Способ сборки подвижных соединений

 

Использование: в области машиностроения при сборке подвижных соединений. Сущность изобретения: производят измерение и анализ отклонений от круглости не менее чем в четырех равномерно расположенных вдоль оси деталей поперечных сечениях. Вычисляют функции зазора между сопрягаемыми поверхностями, функции износа и время работоспособности для разных возможных сочетаний отклонений от круглости по углу поворота в поперечных сечениях деталей. Наносят на детали метки и соединяют их при угловом смещении меток на угол ϕ. Величину угла v определяют из условия обеспечения максимального времени работоспособности соединения. 7 ил., 20 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при сборке подвижных соединений деталей, сопрягаемых поверхностями вращения, симметричными относительно оси соединения.

Известен способ сборки подвижных соединений сопрягаемых, например, симметричными относительно оси поверхностями вращения деталей типа шток-втулка, включающий взаимное ориентирование собираемых деталей и последующее их соединение (1).

Известный способ имеет недостаток, заключающийся в том, что он не учитывает характер будущего износа и время работоспособности соединения, в результате чего не обеспечивается требуемая долговечность.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение долговечности соединений.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе сборки подвижных соединений сопрягаемых, например, симметричными относительно оси поверхностями вращения деталей типа шток-втулка, включающем ориентирование собираемых деталей и последующее их соединение, предварительно производят измерение и анализ отклонений от круглости соединяемых деталей, по меньшей мере, в четырех равномерно расположенных вдоль их оси поперечных сечениях, после чего вычисляют функции зазора между сопрягаемыми поверхностями, функции их износа и время работоспособности соединения для разных возможных сочетаний отклонений от круглости по углу поворота в поперечных сечениях деталей и наносят на детали метки, а взаимное ориентирование деталей осуществляют путем углового смещения меток на угол ϕ величину которого определяют из условия обеспечения максимального времени работоспособности соединения: где: S²_a дисперсия зазоров сопряжения для каждого угла ϕω_n S²_γ дисперсия скорости изнашивания для каждого угла vw_n математическое ожидание зазоров для каждого угла ϕω_n математическое ожидание скорости изнашивания для каждого угла ϕω_n ω угол дискретизации деления поперечного сечения, n номер угла дискретизации.

Реализация данного изобретения позволяет решить техническую задачу повышения долговечности подвижного соединения путем обеспечения максимального времени его работоспособности.

При продольном перемещении штока во втулке ось штока и ось втулки имеют меняющиеся относительные смещения. Величина и знак этих смещений зависят от характера изменения формы рабочих контактирующих поверхностей штока и втулки. С тем, чтобы можно было прогнозировать траекторию относительного перемещения штока и втулки, их износ и максимальное время работоспособности соединения, в изобретении предлагается измерять, а затем анализировать отклонения от круглости не менее, чем в четырех равномерно расположенных продольных сечениях.

При увеличении числа сечений точность прогноза повышается. Однако трудоемкость измерения и анализа возрастает пропорционально числу сечений.

Следовательно, слишком большое число сечений не рационально из-за больших затрат, но принятое более четырех может быть обосновано. Малое число сечений, наоборот, рационально из этих же соображений. Существует критическое число сечений, меньше которого прогноз будет не достоверным. Таким критическим числом сечений принято число четыре. Сечения располагают равномерно для получения определенных результатов прогноза.

На фиг. 1 показана схема контактирования цилиндрических поверхностей подвижного соединения; на фиг. 2 отклонения от круглости рабочих поверхностей соединения в сечении 1-1; на фиг. 3 то же, в сечении П-П, на фиг. 4 то же, в сечении П-П; на фиг. 5 расположение рабочих поверхностей соединения при сборке с поворотом их на угол v;
на фиг. 6 схема соединения штока и буксы в примере реализации;
на фиг. 7 схема расположения и обозначения плоскостей продольного сечения рабочей поверхности штока.

Сущность способа сборки подвижных соединений состоит в следующем:
Подвижные соединения состоят из двух деталей, например, вала 1 и втулки 2, имеющих рабочие поверхности 3 и 4, соответственно. Реальный профиль цилиндрических рабочих поверхностей 3 и 4 после механической обработки, т.е. перед началом операции сборки, имеет отклонения от идеальной формы цилиндра, в поперечном сечении отклонения от круглости /фиг. 2-4/.

Принято, что отклонение от круглости имеют случайный характер. В связи с этим отклонения от прямолинейности образующих цилиндров рабочих поверхностей 3 и 4 имеют также случайный характер. Отсюда контакт рабочих поверхностей 3 и 4 происходит в случайных точках и величина зазора между этими поверхностями в разных сечениях носит также случайный характер. С торца деталей наносят метки 5 и 6.

Рабочие поверхности, например, вала разделяют на n равномерно расположенных интервалов вдоль оси вала. При этом число n не должно быть меньше четырех. В каждом n-ом сечении производят измерение отклонений от круглости с фиксацией этих отклонений по углу поворота. Анализируют отклонения от круглости в каждом n-ом сечении.

Вычисляют функцию зазора в контакте сопрягаемых поверхностей
где ω_п угол измерения x-го диаметра;
функций контакта ω^o_i на основе имитационных моделей, скорость износа рабочих поверхностей, интенсивность износа J_n;
функцию сближения поверхностей контакта .

Определяют время работоспособности Т модели соединения для сочетания, разных сечений из формул

где
S²_a дисперсия зазоров соединения;
S²_γ диспеpсия скоpости изнашивания;
математическое ожидание зазоров;
математическое ожидание скорости изнашивания;
U_max максимально допустимая величина износа соединения при эксплуатации;
U_β квантиль нормального распределения прогнозируемой функции работоспособности при заданном уровне надежности;
T прогнозируемое время работоспособности;
w угол сечения соединения;
n порядковый номер сечения соединения.

Из всех величин времени работоспособности определяют максимальное T_max и соответствующий ему угол v.

Располагают собираемые детали 1 и 2 под углом v друг к другу /фиг. 5/, т.е. под углом v между метками 5 и 6 на деталях 1 и 2 соответственно.

В таком положении соединяют детали 1 и 2, и в таком относительном положении они остаются на весь период эксплуатации, когда, например, вал совершает возвратно-поступательные движения во втулке 2 вдоль своей оси.

Таким образом, реализация изобретения позволяет решить техническую задачу увеличения долговечности подвижных соединений на основе прогнозирования времени работоспособности его при разных угловых сочетаниях погрешностей формы рабочих поверхностей в разных продольных сечениях. При этом учитывается случайный характер погрешностей формы.

Пример реализации изобретения. Способ сборки разъемных соединений был реализован при сборке сборочной единицы ВПУ /взлетно-посадочного устройства/ самолета; цилиндра подлома-подкоса. Сборочная единица состоит из штока 7 и буксы 8 /фиг. 6/, изготовляемых из стали ст. ЗОХГСА и БРАХНЮ-4,4 соответственно. Рабочие поверхности цилиндров имели размеры ⊘ 22^-0,02_-0,072 и ⊘ 22^+0,05 для штока и буксы соответственно. Длина рабочей части штока 80 мм при ходе 40 мм. Длина рабочей части буксы 10 мм.

Принято число поперечных сечений по штоку шесть. Шаг угла диаметра в каждом сечении принят равным 10^o, т.е. число измеряемых диаметров в каждом сечении принят равным восемнадцати. Число гиперплоскостей принято восемь и их обеспечение согласно фиг. 7.

Далее, измеряли диаметры в шести сечениях по длине штока, т.е. через шаг l и в восемнадцати по углу ω Результаты измерений диаметров приведены в табл. 1.

Измерения производили на двухкоординатном измерительном приборе модели ДИП 6-У, выполнено на базе универсального измерительного микроскопа.

Анализировали отклонения формы образующей штока. Наибольшие отклонения наблюдаются в третьем сечении.

Измеряли отклонения профиля рабочей поверхности буксы 8 в восемнадцати сечениях через 10^o /см. табл. 2/.

Определяли точки контакта рабочих поверхностей обоих деталей и обозначали их /см. табл. 3-10/.

Строили имитационную модель соединения /условно не проводится из-за громоздкости изображения/.

Определяли функцию зазоров в контакте. Разности диаметров приведены в табл. 11, численные значения зазоров в табл. 12, их статистических параметров в табл. 13.

Определяли данные функции контакта /см. таб. 14/.

Находили данные функции сближения /см. табл. 15/.

Вычисляли скорость износа /табл. 16/, интенсивность износа /табл. 17/ и статистические параметры скорости износа поверхностей соединения /табл. 18/.

Выполняли оценку скорости износа /табл. 19/. Определяли время работоспособности путем решения уравнений /1/./n/ /табл. 20/.

Находили максимальное время работоспособности на ряде определенных. Оно равно T_max=1000 час.

Ему соответствует угол ϕ = 160°.

При сборке метки 5 и 6 поворачивают на угол 160^o и окончательно собирают соединение штока и буксы.

Проведены испытания с измерением траектории движения штока относительно букса при разных их относительных угловых положениях с предложением наличия связи ее и износа.

Так, при случайном угловом расположении штока и буксы собираемых по заводской технологии разброс отклонений траектории составлял 50 мкм, а при целенаправленном угловом их расположении по заявленному способу составил 20 мкм. Таким образом, доказана экспериментально возможность повышения точность в 2,5 раза.

Данный способ сборки подвижных соединений может быть применен на соединениях с другими видами сопрягаемых поверхностей, где возможен их относительный поворот.

Формула изобретения

Способ сборки подвижных соединений сопрягаемых, например, симметричными относительно оси поверхностями вращения деталей типа шток втулка, включающий взаимное ориентирование собираемых деталей и последующее их соединение, отличающийся тем, что предварительно производят измерение и анализ отклонений от круглости соединяемых деталей по меньшей мере в четырех равномерно расположенных вдоль их оси поперечных сечениях, после чего вычисляют функции зазора между сопрягаемыми поверхностями, функции их износа и время работоспособности соединения для разных возможных сочетаний отклонений от круглости по углу поворота в поперечных сечениях деталей и наносят на детали метки, а взаимное ориентирование деталей осуществляют путем углового смещения меток на угол ϕ, величину которого определяют из условия обеспечения максимального времени работоспособности соединения по выражению

где дисперсия и математическое ожидание зазоров для каждого угла
дисперсия и математическое ожидание скорости изнашивания для каждого угла ;
ω угол дискретизации деления поперечного сечения;
n номер угла дискретизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27