Системное проектирование вибрационных станков с использованием средств компьютерного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Задорожный, Александр Павлович

• Задорожный, Александр Павлович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Задорожный, Александр Павлович

Введение.

1 .Методы расчёта вибрационных технологических машин. Состояние проблемы и перспективы.

1.1. Назначение, типы и конструкции вибрационных машин.

1.2. Связь динамического состояния массы загрузки с характеристиками производительности и качества для вибрационно-отделочноп обработки

1.3.Методы расчёта конструкции вибрационных технологических машин

1.3.1. Модели динамики массы загрузки.

1.3.2. Уравнения движения рабочей камеры.

1.3.3. Взаимодействий камеры с загрузкой.

1.3.4. Расчёт мощности привода.

1.4. Выводы.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. Разработка метода компьютерного моделирования и расчета вибрационных станков для отделочно-упрочняющей обработки.

2.1. Расчёт массо-инерционных характеристик элементов конструкции вибрационного станка.

2.2. Моделирование упругих элементов подвески контейнера.

2.3. Моделирование и расчёт трехфазного асинхронного электродвигателя

2.4. Система вибровозбуждения - двигатель, привод, дебалансный вибратор

3.Влияние динамики движения рабочей среды в контейнере вибрационного станка.

3.1. Модель вибрационного упрочнения лонжерона лопасти рулевого винта в виброкамере.

3.2. Формирование имитационной модели технологической системы виброупрочнения лонжерона в контейнере вибростанка с од покомпонентной вертикальной вибрацией.

3.3. Машинный эксперимент по моделированию процесса взаимодействия технологической рабочей среды с поверхностями упрочняемого изделия и вибрационного контейнера.

3.4.Модель процесса виброупрочнения лонжерона при помощи Matlab и SimPowerSystems с учетом воздействия обрабатывающей среды на систему

3.5. Выводы по третьей главе.

4. Примеры выполнения динамического анализа вибростанка на стадии конструирования и разработки конструкторской документации.

5. .Рекомендации по использованию разработанного программного комплекса сквозного проектирования вибростанков в КБ по проектированию спецоборудования серийного авиационного предприятия.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системное проектирование вибрационных станков с использованием средств компьютерного моделирования»

Вибрационная отделочно-зачистная обработка (ВиО) благодаря широким технологическим возможностям применяется в различных областях машиностроения и имеет перспективы развития в части комбинирования видов используемой энергии, создания новых рабочих сред и технологических жидкостей, повышения эффективности управления динамикой рабочей среды за счет совершенствования систем вибровозбуждения и динамических свойств рабочих камер.

Совершенствование динамических характеристик вибростанков является важным фактором эффективного применения ВиО, так как неудовлетворительная динамика работы станка, как правило, не может быть скомпенсирована никакими усовершенствованными технологическими приемами.

Многолетний опыт исследователей и результаты фундаментальных работ в области динамики гранулированных сред показывают, что динамика процесса ВиО очень чувствительна к таким параметрам рабочей камеры, как её форма и размеры в связи с траекторией движения, упругие характеристики подвески, свойства облицовки и рабочей среды, системы привода. Сравнительно небольшие изменения того или иного фактора могут существенно изменить динамические и, следовательно, технологические характеристики процесса как абразивной, так и упрочняющей виброобработки.

Выбор конструкции упругой подвески, вибровозбудителя, привода, являются важнейшими задачами, которые приходится решать проектировщику вибрационной технологической машины. В связи со сложностью динамических процессов в вибростанках с объемным движением гранулированной среды при их проектировании чаще всего используют эмпирические рекомендации, полученные в результате отработки удачных конструкций - аналогов. Однако при необходимости осуществления обработки (чаще всего упрочняющей) нестандартных крупногабаритных ответственных деталей требуется создание специализированного технологического оборудования, схема которого может существенно отличаться от универсального. Рациональный концептуальный дизайн специализированного вибростанка и выбор конструктивных параметров всех его элементов могут быть выполнены только с помощью корректного исследования динамики работы станка на всех требуемых технологических режимах. При этом общий срок выполнения всех работ от получения технического задания на проектирование до запуска технологического оборудования в эксплуатацию, как правило, жестко регламентирован.

В связи с этим является весьма актуальным для практики конструирования вибрационных станков и, вообще, вибрационных технологических машин, на основе обобщения имеющегося теоретического и экспериментального материала разработать методологию сквозного проектирования вибрационных станков, позволяющую выполнить конструкторское проектирование станка, моделирование его работы, и, при необходимости, внести необходимые конструктивные изменения для обеспечения заданных показателей качества (равномерность и сила единичных микроударов), назначить характеристики привода, оценить виброактивность установки, обеспечив заданные экологические требования. Тем самым в работе должна быть выполнена интеграция средств проектирования и моделирования, имеющая в зарубежной технической литературе специальное обозначение SDPD (Simulation Driven Product Development) - разработка продукции, управляемая средствами моделирования, которая позволяет сократить период от получения технического задания до выхода готово! о изделия^, объем работ по его испытаниям и за счет этого уменьшить время выхода нового продукта на рынок.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Задорожный, Александр Павлович

Основные результаты и выводы по работе

1. Разработаны математические модели, алгоритмы и программная реализация методов динамического расчета вибрационных станков на стадии конструкторского проектирования.

2. Разработаны и экспериментально подтверждены:

- методики расчета массо-инерционных характеристик движущихся элементов вибростанка в системе KOMHAC-3D; методика расчета и построены инженерные зависимости характеристик жесткостей пружин на растяжение-сжатие, изгиб, сдвиг и кручение;

- методика и компьютерное моделирование переходных процессов в вибрационном станке, позволяющие рационально выбрать типоразмер и характеристики привода, учитывающие воздействие рабочих сред на привод вибростанка.

3. Установлены закономерности влияния конструктивных параметров вибрационного станка на скорость установления переходных процессов и выхода вибростанка на номинальный режим работы.

4. На основе определения силовых характеристик воздействия движущихся элементов вибростанка на основание выявлены рациональные конструктивные параметры привода и упругой подвески.

5. Разработанные методы позволяют на стадии проектирования определить основные технологические параметры процесса Вио: Амплитуда колебаний камеры, средние и номинальные контактные напряжения при воздействии рабочей среды на поверхность обрабатываемой детали.

6. С использованием разработанных методов и управляющих средств спроектирована установка для виброупрочнения лонжерона рулевого винта вертолета МИ-8

7. Результаты разработки используются при проектировании гаммы специальных вибрационных станков для упрочнения деталей лопастей рулевых винтов вертолетов МИ-8 и МИ-24.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Задорожный, Александр Павлович, 2008 год

1. Автоматизация проектирования технологических процессов вмашиностроении. Под ред. Н.М. Капустина М.: Машиностроения, 1985, 304 с.

2. Андреев В.П., Сабинин Ю.А., Основы электропривода. Издание второе переработанное М.: Государственное энергетическое издательство 1963 г.

3. Анпилогов В.А. Исследование влияния динамики массы загрузки и других факторов на интенсивность отделочных процессов объемной вибрационной обработки: Автореф. Дис.к.т.н, Пермь, 1974, 34 с.

4. Анпилогов В.А. Некоторые исследования кинематики и динамики рабочей массы при объемной вибрационной обработке// Вопросы совершенствования технологических процессов машиностроения : Ижевск, 1971, с.15-23

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя в 3-х томах.М.: «Машиностроение» 2001г.

6. Артоболевский И.И., Бессонов А.П., Шляхтин А.В. Омашинах вибрационного действия. Изд. АН СССР, 1956.

7. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. Изд. 2-е, перераб. И доп. М.: Машиностроение, 1974, 134 с.

8. Бабичев А.П. и др. Совершенствование конструкций рабочих камер вибрационных станков. Вибрации в технике и технологиях, №1, 1995, с.8-11.

9. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процессов обработки деталей в среде колеблющихся тел с использованием низкочастотных вибраций. Дис.докт.техн.наук, РИСХМ, Ростов н/Д, 1975, 462 с.

10. Бабичев А.П. Проблемы вибрационной технологии. Вибрации в технике и технологиях. №1, 1994, с.1-3

11. Бабичев А.П., Зеленцов Л.К., Самодумский Ю.М. Конструирование и эксплуатация вибрационных станков для обработки деталей. Ростов-наДону: Издательство Ростовского университета 1981 г. 154 стр.

12. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии Ростов-на-Дону, Издательский центр ДГТУ 1998 г. 624 стр.

13. Бабичев А.П., Рысева Т.Н., Шевцов С.Н. Физико-технологические особенности создания новых методов обработки// Прогрессивная отделочно-упрочняющая технология: Межвуз. Сборник ДГТУ, Ростов н/Д, 1981, с.3-7.

14. Бабичев А.П., Санамян В.Г., Горбунов Н.Н., Волков Р.В. Интенсификация ВиО за счет совершенствования формы камеры// Вопросы вибрационной технологии. Межвуз. Сборник ДГТУ, Ростов н/Д, 1999, с.44-47.

15. Бабичев А.П., Трунин В.Б., Самодурский Ю.М., Устинов В.П. Вибрационные станки для обработки деталей. М.: Машиностроение. 1984 г. 168 с.

16. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин.-М., 1978.

17. Барзуков О.П. Двукратная синхронизация механических вибраторов, связанных с линейной колебательной системой. Изв.АН СССР. Механика твердого тела, 1973, №6.

18. Барзуков О.П. , Вайсберг Л.А. , Балыбатько Л.К. , Учитель А.Д. Влияние технологической нагрузки на самосинхронизацию вибровозбудителей / -Обогащение руд, 1978, №2, с. 31-33.

19. Березин Ю.А., Сподарева Л.А. Об устойчивости течения Куэтта в гранулированных средах.// ИМТФ 1997.-Т.38.-№2.№6. с.41-48.

20. Берник П.С. и др. Развитие конструктивных и технологических схем машин для обработки изделий в условиях свободной кинематической связимежду деталями и инструментом //Вибрации в технике и технологиях -1998.№1.- с21-29.

21. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1962. с.856

22. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемешивание. М.: Наука 1964.

23. Блехман И.И.Синхронизация в природе и технике М.Наука. 1981.

24. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука. 1971.

25. Блехман И.И., Лавендел Э.Э., Гончаревич И.Ф. Поведение сыпучих тел под действием вибраций. Справ. «Вибрации в технике», т.4, М.: Машиностроение, 1981, с.78-98.

26. Болотин X.JL, Костромин Ф.П. Станочные приспособления. М.: Машиностроение. 1973 г. 344 с.

27. Брандт 3. Статические методы анализа данных. М.: Мир, 1975, 311 с.

28. Брах P.M. Моменты, возникающие между соударяющимися телами. Труды ASME, КТМ, 1981, т.103, №4, с.90-95.

29. Бурштейн И.Е. и др. Объемная вибрационная обработка. Рекомендации. М.: ЭНИМС, 1977, 108 с.

30. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969г. 363 с.

31. Быховский И.И., Гольдштейн Б.Г. Современные центробежные вибровозбудители: Обзорная информация. Серия 10. М.: ЦНИИТЗстроймаш. 1985. с.55.

32. Виттенбург И. Динамика систем твердых тел. М.: Мир. 1980. с.114.

33. Голдсмит В. Удар. М.: Стройиздат, 1965, 448 с.

34. Гениев Г.А. Вопросы динамики сыпучей среды.М.: ГИТЛ, 1958.-175 с.

35. Гончаревич И.Ф., Сергеев П.А. Вибрационные машины в строительстве. М.: Машгиз,1963 г., 312 с.

36. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. М.: Наука, 1981, 320 с.

37. Денисов Г.А. О стабильности рабочего режима вертикально-винтового вибрационного контейнера с самосинхронизирующимися вибраторами. М.: Машиностроение, 1961, №1.

38. Денисов П.Д. Анализ конструкции вибрационных машин непрерывного действия.// Вибрации в технике и технологиях. Винница. 1995. №2. С.3-7.

39. Дерисевич Г. Механика зернистой среды// Проблемы механики: Вып. III. М.ИЛ. 1961, с.91-152.

40. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. Иркутск, ИрГТУ, 2000 г., 292 с.

41. Димов Ю.В. Исследование сил, действующих в процессе виброабразивной обработки// Исследование технологических процессов в машиностроении:-Иркутск, 1969, с.3-12.

42. Жермен П. Механика сплошных сред. М.: Мир, 1965, 479 с.

43. Зеленцов Л.К. Некоторые вопросы расчёта виброустановок для обработки деталей машин. Ростов н/Д, 1968, вып.12.

44. Зеленцов Л.К. Динамика сыпучей среды в камере объемной обработки деталей// Вибрационная обработка деталей машин и приборов: Ростов н/Д, 1972 г., с. 160-171.

45. Зеленцов Л.К. К вопросу определения оптимальных размеров рабочей камеры вибрационных установок объемной обработки деталей// Механизация строительства (исследования по теории и расчету строительных машин): Ростов н/Д, 1968, с.142-149.

46. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Издание третье учебник для энергетических и электротехнических специальностей техникумов.М.: «Высшая школа» 1971 г.

47. Калинин В.И., Никифоров В.Н., Н.Я. Аникеев и др. В помощь строителю станкостроителю М.: Машиностроение, 1983 г. 288с.

48. Карташов И.Н., Шаинский М.Е. и др. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах. -Киев, Вища школа, 1975, 188 с.

49. Карташов Б.Н. Исследование кинематики и динамики виброобработки// Вибрационная техника в машиностроении и приборостроении: Львов, 1973, с.218-220.

50. Кобринский А.Е., Кобринский А.А. Виброударные системы. М.: Наука, 1973, 591 с.

51. Конструкционные материалы. Справочник/ Под ред. Б.Н. Арзамасова М.: Машиностроение, 1990, 688 с.

52. Копылов Ю.Р. Виброударное упрочнение. Воронеж: Изд-во ВИМВД, 1999.-384 с.

53. Копылов Ю.Р. Упругодиссипативные характеристики системы шариков, заполняющих вибрирующий объем// Машиноведение. АН. СССР. 1977, №2, с.23-26.

54. Клочев В.И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов. Издание третье «Энергия» Москва 1974 г.

55. Лавров Б.П. Новая формулировка интегрального критерия устойчивости синхронных движений механических вибраторов и ее приложения. В кн.: Вибрационная техника. Материалы научно-технической конференции. М.: НИИинфстройдоркоммунаш, 1966.

56. Лавров Б.П. Пространственная задача о синхронизации механических вибраторов.-Изв. АН СССР. Механика и машиностроение, 1961, №5, с. 58-68.

57. Лавендел Э.Э. Вибрации в технике справочник в 6 томах. М.: «Машиностроение» 1981.

58. Лавендел Э.Э. Задачи оптимизации вибрационных технологических процессов. Справ. «Вибрации в технике», т.4, М., Машиностроение, 1981, с.114-132

59. Лавендел Э.Э. Машины для вибрационной обработки деталей// Справ. Вибрации в технике Т.4. М.: Машиностроение, 1981. с.390-398

60. Лавендел Э.Э., Субач А.П. Определение параметров движения контейнера и загрузки с учетом их взаимодействия при объемной вибрационной обработке// Вопросы динамики и прочности:- Рига, Зинатис, 1972, Вып.22, с.5-18.

61. Лавендел Э.Э., Субач А.П., Поплавский Т.Ю. Исследование движения модели загрузки при объемной вибрационной обработке// Вопросы динамики и прочности:- Рига, Зинатис, 1971, Вып.20, с.29-36.

62. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М., ГТТИ, 1953, 786 с.

63. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.1. Механика. М.: Мир, 1969, 226с.

64. Малкин Д.Д. Новые вибрационные обрабатывающие устройства. -СБ. Технологические процессы в приборостроении. М., МДНТП им. Дзержинского, 1968, с.117-132.

65. Мор кос В. А., Массу М.Ф. О проектировании виброконвейеров. Труды ASME, КТМ, №2, 1969, с.67-71.

66. Мруз 3., Шиманский Ч. Неассоциированный закон течения в описании пластического течения гранулированных сред. — Сб. Механика гранулированных сред. Теория быстрых движений. Под ред. И.В. Ширко -М.: Мир, 1985, с.9.

67. Недерман Р., Девис С., Хортон Д. Течение гранулированных материалов вокруг препятствий. Сб Механика гранулированных сред. Теория быстрых движений под ред. И.В. Ширко - М.: Мир, 1985, с.228.

68. Олейник Н.В., Кычин В.П., Луговский А.Л. Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин. К.: Техника, 1984, 151 с.

69. Опирский Б.Я., Денисов П.Д. Новые вибрационные станки. Конструирование и расчет.- Львов: Свит, 1991. 158 с.

70. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М.: Наука. 1967.

71. Панавко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Политехника, 1990, 271 с.

72. Повидайло В.А. Расчет и конструирование вибрационных питателей. Мшгиз, М., 1962.

73. Повидайло В.А. Вибрационные питатели и ориентирующие устройства. Вибрации в технике. Справочник, т.4, 1981, с.316-325.

74. Повидайло В.А. Принципы создания вибрационных устройств и машин для автоматизированных производств. Вибрации в технике и технологиях, №1, 1994, с.18-28.

75. Политов И.В., Кузнецов М.А. Вибрационная обработка деталей машин и приборов. Л: Машиностроение. 1965.

76. Попов А.С., Жердочкин В.Д. Применение вибрационной обработки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974, 140 с.

77. Поттер Д. Вычислительные методы в физике. М.: Мир, 1975, 391 с.

78. Практическое руководство КОМПАС-ЗБ V6/ АО Аскон в 4-х томах. 2003.

79. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем. М.: Машиностроение, 1976. 216 с.

80. Середа Л.П., Берник П.С., Паламарчук И.П. Разработка основ проектирования вибрационных машин для конвейерной обработки// Вибрации в технике и технологиях. -1994. №1. с. 4-18

81. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2000610902 от 14.9.2000г. Авт. Шевцов С.Н., Петряев А.А. «Программа моделирования динамики быстрых движений технологических гранулированных сред (GranMos)»

82. Субач А.П. Математические модели загрузки контейнера объемной вибрационной обработки при учете дополнительного силового поля и послойного движения загрузки// Вопросы динамики и прочности: -Рига, Зинатис, 1972, с.89-97.

83. Субач А.П. Определение параметров загрузки контейнера объемной вибрационной обработки// Вопросы динамики и прочности: Рига, Зинатис, 1973, с.61-62.

84. Спиваковский А.О. Конвейерные установки. Ч. 2, ГНТИ, 1933.

85. СпиваковскийА.И., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. М.: «Машиностроение», 1972, 328 стр.

86. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. М.: Машиностроение 1983.- 487 с.

87. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис.докт. Техн. Наук, ДГТУ, Ростов н/Д, 1995, 299 с.

88. Фролов К.В. Ходжаев К.Ш. Взаимодействие источника возбуждения с колебательной системой. Вибрации в технике. Справочник, т.2, М.: Машиностроение, 1979, с. 191-213.

89. Хвингия М.В. Вибрации пружин. М.: «Машиностроение» 1969 . 280 стр.

90. Хрущев В.В. Электрические микромашины переменного тока для устройств автоматики. «Энергия» JL, 1969. с.288.

91. Шевцов С.Н. Динамика технологических гранулированных сред в вибрационных станках: Моделирование на основе принципа подобия. «Проектирование технологических машин» Вып.23, М., Изд. МОССТАНКИН, с.3-12.

92. Шевцов С.Н. Управление процессом вибрационной стабилизирующей обработки корпусных деталей станков. Дис.канд. техн. наук: 05.03.01/ РИСХМ, Ростов н/Д, 1986, 228 с.

93. Шевцов С.Н. Компьютерное моделирование динамики гранулированных сред в вибрационных технологических машинах. -Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ 2001.-194 с.

94. Шень Г.Г. Гопкинс М.А., Аккерман Н.И. Моделирование напряжений, вызванных парными соударениями в потоке смеси жидкости с твердыми частицами при их высокой концентрации // Труды Амер.общ. инж.-мех. ТОИР.-1988. №4. С.315-324.

95. Юнг Д. Подобие, моделирование и анализ размерностей/ Экспериментальная механика. Под ред. А.Кобаяси М.: Мир, 1986, т.1 с.125-164.

96. Юркевич В.Б. Исследование скоростей, ускорений и сил соударания частиц рабочей среды с деталью при виброупрочнении// Вибрационная обработка деталей машин и приборов: -Ростов н/Д, 1972, с. 151-159.

97. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука. 1977, 944 стр.