Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оборудования для технологического процесса виброударного упрочнения. Учебное пособие
.pdf
Анализ результатов экспериментов позволяет сделать заклю-
63
250
1000
4000
f, Гц
10
20
30
40
50
ЗИ, дБ
чение о достаточно высокой интенсивности процессов вибро- и
шумообразования всей несущей системы стенда. Условия возбуждения вибрации и компоновка стенда таковы, что для данного вида
оборудования характерен чисто структурный шум. Столь высокие
уровни излучаемого шума, большие габаритные размеры излучающих звук поверхностей практически полностью исключают возможность достижения санитарных норм шума путем снижения интенсивности звукового излучения самого стенда методами вибропоглощения. Фактически единственным практически достижимым
способом обеспечения норматива является разработка конструкции
и акустический расчет системы шумозащиты, которая должна обеспечить частотно-зависимые величины звукоизоляции (рис. 4.17).
Рис. 4.17. Потребная звукоизолирующая способность
Сравнение экспериментальных уровней шума с расчетными
(рис. 4.18) показало, что разница не превышает 4 дБ, что является
достаточно высокой точностью для инженерных расчетов. Такая
точность является основным критерием возможности разработки
средств шумозащиты для такого типа оборудования на этапе его
проектирования.
81
63
250
1000
4000
f, Гц
80
90
100
Lp
Рис. 4.18. Спектры шума вибростенда:
1 – экспериментальный; 2 – теоретический
Проведенные экспериментальные исследования позволили
выявить особенности процесса шумообразования стенда для виброударного упрочнения труб лонжеронов, диапазоны частот и величины превышения фактических уровней шума над предельно допустимыми значениями, а на этой основе сформулировать требования
по акустической эффективности системы шумозащиты операторов.
82
5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ
Вибрационная отделочно-упрочняющая обработка применяет-
ся в основном для деталей, имеющих большие размеры, обрабатываемых в закрепленном состоянии. Поэтому важно, во-первых, менять положение детали, чтобы она равномерно обрабатывалась со
всех сторон, во-вторых, менять расположение мест крепления, чтобы на детали не оставались необработанные участки.
В результате виброударного упрочнения уменьшаются высотные параметры шероховатости, увеличиваются радиусы вершин и
впадин профиля микронеровностей, возрастает опорная длина профиля на начальных участках, создается хаотичная изотропная
структура микронеровностей, формируются сжимающие остаточные напряжения, повышается микротвердость поверхностного
слоя. Формирование таких параметров поверхностного слоя обеспечивает повышение эксплуатационных свойств деталей, таких как
усталостная прочность и долговечность, износостойкость и контактная жесткость.
Разработка технологического процесса ВиОУО на однокоординатных станках начинается с выбора числа позиций, в которых
должна быть закреплена деталь при обработке. В зависимости от
формы детали их может быть 2, 3, 4 и более. Затем осуществляется
выбор диаметра шариков. Для обработки более твердых материалов
диаметр выбирается в диапазоне 6-9 мм, для более мягких – 3-5 мм.
Однако часто приходится использовать смесь шариков разных диаметров, чтобы обработать труднодоступные места, галтели и т.п.
Число шариков при каждой загрузке выбирается так, чтобы
они располагались в камере в несколько слоев (от 3 до 5). Режимы
обработки выбираются в зависимости от материала детали и технологических задач, решаемых ВиОУО.
83
Для более твердых материалов и для большей степени упрочнения подбирают большие значения амплитуды и частоты колебаний по паспорту оборудования.
Затем производится расчет среднего арифметического отклонения шероховатости обработанной поверхности по зависимостям
(2.26). Для циклически упрочняющихся материалов производится
расчет степени наклепа и глубины наклепанного слоя по зависимостям (2.28) и (2.31). По результатам расчетов производится корректировка выбранных режимов обработки. Затем вновь рассчитываются параметры обработанной поверхности и так до тех пор, пока
все заданные характеристики не будут располагаться в заданных
пределах. Время обработки назначается из соображений нанесения
большого количества отпечатков в каждой точке обработанной поверхности и ограничивается для каждого материала периодом
наступления перенаклепа.
В среднем рекомендуется время обработки выбирать в диапазоне 10-40 минут в зависимости от интенсивности процесса и уточнять эксперимент только по результатам обработки. При наличии
нескольких вариантов сочетаний режимов обработки и размеров
шариков, позволяющих получить заданные характеристики поверхностного слоя, выбирается тот, у которого время обработки
меньше.
Представленные технологические рекомендации были использованы при совершенствовании технологического процесса
ВиОУО лонжеронов вертолета. Предложено увеличить до 120 рад/с
частоту колебаний и на 0,5 мм увеличить амплитуду колебаний, что
позволило сократить время обработки на 20%. Новый вариант технологического процесса прошел промышленные испытания. Качество обработанных деталей соответствует требованиям чертежа и
техническим условиям.
84
5.1. Оптимизация вибрационной модели вибростенда
П
П
П
2
c
km
2
r
вm
2 2 2
2 2 2 2 4 2
2
cr
П
c r m c m
2 4 2
20m c m
22
20m m c
2
20mc
2
2
m
c
2
2
m
c
minП
1
1
1
2
80000000 100000000
20000 30000
10000 18000
85 120
2
c Нм
r Н м с
m кг
с
m
c
, ;
, ;
, ;
, ;
.
Виброзащитная система тем эффективнее, чем меньше коэффициент передачи силы
(во всяком случае,
должен удовле-
творять условию П< 1. При П= 1 и П> 1 виброизоляция не эффективна).
Коэффициент передачи силы
определяется равенством
(3.12), а в качестве оптимизируемых параметров примем параметры, входящие в (3.12). Для представления этих параметров в явном
виде в (3.12) подставим
;
. В результате коэффициент
передачи сил примет вид:
. (5.1)
Из равенства (5.1) следует, что П=1, если
или
, т. е. должно выполняться условие
,
откуда
Таким образом, в задаче оптимизации для обеспечения эффекта виброизоляции (для П< 1) необходимо обеспечить
В общем виде задача оптимизации сформулирована в виде
:
. (5.2)
. (5.3)
(5.4)
85
Оптимизация выполнена с использованием MATLAB (пакет
61
80 10с H м
31
26 10rHмc
1
120с
3
18 10m кг
2
3,24 2
m
с
0
2 sinF F t
0
2 sinF nF t
22
0 0 0 0
F Д m r
оптимизации Optimization Toolbox) в виде задачи минимизации при
наличии ограничений.
В результате оптимизации получены следующие оптимальные
параметры вибростенда:
;
;
. При этом коэффициент пе-
;
редачи сил составил П = 0,447.
5.2. Синтез динамической системы вибростенда
В соответствии с результатами оптимизации найдем параметры вибровозбудителя, обеспечивающего выбранный критерий оптимальности.
Из всех типов вибровозбудителей, применяемых в технологических целях, наибольшее применение находят центробежные. Для
однокоординатного стенда используем центробежные вибровозбудители, обеспечивающие синусоидально колеблющуюся прямоли-
;
нейно направленную вынуждающую силу за счет вращения в противоположные стороны двух одинаковых дебалансов вокруг параллельных осей с одинаковыми угловыми скоростями . Развиваемая
при этом равнодействующая центробежная сила одного вибровозбудителя:
,
где F – центробежная сила одного дебаланса.
Если вибровозбудитель стенда состоит из нескольких последовательно соединенных с помощью синхронизирующих устройств
вибровозбудителей, то равнодействующая центробежная сила
,
где n – число указанных выше вибровозбудителей.
Обычно центробежная сила записывается в виде:
,
86
где m0 – масса дебаланса; r0 – эксцентриситет массы; Д0 – дисбаланс
0 0 0
Д m r
0
2Д тД
2
НД
2
НД
2
2
2 2 2 2
4
Д
А
m k b
3
2
2 2 2 2
4
Д
В
m k b
4
2
2 2 2 2
4
Д
Е
m k b
(
); – угловая скорость вращения дебаланса, ко-
торая для линейной динамической системы соответствует
частоте вынужденных колебаний стенда.
Полагая
, амплитуда центробежной (вынуждающей)
силы стенда примет вид
,
где – оптимальное значение угловой скорости, найденной в ре-
зультате оптимизации, Д – общий (приведенный) дисба-
ланс вибровозбудителя стенда.
Для получения оптимального значения Д из уравнений (3.5), (3.6)
найдем амплитудные значения перемещения A, скорости B ускорения E вибростенда, полагая
:
; (5.5)
; (5.6)
. (5.7)
Как было отмечено раннее, технологическая механика упрочнения наклепом наружной и внутренней стенок лонжеронов основана на виброударном методе обработки поверхностей стальными
или твердосплавными шарами, хаотично упакованными в замкнутом объеме. К сожалению, общая аналитическая теория этого метода, связывающая кинематические и динамические характеристики
вибростенда, шаров и упрочняемой поверхности, еще не разработана, и при проектировании вибростендов используют обычно экспериментальные данные рекомендуемых амплитуд перемещений,
скоростей и ускорений стендов, а необходимое упрочнение определяется длительностью обработки.
87
В работе [9] при виброупрочнении шарами 4-6 мм рекоменду-
2
2 2 2 2 2
4Д Аm k b
2
2 2 2 2 3
4Д Bm k b
2
2 2 2 2 4
4Д Em k b
62,33Д
кг м
ется работать с ускорением 10-15 g, виброскоростью 0,3-1 м/с. Реализуется это в установках, частота которых равна 10-40 Гц с амплитудой 2-6 мм.
В соответствии с этим зададимся амплитудой колебаний вибростенда A = 0,005 м. Тогда в соответствии с формулой (5.5) общий
дисбаланс при заданном A:
. (5.8)
При заданном B:
. (5.9)
При заданном E:
. (5.10)
Подставив в равенство (5.8) выбранное значение амплитуды
A = 0,005 м и входящие в него оптимальные параметры (k2=c/m;
2b=r/m; m; ), получим
.
Конструктивно общий дисбаланс Д равномерно распределен
между 8 центробежными вибраторами, каждый из которых состоит
из двух вращающихся в противоположные стороны дебалансов вокруг параллельных осей. Все 8 вибраторов соединены последовательно с помощью синхронизаторов.
5.3. Методика оптимального синтеза вибростенда
1. Составляется общая расчетная схема (см. рис. 3.1) вибро-
стенда и в общем виде записывается дифференциальное уравнение
его движения (3.1).
2. Осуществляется линеаризация приведенной силы упруго-
сти и приведенного сопротивления и дифференциальное уравнение
движения записывается в виде (3.3).
88
3. С использованием равенств (3.5)(3.11)определяется ко-
4
16
63
f, Гц
60
70
80
90
L, дБ
эффициент передачи сил (3.12), который преобразуется к виду (5.1)
и принимается в качестве критерия оптимальности.
4. Формулируется в общем виде задача оптимизации (5.4).
5. При помощи задачи минимизации критерия оптимальности
при наличии ограничений (например, в системе MATLAB) находятся оптимальные параметры вибростенда.
6. Используя равенства (5.7)(5.9), определяется общий дис-
баланс Д вибровозбудителя.
Внедрение оптимальных параметров вибростенда и дисбаланса обеспечило выполнение нормативных величин вибрации на рабочих местах операторов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Спектры вибрации на рабочем месте:
––– – норматив; - - - – уровни виброскорости
5.4. Синтез шумозащитной системы вибростенда
С целью снижения уровня шумов и оздоровления помещений
участка и всего цеха в целом разработано шумозащитное укрытие
туннельного типа. Конструкция укрытия состоит из трех арочных
секций, входящих одна в другую (рис. 5.2).
89
90
а)
Рис. 5.2. Система шумозащиты вибростенда: а – общий вид; б – рабочее положение; в – нерабочее положение (окончание см. на с.92)
1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]