Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оборудования для технологического процесса виброударного упрочнения. Учебное пособие
.pdf
Соответственно, для однократного покрытия отпечатками
2
1
2
4R
nd
01
10nn
22
0
22
4 12,7
10
RR
n
dd
2
max
2
0,03
ед
уст
h d l
RaR
4
2
0,03
4
ед
уст
dl
RaDR
2
0,03
ед
уст
dl
Ra
DD
0,03
4 0,1
и ед
уст
D
El
Ra
RH
0,12
ед ш
уст эф
D
Rl
Ra k A
H
d
D
площади квадрата упаковки, если бы они ею перекрывались, требовалось бы количество ударов шариков
.
Однако с учетом того, что отпечатки могут перекрываться и
для образования установившейся шероховатости требуется не-
сколько воздействий шариков в каждой точке, сделаем допущение
Тогда, после подстановки в (2.19) получим:
Учитывая выражение (2.2), можно записать:
;
. (2.25)
Подставляя (2.6), получим
после преобразований:
.
.
,
(2.23)
(2.24)
ется отношение диаметра остающейся от вдавливания лунки d к
диаметру вдавливаемой сферы D.
. (2.26)
2.2. Формирование параметров упрочнения
поверхностного слоя деталей
Под степенью пластической деформации условно понима-
. (2.27)
31
Учитывая уравнение (2.6), можно записать для ВиОУО на од-
22
4
1,27
эф ш
D
kAH
1,5
НМ
ad
НВ
1,5ad
2 2 2
4
3,82
эф ш
D
kA
aR
Н
нокоординатном станке:
. (2.28)
Для динамического многократного или однократного вдавливания сферического индентора, глубина наклепанной зоны может
быть определена по формуле, устанавливающей зависимость глубины наклепа a от диаметра отпечатка d:
, (2.29)
где НМ и НВ – соответственно числа твердости материалов по
Майеру и по Бринеллю, или приблизительно
. (2.30)
Учитывая уравнение (2.6), для ВиОУО на однокоординатном
станке
. (2.31)
Полученные зависимости будут подвергнуты проверке на
адекватность при проведении экспериментальных исследований.
Учитывая данные работ [1, 22, 28, 30], можно предполагать,
что при ВиОУО на однокоординатном станке в поверхностном слое
детали будут формироваться сжимающие остаточные напряжения.
Это предположение также будет проверено при проведении экспериментальных исследований.
32
3
. ИЗУЧЕНИЕ СВЯЗЕЙ И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
МЕЖДУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
И ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
ПРИ ВИБРОУДАРНОМ УПРОЧНЕНИИ ЛОНЖЕРОНОВ
3.1. Моделирование виброзащитной системы стенда
для виброударного упрочнения
Общая расчетная схема вибростенда представлена на рис. 3.1.
Ввиду того, что масса шариковой загрузки от массы всего стенда
составляет менее 10% (из опыта проектирования подобного оборудования [9-14]), в первом приближении влиянием шариков на колебания вибростенда пренебрегаем, что позволяет его представить
как одномассовую систему с началом координат в положении статического равновесия.
Рис. 3.1. Общая расчетная схема вибростенда
Представленная на рис. 3.1 расчетная схема вибростенда
предусматривает схему виброзащиты основания методом виброизоляции.
Вибростенд массой m установлен на амортизаторы с приведенным коэффициентом жесткости C и приведенным коэффициентом демпфирования r. В общем случае эти коэффициенты могут
быть нелинейными функциями перемещения и скорости.
33
Вынуждающая сила
sinF H t
sin ,my H t R y y
,R y y
y
,R y y cy ry
2
/ 2 , /rm в c m k
2
2 sin
H
y вy k y t
m
вk
siny A t
2
2 2 2 2
sin
4
H
yt
mk в
22
2в
tg
k
y
2
2 2 2 2
cos
4
H
yt
mk в
является функцией времени и
создается дебалансным центробежным вибровозбудителем.
Уравнение движения вибростенда в общем случае имеет вид:
, (3.1)
где
– приведенная реакция амортизатора, зависящая от
приведенных коэффициентов жесткости, демпфирования, перемещения y, скорости
.
Рассмотрим сначала линеаризированное уравнение (3.1), в котором приведенная реакция амортизатора состоит из приведенной
силы упругости, линейно зависящей от перемещения и приведенного сопротивления, линейно зависящего от скорости.
. (3.2)
С учетом обозначений
уравнение (3.1)
приводится к виду:
. (3.3)
При малом сопротивлении, т. е. при
, частное решение уравне-
ния (3.3) ищется в виде
. (3.4)
После подстановки уравнения (3.4) и его производных в (3.3)
частное решение уравнения имеет вид:
, (3.5)
где сдвиг фаз между силой и перемещением определяется выражением
.
Скорость колебаний
имеет вид:
. (3.6)
34
Определим теперь коэффициент передачи сил П:
, maxR y y
П
H
2
2
2
2 2 2 2
sin 2 cos
,
4
kt вt
Hc
R y y
k
mk в
2
coska
2 sinвa
4 2 2
2
2
;4
в
tg a k в
k
2
/c m k
2 2 2
4
2
2 2 2 2
4
, 1 sin
4
Hk в
R y y t
k
k в
2
2
2 2 2 2
4
k
k в
22
4
4
, 1 sin
в
R y y H t
k
22
4
max
4
,1
в
R y y H
k
. (3.7)
В соответствии с равенствами (3.2), (3.5), (3.6):
Введем новые обозначения:
. (3.8)
,
,
тогда
и с учетом, что
коэффициент передачи сил, примет вид:
. (3.9)
В теории колебаний коэффициент, равный отношению амплитуды вынужденных колебаний к перемещению, вызванному статическим действием силы, равной амплитуде вынуждающей силы H,
называется коэффициентом динамичности .
.
Тогда равенство (3.9) запишется:
Из равенства (3.10) максимальное значение приведенной реакции амортизатора
Тогда, в соответствии с равенством (3.10), коэффициент передачи сил:
. (3.10)
. (3.11)
35
22
4
4
1
в
П
k
, (3.12)
на основе минимизации которого выбирается оптимальная система
виброзащиты.
3.2. Моделирование процесса шумообразования
Исследование процесса шумообразования основано на следующих допущениях:
1. Рабочая среда (шарики) и заготовки находятся внутри кон-
тейнеров, поэтому воздействие воздушной доли шума от самой рабочей среды и заготовок не учитывается.
2. Звуковое поле внутри производственного помещения явля-
ется диффузным.
3. Отдельные элементы оборудования для виброударного
упрочнения представляют собой широкополосные источники шума.
4. Звуковая энергия в расчетной точке от различных источни-
ков определяется по принципу энергетического суммирования.
5. Производственное помещение характеризуется средним ко-
эффициентом звукопоглощения.
Компоновка стенда практически полностью исключает возможность добиться соответствия акустики санитарным нормам путем уменьшения интенсивности звукового излучения источников.
Естественно, что в этом случае следует применять звукоизолирующие ограждения. Поэтому исследование шумовых характеристик
процесса и, соответственно, оборудования (с учетом системы шумозащиты) предполагает изучение шумообразования внутри производственного помещения как неотьемлемую часть общей задачи.
Для стенда, с учетом того, что габаритные размеры оборудования
больше, чем расстояние до рабочей зоны, а также данных работы
[20], получено следующее выражение требуемой звукоизолирующей способности системы шумозащиты для выполнения санитарных норм шума:
36
2
1
1
3
1
0 0 0
0,1 10lg
0
1
2
1
00
1
1
2
1
1,3
0,16
lg 10 0,1 lg
1,3
0,16
lg 2, дБ,
f
i
n
f
n
ii
ЗИ j
C
n
f
ii
n
f
n in in
n
n
f
in in
SS
S
LL
r
S
SS
S
R
S
(3.13)
C
L
0
S
f
i0
0i
S
f
i
ЗИ
n
S
f
in
in
S
R
где
– санитарные уровни шума (по октавам), дБ;
– площадь
поверхности звукозащитного ограждения, м2; r – расстояние от источника до внутренней поверхности огражде-
ния, м;
,
, n2 – частотно-зависимые коэффициенты
звукопоглощения отдельных элементов звукозащитной
конструкции, площади (м2) и количество соответствую-
щих элементов;
– звукоизоляция соответствующего
элемента, дБ; j – коэффициент дифракции звука ограждающей конструкции системы шумозащиты, дБ;
площадь внутренней поверхности производственного помещения, м2;
,
, n3 – частотно-зависимые коэффици-
енты звукопоглощения, площади (м2) и количество соответствующих элементов производственного помещения;
–
– расстояние от источника шума до расчетной точки, м;
n1 – количество элементов системы шумозащиты.
Как видно из выражения (3.13), добиться соответствия санитарным нормам шума возможно путем рационального подбора звукопоглощающих и звукоизолирующих характеристик шумозащитной конструкции и рациональным подбором звукопоглощающих
характеристик производственного помещения.
Следует отметить, что эффективность снижения шума методами звукоизоляции намного выше, чем методами звукопоглощения.
37
Для аналитических расчетов основной интерес представляет
00
20lg 30lg 10lg 3 дБ
гр
гр
fm
f
ЗИ
cf
гр
f
2
0
2
1,8
1
гр
с
fEh
0
0
c
2
2
1
31
и
E hf
f
11
2,1 10E
0,28
98,75
и
h
f
12,44 h
1,1 h
и
и
6
и
3
7,8 10
0
вычисление звукоизоляции при диффузном падении звука, что достигается усреднением звукоизоляции по всем возможным направлениям [20]:
, (3.14)
где
– граничная частота волнового совпадения, определяемая со-
отношением
, (3.15)
– плотность материала кожуха, кг/м3; m – распределен-
ная масса, кг/м2; – коэффициент Пуассона; – коэффициент потерь колебательной энергии;
и
– плотность
звука (кг/м3) и скорость звука (м/с).
Эти формулы можно использовать для расчета звукоизоляции,
если длина изгибной волны превышает толщину самой стенки кожуха не менее чем в 6 раз. Длина изгибной волны связана с толщиной стенки и частотой следующей зависимостью:
Принимая для стали
На границах частотного интервала 31,5 и 8000 Гц длина изгибной волны равна
стенки кожуха h = 2 мм длина изгибной волны равна
(при f = 63 Гц) и
и 70 мм. Таким образом, условие
ловые значения
.
Н/м2 и
, получим:
.
и
соответственно. При толщине
= 784 мм
= 50 мм (при f = 8 кГц), а при h = 4 мм – 787
выполняется. Подставив чис-
кг/м3,
= 1,2 кг/м3, с = 340 м/с, получим:
38
6 2 2 3 2 2
10lg 1 4 10 6 5 10ЗИ f m h f h
; (3.16)
22
1
10lg 10lg 46 10lgЗИ f m h дБ m h
1
Частота, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
1
, ДБ
8
17
26
35
44
53
62
71
1ф
ЗТ ЗИ R
1
R
0,1( )
1
10lg 10 10lg
ni
n
RR
n i i i
i
R S K S S
n
S
i
S
max
1
i
l
0
1
n
n
i
S S S
, (3.17)
где
– величина, зависящая от среднегеометрической частоты
(табл. 3.1).
Таблица 3.1
Таблица поправок
Выражение (3.5) намного проще для вычислений и учитывает
все необходимые величины – толщину кожуха, коэффициент потерь
и поверхностную массу.
По формулам (3.16), (3.17) можно рассчитать звукоизоляцию
сплошного кожуха, т.е. не имеющего окон, щелей, отверстий и т.п.
Звукоизоляция ограждения со щелью (или отверстием) определяется
по формуле
, (3.18)
где ЗИ – звукоизоляция глухой части ограждения;
звукоизоляции за счет наличия щелей или отверстия, определяемое по формуле [13]
где
и Rn – суммарная площадь основной конструкции (м2) и ее
звукоизоляция (дБ);
и Ri – площадь элементов с
пониженной звукоизоляцией (м2) и величина этой
звукоизоляции (дБ); Кi – коэффициент эффективно-
сти площади (при
) ≈ 1;
.
– снижение
, (3.19)
39
Приведенные зависимости могут быть использованы для расче-
2 2 2
2
2 2 2
,
i i i
i
Ф Ф Ф
c
x y t
i
Ф
'
1 1 1 1 1 1 1
exp ( ) exp ( )Ф А i t a x b y A i t a x b y
'
2 2 2 2 2 2 2
exp ( ) exp ( )Ф А i t a x b y A i t a x b y
exp ( )
k k k k
Ф А i t a x b y
1
А
'
i
А
cos
i
ii
i
a
c
sin
i
ii
i
b
c
та коэффициента звукоизоляции однослойных ограждений. Доведение до требуемой величины звукоизоляции может быть обеспечено
использованием жестких ограждений с большой поверхностной массой либо увеличением толщины стенки, что в любом случае приведет к увеличению веса ограждения.
Метод расчета звукоизоляции многослойных конструкций типа
«сэндвич» существенно отличается от однослойных. Элементы
ограждения следует выполнять многослойными с различным количеством и механическими характеристиками слоев.
Для определения звукоизоляции такой конструкции рассмотрим
происхождение звуковой волны через соответствующий элемент
ограждения. Слой вибропоглощающей мастики не учитывается из-за
малого акустического сопротивления (в сравнении со стальным листом). Угол падения звуковой волны на внутреннюю поверхность
ограждения определяется из условия cos θ = 0,637.
Волновые уравнения для каждой среды имеют вид:
(3.20)
где
и ci – потенциал скорости и скорости звука в соответствующей
среде.
Потенциал скоростей в средах можно представить в виде:
;
; (3.21)
.........
,
где
– амплитуда падающей, преломленной или пройденной вол-
ны;
– амплитуда отраженной волны.
;
40
, (3.22)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]