авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

ТЕОРИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОПОР

Теория формообразования опор качения

КАЧЕНИЯ

В книге приведена теория контакта

упругих тел нетрадиционной

геометрической формы. Приведена методика расчета геометрических

параметров формы контактирующ их поверхностей, позволяющ ая

рационально распределять контактные напряжения и сущ ественно

повышать работоспособность опор качения. Предложена эффективная

технология формообразования рабочих поверхностей опор качения с рациональными геометрическими параметрами.

Андрей Королев · Альберт Королев ТЕОРИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ Андрей Королев Родился в 1966 г. в г. Саратове (RU). В 1990г ОПОР КАЧЕНИЯ закончил механико-математический факультет СГУ им. Н.Г.Чернышевского. В 1996 г защ итил кандидатскую диссертацию, а в 2002- докторскую по Технологическое обеспечение и расчет двум специальностям. В 2003-2004гг - победитель гранта Президента РФ среди молодых докторов рациональных параметров подшипников наук. В настоящ ее время - профессор СГТУ качения с повышенным ресурсом работы им.Гагарина Ю.А.

Королев, Королев 978-3-8473-9469- ОГЛАВЛЕНИЕ Принятые условные обозначения Введение Глава 1. Системный анализ состояния исследований и тенденций в области формообразования рабочих поверхностей опор качения 1.1. Моделирование локального контакта упругих тел 1.2. Формообразование рабочих поверхностей опор качения на операции шлифования 1.3. Формообразование рабочих поверхностей опор качения на операции суперфиниширования Выводы Глава 2. Механизм упругого контакта тел нетрадиционной геометрической формы, описываемой в главных сечениях степенными функциями с различными показателями 2.1. Механизм формирования деформированного состояния упругих тел 2.2. Механизм напряженного состояния области контакта упругих тел сложной формы 2.3. Анализ влияния геометрической формы контактирующих тел на параметры их упругого контакта Выводы Глава 3. Формообразование рациональной геометрической формы деталей на операциях шлифования 3.1. Формообразование геометрической формы деталей вращения шлифованием наклонным к оси детали кругом 3.2. Алгоритм и программа расчета геометрической формы деталей на операции шлифования наклонным кругом и напряженно-деформационного состояния области ее контакта с упругим телом в виде шара 3.3. Анализ влияние параметров процесса шлифования наклонным кругом на опорную способность шлифованной поверхности 3.

4. Исследования технологических возможностей процесса шлифования наклонным к оси заготовки шлифовальным кругом и эксплуатационных свойств подшипников, изготовленных с его применением Выводы Глава 4. Основы формообразования профиля деталей на операциях суперфиниширования 4.1. Математическая модель механизма процесса формообразования деталей при суперфинишировании 4.2. Алгоритм и программа расчета геометрических параметров обработанной поверхности 4.3. Анализ влияния технологических факторов на параметры процесса формообразования поверхности при суперфинишировании Выводы Глава 5. Результаты исследования эффективности процесса формообразующего суперфиниширования 5.1. Методика экспериментальных исследований и обработки экспериментальных данных 5.2. Регрессионный анализ показателей процесса формообразующего суперфиниширования в зависимости от характеристики инструмента 5.3. Регрессионный анализ показателей процесса формообразующего суперфиниширования в зависимости от режима обработки 5.4. Общая математическая модель процесса формообразующего суперфиниширования 5.5. Работоспособность роликовых подшипников с рациональной геометрической формой рабочих поверхностей Выводы Глава 6. Практическое применение результатов исследований 6.1. Совершенствование конструкций опор трения-качения 6.2. Способ шлифования колец подшипников 6.3. Способ контроля профиля дорожек качения колец подшипников 6.4. Способы суперфиниширования деталей типа колец сложного профиля 6.5. Способ комплектования подшипников с рациональной геометрической формой рабочих поверхностей Выводы Заключение БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ - коэффициент Пуассона, - модуль упругости, кГ/мм2;

E - размер малой полуоси эллиптической площадки контакта, a мм;

- размер большой полуоси эллиптической площадки контакта, b мм;

- сближение упругих тел, мм;

w ( x, y ) - вертикальное перемещение точек контактирующих упругих тел в зоне контакта;

- эксцентриситет эллиптической площадки контакта;

e n и m - показатели степенных функций начального зазора между контактирующими телами в главных сечениях контактирующих тел;

q ( x, y ) - напряжение в точке площадки контакта, МПа;

q ( y ) - величина линейного съема бруском с обрабатываемой детали, мм;

- радиус рабочей поверхности бруска, мм;

- угол наклона шлифовального круга, градус;

- радиус шлифовального круга, мм;

R - радиус рабочей поверхности шлифовального круга, мм;

r PS - давление стружки и шлама, которые остаются между зернами бруска на заготовку, Н;

Pr - сила резания бруска, Н;

S - объем шлака и стружки в межзерновом пространстве бруска, мм3;

Kz - коэффициент засаливаемости бруска;

- длина обрабатываемой поверхности, мм.

H ВВЕДЕНИЕ Известно, что проблема развития экономики в нашей стране во многом зависит от подъема промышленности, основанной на исполь зовании прогрессивной технологии. Это положение прежде всего от носится к подшипниковому производству, так как от качества под шипников и эффективности их производства зависит деятельность других отраслей народного хозяйства. Повышение эксплуатационных характеристик опор трения качения позволит увеличить надежность и ресурс машин и механизмов, конкурентоспособность оборудования на мировом рынке, а значит, является проблемой первостепенной важно сти.

Весьма важным направлением в повышении качества опор тре ния качения является технологическое обеспечение рациональной геометрической формы их рабочих поверхностей: тел и дорожек каче ния. В работах В.М. Александрова, О.Ю. Давиденко, А.В. Королева, А.И. Лурье, А.В. Орлова, И.Я. Штаермана и др. убедительно показа но, что придание рабочим поверхностям упруго контактирующих де талей механизмов и машин рациональной геометрической формы по зволяет существенно улучшить параметры упругого контакта и значи тельно повысить эксплуатационные свойства узлов трения.

Однако современная теория упругого контакта не позволяет в достаточной мере осуществлять поиск рациональной геометрической формы контактирующих поверхностей в достаточно широком диапа зоне условий работы опор трения качения. Экспериментальный поиск в этой области ограничен сложностью применяемой измерительной техники и экспериментального оборудования, а также высокой трудо емкостью и длительностью исследований. Поэтому в настоящее вре мя отсутствует универсальная методика выбора рациональной геомет рической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов.

Серьезной проблемой на пути практического использования уз лов трения качения машин с рациональной геометрией контакта явля ется отсутствие эффективных способов их изготовления. Современ ные способы шлифования и доводки поверхностей деталей машин рассчитаны в основном на изготовления поверхностей деталей отно сительно простой геометрической формы, профили которых очерчены круговыми или прямыми линиями. Способы формообразующего су перфиниширования, разработанные саратовской научной школой, весьма эффективны, но их практическое применение рассчитано толь ко на обработку наружных поверхностей типа дорожек качения внут ренних колец роликоподшипников, что ограничивает их технологиче ские возможности. Все это не позволяет, например, эффективно управлять формой эпюр контактных напряжений целого ряда конст рукций опор трения качения, а следовательно, существенно влиять на их эксплуатационные свойства.

Таким образом, обеспечение системного подхода к совершенст вованию геометрической формы рабочих поверхностей узлов трения качения и его технологического обеспечения следует рассматривать как одно из важнейших направлений дальнейшего повышения экс плуатационных свойств механизмов и машин. С одной стороны, изу чение влияния геометрической формы контактирующих упругих тел сложной формы на параметры их упругого контакта позволяет создать универсальную методику совершенствования конструкции опор тре ния качения. С другой стороны, разработка основ технологического обеспечения заданной формы деталей обеспечивает эффективное производство опор трения качения механизм и машин с повышенны ми эксплуатационными свойствами.

Поэтому разработка теоретических и технологических основ со вершенствования параметров упругого контакта деталей опор трения качения и создание на этой основе высокоэффективных технологий и оборудования для производства деталей подшипников качения явля ется научной проблемой, имеющей важное значение для развития оте чественного машиностроения.

В данной работе представлена разработанная авторами прикладная теория локального контактного взаимодействия упругих тел и создание на ее основе процессов формообразования опор трения-качения с рациональной геометрией, направленной на повышение работоспособности подшипниковых узлов различных механизмов и машин.

Работа выполнена на основе фундаментальных положений теории упругости, современных методов математического моделирования деформированного и напряженного состояния локально контактирующих упругих тел, современных положений технологии машиностроения, теории абразивной обработки, теория вероятностей, математической статистики, математических методов интегрального и дифференциального исчисления, численных методов вычислений.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методик и аппаратуры, с применением методов планирования эксперимента, обработки экспериментальных данных, и регрессионного анализа, а также с использованием современных пакетов компьютерных программ.

Теоретические положения работы подтверждены результатами экспериментальных исследований, выполненных как в лабораторных, так и в производственных условиях. Достоверность теоретических положений и экспериментальных данных подтверждена внедрением результатов работы в производство.

В основу данной работы положены материалы многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов. Большую по мощь в работе оказали опыт и поддержка ряда специалистов Саратов ского государственного технического университета и других органи заций, любезно согласившихся принять участие в обсуждении данной работы.

Глава 1. Системный анализ состояния исследований и тенденций в области формообразования рабочих поверхностей опор качения 1.1. Моделирование локального контакта упругих тел Одной из важнейших задач в теории упругости является кон тактная задача, решение которой позволяет определять механику кон тактного взаимодействия упругих тел.

Как известно, впервые решение контактной задачи для случая гладких тел с начальным одноточечным контактом было дано Герцем в конце XIX века. При решении контактной задачи теория Г. Герца построена из предположения, что начальный зазор в главных сечениях контактирующих тел описывается квадратичной функцией, имеющей в декартовой системе координат ZOXY следующий вид:

(1.1) z1 z 2 Ax 2 By 2, где z1 - z 2 - величина зазора между контактирующими телами;

x и y - координаты смежных точек контактирующих тел;

А и B - постоянные коэффициенты.

Площадка контакта таких тел представляет собой эллипс:

x2 y 1, a2 b где a и b - полуоси эллипса контакта, расположенные вдоль осей OX и OY.

Кроме того, Г. Герц делал следующие допущения:

Материалы контактирующих деталей однородны и изотропны;

Нагрузки, приложенные к деталям, создают в зоне контакта только упругие деформации;

Площадка контакта мала по сравнению с поверхностями дета лей;

Поверхности деталей в зоне контакта имеют правильную гео метрическую форму;

Силы давления нормальны к поверхности детали;

Поверхности контактирующих тел абсолютно гладкие.

Как видно из сделанных допущений теория Герца позволяла оп ределять механику контактного взаимодействия упругих тел, началь ная форма зазора которых являлась квадратичной функцией коорди нат.

Обычно решение задачи Герца о контакте упругих тел под воз действием нормальной нагрузки ставится следующим образом [6,142,146,147,149,221]. Пусть два упругих тела имеют первоначаль ный точечный контакт. Выбирают эту точку за начало декартовых ко ординат (рис.1.1).

Рис.1.1. Схема сжатия упругих тел Оси XOY лежат в общей касательной плоскости, а ось Z на правляют через точку O перпендикулярно этой плоскости вовнутрь одного из контактирующих тел. Берутся две точки M 1 ( x, y, z1 ) и M 2 ( x, y, z 2 ), лежащие на одной нормали к касательной плоскости и принадлежащие соответственно первому и второму контактирующим телам. Считается, что первоначальное расстояние между этими точка ми определяется равенством (1.1).

Под воздействием нормальной нагрузки P точки контактирую щих тел сближаются соответственно на величины 1 и 2 (пока не известные) и деформируются соответственно на величины w1 ( x, y, z) и w 2 ( x, y, z). Здесь рассматривается только вертикальное перемеще ние и считается, что касательные напряжения отсутствуют. Таким об разом, координата точки M 1 после воздействия нагрузки станет рав ной ( x, y, z1 1 w1 ( x, y, z1 )), координата точки M 2 будет иметь ве личину ( x, y, z 2 2 w1 ( x, y, z1 )), а расстояние между точками будет равным:

M 1 M 2 z1 z 2 1 2 w1 ( x, y, z1 ) w2 ( x, y, z1 ) z1 z 2 w1 ( x, y, z1 ) w2 ( x, y, z1 ), где 1 2.

Тогда после того, как точки M 1 и M 2 вступят в контакт, оче видно, будет выполняться условие:

M1 M 2 z1 z 2 w1 ( x, y,0) w2 ( x, y,0) 0, откуда:

w1 ( x, y,0) w2 ( x, y,0) z1 z 2 Ax 2 By 2. (1.2) С другой стороны, если обозначить через q ( x, y ) напряжение в точке ( x, y ) на площадке контакта, то вертикальное перемещение можно найти из выражения [147]:

1 12 q( x', y' ) w1 ( x, y,0) dS ;

E1 (1.3) 2 ( x x' ) ( y y' ) S 1 22 q( x', y' ) w2 ( x, y,0) dS.

E 2 2 ( x x' ) ( y y' ) S Сопоставляя (1.1) и (1.2), можно записать:

1 12 1 2 w1 ( x, y,0) w2 ( x, y,0) E E q( x', y' ) dS Ax 2 By 2 ( x x' ) ( y y' ) S или q( x', y' ) dS 2 ( x x' ) ( y y' ) (1.4) S A1 x B1 y 2, ( x, y ) S, z 1, ( x, y) S, z 0, где E1 E 1 ;

A1 A ;

B1 B ;

.

E 2 1 12 E1 1 2 Если ввести обозначение:

q ( x ', y ' ) dS ( x, y, z ), 2 2 (x x ' ) ( y y ' ) z (1.5) S то условие (1.4) можно переписать следующим образом:

1 A1 x 2 B1 y 2, ( x, y ) S, ( x, y,0) ( x, y) S. (1.6) 0, Как известно, функция (1.5) является потенциалом простого слоя, распределенного по площадке S с интенсивностью q ( x, y ), а значит, оно является решением уравнения Лапласа. Таким образом, ставится первая краевая задача (задача Дирихле): определить гармо ническую функцию ( x, y, z ), удовлетворяющую уравнению Лапласа:

2 ( x, y, z ) во всех точках полупространства, с условиями на границе (1.6).

Как известно [147], эта задача ничем по сути не отличается о за дачи эллиптического неплоского в плане штампа. Из выражения (1.6) видно, что потенциал ( x, y, z ) в точках области контакта является квадратичной функцией.

С другой стороны, известно [142], что потенциал во внутренних точках однородного эллипсоида (с постоянной объемной плотностью ):

y x2 z 2 2 a b c имеет вид:

y x2 z 1 a 2 b 2 c 2 d.

( x, y, z ) abc a 2 b2 c Переходя к пределу c 0, получим z 0, а предыдущее выра жение примет следующий вид:

y x 1 a 2 b 2 d. (1.7) ( x, y,0) abc a 2 b2 Из равенства (1.7) видно, что потенциал является квадратичной функцией координат. Кроме того, можно заметить, что потенциал од нородного эллипсоида в точке ( x, y, z ) имеет вид:

dx ' dy ' dz ' ( x, y, z ).

2 2 ( x x ' ) ( y y' ) ( z z' ) V Переходя здесь к пределу c 0 ( z z ' 0) и интегрируя по dz' y ' x' в пределах c 1, получим:

a2 b y' x' 2 dx ' dy ' ( x, y,0) 2c 1, (1.8) a2 b2 2 ( x x' ) ( y y' ) где интегрирование ведется по эллиптической площадке:

y x : 1.

a2 b2 (1.9) Сравнивая выражения (1.7) и (1.8), запишем:

y' x' 2 y x 1 1 2 dx ' dy ' ab a2 b2 (1.10) a b 2 d.

2 0 a 2 b2 2 ( x x' ) ( y y' ) Как видно из (1.10), потенциал однородного эллипсоида, с од ной стороны, является потенциалом простого слоя, а с другой сторо ны, является квадратичной функцией координат. Это же самое можно заметить и про искомую гармоническую функцию, которая, как сле дует из (1.4), (1.5) и (1.6), является также потенциалом простого слоя и квадратичной функцией координат. Т.е. для точек площадки контакта имеет место равенство:

q( x', y' ) dS 1 A1 x 2 B1 y 2.

( x x' ) 2 ( y y' ) S Поэтому, если положить, что S, то, сравнивая левые части этого и предыдущего выражения (1.10), можно прийти к выводу, что y x q( x, y) 0 1, (1.11) a2 b где 0 - некоторая константа.

Таким образом, если в качестве решения краевой задачи принять потенциал однородного эллипсоида, а с другой стороны, считать, что площадка контакта упругих тел есть эллипс, то напряжения по пло щадке можно определить из (1.11).

Постоянную 0 определяют из условия равновесия:

(1.12) P q ( x ', y ' )dS.

S Подставив (1.11) в (1.12), найдем:

x b a b x y a x2 a P 4 0 1 2 2 dydx 4 0 1 2 dx 4 a a b 0 0 b 2 2 ab 4 0 a 0.

43 Тогда (1.13) 3P 0.

2 ab Следовательно, окончательно имеем:

x2 y 3P q( x, y) 1 2 2.

2 ab (1.14) a b Как уже отмечалось, при решении контактной задачи Герца су щественную роль сыграло то обстоятельство, что функция зазора ме жду контактирующими телами в начальный момент времени являлась квадратичной функцией (1.1).

Поэтому при расчете взаимодействия между упругими телами на практике обычно раскладывают функцию начального зазора между контактирующими телами в степенной ряд в окрестности точки на чального контакта, берут член ряда, содержащий вторую степень, счи тают, что это вполне достаточное приближение, и используют реше ние Герца.

Такое положение дел оставалось порядка шестидесяти лет. В те чении этого времени осуществлялась главным образом эксперимен тальная проверка теории Герца, а также возможность применения ее на практике. Особую роль сыграли работы Н.М. Беляева [37] и акаде мика А.Н. Динника [62].

Однако, как легко заметить, если зазор между контактирующи ми телами описывается, например, в главных сечениях степенной функцией, то большее значение показателя этой функции обеспечива ет более плотный контакт между взаимодействующими телами в ок рестности точки начального контакта. А на некотором удалении от этой точки, наоборот, большее значение показателя обеспечивает ме нее плотный контакт между телами. Это не может не сказаться на размерах площадки контакта, эпюре контактных напряжений. Таким образом, при плотном контакте тела, форма которого отлична от фор мы тела вращения, допущение о малости площадки контакта по срав нению с размерами самих тел не всегда приемлемо, и теория Герца может дать существенные погрешности в расчетах.

Только шестьдесят лет спустя, используя труды Н.И. Мусхели швили [155], И.Н. Векуа, А.М. Ляпунова и других ученых, И.Я. Шта ерман [232] решил данную задачу для случая круговой площадки кон такта и произвольной функции начального зазора, а также для случая эллиптической площадки контакта, где форма начального зазора име ет вид:

(1.15) z1 z2 Ax 4 Bx 2 y 2 Cy 4, ( A C ).

В данной работе И.Я. Штаерман определил ограничение на ко эффициенты A, B, C, при которых площадка контакта между контак тирующими телами будет эллиптическая.

Схема решения И.Я. Штаермана выглядит следующим образом.

Он принял общий вид функции напряжения на эллиптической пло щадке в виде:

m x2 y n a k 1 2 q( x, y) (1.16) b y2 a x2 k m 1 a2 b и показывает, что в этом случае потенциал эллиптического диска на его поверхности выражается в виде:

n 1 3 5...( 2 k 3)( 2 k 1) ( x, y,0) ab a 0 ak 2 4 6...(2 k 2)2 k 0 k k x sin y cos d 1 2, a sin 2 b 2 cos 2 a 2 sin 2 b 2 cos где a 0 определяется в случае задачи о плоском штампе, а в случае контакта упругих тел с одноточечным начальным контактом полага ется равной нулю. Как видно из этого выражения потенциал ( x, y,0) является полиномом степени 2n.

В частности, если форма начального зазора определяется выра жением (1.15), то функция плотности распределения контактных на пряжений выглядит так:

(1.17) y 2 2 y x x q ( x, y ) a1 1 a 2 1.

a2 b2 a 2 b Краевое условие в данном случае записывается в виде:

(1.18) q ( x ', y ' ) dx ' dy ' Ax 4 Bx 2 y 2 Cy v ( x x ' ) 2 y y ' S Подставляя выражение (1.17) в (1.18) интеграл в левой части (1.18) примет вид:

q ( x ', y ' )dx ' dy ' 1 1 ab a1 a 2 a1 a 2 0 2 ( x x ' ) 2 y y ' S (1.19) x sin y cos x sin y cos 2 2 a2 a sin 2 b 2 cos 2 8 a sin 2 b 2 cos d a 2 sin 2 b 2 cos Сравнивая многочлены в (1.19) с многочленом в правой части (1.18), получаем:

(1.20) a2 a1.

Тогда выражение (1.19) примет вид:

q( x', y' )dx' dy' aa1 3b 4 e 4 1 e 2 K (e) ( x x ' ) y y ' 6b 4 e 4 1 e S (1.21) 1 e 2 2 3e 2 K (e) 2 1 2e 2 E (e) x 61 e 21 e K (e) 2 e E (e) x 2 2 2 y 2 e K (e) 21 e E (e) y 1 e2 2, где e - эксцентриситет эллиптической площадки контакта.

Сравнивая коэффициенты в многочленах (1.21) и правой части (1.18), получается 4 уравнения:

aa K ( e), v v 0 1 e 2 2 3e 2 K (e) 2 1 2e 2 E (e) A, 21 e K (e) 2 e E (e) B, (1.22) v0 6 1 e 2 2 2 e K (e) 21 e E (e) C.

v0 1 e2 2 Кроме того, из условия равновесия, условия (1.20) и вида функции (1.17) получаем еще одно уравнение:

(1.23) 5P a1.

2ab Таким образом имеется 5 уравнений с 4-мя неизвестными:, a, b, a1.

Следовательно, на заданные постоянные должны накладываться неко торые ограничения.

Из уравнений (1.22) получаются следующие выражения:

C, 2 e 2 K (e) 2(1 e 2 ) E (e) 1 e (1.24) 1 e 2 3e K (e) 21 2e E (e) A 2 2 6 21 e K (e) (2 e ) E (e) 1 e B 2 2.

1 e 2 3e K (e) 21 2e E (e) A 2 2 В левой части выражений (1.24) стоят функции, зависящие C B только от e. Выразив e через отношения и, получим ограниче A A ния, налагаемые на коэффициенты. Характер этих ограничений пока зывается следующим образом.

Вводится обозначение:

C k2.

A B C B Так как является функцией от, то является функцией от A A A k. Эта функция представляется в виде:

B 2 k (1 ( k )).

A Показывается, что функция ( k ) в широком изменении k при нимает значения, малые по сравнению с единицей. Таким образом, полагается:

B 2k.

A Следовательно функция начального зазора (1.15) запишется в виде:

, (1.25) z1 z2 A x 2 k y т.е. сечение функции зазора в плоскости параллельной плоскости кон такта мало отличается от эллиптической формы.

Однако решение И.Я. Штаермана также как и решение Герца имеет свои ограничения при применении. Возникает необходимость на практике проводить экспериментальные исследования для опреде ления допустимых границ в использовании решений Герца и И.Я.

Штаермана.

Большой вклад в теорию упругого контакта внесли В.М. Алек сандров [1-5 и др.], И.И.Ворович [48,49], Ю.А. Амензаде [6], Л.А. Га лин [53], Галанов [51], В.И.Моссаковский [153,154], А.И. Лурье [146,147], М.Я. Леонов [144,145], Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц [142], А.

Ляв [149], Н.И. Мусхелишвили [155], С.П. Тимошенко [221], И.Я.

Штаерман [232] и другие. Работы этих авторов имеют большое теоре тическое и практическое значение, так как позволяют решать пробле му определения напряженно-деформированного состояния тел при различных условиях их взаимодействия. В результате исследований этих и других авторов стало возможным определение действующих напряжений и деформаций вблизи зоны контакта для случаев взаимо действия тел, не однородных по материалу, имеющих неоднородные слои материалов, с несимметричным нагружением, с неоднородной поверхностью контакта, имеющих различную форму: клина, конуса, усеченной сферы, параллелепипеда, цилиндра, тора и т.д.

В более общем виде в решении контактной задачи продвинулся А.В. Королев [118]. Суть метода его решения от до сих пор известных заключается в следующем. Как было показано ранее, в стандартной постановке контактной задачи требуется найти функцию напряжений q ( x, y ) и площадку контакта S при заданной форме начального зазо ра, удовлетворяющим краевому условию:

q ( x ', y ' ) dx ' dy ' ( z1 z 2 ) x x ' y y ' 2 S и условию равновесия:

q ( x ', y ' )dx ' dy ' P.

S В работе [118] автор вместо функции начального зазора задался формой площадки контакта, приняв ее эллиптической. На величину начального зазора он ввел только одно ограничение - в главных сече ниях функция начального зазора описывается степенными зависимо стями с одинаковыми показателями:

(1.26) z1 z 2 Ay n, при x 0, z1 z 2 Bx n, при y 0.

При этих условиях он определил в зависимости от внешней нормальной нагрузки размеры площадки контакта, величину сближе ния тел, а также функцию контактных напряжений.

Вид функции начального зазора, которая может получиться при этих предположениях, автором не исследовалось.

Полученное решение до настоящего времени являлось наиболее общим. Действительно, условию (1.26) удовлетворяет и функция на чального зазора Герца (1.1), и функция начального зазора И.Я. Шта ермана (1.16). Поэтому для эллиптической области контакта в качест ве частных случаев решение А.В. Королева содержит и решение Герца и решение И.Я. Штаермана.

Кроме того, впервые появилась возможность исследовать влия ние показателя n на распределение контактных напряжений и разме ры пятна контакта. Но несмотря на все перечисленные достоинства данного решения оно имеет и существенный недостаток, который за ключен все в том же условии (1.26). На практике чаще всего встреча ется контакт тел, начальный зазор между которыми в главных сечени ях нельзя с достаточной точностью описать степенными функциями с одинаковыми показателями. Например, если рассматривать контакт тел, одно из которых является телом качения, а другое - желобом, то форма начального зазора удовлетворять условию (1.26) как правило не будет.

Значительное влияние геометрической формы контактирующих поверхностей на работоспособность деталей подтверждается экспе риментально. В области оптимизации профиля желоба накоплен дос таточно большой опыт как в нашей стране, так и за рубежом. Авторы указанных работ единодушны в том, что выравнивание контактных напряжений по длине площадки контакта и снижение их уровня явля ется одним из наиболее существенных, если не самым существенным резервом улучшения эксплуатационных характеристик опор качения.

Задача оптимизации контакта между телами качения и дорож ками качения шарикоподшипников решается в основном в двух взаи мосвязанных направлениях:

в направлении снижения удельной нагрузки на контакте;

оптимизации форм сопряженных поверхностей.

В направлении снижения удельной нагрузки на контакте извес тен целый ряд конструктивных разработок [225, 226 и др.]. Наиболь ший интерес представляют:

а) арочная конструкция желоба;

б) использование полых тел качения;

в) применение колец пониженной жесткости.

Как показали исследования, применение арочной конструкции желоба наиболее эффективно при высоких скоростях и малых нагруз ках. Долговечность при этом возрастает примерно в три раза. Однако использование арочных подшипников при больших нагрузках практи чески неэффективно.

Кроме того, существующая в настоящее время технология про филирования таких дорожек качения весьма неэффективна. Достаточ но сказать, что точность профиля дорожки качения в этом случае за висит не только от погрешностей оборудования, но и от точности ус тановки колец, а также от точности смещения радиусов правящего ор гана относительно оси симметрии шлифовального круга.

Полые тела качения и кольца пониженной жесткости более чув ствительны к колебаниям нагрузки, чем обычные. Поэтому при изме нении нагрузки в ту или иную сторону величина зазора между контак тирующими телами, а, следовательно, и размеры пятна контакта будут точнее реагировать на эти изменения. Таким образом, нагрузка на контакте будет всякий раз распределяться более благоприятно. Одна ко следует заметить, что кольца пониженной жесткости, как и полые тела качения, весьма сложны с точки зрения технологии их изготовле ния.

Наиболее распространенным профилем желоба является про филь, очерченный дугой окружности, благодаря относительной его простоте изготовления в технологическом отношении. Однако легко заметить, что увеличение радиуса желоба с целью снижения потерь на трение сопровождается уменьшением размеров площадки контакта, увеличением контактных давлений и, наоборот, уменьшение радиуса желоба увеличивает размеры пятна контакта, снижает контактные давления, но резко увеличивает потери на трение. Удовлетворение же обоих требований, т.е. снижение контактных давлений с одновремен ным снижением потерь на трение, относится к задачам столь же слож ным, насколько и актуальным. Решить указанную задачу можно за счет оптимизации формы контактирующих поверхностей опор каче ния. В частности, в работах М.В. Коровчинского [80], А.В. Орлова [161-163 и др.] и С.В. Пинегина [192-196] убедительно показано, что оптимизация геометрической формы рабочих поверхностей подшип ников качения существенно увеличивает их работоспособность. Эти ми авторами предложено несколько новых конструкций подшипников качения, проведены теоретические и экспериментальные исследова ния, которые убедительно показали возможность повышения статиче ской и динамической грузоподъемности подшипников качения, сни жения их момента трения, повышения быстроходности.

Например, в работах [161-163] показано, что, профилируя бего вую дорожку шарикоподшипника дугой эллипса либо придавая ей ги перболическую форму, можно существенно улучшить такие важней шие характеристики опорного узла, как легкость хода, его грузоподъ емность. На рис. 1.2 показаны контактные давления при сжатии шара диаметром 50,8мм с круговым (1) и эллиптическим (2) желобом (сталь-сталь).

Как видно из рисунка, величина среднего давления на эллипти ческом желобе при малых нагрузках меньше, а при более высоких несколько больше среднего давления на круговом желобе, что объяс няется ограниченной возможностью роста площадки контакта шара с эллиптическим желобом в длину при увеличении нагрузки вследствие быстрого возрастания функции зазора на некотором удалении от сере дины желоба.

В тех же работах указано, что в ряде случаев оказывается жела тельной возможность более свободного варьирования формой по верхности качения с целью получения наиболее благоприятной (для заданных условий эксплуатации) формы площадки контакта и закона распределения на ней нагрузки. Однако задача отыскания площадки контакта и распределение по ней эпюры напря жений является до вольно сложной задачей, которая сопряжена с рядом трудностей ма тематического характера. М.В. Коровчинский [80] уточнил решение Г. Герца и дал приближенное решение близкого касания сжимаемых тел при достижении размеров площадки контакта, соизмеримой с раз мерами контактирующих тел. Несмотря на прикладную ценность это го решения, все же оно ограничивает возможность анализа работоспо собности тел сложной формы. Поэтому А.В. Орлов и С.В. Пинегин Рис.1.2. Контактные давления при сжатии шара диаметром 50,8мм с круговым (1) и эллиптическим (2) желобом (сталь-сталь) в основном ограничивались экспериментальными исследованиями.

Выполненный анализ показывает, что форма контактирующих по верхностей упругих тел оказывает существенное влияние на парамет ры контакта, что может использоваться на практике для повышения работоспособности деталей машин и механизмов. Анализ этих усло вий свидетельствует о том, что тороидальная форма желоба не являет ся оптимальной ни с точки зрения долговечности, ни с точки зрения энергетических потерь. Разработанные в настоящее время опоры ка чения с оптимальной геометрической формой хотя и обеспечивают существенное повышение работоспособности подшипников, но чрез вычайно сложны в изготовлении, что ограничивает их применение. В связи с этим, наряду с использованием современных методов повы шения работоспособности деталей шарикоподшипников, с особой остротой встает задача развития таких направлений совершенствова ния геометрической формы рабочих поверхностей опор качения, ко торые одновременно обеспечивали бы благоприятное распределение контактных напряжений и достаточную простоту их изготовления.

Попытки совершенствовать геометрическую форму контактирующих поверхностей без решения технологических проблем обеспечения из готовления этой формы деталей не приводят к успеху. Поэтому задачу оптимизации геометрической формы рабочих поверхностей деталей необходимо решать в комплексе с решением соответствующих техно логических задач.

Наиболее эффективно решить эту задачу возможно на основе дальнейшего развития теории локального упругого контакта тел сложной формы. Это, в частности, относится к случаю контакта, когда в одном из главных направлений тела имеют круговую форму, а в другом главном сечении они оба или одно из них имеет форму, от личную от круговой. Достаточно полное решение этой проблемы, как уже отмечалось, могло бы найти практическое применение в совер шенствовании конструкции не только подшипников качения, но и подшипников скольжения, зубчатых, винтовых передач, шлицевых соединений и т.д.

1.2. Формообразование рабочих поверхностей опор качения на операции шлифования Серьезной проблемой на пути совершенствования геометриче ской формы рабочих поверхностей опор качения стоит разработка ее технологического обеспечения. Известно, что эксплуатационные свойства изделий типа подшипников качения (износостойкость, дол говечность, надежность и др.) во многом зависят от технологического процесса изготовления отдельных деталей, который определяет гео метрические и физико-химические параметры поверхностного слоя:

точность размеров, формы, шероховатость поверхности, ее топогра фию, твердость [7,9,43,46,65,67,75,198,208,209 и др.]. К технологиче ским процессам изготовления этих деталей предъявляются высокие требования: наследование лучших точностных параметров и показа телей качества поверхности и поверхностного слоя предшествующих технологических операций, возможность исправлять погрешности размеров, формы, обеспечивать достижение заданной шероховатости поверхности и качественных показателей поверхностного слоя дета лей, обеспечение высокой культуры производства и техники безопас ности, высокая производительность, простота наладки и обслужива ния технологического оборудования, возможность автоматизации процесса и др.

Значительное влияние на эксплуатационные свойства подшип ников оказывает шероховатость рабочих поверхностей деталей [121,132,219,241 и др.], волнистость и другие отклонения от круглости деталей [38,47,52,70,74,143,165, 166,215,237 и др.], геометрическая форма профиля рабочих поверхностей деталей [10,14,40,118,133,140,162,191,196,211,216,217,222,229,234,235 и др.], обеспечиваемые на операциях шлифования и суперфиниширования.

Оптимальное значение шероховатости желобов колец шарикопод шипников составляет Ra =0,080-0,050 мкм, а оптимальное значение шероховатости дорожек качения колец роликоподшипников составля ет Ra =0,16-0,32 мкм [43,121,230 и др.]. При более высоких значениях шероховатости существенно уменьшается долговечность подшипни ков, а при более низких - резко снижается производительность про цесса обработки.

Волнистость поверхности наиболее существенно влияет на уро вень вибрации подшипников [198, 237 и др.] и является одним из наи более важных суммарных показателей качества подшипников каче ния, характеризующих точность их изготовления и эксплуатационные характеристики. Считается рациональной величина волнистости в пределах 0,10-0,05 мкм.

Придание рабочим поверхностям колец роликоподшипников выпуклости в пределах 2-4 мкм в несколько раз повышает их долго вечность [133,219,230]. А так как величина этой выпуклости невелика, то весьма остро встает проблема ее обеспечения на операциях оконча тельной обработки, так как на предшествующей шлифовальной опе рации это сделать технологически сложно.

На современном этапе развития машиностроения разработано много методов окончательной обработки криволинейных поверхно стей вращения деталей машин, которые отличаются схемой обработ ки, режимами и видами режущего инструмента. Среди этих методов наиболее широкое применение нашли шлифование [42,50,77,118,121,122,132,134,139,141,151 и др.], притирка и полиро вание [57,58,66,157 и др.], микрохонингование [230 и др.]и суперфи ниширование.

В настоящее время заданные размеры и форму упрочненных по верхностей деталей обеспечивают на операциях шлифования. При из готовлении колец подшипников значительная роль отводится опера циям шлифования дорожек качения [57], на которых достигается тре буемая точность дорожек, а, следовательно, и подшипника в целом.

Это и предопределяет относительно высокую трудоемкость операций шлифования. В настоящее время в подшипниковой промышленности применяется несколько способов шлифования дорожек качения. При обработке рабочих поверхностей опор качения обычно применяют процесс шлифования периферией шлифовального круга методом вре зания. Периферии круга с помощью правящего инструмента придают заданную форму, которая затем копируется на обрабатываемой по верхности [63,123-125,160,214 и др.].

Методом врезания достигается более высокая геометрическая стабильность параметров профиля дорожки качения, более высокая геометрическая точность осевого биения дорожки качения и базового торца по сравнению с другими методами. Кроме того, все более ши рокому внедрению метода врезного шлифования способствовали та кие немаловажные его преимущества, как простота наладки, которая сводится к настройке величины радиуса, положения и размера дорож ки качения;

более стабильный размер диаметров дорожек качения;

постоянство размера радиуса даже при многократном шлифовании.

Однако этот метод не лишен серьезных недостатков:

1. Низкая степень самозатачивания шлифовального круга при водят к тому, что последний быстро "засаливается". Поэтому требует ся частая правка круга, в связи с чем наблюдается повышенный рас ход кругов и правящего инструмента.

2. Неравномерный износ шлифовального круга из-за неравенст ва окружностей различных точек периферии круга [76,224 и др.]. Это положение ухудшается еще и тем, что любые отклонения в заготовке кольца (смещение оси, отклонение по величине радиуса профиля и т.д.) ведут к тому, что по краям круга возрастает износ, приводящий в дальнейшем к искажению профиля шлифуемой детали. Поэтому при шлифовании методом врезания для стабилизации шлифуемых профи лей необходимо применение более твердых абразивных кругов, что также снижает производительность, так как опасность ожогов вынуж дает снижать поперечную подачу.

3. При правке круга алмазным карандашом с высокой точностью можно получать профили заготовок простой формы - круговой или линейной. В этом случае погрешность профиля зависит в основном только от траектории перемещения инструмента, которая обеспечива ется простыми техническими средствами. При шлифовании поверхно стей деталей сложной формы правка шлифовального круга алмазным карандашом осуществляется по копиру, а это из-за сложности правя щего устройства приводит к значительным погрешностям формы.

4. При правке кругов сложного профиля применяют алмазные правящие ролики [68 и др]. Однако правка круга алмазными роликами ограничивается их высокой стоимостью, и поэтому этот метод правки используется только в крупносерийном и массовом производствах.

С другой стороны, более интенсивный износ абразивных зерен при врезном шлифовании, истирание их режущих граней и увеличе ние радиуса округления вершин зерен приводят к снижению шерохо ватости [122-124]. Кроме того, более низкий уровень вибраций в тех нологической системе из-за отсутствия дополнительного качательного движения бабки изделия также благотворно влияет на шероховатость шлифованной поверхности, так как снижение уровня вибрации техно логической системы эквивалентно снижению разновысотности актив ных зерен [122]. Поэтому в последнее время метод врезания, обеспе чивающий большую точность обработки и простоту наладки металло режущего оборудования, находит все более широкое применение в подшипниковой промышленности.

Наиболее высокую точность формы заготовок сложного профи ля можно обеспечить совершенствованием кинематики процесса шлифования. В работах [59,78], например, приведена классификация относительных движений заготовки и инструмента простой формы, которая обеспечивает обработку поверхностей заданной сложной формы. На наш взгляд, это направление поиска способов формирова ния поверхностей сложной формы наиболее перспективно, так как обеспечивает высокую точность простыми средствами.

Перспективы применения данного метода обработки становятся еще более значительными в условиях оптимизации рабочих поверхно стей шарикоподшипников. Предложенные в работе [162] конструкции желобов колец шарикоподшипников потребовали создания техноло гических средств для их воплощения. Придание инструменту необхо димой формы ведется с помощью профильного инструмента либо шаблона [161, 162]. При этом погрешность формы последних полно стью переносится на профиль изделия, что в значительной мере сни жает ожидаемую эффективность. Применение пантографных меха низмов из-за их громоздкости и чувствительности к люфтам в много численных шарнирах еще более неэффективно.

Рассмотренный выше комбинированный профиль можно полу чить, используя шаблоны, пантографные механизмы, а также ведя об работку по элементам образующей профиля. Например, дугу, с радиу сом, близким к радиусу шара, профилировать на одном станке, а со пряженные с ней касательные - на другом. Но и здесь остается про блематичной возможность доводочной операции полученного профи ля желоба, а, следовательно, невысокая точность.

Для правки шлифовального круга по дуге эллипса иногда ис пользуют устройства типа эллипсограф, которые дают значительную погрешность формы из-за их многозначности. Поэтому должного применения эти механизмы для правки шлифовальных кругов не по лучили. Дальнейшие работы в этом направлении привели к тому, что в Институте точного машиностроения Академии наук РФ были разра ботаны специальные приспособления, конструкция которых для же лоба эллиптического профиля представлена на рис.1.3 [161].

Шлифовальный круг 1, вращающийся вокруг оси O1 O1, про филируется алмазной иглой 2, установленной в скобе 3, которая по качивается вокруг оси приспособления O2 O2. Эта ось развернута относительно плоскости вращения шлифовального круга на угол.

Таким образом, при вращении скобы острие иглы описывает в плос кости NN окружность радиусом, равным R3. Следовательно, если спроектировать дугу окружности радиуса R3, лежащую в плоскости NN, на диаметральную плоскость шлифовального круга TT, то полу чим на его периферии дугу эллипса 4 с полуосями a R3 и B R3 cos.

Для этого, кроме вращательного движения скобы 3, в результате которого острие иглы в какой-то момент времени получит в направле нии NN перемещение S, необходимо площадке 5, на которой смон тирована скоба, сообщить дополнительное поступательное перемеще ние S 0 S sin с таким расчетом, чтобы игла все время распола галась в диаметральной плоскости TT. Аналогичное приспособление было разработано и для гиперболического профиля желоба.

Рис.1.3. Приспособление для получения эллиптического профиля желоба Особенностью этих приспособлений является наличие у них двух взаимосвязанных движений правящей головки: вращательного и корректирующего, что является нежелательным при профилировании таких ответственных поверхностей, как дорожки качения шарико подшипников.

Еще более значительные трудности вызывает обработка желоба сложного профиля, когда средняя часть профиля колец представляет собой участок постоянной кривизны, а периферийные участки - со пряженные с центральным участком дуги переменной кривизны.

Обеспечить необходимую точность профиля с таким сложным соче танием кривых и имеющего две точки перегиба существующими тех нологическими средствами не представляется возможным.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что формирование профилей желобов шарикоподшипников осуществляется главным об разом на стадии шлифования. При этом используются, как правило, два основных метода шлифования фасонных поверхностей: профили рованным шлифовальным кругом врезанием по методу копирования и по методу кинематического воспроизведения поверхности заготовки сложной формы шлифовальным кругом простой формы. Предложен ные в работе [161,162] конструкции желобов колец шарикоподшипни ков не получили широкого распространения не только из-за отсутст вия соответствующей теоретической базы для целенаправленного анализа параметров контакта поверхностей дорожек и тел качения, но и потому, что в настоящее время нет достаточно точных и экономи чески целесообразных методов профилирования шлифовальных кру гов. Кинематическое же воспроизведение предложенных профилей желобов, очевидно, еще более затруднительно, так как потребует ко ренной модернизации существующего станочного парка.

Как отмечалось выше, процесс шлифования имеет определен ные недостатки, которые не позволяют его использовать для оконча тельной обработки ответственных поверхностей деталей, какими яв ляются рабочие поверхности опор качения. При любых способах шлифования погрешность формы обрабатываемой заготовки обуслов лена неравномерным износом инструмента [76,224 и др.]. Поэтому для достижения высокой точности профиля заготовки необходимо часто править шлифовальный круг, что повышает стоимость операции.

Кроме того, в процессе шлифования развиваются высокие тем пературы, вызывающие неблагоприятные структурные превращения в поверхностном слое шлифуемой поверхности [65,127,202,223,233].

При шлифовании также сложно обеспечить требуемые для прецизи онных изделий типа колец подшипников качения значения шерохова тости и волнистости поверхности [219 и др.].

Поэтому для достижения высоких значений показателей точно сти и качества обработки поверхностей сложной формы необходимо, помимо шлифования, вводить в технологический процесс дополни тельные операции сверхтонкой прецизионной обработки, типа профи лирующего суперфиниширования или размерной электрохимической обработки. Однако окончательная обработка таких поверхностей на практике вызывает серьезные трудности.

1.3. Формообразование рабочих поверхностей опор качения на операции суперфиниширования Основным методом окончательной обработки рабочих поверх ностей деталей подшипников является суперфиниширование [15 18,41,69,83,100, 108,109,114,115,128,134,141,190 и др.]. Наиболее ши рокое применение получило так называемое "традиционное суперфи ниширование", при котором абразивный брусок прижимается к вра щающейся заготовке и совершает осциллирующие движения вдоль профиля обрабатываемой поверхности. По этой схеме до настоящего времени работает большинство отечественных моделей суперфиниш ных автоматов (ЛЗ-11, ЛЗ-112, ЛЗ-113 и др.) и автоматов ведущих за рубежных фирм (Эрнст Теленхауз (ФРГ), Супфина (ФРГ) и др.).

Абразивный брусок при суперфинишировании прижимается к обрабатываемой поверхности всей своей рабочей поверхностью. По этому рабочая поверхность бруска после некоторого времени работы забивается стружкой и шламом и перестает снимать припуск. Однако вследствие наличия на поверхности абразивного бруска пор суперфи ниширование позволяет удалять с поверхности заготовки дефектные слои металла и более интенсивно исправлять такие погрешности гео метрической формы заготовки, как волнистость и шероховатость.

С целью повышения съема металла операция суперфиниширо вания обычно осуществляется в два или даже в три технологических перехода [109,114,115,190,219,230 и др. ]- сначала крупнозернистым, а затем мелкозернистым брусками. Предварительное суперфиниширо вание обычно осуществляется бруском зернистостью М14, а оконча тельное - бруском зернистостью М7...М10. Учитывая, что на втором технологическом переходе требования к съему металла снижаются, а требования к шероховатости обработанной поверхности повышаются, часто суперфиниширование на этом переходе заменяется микрохо нингованием.

Подробный анализ преимуществ и недостатков традиционного способа суперфиниширования дан в работах [114,115 и др.]. В этих работах убедительно показано, что к достоинствам процесса суперфи ниширования относятся:

прирабатываемость бруска к обрабатываемой поверхности, что позволяет вести обработку заготовок с геометрическими погреш ностями, превышающими съем металла;

самоочистка бруска от стружки и шлама, что повышает съем металла и увеличивает производительность обработки;

способность значительно снижать волнистость и шерохова тость поверхности заготовок;

низкая температура в зоне контакта, отсутствие опасности возникновения дефектов поверхностного слоя деталей.

Основные недостатки процесса суперфиниширования заключа ются в следующем:

относительно низкая производительность (120-200 заготовок в час), особенно при повышенной шероховатости поверхности загото вок;

высокая чувствительность к качеству исходной поверхности заготовок;

невысокая степень удаления неровностей низкой частоты (овальности, гранности);

необходимость осуществления процесса обработки в несколь ко технологических переходов, что существенно усложняет конструк цию оборудования и повышает его себестоимость;


низкая универсальность технологического оборудования, так как для обработки наружных, внутренних колец, колец различных ти поразмеров подшипников требуется использование специального оборудования, что также повышает его стоимость;

сложность наладки оборудования, необходимость привлече ния к работе высококвалифицированных наладчиков, необходимость частой подналадки оборудования из-за повышенного износа бруска.

Отмеченные недостатки процесса суперфиниширования вызы вают необходимость его совершенствования. Указанная проблема на столько серьезна, что ее решению посвящено громадное число работ.

Самым радикальным направлением решения этой проблемы является совершенствование способов осуществления процесса суперфиниши рования и создание на этой основе нового технологического оборудо вания.

Среди прогрессивных способов суперфиниширования, которые прошли апробацию в промышленности, можно назвать ультразвуко вое суперфиниширование [55, 134 и др.], способ суперфиниширования с круговой осцилляцией инструмента [204], способ винтовой осцилля ции [129], способ суперфиниширования с «развязанным цен тром»[64], суперфиниширования вращающейся суперфинишной го ловкой [72], финишная обработка в кипящем слое абразива [135-138] и др.

К преимуществам способа ультразвукового суперфиниширова ния относится высокая производительность снятия припуска, высокая самозатачиваемость инструмента, позволяющая использовать бруски малой зернистости и достигать на втором этапе обработки малых зна чений шероховатости. К недостаткам этого способа относятся повы шенный износ брусков, который возрастает в 5...6 раз по сравнению с традиционным суперфинишированием, необходимость их тщательно го приклеивания к державке, нестабильность процесса, требующего частой подналадки технологического оборудования. Использование этого процесса требует высокой культуры производства и оказалось непосильным для наших подшипниковых предприятий.

Для осуществления способа суперфиниширования с круговой осцилляцией инструмента абразивному бруску сообщают круговое поступательное движение с радиусом, меньшим радиуса обрабаты ваемой поверхности, что повышает степень самозатачивания инстру мента и его режущие свойства. Однако данный способ не нашел при менения в промышленности из-за сложности достижения низких зна чений шероховатости поверхности и сложности осуществления, осо бенно из-за высоких требований к наладке оборудования и необходи мости частой переналадки вследствие повышенной интенсивности из носа инструмента. Примерно к тому же эффекту и с тем же результа том приводит использование способа суперфиниширования с винто вой осцилляцией инструмента, при котором вместо осциллирующего движения бруску сообщают сложное движение, так что линия контак та бруска и заготовки образует на рабочей поверхности инструмента винтовую линию.

Сущность способа суперфиниширования с «развязанным цен тром»[64] заключается в том, что в многоместном приспособлении одновременно осуществляется обработка сразу нескольких деталей абразивными брусками, собранными в один блок, которому сообщает ся осциллирующее движение вдоль оси заготовок. Однако применение этого способа из-за повышенной колеблющейся массы ограничивается только мелкими, приборными подшипниками. К тому же по краям дорожки качения возникает повышенное давление, что приводит к искажению профиля поверхности.

К преимуществам финишной обработки в кипящем слое абрази ва [135-138] относятся высокая режущая способность инструмента и возможность обработки поверхностей сложного профиля. Однако этот способ не обеспечивает исправление погрешностей геометрической формы деталей, что ограничивает его применение в точном машино строении.

Более совершенным способом является способ суперфиниширо вания вращающейся суперфинишной головкой [72]. Ось головки на клонена к оси заготовки, пересекается с ней в центре симметрии об рабатываемой поверхности, а бруски при вращении головки осцилли руют вокруг своих осей, на которых они на ней установлены. В конце каждого полуоборота они как бы подпрыгивают над поверхностью, очищаясь от стружки и шлама, что должно способствовать повыше нию производительности и качества обработки. Однако эта прекрас ная идея так и осталась на бумаге, так как для обеспечения возможно сти ее практической реализации она требовала серьезного усовершен ствования.

Сущность всех рассмотренных выше и других способов супер финиширования более подробно освещена в работах [14,83,117,126,215,237]. Поэтому мы далее выполним анализ работ на учной школы СГТУ, которая разработала свое направление совершен ствования процесса прецизионной окончательной обработки высоко точных деталей машин, создала свою известную у нас в стране и за рубежом научную школу, ее исследования составили целую эпоху в совершенствовании суперфинишного технологического оборудова ния.

Одной из первых работ в этом направлении является исследова ние технологических возможностей предложенного сотрудниками ка федры "Технология машиностроения" Саратовского государственного технического университета (ТМС) способа суперфиниширования с дополнительным движением бруска [12, 197 и др.] Как и при обычном суперфинишировании, абразивный брусок прижимается с определен ной силой к вращающейся заготовке и совершает осциллирующие движения вокруг оси желоба. Но, помимо этого, бруску сообщают до полнительное движение вдоль оси желоба или под острым углом к оси желоба. Таким образом, в отличие от рассмотренных выше спосо бов брусок контактирует с обрабатываемой поверхностью непрерыв но, обеспечивая тем самым высокие динамические свойства станка, но каждый участок рабочей поверхности бруска контактирует с заготов кой периодически, непрерывно очищаясь от стружки и шлама. На за ключительном этапе брусок останавливают в конце хода и совершают обычное суперфиниширование.

Работниками ГПЗ-3 совместно со специалистами кафедры ТМС СПИ в 1970-1980 гг. была создана целая гамма суперфинишных авто матов типа ШВН, СПА и др., работающих по предложенному прин ципу. Автоматы получились простые, дешевые, так как они имели всего одну рабочую позицию.

Дальнейшим совершенствованием этого способа явился пред ложенный сотрудниками кафедры ТМС комбинированный способ об работки шлифованием-доводкой качающимся кругом [13, 119]. Спо соб и устройство для его осуществления запатентованы в США, Франции, Италии [187-189]. Особенностью способа является то, что он совмещает шлифование и суперфиниширование в одной операции на одной позиции. Сначала заготовка подвергается обычному шлифо ванию шлифовальным кругом, а на этапе выхаживания круг заторма живается и ему сообщается качательное движение с небольшой скоро стью от специального механизма. Предложенный способ обеспечивает высокую производительность и высокую геометрическую точность деталей, так как шлифование и доводка осуществляются при одной установке изделия и на одной позиции. Внедрение этого способа в условиях ГПЗ-3 позволило сократить операции доводки, промывки и протирки изделий.

Особое внимание кафедра ТМС СГТУ в последнее время уделя ет совершенствованию способов и устройств для многобрускового су перфиниширования. Одним из них является способ, реализованный в устройстве для суперфиниширования поверхностей вращения с кри волинейной образующей [8,120, 126,228,229,230, и др]. Абразивные бруски равномерно по окружности расположены в суперфинишной головке с возможностью качания на своей оси. В исходном положе нии они удерживаются пружинами. Радиальная подача брусков осу ществляется механизмом подачи державок. В процессе суперфини ширования головка совершает осциллирующее движение вдоль оси заготовки. Ось качания брусков в процессе осцилляции головки изме няет расстояние от обрабатываемой поверхности заготовки. Бруски периодически отрываются от поверхности, очищаясь от стружки и шлама и обеспечивая высокую производительность обработки.

На основе этого способа авторами был сконструирован, а на ГПЗ-3 изготовлен суперфинишный автомат МФ-1 для обработки на ружных колец подшипников. Производственные испытания автомата показали, что он обеспечивает заданное качество поверхности и по верхностного слоя деталей. Но вследствие значительной массы су перфинишной головки пришлось ограничить частоту ее осцилляции.

Кроме того, применение этого способа ограничивается обработкой дорожек качения внутренних колец шарикоподшипников, а сам про филь дорожки в процессе обработки приобретает погрешности.

Частично возникшие технические трудности устранялись в спо собе суперфиниширования перекатывающимися по обрабатываемой поверхности брусками [36,168,203]. Абразивные бруски равномерно расположены вокруг заготовки и поджимаются к ней с определенной силой. Абразивные бруски закреплены в головке на осях так, что при осциллирующем движении головки вдоль оси заготовки бруски пере катываются по обрабатываемой поверхности, непрерывно контакти руя с ней различными своими участками. Это, как и в предыдущих способах, обеспечивало возможность повышения режущей способно сти инструмента, возможность использования брусков малой зерни стости, а следовательно, в один технологический переход обеспечи вать и заданный съем металла, и низкие значения шероховатости по верхности заготовки. Но, помимо этого, способ обладал новым каче ством - обеспечивал возможность снятия с разных участков обрабаты ваемой поверхности различных по величине припусков и тем самым возможность прецизионного формирования профиля заготовки, ис правления его погрешностей. Это достигалось тем, что при осцилли рующем движении головки ее скорость вдоль поверхности можно ре гулировать по любому закону, а значит, можно формировать различ ные профиль обрабатываемой поверхности. Но авторов этот способ не удовлетворял тем, что суперфинишная головка совершала осцилли рующие движения, что ухудшало динамику станка, а также тем, что бруски в головке закреплялись шарнирно, что снижало жесткость тех нологической системы. Кроме того, способ можно использовать толь ко при обработке дорожек качения внутренних колец роликоподшип ников.


Наиболее перспективным способом суперфиниширования, на наш взгляд, является разработанный сотрудниками кафедры ТМС СГТУ способ многобрускового суперфиниширования с вращающейся суперфинишной головкой [11,81,82,83,92,93,97,98,100,101,102,108, 110,111,114,115,116,128,185,186 и др.], при котором абразивные бру ски жестко закреплены в суперфинишной головке с возможностью подачи в радиальном направлении от жесткого (например, клинового) механизма подачи (рис. 1.4). Головка 2 вращается вокруг своей оси O2, расположенной под углом к оси O1 вращения заготовки 1.

Рис. 1.4. Схема способа многобрускового суперфиниширования Способ устраняет недостатки предыдущих способов: бруски контактируют с обрабатываемой поверхностью заготовки непрерыв но, отсутствует осцилляция головки, тем самым обеспечиваются бла гоприятные динамические свойства технологической системы [60,61,82,109,110,111,115].

Разворот головки относительно оси заготовки обеспечивает благо приятные условия для самоочистки и самозатачивания инстру мента, а следовательно, возможность использования мелкозернистого инструмента и тем самым достижение низкой шероховатости обраба тываемой поверхности и возможность осуществления процесса в один технологический переход. Жесткое силовое замыкание абразивных брусков в суперфинишной головке с поверхностью заготовки обеспе чивает возможность исправления не только волнистости, но и гранно сти, и овальности.

Наконец, за счет разворота головки по краям дорожки качения возникает более высокое давление, чем в центре. Это обеспечивает возможность исправлять погрешность формы профиля поверхности заготовки, например устранять корсетность, часто возникающую при шлифовании, формировать поверхность выпуклой формы, что, как из вестно, существенно повышает долговечность подшипников.

На основе этой технологии разработано большое количество устройств для ее осуществления и новые конструкции суперфиниш ных автоматов [176,179-184 и др.], которые успешно используются в промышленности. Среди этих способов и устройств особо следует от метить следующие.

На рис. 1.5. изображена конструкция станка [182], которая затем достаточно длительное время применялась при изготовлении автома тов типа КХВ. На станине 3 закреплены корпус бабки изделия 1 и корпус инструментальной головки 4. Корпус бабки изделия 1 выпол нен в виде гидроцилиндра, в котором размещен шпиндель изделия 8, выполненный в виде поршня. Оси шпинделя изделия 8 и инструмен тальной головки 4 пересекаются в горизонтальной плоскости под углом (рис. 1.6) за счет поворота бабки изделия вокруг оси O3 шты ря 2 (рис.1.5), закрепленного в станине.

Рис. 1.5. Конструкция станка типа КХВ Рис. 1.6. Конструкция станка типа КХВ (вид сверху) На свободном конце поршня 8 закреплен вращающийся упор 9, служащий средством для подачи заготовки 10 в зону обработки и со общения ей вращения.

Станок работает следующим образом. При перемещении порш ня 8 в рабочее положение упор 9, упираясь в торец заготовки 10, пе ремещает ее в рабочую позицию до касания с прижимными роликами 11. Заготовка 10 начинает вращаться. Если в процессе обработки воз никнет необходимость в изменении угла скрещивания осей инст рументальной головки O2 и шпинделя изделия O1, необходимо от пустить винты 6 и развернуть корпус бабки изделия 1 вокруг штыря на необходимый угол и зафиксировать винтами 6. Для совмещения центра симметрии профиля заготовки с точкой пересечения осей O2 и O1 необходимо поршень 8 переместить в осевом направлении регули руемым упором 13.

Автомат КХВ отличается высокой производительностью, воз можностью исправлять погрешности геометрической формы заготов ки и придавать ее рабочей поверхности выпуклую форму. Поэтому он длительное время выпускался НПП НИМ и использовался в подшип никовой промышленности. Однако он имел определенные недостатки и поэтому подвергался усовершенствованию. Среди этих недостатков основными являются следующие: сложность совмещения центра про филя заготовки и точки пересечения осей шпинделя изделия и инст рументальной головки, значительные габаритные размеры, автомат выпускался исключительно для обработки внутренних колец подшип ников, так как при обработке наружных колец возникала корсетность дорожки качения, высокая нагрузка на опоры шпинделя изделия при зажиме заготовки усложняла ее конструкцию.

Частично отмеченные недостатки устраняются в изобретениях [173,174, 176,179-181,183,184]. В изобретении [181] (рис. 1.7) корпус инструментальной головки на торце имеет 4 паза, в которых установ лены зубчатые рейки 2, несущие держатели 3 с закрепленными на них абразивными брусками 4.

На противоположном торце корпуса закреплен фланец 5, служащий для установки головки на шпинделе инструментальной головки.

Внутри корпуса 1 вдоль его оси установлен шток 6, на конце которого выполнена резьба, служащая для соединения штока с механизмом привода станка. На другом конце штока 6 закреплен шарнирный под шипник 7, на котором установлена многогранная зубчатая рейка 8.

Число граней рейки 8 равно числу брусков 4. Многогранная рейка находится в зацеплении с зубчатыми колесами 9, установленными с возможностью вращения на осях 10, запрессованных в отверстиях корпуса 1. При перемещении штока 6 от механизма привода станка вправо многоранная рейка 8 поворачивает зубчатые колеса 9 вокруг осей 10 и перемещает рейки 2 с державками брусков 3 к оси корпуса 1.

Рис. 1.7. Хонинговальная головка Основное преимущество данного устройства заключается в обеспечении возможности самоцентрирования брусков относительно обрабатываемой поверхности. Если какой-либо брусок первым кос нется обрабатываемой поверхности, то за счет шарнира 7 рейка 8 по ворачивается в пространстве, вызывая дополнительные перемещения других брусков до тех пор, пока они все не коснутся обрабатывае мой поверхности. Только после этого на бруски будет подаваться ра бочая нагрузка.

Указанная конструкция хонинговальной головки использовалась в устройстве для абразивной обработки по изобретению [181] (рис. 1. и 1.9). Основное отличие этого устройства от предыдущих заключа ется в том, что на шпинделе 4 инструментальной головки 3 уста новлена шестерня 5, взаимодействующая с зубчатым сектором 6 (рис.

1.9), который кинематически связан через ось, шатун 8 и эксцентрик с приводным валом 10 привода качания.

Эксцентрик 9 преобразует постоянную скорость вращения вала 10 в прямолинейное возвратно-поступательное движение шатуна 8 с переменной скоростью, которая, в свою очередь, преобразуется в ка чательное движение зубчатого сектора 6 с переменной угловой скоро стью. За счет этого скорость осевого перемещения абразивных бру сков вдоль профиля обрабатываемой поверхности получается неоди наковая: по краям профиля она уменьшается, а в центре профиля она возрастает. За счет этого по краям профиля заготовки снимается больший припуск, чем в центре профиля, и заготовка приобретает вы пуклую форму профиля. Самоустановку инструмента относительно обрабатываемой поверхности при многобрусковой обработке обеспе чивают также изобретения [177 и 178] (рис. 1.10 и 1.11).

Сущность способа обработки двухрядных колец подшипников состоит в том, что обрабатываемой заготовке 1 и инструментальной головке 2 с закрепленными на ней абразивными брусками 3 сообща ют вращение вокруг их осей O1 и O2, пересекающихся под острым углом. Обработке подвергают одновременно две поверхности дву мя рядами брусков, попарно установленных в державке 7 инструмен тальной головки 2 с возможностью самоустановки относительно об Рис. 1.8. Устройство для абразивной обработки Рис. 1.9. Механизм качания инструментальной головки а б Рис. 1.10. Способ чистовой обработки колец двухрядных подшипников а- шариковых подшипников, б- роликовых подшипников Рис. 1.11. Способ обработки дорожек качения роликоподшипников рабатываемой поверхности, а точку пересечения осей O1 и O2 распо лагают в плоскости симметрии обрабатываемых поверхностей.

При этом существенно расширяются технологические возмож ности способа многобрусковой обработки обеспечивается одновре менная обработка двух поверхностей детали или совмещенная обра ботка двух деталей, разделенных другими поверхностями.

Задачей изобретения по Патенту № 2072295 [178] является по вышение производительности многобрусковой обработки.

Как и в предыдущем случае, обрабатываемой заготовке 1 и ин струментальной головке 4 с закрепленными на ней абразивными бру сками 2 сообщают вращение вокруг их осей O1 и O2, пересекающих ся под острым углом. Абразивные бруски устанавливают с возмож ностью самоустановки вдоль профиля заготовки, а угол пересечения осей заготовки и инструментальной головки определяют по формуле:

1 sin n arccos, 2 2 4 z / d cos / n 2z cos2 sin d n n где d - диаметр обрабатываемой поверхности;

z - заданный максимальный зазор между поверхностью брусков и заготовкой, примерно равный диаметру абразивных зерен брусков;

n - число абразивных брусков.

Установка осей инструментальной головки и заготовки под ука занным углом и закрепление брусков с возможностью самоуста новки обеспечивают периодический отрыв каждого бруска от обраба тываемой поверхности на величину, равную размерам абразивных зе рен, и следовательно, самоочистку рабочей поверхности брусков в процессе работы, что повышает производительность обработки. Этот эффект связан с тем, что при жесткой кинематической связи брусков проекция расстояния между рабочими поверхностями парных брусков на плоскость, перпендикулярную оси заготовки, в плоскости пересе чения осей заготовки и инструментальной головки получается мень шей, чем в перпендикулярной плоскости. Поэтому, если одна пара брусков находится в контакте с заготовкой, то другая пара брусков отрывается от обрабатываемой поверхности. Кроме того, самоуста новка брусков позволяет обеспечить прямолинейность образующей обрабатываемой поверхности, в том числе при обработке внутренних поверхностей вращения.

Для разгрузки шпинделя от сил зажима заготовки в изобрете нии [180] предлагается устройство для зажима заготовки (рис. 1.12).

Механизм зажима выполнен в виде цанги 11 с прижимным торцом, установленной на штоке 9 с возможностью возвратно поступательного движения относительно гидростатической оправки 7, на которой установлена заготовка.

На свободном конце гидростатической оправки 7 выполнена шаровая опора К, взаимодействующая с конической частью цанги 11.

При движении штока 9 влево цанга 11 разжимается и зажимает по торцу заготовку. После обработки ток 9 перемещается вправо, цанга сжимается, освобождая заготовку.

На рис. 1.13 показано аналогичное, но несколько иное по конст рукции устройство [179].

Отличие этого устройства состоит в том, что механизм зажима колец 10 по торцу выполнен в виде кулачков 14, смонтированных на неподвижно закрепленной оси 15 с возможностью поворота относи тельно нее и связанных с вилкой 13, шарнирно соединенной с тягой гидроцилиндра 12 посредством штока 11, расположенного в гидроста тической оправке 6, предназначенной для размещения заготовки и связанной со шпинделем изделия.

Автооператор устанавливает на оправку 6 заготовку 10, при по мощи муфты 9 масло подается в корпус оправки 6 и заготовка 10 цен Рис. 1.12. Цанговое устройство для зажима заготовки Рис. 1.13. Кулачковое устройство для зажима заготовки трируется. Вилка 13, перемещаясь под действием штока 11 и тяги гидроцилиндра 12, поворачивает кулачки 14 относительно оси 15, разводя их в положение, перпендикулярное торцу заготовки 10. Ку лачки поджимают заготовку к базовому торцу оправки. Таким обра зом, постепенное совершенствование конструкции автомата КХВ уст ранило большинство присущих ей недостатков, в результате чего эта конструкция достаточно долго производилась серийно. Однако гро моздкость автомата и относительная сложность конструкции привели к необходимости разработки конструкции автомата типа ВДА (верти кальный доводочный автомат) с вертикальным расположением рабо чих органов. В эту конструкцию был заложен новый способ обработ ки, заключающийся в том, что инструментальная головка наклонена под углом к оси заготовки, но в процессе обработки не вращается, а совершает плавное круговое движение вокруг точки симметрии обра батываемой поверхности. Это существенно упрощает конструкцию станка и повышает качество обработки за счет ликвидации источника колебаний, вызываемых вращением инструментальной головки.

Одна из конструкций инструментальной головки [176], выполненная с применением указанного способа, показана на рис. 1.14. Устройство содержит патрон 7, в направляющих которого закреплены державки брусков, перемещающиеся вместе с абразивными брусками от спе циального привода (не показан). Корпус 7 патрона смонтирован при помощи сферического подшипника 8 на эксцентрике 9, неподвижно закрепленном на торце шпинделя, установленном в пиноле 10 соосно со шпинделем изделия, и поджимается при помощи пружины 11 в сторону пиноли, при этом на торцах пиноли 10 и корпуса патрона выполнены сопрягаемые сферические поверхности 12 и 13 с центром в т. Q. Ось 14 корпуса патрона 7 расположена под углом к оси вращения 15 заготовки 16, заданное значение которого обеспечивает ся технологически величиной эксцентриситета эксцентрика 9.

Заготовка 16 устанавливается на шпинделе изделия, зажимается по торцу и получает вращение от специального привода.

Инструментальная головка подводится к заготовке так, чтобы центр сопрягаемых поверхностей 12 и 13 пиноли 10 и корпуса патрона 7 совместился с центром обрабатываемой поверхности. Абразивные бруски подводятся к обрабатываемой поверхности, а эксцентрик 9 по лучает вращение в подшипниках пиноли 10. Корпус патрона 7 при этом не вращается, а совершает прессирующее движение вокруг т. Q.

Рис. 1.14. Конструкция инструментальной головки с вертикальным расположением оси Пружина 11 обеспечивает непрерывный контакт сферических поверхностей 12 и 13, которые в процессе обработки скользят одна относительно другой. На наш взгляд, автоматы типа ВДА являются наиболее конкурентоспособными на отечественном и мировом рынках сбыта по сравнению с предыдущей моделью КХВ.

Основные преимущества конструкции этого автомата состоят в следующем:

1. Отсутствие высокочастотных знакопеременных движений ин струмента, характерных для традиционного суперфиниширования, снижающих виброактивность технологической системы.

2. Высокая универсальность автомата, так как при простой пе реналадке он может использоваться для обработки самых разнообраз ных поверхностей деталей, в том числе цилиндрических, сферических, со сложным профилем, конических, колец двухрядных подшипников и др.

3. Возможность активного исправления не только волнистости и гранности, но и некруглости, овальности деталей, погрешностей фор мы профиля.

4. Возможность создания поверхности выпуклой формы в пре делах 3-4 мкм (например, на дорожках качения роликоподшипников).

5. Возможность рационального профилирования обрабатывае мых поверхностей, создающего более благоприятное распределение контактных напряжений в подшипнике и повышение его долговечно сти и быстроходности.

6. Простота обслуживания: высокая стойкость инструмента, простота наладки.

7. Малые габариты, простота конструкции, низкая стоимость.

8. Малая потребляемая энергия.

Пожалуй, единственным недостатком существующей конструк ции автомата до недавнего времени оставалась сложность оптималь ного профилирования внутренних поверхностей вращения типа доро жек качения наружных колец роликоподшипников и желобов наруж ных и внутренних колец шарикоподшипников. При совмещении цен тра пересечения осей заготовки и инструментальной головки с цен тром профиля обрабатываемой поверхности траектория перемещения инструмента не совпадает с центром кривизны этих поверхностей, от чего профиль желобов колец значительно искажается, а профиль до рожек качения наружных колец роликоподшипников становится во гнутым.

Кроме того, среди большого многообразия преимуществ рас смотренных выше способов нас особенно интересует возможность прецизионного профилирования обрабатываемых поверхностей дета лей. К сожалению, в указанных работах [83,109,114,115 и др.] иссле дована лишь возможность придания обрабатываемым поверхностям выпуклой формы, но ничего не говорится о самой форме и не раскрыт механизм формирования профиля заготовки. А так как именно форма профиля контактирующих поверхностей деталей оказывает решающее влияние на работоспособность трибосопряжений, то представляет практический интерес исследование влияния процесса формообра зующего суперфиниширования на форму обрабатываемой поверхно сти.

На основе выполненного критического анализа источников ин формации можно сделать следующие выводы:

1. В настоящее время в машиностроении имеется большое коли чество разнообразных деталей, к которым предъявляются высокие требования по точности изготовления и качеству поверхности и по верхностного слоя. Типичным и наиболее массовым представителем этих деталей являются кольца подшипников качения.

2. Среди разнообразных методов окончательной обработки та ких деталей наиболее эффективным является суперфиниширование, которое в отличие от других методов обладает способностью к само затачиванию инструмента, к самоочищению, способностью инстру мента прирабатываться к обрабатываемой поверхности. Это обеспе чивает возможность снимать тончайший припуск с обрабатываемой поверхности даже при значительных геометрических погрешностях заготовки, существенно уменьшать ее волнистость и шероховатость.

3.Однако традиционному процессу суперфиниширования при сущи серьезные недостатки, основными из которых являются: относи тельно низкая производительность, высокая чувствительность к каче ству исходной поверхности заготовок, невысокая степень удаления неровностей низкой частоты ( овальности, гранности), необходимость осуществления процесса обработки в несколько технологических пе реходов, низкая универсальность, сложность наладки оборудования, необходимость привлечения к работе высококвалифицированных на ладчиков. необходимость частой подналадки оборудования из-за по вышенного износа бруска.

4. С целью решения проблемы повышения эффективности про цесса суперфиниширования и устранения отмеченных недостатков у нас в стране и за рубежом предпринято множество попыток его усо вершенствования. Однако каждый из предлагаемых способов супер финиширования, устраняя некоторые из его недостатков, сохраняет другие и даже приводит к появлению новых недостатков.

5. Наряду с другими научными школами, больших успехов в об ласти совершенствования процесса суперфиниширования добилась саратовская школа. Наиболее эффективными разработками этой шко лы последних лет являются создание технологии формообразующего многобрускового суперфиниширования и на ее основе - суперфиниш ных автоматов типа ВДА с вертикальным расположением рабочих ор ганов.

6. Однако целый ряд проблем формообразующего суперфини ширования требует дальнейшего решения. К их числу относятся про блемы обеспечения рациональных условий формирования заданного профиля внутренних поверхностей деталей типа дорожек качения на ружных колец подшипников;

эффективной обработки поверхностей заготовок большой кривизны, типа желобов колец шарикоподшипни ков;

формирования поверхностей сложной формы. Требует решения ряд теоретических вопросов: исследование степени засаливания инст румента в процессе суперфиниширования, его влияния на формирова ние профиля заготовки и др.

Выводы На основе выполненного анализа можно сделать следующие вы воды:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.