затяжкой и при достижении предельной величины, соответствующей требуемой величине момента затяжки РС, происходит отключение подачи сжатого воздуха в гайковерт [1]. Величина развиваемого гайковертом крутящего момента, в этом случае, контролируется бесконтактным методом по изменению параметров потока сжатого воздуха, а высокая чувствительность и быстродействие датчика обеспечивают высокую точность регистрации крутящего момента.Вработе [13] даноматематическое описаниечастотныхи угловых характеристикпроцесса затяжки РС пневматическим гайковертом статического действия с позиции обеспечениятребуемыхпоказателейкачества сборки, даны рекомендации по возможности их использования при разработке современных высокоточных средств активного контроля.Управлять первичными погрешностями третьей группы исходных сборочных компонентов возможно за счет разработки новых и модернизации существующих устройств гайковертов, винтовертов, шпильковертов и т.п., с учетом конкретных условий производства серийность и допускаемая погрешность измерений, а также за счет использования бесконтактных средств активного контроля.
Общие выводы.1. Перечисленные выше группы исходных сборочных компонентов , как по отдельности, так и в сочетании, в той или иной степени, способны оказывать влияние на разброс момента затяжки РС, а, следовательно, их изучение и определение количественных показателей оказываемого ими влияния, заслуживает должного внимания.2. Формирование показателей качества сборки РС, на уровне исходных сборочных компонентов , требует проведения исследований одновременно с учетом как конструкторского, так и технологического подходов.
Ссылки на источники1. Ланщиков,А.В. Технология и оборудование автоматизированной сборки резьбовых соединений: Монография// А.В. Ланщиков, В.Б. Моисеев –Пенза: Издво Пенз. Гос. унта, –1999. –259с.2. Потемкин,А.Н. Обеспечение качества сборки резьбовых соединений пневматическими гайковертами/ А.Н. Потемкин // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. –Пенза.Пензенский государственный университет.–2003. –174с.3. Схиртладзе, А.Г.Сопротивлениематериалов: учебник для студентов высших учебных заведений / А.Г. Схиртладзе, Б.В. Романовский, В.В. Волков, А.Н. Потемкин. –М: Изд. центр Академия. –2012. –412 с. 4. Потемкин, А.Н. К вопросу о повышении фреттингостойкости резьбовых соединений в условиях циклического нагружения/ А.Н. Потемкин, Н.Б. Романовская // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2015. –№ 2 24. –С. 122126.5. Потемкин, А.Н. Использование систем автоматизированного проектирования для расчета групповых резьбовых соединений/ А.Н. Потемкин, А.В. Лагутова // Современные информационные технологии. –Пенза: ПГТА. –2004. –№ 2. –С. 8586.6. Ланщиков, А.В. Формирование качества резьбовых соединений на стадиях проектирования и изготовления / А.В. Ланщиков // Сборка в машиностроении, приборостроении. –2003. №12. –С. 27 –36.7. Атрощенко, Э.С.Формирование структуры и свойств покрытий, получаемых микродуговым оксидированием, на изделиях алюминиевых сплавов /Э.С.Атрощенко,О.Е.Чуфистов,И.А.Казанцев, С.И. Камышанский // Металловедение и термическая обработка металлов. –2000. №10. –С. 34.8. Атрощенко, Э.С.Технология получения покрытий различного функционального назначения микродуговым оксидированием / Э.С. Атрощенко,И.А.Казанцев, О.Е. Чуфистов,А.Е.Розен, В.В. Симцов // Практика противокоррозионной защиты. –1999. №3. –С. 3239.9. Чуфистов,О.Е. Технология, строение и свойства покрытий, формируемых методами анодного оксидирования на алюминии и его сплавах / О.Е. Чуфистов, Е.А. Чуфистов, В.П. Артемьев // Цветные металлы. –2009. №10. –С. 5761.10. Кулишенко, С.А.Повышение качества сборки резьбовых соединений за счет изменения конструктивных параметров сборочного оборудования/ С.А. Кулишенко, А.Н. Потемкин // Сборка в машиностроении, приборостроении. –2011. –№ 7. –С. 3134.11. Потемкин, А.Н. К вопросу обеспечения точности и уменьшения разброса усилий затяжки групповых резьбовых соединений в условиях механизированной сборки/ А.Н. Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2013. –№ 6 10. –С. 161166.12. Потемкин, А.Н. К вопросу о нестабильности динамических характеристик ротационных пневматических двигателей/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18911895.13. Потемкин, А.Н. Частотные и угловые характеристики процесса затяжки резьбового соединения пневматическим гайковертом статического действия/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18961900.
Карягин Дмитрий Сергеевич,студент факультета Промышленных технологий ФГБОУ ВО "Пензенский государственный технологический университет", ПензГТУ, Пензаpan058@yandex.ru
О возникновении первичных погрешностей при формировании показателей качества автоматизированной сборки резьбовых соединений
Аннотация.В статье рассмотрены исходные сборочные компоненты,оказывающиевлияние на показатели качестваавтоматизированной сборкирезьбовых соединений. Даны рекомендации о возможностях уменьшения степени их влияния на разброс моментазатяжки резьбовых соединений и повышениекачества выполнения сборочных работ.Ключевые слова:резьбовые соединения, пневматические гайковерты, пневматический двигатель, разброс момента затяжки, средства активного контроля.
В последнее время существенно повысились требования и качеству выпускаемой продукции, которое во многом определяетсякачествомвыполнениясборочных работ. В полной мере это относится и к сборке резьбовых соединений (далее РС.Напомним, что подкачествомсборки РС обычно понимают обеспечение требуемой величины и минимального разброса усилия затяжки )[1, 2]. Это соответствует получению в материале деталей резьбового крепежа требуемого уровня напряженного состояния в пересчете от предела текучести [2, 3]. При этом контроль усилия затяжки осуществляют не напрямую, а по косвенным параметрам–по крутящемумоменту, углу поворотаили, в некоторых случаях, поудлинениютела болта[2]. Наиболее производительным и простым, а потому получившим наибольшее распространение в машиностроении, является метод контроля затяжки помоменту [1, 2].Технические требования к сборке РС предусматривают обеспечение требуемой величины и минимального рассеивания разброса)контролируемого параметразатяжки–момента затяжки. Несоблюдение данного требования может привести,и зачастую приводит,к перегрузке РС, перекосам, деформации, поломке закрепляемых деталей, разрушению прокладок, нарушению плотности стыка.Это можетиметь место как непосредственно в процессе затяжки РС, так и во времядальнейшей его эксплуатации, например, в условиях динамическогов том числе повторнопериодического нагружения[4].Заметим также, что если на стадии проектирования резьбового узла, при широком использовании систем автоматизированного проектирования [5], ошибки практически исключены, то на стадии непосредственного выполнения сборочных работ еще имеет место отклонение от установленных конструктором требований. Поэтому ответственные РС подлежат обязательной проверке и, при необходимости, дотягиваются динамометрическими ключами, что, снижает производительность и увеличивает трудоемкость сборочных работ. Модель формирования качества выполнения сборочных работ, в общем случае, может быть представлена в виде [6]:,где
множество параметров исходных сборочных компонентов;
множество промежуточных параметров сборочных единиц, формируемых реализацией текущей операции;
выходные параметры;
текущее значение параметра.Применительно к сборке РС, под множеством параметров исходных сборочных компонентов понимают используемые крепежные элементы и сопрягаемые детали, поступающие на сборочную операцию, их размерную точность, вид покрытия, класс прочности крепежных элементов и механические характеристики сопрягаемых деталей, шероховатость, технологические возможности оборудования и оснастки, правильность его настройки, используемые средства контроля [6].Под множеством промежуточных параметров сборочных единиц понимают точность ориентации и позиционирования, а также надежность и стабильность наживления деталей РС [6].Под выходными параметрами понимают величину и разброс контролируемых в результате затяжки РС параметров крутящий момент, угол поворота, удлинение [6].Заметим, что характерной особенностью формирования показателей качества сборки является то обстоятельство, что их основа закладывается еще на уровне исходных сборочных компонентов . Поэтому остановимся на этом вопросеболее подробно. Для удобства, объединимсборочные компоненты в группы.
Первая группа исходных сборочных компонентов, включает в себя погрешности связанные с неточностями изготовления всех элементов резьбового узла как непосредственно резьбового крепежа, так и сопрягаемых деталей РС, с влиянием механических характеристик применяемых материалов и используемых покрытий.В первую очередь, на рассеивание разброс момента затяжки РС () будут оказывать влияние точностные параметры деталей резьбового соединения. Так по данным работ [1, 2, 6] было установлено, что у реальных РС имеет место отклонение размеров резьбового профиля наружного , среднего , внутреннего диаметров резьбы от установленных ГОСТ. Смещение середин полей допусков на размеры резьбового профиля обуславливает различные зазоры в зоне свинчивания. Это приводит к изменению зоны фактического касания поверхностей резьбовых профилей, а, следовательно, к колебаниям коэффициента трения в резьбе .Наибольшего внимания заслуживает отклонение среднего диаметра резьбы и обусловленная этим вариация посадок [1]. Например, для РС при выполнении теоретически заданной посадки величина зазора между внутренней и наружной резьбой по диаметру может изменяться в пределах 30288 мкм. У реальных РС колебание размера может быть еще большим. Но независимо от того укладывается величина в пределы допуска или нет, ее влияние на величину , а, следовательно, и на РС будет иметь место.Неперпендикулярность торца головки болта к его оси, вызывает колебание коэффициента трения на торце, что также будет оказывать влияние на процесс затяжки РС и формирование его качественных показателей [6].Заметим также, что, на практике, могут иметь место и погрешности геометрической формы резьбового крепежа в продольном сечении конусность, бочкообразность, седлообразность. Онибыли замечены нанаружном , среднем
и внутреннем диаметрахрезьбы [1, 6].Следовательно, предпосылки переноса погрешностей на завершающий этап –затяжку РС, где они проявятся в виде “недотяга” или “перетяга” резьбы, очевидны, а поэтому заслуживают должного внимания.Необходимо такжеучитыватьи физикомеханические особенности материаловдеталей резьбовой парыи свойства применяемых покрытий[7, 8, 9].Уменьшение влияния первичныхпогрешностей на РС от неточности изготовления резьбового крепежа, а также других исходных сборочных компонентов первой группы, возможно за счет применения контрольнодиагностических средств на стадии технологической подготовки производства. Это позволит повысить точность настройки резьбосборочного оборудования гайковерта и достоверность определения требуемого уровня нагружения РСв процессе затяжки.
Вторая группа исходных сборочных компонентов обусловлена особенностями используемого резьбосборочного оборудования пневматических гайковертов, винтовертов и т.п., а также скоростью выполнения сборочной операции.Заметим, что целесообразность применения того или иного типа резьбосборочного оборудования зависит от требуемого качества сборки, размеров, массы собираемых деталей, от их конструктивных особенностей, серийности производства и других факторов [1]. Наиболее массовым средством механизации резьбосборочных операций, в условиях серийного и массового производства, в виду своей мобильности и универсальности, остаются переносные устройства механизированный резьбосборочный инструмент: гайковерты, винтоверты, шпильковерты и т.п. Технические возможности и особенности конструкции таких устройств в значительной степени определяются типом используемых приводов и энергоносителей. В большинстве случаев они оснащаются пневматическими двигателями, из всего многообразия которых, в качестве привода резьбосборочного оборудования, наиболее часто, применяют пневматические двигатели вращательногодвижения [1, 2, 10, 11, 12]. Существуют конструкции пневматических гайковертов с двигателями поступательного движения [1], однако широкого применения они пока не получили.Поперечный разрез нереверсивного пневматического двигателя представлен на рисунке 1. Заметим, что конструктивно вращательные пневматические двигатели могут отличаться от представленного на рисунке 1. В частности пазы ротора нереверсивного двигателя могут иметь как радиальное, так и тангенциальное расположение [2, 12]. Другим может быть ичисло лопаток двигателя, но наиболее часто его выбирают из интервала [1, 2, 10, 12].Рабочая камера пневматического двигателя рисунок 1 образуется внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора, поверхностями торцовых крышек и боковыми поверхностями двух соседних лопаток. Уплотнение рабочей камеры обеспечивается малыми линейными зазорами между торцами крышек и ротором, между торцами крышек и лопатками, а также прижатием лопаток к внутренней поверхности статора под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора.
Рисунок 1 –Поперечный разрез нереверсивного пневматического двигателя вращательного движения
Здесь важно заметить, что конструктивные особенности пневматического двигателя, а именно: диаметр внутренней расточки статора , диаметр и длина ротора, величина эксцентриситета ротора , значения углов воздухораспределения , , , , вне всякого сомнения, оказывают влияние не только на его технические, но и на динамические характеристики [10, 12]. Однако на практике выбор двигателя для гайковерта производят исходя из получения максимального крутящего момента или развиваемой мощности, без детального анализа процессов протекающих в двигателе при его работе [2, 12].Следует также обратить внимание на то, что конструктивные особенности пневматического двигателя, в частности, число лопаток , оказывают влияние на колебания угловой скорости и крутящего момента на роторе двигателя, что имеет место как при установившемся, так и при переходных режимах его работы, а, следовательно, и в процессе затяжки РС [2, 12].
В работах [2, 12] было теоретически подтверждено наличие “динамической составляющей”, возникающей при работе пневматического двигателя гайковерта, а в работах [2, 10, 11] представлены результаты экспериментальных исследований ее влияния, в сочетании с другими факторами, на разброс момента затяжки РС. При использованиигайковертов оснащенных пневматическими двигателями вращательного движения,при угловой скорости шпинделя , разброс момента затяжки РС может достигать до 20% для гайковертов статического и до 40% для гайковертовударного действия[1, 2, 11, 12]. Заметим, чтосвязано это не только со сложностями кинематики и особенностями динамики данного технологического оборудования, нои непосредственно с физикой процесса нагружения РС и трудностями технологического обеспечения времени окончания процесса затяжки [1, 6, 12, 13]. В работе [13], основываясь на зависимости момента затяжки )от времени,с позиции обеспечения качества сборки, дано математическое описание явлений, которые могут нарушить однозначную взаимосвязь между угловой скоростью ротора и развиваемым крутящим моментом в процессе затяжки РС.Уменьшение влияния первичных погрешностей второй группы исходных сборочных компонентов на РС возможно при установлении взаимосвязи конструктивных особенностей технологического оборудования пневматического гайковерта с его техническими и динамическими характеристиками. Эффективное решение такой задачи, на наш взгляд,возможно при использовании специальных систем проектирования, когда резьбосборочное оборудование пневматическийгайковерт)с требуемыми конструктивными параметрами и характеристиками моглобы быть скомпонованопо модульному принципу на основе универсальных базовых компонентов.
Третья группа исходных сборочных компонентов связана с точностью применяемых способов и средств контроля качества выполнения сборочной операции в том числе средств активного контроля с позиций достоверности полученных результатов измерений.Напомним, что для достижения требуемой величины и постоянства развиваемого гайковертом крутящего момента в конструкциях резьбосборочного оборудования пневматических гайковертов могут устанавливаться ограничительные тарированные, кулачковые и фрикционные муфты [1, 2]. В этом случае ограничение крутящего момента осуществляется “механическим способом” при помощи тарированных пружин. Заметим, что вследствие инерционности этих и других элементов конструкции муфт они имеют низкое быстродействие, что в итоге приводит к рассеиванию разбросу развиваемого крутящего момента, а вследствие динамической взаимосвязи гайковерта с затягиваемым РС, к разбросу момента затяжки и ухудшению качества сборки. По этим причинамприменение ограничительных муфт не может быть рекомендовано для затяжки ответственных РС. Перспективноенаправление научных исследований
разработкабесконтактных средств активного контроля. Например, одним из эффективных средств, позволяющих обеспечитьвысокую точность контроля измеряемой величины крутящего момента на валу гайковерта можно считатьдатчики, устанавливаемые в канал воздухораспределителя пневматического гайковерта [1]. Принцип работы такого датчика заключается в следующем: при включении гайковерта, поток сжатого воздуха изгибает чувствительный элемент, изменяя электрическое сопротивление наклеенных на его поверхности тензорезисторов. Электрический сигнал с датчика поступает в блок управления затяжкой и при достижении предельной величины, соответствующей требуемой величине момента затяжки РС, происходит отключение подачи сжатого воздуха в гайковерт [1]. Величина развиваемого гайковертом крутящего момента, в этом случае, контролируется бесконтактным методом по изменению параметров потока сжатого воздуха, а высокая чувствительность и быстродействие датчика обеспечивают высокую точность регистрации крутящего момента.Вработе [13] даноматематическое описаниечастотныхи угловых характеристикпроцесса затяжки РС пневматическим гайковертом статического действия с позиции обеспечениятребуемыхпоказателейкачества сборки, даны рекомендации по возможности их использования при разработке современных высокоточных средств активного контроля.Управлять первичными погрешностями третьей группы исходных сборочных компонентов возможно за счет разработки новых и модернизации существующих устройств гайковертов, винтовертов, шпильковертов и т.п., с учетом конкретных условий производства серийность и допускаемая погрешность измерений, а также за счет использования бесконтактных средств активного контроля.
Общие выводы.1. Перечисленные выше группы исходных сборочных компонентов , как по отдельности, так и в сочетании, в той или иной степени, способны оказывать влияние на разброс момента затяжки РС, а, следовательно, их изучение и определение количественных показателей оказываемого ими влияния, заслуживает должного внимания.2. Формирование показателей качества сборки РС, на уровне исходных сборочных компонентов , требует проведения исследований одновременно с учетом как конструкторского, так и технологического подходов.
Ссылки на источники1. Ланщиков,А.В. Технология и оборудование автоматизированной сборки резьбовых соединений: Монография// А.В. Ланщиков, В.Б. Моисеев –Пенза: Издво Пенз. Гос. унта, –1999. –259с.2. Потемкин,А.Н. Обеспечение качества сборки резьбовых соединений пневматическими гайковертами/ А.Н. Потемкин // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. –Пенза.Пензенский государственный университет.–2003. –174с.3. Схиртладзе, А.Г.Сопротивлениематериалов: учебник для студентов высших учебных заведений / А.Г. Схиртладзе, Б.В. Романовский, В.В. Волков, А.Н. Потемкин. –М: Изд. центр Академия. –2012. –412 с. 4. Потемкин, А.Н. К вопросу о повышении фреттингостойкости резьбовых соединений в условиях циклического нагружения/ А.Н. Потемкин, Н.Б. Романовская // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2015. –№ 2 24. –С. 122126.5. Потемкин, А.Н. Использование систем автоматизированного проектирования для расчета групповых резьбовых соединений/ А.Н. Потемкин, А.В. Лагутова // Современные информационные технологии. –Пенза: ПГТА. –2004. –№ 2. –С. 8586.6. Ланщиков, А.В. Формирование качества резьбовых соединений на стадиях проектирования и изготовления / А.В. Ланщиков // Сборка в машиностроении, приборостроении. –2003. №12. –С. 27 –36.7. Атрощенко, Э.С.Формирование структуры и свойств покрытий, получаемых микродуговым оксидированием, на изделиях алюминиевых сплавов /Э.С.Атрощенко,О.Е.Чуфистов,И.А.Казанцев, С.И. Камышанский // Металловедение и термическая обработка металлов. –2000. №10. –С. 34.8. Атрощенко, Э.С.Технология получения покрытий различного функционального назначения микродуговым оксидированием / Э.С. Атрощенко,И.А.Казанцев, О.Е. Чуфистов,А.Е.Розен, В.В. Симцов // Практика противокоррозионной защиты. –1999. №3. –С. 3239.9. Чуфистов,О.Е. Технология, строение и свойства покрытий, формируемых методами анодного оксидирования на алюминии и его сплавах / О.Е. Чуфистов, Е.А. Чуфистов, В.П. Артемьев // Цветные металлы. –2009. №10. –С. 5761.10. Кулишенко, С.А.Повышение качества сборки резьбовых соединений за счет изменения конструктивных параметров сборочного оборудования/ С.А. Кулишенко, А.Н. Потемкин // Сборка в машиностроении, приборостроении. –2011. –№ 7. –С. 3134.11. Потемкин, А.Н. К вопросу обеспечения точности и уменьшения разброса усилий затяжки групповых резьбовых соединений в условиях механизированной сборки/ А.Н. Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2013. –№ 6 10. –С. 161166.12. Потемкин, А.Н. К вопросу о нестабильности динамических характеристик ротационных пневматических двигателей/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18911895.13. Потемкин, А.Н. Частотные и угловые характеристики процесса затяжки резьбового соединения пневматическим гайковертом статического действия/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18961900.
