ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

2. Механика

 

Доц. Хлебцевич В.Д., ст. преп. Задерей А.М., доц. Лапковский С.В.

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ПРИЛОЖЕНИЕМ УСИЛИЯ

Эффективная высокопроизводительная автоматическая сборка возможна только при значительной безотказности устройств автоматизации. Наибольшая доля отказов автоматической сборки цилиндрических соединений происходит при прохождении сопрягаемыми поверхностями зоны фасок или кромок из-за того, что погрешность взаимного ориентирования этих поверхностей больше допустимой для применяемого типа сборочного устройства. Уменьшение погрешности ориентирования связано с увеличением точности собираемых дета­лей и узлов сборочного оборудования, что увеличивает себестоимость продук­ции. Поэтому целесообразно увеличение допустимого смещения осей сопрягаемых поверхностей расширением технологических возможностей сборочных исполнительных механизмов. Ряд устройств автопоиска и направленного поиска сопрягаемых поверхностей позволяют увеличить безотказность сборки. Однако, наиболее простые устройства, использующие различные ловители и технологи­ческие элементы на собираемых деталях (фаски, направляющие), не обеспечи­вают достаточную безотказность при погрешности ориентирования, превыша­ющей величину суммы фасок и половины зазора в соединении. Более сложные устройства позволяют с большей безотказностью выполнять сопряжения при значительных погрешностях взаимного ориентирования, но они относительно дороги, в основном непригодны для выполнения сопряжений с натягом и испо­льзования в многопозиционных автоматах, имеют малое быстродействие.

В рассматриваемом способе самоориентация сопрягаемых цилиндрических поверхностей происходит под действием силы, точка приложения которой перемещается по концентрической окружности на торце присоединяемой втулки, установленной в податливом приспособлении, при контакте с неподвижно уста­новленным валом. Действительно, если втулка и вал касаются торцами при не­котором смещении осей сопрягаемых поверхностей, то сила, приложенная в определенной зоне на внешнем торце втулки, вызывает ее поворот вокруг оси, проходящей через две точки контакта кромок сопрягаемых поверхностей, и пе­ремещение контактирующего с валом торца в сторону уменьшения эксцентри­ситета до касания кромки втулки и образующей вала в третьей точке. Возможен захват кромок, препятствующий возврату втулки в исходное положение и обус­ловливающий второй этап самоориентации, заключающийся в том, что точки касания кромок сопрягаемых поверхностей сближаются, пока не сольются в одну точку. При этом постепенно уменьшается перекос оси втулки и к концу второго этапа ее ось совмещается с осью вала. Перемещения самоориентации сопрягаемых поверхностей заканчиваются, и происходит сборка.

Сила, необходимая для перемещения присоединяемой детали во время самоориентации определена из условия равновесия втулки в положении, при ко­тором возможен захват кромок сопрягаемых поверхностей:

                         (1)

где С - жесткость элементов, в которых установлена втулка; D - наружный диаметр втулки; Н - высота втулки; е - исходное смещение осей сопрягаемых поверхностей.

Из условия захвата кромок сопрягаемых поверхностей получена зависимость наибольшего смещения осей, при котором еще возможен процесс самоо­риентации, от геометрических параметров сопряжения:

           (2)

где d - номинальный диаметр сопряжения; - сумма диаметрального зазора в соединении и величин фасок на сопрягаемых поверхностях; f – коэффициент трения;

Теоретические исследования процесса самоориентации под действием нестационарно приложенного усилия позволили определить основные требования к конструкции толкателя исполнительного сборочного механизма, обеспечива­ющей неразрывность процесса самоориентации и сопряжения с зазором или натягом. Передний торец вращающегося толкателя должен быть выполнен так, чтобы во время самоориентации усилие прилагалось к ориентируемой детали в перемещающейся по концентрической окружности точке и обеспечивалась воз­можность поворота ее торца на угол , достаточный для захва­та кромок, а сопряжение выполнялось под действием направленной вдоль оси сопрягаемых поверхностей силы, то есть перпендикулярным направлению сбор­ки торцом. Для этого к толкателю может быть прикреплена отогнутая под тре­буемым углом плоская пружина, надета подпружиненная втулка со скошенным торцом или в расположенное эксцентрически на торце толкателя гнездо устано­влен подпружиненный плунжер.

Анализ кинограммы процесса самоориентации при исходном смещении осей сопрягаемых поверхностей 5,5 мм, номинальном диаметре сопряжения 22 мм, зазоре в сопряжении 0,01 мм, радиусах закругления острых кромок 0,1 мм подтвердил правильность теоретических предположений о перемещениях ориентируемой детали под действием нестационарно приложенного усилия. Длительность процесса самоориентации - 0,28 с.

Экспериментальные исследования, необходимые для установления зависимостей определенной безотказности процесса самоориентации и его быстро­действия от режимов, выполнены с использованием современной методики пла­нирования многофакторных экспериментов на специальной установке, создан­ной на базе сверлильного станка модели 2М112. Установка оснащена гидропри­водом перемещения пиноли, тиристорным приводом вращения шпинделя, двухкоординатным столом для задания смещений базовой делали, датчиками пере­мещений ориентируемой детали, трехкомпонентным динамометром, тензометрической аппаратурой и осциллографом для регистрации перемещений и уси­лий. К пиноли прикреплены пружинные призмы для установки ориентируемой детали, в шпиндель вставлен толкатель с наклонным подпружиненным перед­ним торцом. Объектами исследований выбраны валы и втулки с номинальными диаметрами сопряжения от 15 до 30 мм, зазором или натягом 10...20 мкм, радиусами притупления острых кромок на сопрягаемых поверхностях 0,2 мм, из ста­ли 45 с термообработкой до твердости HRC 32...35.

Анализ осциллограмм показал, что при некоторых соотношениях скорости перемещения и частоты вращения толкателя самоориентация происходит за один или несколько оборотов толкателя, а силы взаимодействия ориентируемых деталей при сопряжении с зазором не превышают усилия подпружинивания толкателя и сил упругости плоских пружин, в которых установлена втулка. Уве­личение пути перемещения толкателя за один оборот приводит к отказу, вы­званному заклиниванием ориентируемой втулки между торцами толкателя и базового вала.