ÈÇÄÀÅÒÑß Ñ ÍÎßÁÐß 1921 ÃÎÄÀ - mashin.ru · — A hydraulic press with two-handed control Póñòàìîâ Ç. À. — Íîâûé póëåâîé ìåõàíèçì,

ÅÆÅÌÅÑß×ÍÛÉ ÍÀÓ×ÍÎ-ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ È ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÅÍÍÛÉ ÆÓÐÍÀË

ÈÇÄÀÅÒÑß Ñ ÍÎßÁÐß 1921 ÃÎÄÀ

ìàøèíîñòðîåíèÿ

Журнаë зареãистрирован 19 апреëя 2002 ã.за № 77-12421 в Коìитете Российской Феäераöиипо пе÷атиУ÷реäитеëü: А.И. Савкин

Отпе÷атано в ООО "Поäоëüская Периоäика",142110, Московская обë., ã. Поäоëüск, уë. Кирова, 15

А д р е с р е д а к ц и и:

107076, Москва, Стромынский пер., 4.Телефон: 8-(499)-748-02-91.E-mail: [email protected]

Журнал входит в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней

Æóðíàë ïåðåâîäèòñÿ íà àíãëèéñêèé ÿçûê, ïåðåèçäàåòñÿ è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿâî âñåì ìèðå ôèðìîé"Àëëåðòîí Ïðåññ" (ÑØÀ)

ÎÎÎ «Èçäàòåëüñòâî Ìàøèíîñòðîåíèå»107076, Ìîñêâà, Ñòðîìûíñêèé ïåð., 4

Инäексы: 70120 ("Роспе÷атü"),27841 ("Пресса России"),60264 ("По÷та России")

Цена свобоäная

Главный редактор A.И. САВКИН

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: Алексейчук Г.П., ä-р техн. наук, Алешин Н.П., ä-р техн. наук,акаä. РАН, Братухин А.Г., ä-р техн. наук, Воронцов А.Л.,ä-р техн. наук, Гусейнов А.Г., ä-р техн. наук, Дмитриев А.М.,ä-р техн. наук, ÷ëен-корр. РАН (преäсеäатеëü секöии об-работки ìатериаëов без снятия стружки), Драгунов Ю.Г.,ä-р техн. наук, ÷ëен-корр. РАН, Древаль А.Е., ä-р техн.наук (преäсеäатеëü секöии техноëоãии ìаøиностроения),Дроздов Ю.Н. ä-р техн. наук, акаä. РИА и РАК (преä-сеäатеëü секöии конструирования и рас÷ета ìаøин),Кутин А.А., ä-р техн. наук, Омельченко И.Н. ä-р техн. иэкон. наук (преäсеäатеëü секöии орãанизаöии и эконоìикипроизвоäства), Пименов А.Ф., ä-р техн. наук, Попов Д.Н.,ä-р техн. наук, Рыбин В.В., ä-р техн. наук, ÷ëен-корр. РАН,Салтыков М.А., ä-р техн. наук, Трегубов Г.П., ä-р техн.наук, Цыганкова И.А. (ответственный секретарü)

СОДЕ PЖАНИЕ C O N T E N T S

ÊÎÍÑÒPÓÈPÎÂÀÍÈÅ, PÀÑ×ÅÒ, ÈÑÏÛÒÀÍÈß È ÍÀÄÅÆÍÎÑÒÜ ÌÀØÈÍ DESIGN, CALCULATION, TESTS AND RELIABILITY OF MACHINES

Ïîíîñîâà Ê. Ñ., Êàpàêóëîâ Ì. Í. — Pàñ÷åò ãåîìåòpèè âîëíîâîãî çóá÷àòîãî çàöåïëå-íèÿ, pàáîòîñïîñîáíîãî ïpè âûñîêèõ òåìïåpàòópàõ . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Ponosova K. S., Karakulov M. N. — Calculation of the wave gearing ge-ometry allowing the working capacity at high operating temperatures

×åpíÿêîâ À. À., Êîíîâ À. Ï., Äàpøò ß. À. — Èññëåäîâàíèå íàãpóçîê íà påãóëèpóþ-ùåì îpãàíå àêñèàëüíî-ïîpøíåâîãî íàñîñà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Chernyakov A. A., Konov A. P., Darsht Ya. A. — Study of loads at regu-lating authority of axial-piston pump

Õàëèëîâ È. À. — Âëèÿíèå çàçîpîâ â ìóôòàõ íà äèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà ïpèâîäîâìàøèí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Khalilov I. A. — A clearance effect in the clutches upon dynamics of me-chanical drives

Óòêèí Â. Ñ. — Pàñ÷åò íàäåæíîñòè âàëà èíäèâèäóàëüíîé påìåííîé ïåpåäà÷è ïpè îãpà-íè÷åííîé ñòàòèñòè÷åñêîé èíôîpìàöèè î áàçîâûõ ïàpàìåòpàõ . . . . . . . . . . 14

Utkin V. S. — A reliability calculation of the shaft of individual belt drive atlimited statistical information regarding basic parameters

Øåâöîâ Ñ. Í., Ñàéêî È. Á., Êëèìåíêî À. À., Áåpáåpîâ Ñ. À. — Øêèâ påìåííîé ïå-påäà÷è . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Shevtsov S. N., Saiiko I. B., Klimenko A. A., Berberov S. A. — Belt-drive sheave wheel

Íàäæàôîâ À. Ì. — Òåîpåòè÷åñêàÿ îöåíêà âëèÿíèÿ ïîäøèïíèêîâ ñêîëüæåíèÿ íà ÊÏÄïàêåòíîãî påäóêòîpà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Nadzhafov A. M. — Theoretical estimation of the slide bearings influenceupon the packet reducer efficiency

Öèêë ñòàòåé "Ïpîáëåìû òpèáîëîãèè — òpåíèÿ, èçíàøèâàíèÿ è ñìàçêè" Series of articles "Problems of tribology — friction, wear, and lubrication"

Áèpþêîâ Â. Ï. — Îïpåäåëåíèå òpèáîëîãè÷åñêèõ õàpàêòåpèñòèê ïàp òpåíèÿ ñêîëüæå-íèÿ, óïpî÷íåííûõ ëàçåpíûì ëó÷îì . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Biryukov V. P. — Determination of tribological characteristics of the slidingcouples strengthened by a laser beam

Êîpíååâ À. Þ., Ñàâèí Ë. À., ßpîñëàâöåâ Ì. Ì. — Pàñ÷åò ñòàòè÷åñêèõ õàpàêòåpè-ñòèê êîíè÷åñêèõ ìíîãîêëèíîâûõ ãèäpîäèíàìè÷åñêèõ îïîp æèäêîñòíîãî òpåíèÿ . . 25

Korneev A. Yu., Savin L. A., Yaroslavtsev M. M. — Calculation of static char-acteristics of conical multiple-wedge hydrodynamic liquid friction bearers

Â ïîìîùü êîíñòpóêòîpó è pàñ÷åò÷èêó For the benefit of designer and estimator

Èâàíîâ À. Ñ., Åpìîëàåâ Ì. Ì., Ãpåê Â. È., Íèêîëüñêàÿ Ý. Í. — Pàáîòà ñîåäèíåíèÿñ íàòÿãîì ïpè íàãpóæåíèè êpóòÿùèì ìîìåíòîì. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Ivanov A. S., Ermolaev M. M., Grek V. I., Nikol’skaya E. N. — Work of atightness-joint at loading by a torsion torque

ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒPÎÅÍÈß MANUFACTURING ENGINEERING

Ãîp÷åâ Â. Ñ. — Påøåíèå äëÿ àâòîìàòè÷åñêèõ ëèíèé ñòpóêòópû "2 Ѕ 1" äèñêpåòíîãîäåéñòâèÿ ñ ïpîèçâîäèòåëüíîñòÿìè ó÷àñòêîâ q1 > q2 è ó÷åòîì èõ ñîâìåñòíûõ îòêà-çîâ è îòêàçîâ áóíêåpà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Gorchev V. S. — A solution for transfer lines of discrete action 2 Ѕ 1 typewith the sectors productivities q1 > q2 taking into account their com-bined failures and bunker failure

Êàáàëäèí Þ. Ã., Ñåpûé Ñ. Â., Ìópàâüåâ Ñ. Í., Ïpîñîëîâè÷ À. À., Ñèìàãèíà Å. Â. —Ïîâûøåíèå pàáîòîñïîñîáíîñòè påæóùåãî èíñòpóìåíòà îñàæäåíèåì íàíîñòpóêòóp-íûõ ïîêpûòèé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Kabaldin Yu. G., Seryii S. V., Murav’ev S. N., Prosolovich A. A., Sima-gina E. V. — Enhancement of the cutting tool working capacity by dep-osition of nanostructural coatings

Âîëêîâ À. Ý., Ìåäâåäåâ Â. È., Æó÷êîâ È. Â. — Èñïîëüçîâàíèå ýêñöåíòpèêîâîãî ìî-äèôèêàòîpà äëÿ îápàáîòêè êîíè÷åñêèõ êîëåñ ñ êpóãîâûìè çóáüÿìè. . . . . . . . 49

Volkov A. E., Medvedev V. I., Zhuchkov I. V. — Using of eccentric modifi-er for machining of cone gears with circular teeth

Ñîëåp ß. È., Êàçèìèpîâ Ä. Þ. — Âûáîp àápàçèâíûõ êpóãîâ ïpè ïëîñêîì øëèôîâà-íèè äåòàëåé ñèëîâîãî íàáîpà ëåòàòåëüíûõ àïïàpàòîâ ïî êpèòåpèþ øåpîõîâàòîñòèïîâåpõíîñòè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Soler Ya. I., Kazimirov D. Yu. — Choice of abrasive wheels at flat grindingof powered set details of the aircrafts regarding the surface roughnesscriterion

Óòåøåâ Ì. Õ., Áåëîç¸pîâ Â. À. — Ýôôåêò øëèôîâàíèÿ îápàáàòûâàåìûõ ïîâåpõíî-ñòåé äåòàëåé ïpè òîíêîì òî÷åíèè æàpîïpî÷íûõ ñïëàâîâ påçöàìè èç ÑÒÌ íà ñòàí-êàõ ñ ×ÏÓ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Uteshev M. Kh., Belozerov V. A. — Grinding effect of the workpiece sur-face at fine turning of heat-resistant alloys by cutters from extra-hardmaterials on the NC machine tool

Áîéêî Þ. Í., Îíèùåíêî Ä. Â., Ïîïîâè÷ À. À. — Ïîëó÷åíèå àíîäíûõ íàíîêîìïîçèòîâñ ïîìîùüþ ýíåpãîñáåpåãàþùåé òåõíîëîãèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Boiiko Yu. N., Onishchenko D. V., Popovich A. A. — Production of anodenanocomposites with the help of energy-saving technologies

Ôpàäêèí Å. È., Æópàâëåâ Ã. À., Òâàpèëèäçå Î. Â. — Çàâèñèìîñòü ïpåäåëà òåêó÷å-ñòè ñòàëè îò ñîäåpæàíèÿ óãëåpîäà, õpîìà è íèêåëÿ. . . . . . . . . . . . . . . . 71

Fradkin E. I., Zhuravlev G. A., Tvarilidze O. V. — Dependence of asteel’s yield point upon the carbon, chromium, and nickel content

Ñåðèÿ ñòàòåé «Ïðîáëåìû òåîðèè è ïðàêòèêè ðåçàíèÿ ìàòåðèàëîâ» Series of articles "Theory and practice problems of materials cutting"

Âîpîíöîâ À. Ë., Ñóëòàí-çàäå Í. Ì., Àëáàãà÷èåâ À. Þ., Ñàâêèí À. È. — Pàçpàáîòêàíîâîé òåîpèè òåïëîâûõ ïpîöåññîâ påçàíèÿ. 3. Âëèÿíèå ïåpåäíåãî óãëà påçöà íàòåìïåpàòópó påçàíèÿ è òåìïåpàòópû èñêóññòâåííîãî ïîäîãpåâà îápàáàòûâàåìîãîìàòåpèàëà íà ñèëó påçàíèÿ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Vorontsov A. L., Sultan-Zade N. M., Albagachiev A. Yu., Savkin A. I. —Elaboration of a new theory of thermal processes of cutting. 3. Influenceof the cutter’s face angle upon the cutting temperature and of artificialpreheating temperature of work material upon the cutting force

ÎPÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÝÊÎÍÎÌÈÊÀ ÏPÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ PRODUCTION ORGANIZATION AND ECONOMICS

Ápîì À. Å., Øàòîõèíà Î. Î. — Ñîâpåìåííàÿ èíäóñòpèàëüíàÿ ìîäåëü óïpàâëåíèÿæèçíåííûì öèêëîì ìàøèíîñòpîèòåëüíîé ïpîäóêöèè . . . . . . . . . . . . . . . 77

Brom A. E., Shatokhina O. O. — Modern industrial controlling model bythe engineering production life cycle

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÈÍÔÎPÌÀÖÈß TECHNICAL INFORMATION

Îñîêèí Þ. Ì., Êîçëîâ Ñ. Â. — Ãèäpàâëè÷åñêèé ïpåññ ñ äâópóêèì óïpàâëåíèåì. . . 80 Osokin Yu. M., Kozlov S. V. — A hydraulic press with two-handed controlPóñòàìîâ Ç. À. — Íîâûé póëåâîé ìåõàíèçì, óëó÷øàþùèé ìàíåâpåííîñòü àâòî-

ìîáèëÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Rustamov Z. A. — A new steering gear, improving the mobility of special-

ized vehicleÊîêîpåâà Î. Ã. — Påçóëüòàòû ïpîèçâîäñòâåííûõ èñïûòàíèé ïî óïpî÷íåíèþ ñåpäå÷íè-

êîâ êpåñòîâèí ñòpåëî÷íûõ ïåpåâîäîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Kokoreva O. G. — Results of production test regarding of point frog cores

hardeningÐåêëàìà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Âíèìàíèþ ÷èòàòåëåé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84, 87

Хуäожественный pеäактоp Т. Н. Галицына Сäано в набоp 29.12.2009. Поäписано в пе÷атü 17.02.2010.

Техни÷еский pеäактоp О. А. Ефремова Фоpìат 60 Ѕ 88 1/8. Буìаãа офсетная. Пе÷атü офсетная.

Коppектоp Т. В. Пчёлкина Усë. пе÷. ë. 10,78. У÷.-изä. ë. 11,53. Заказ 141.

Перепечатка материалов из журнала "Вестник машиностроения" возможна при обязательном письменном согласованиис редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна.

За содеpжание pекламных матеpиалов ответственность несет pекламодатель.

© ООО "Изäатеëüство Маøиностpоение", "Вестник ìаøиностpоения", 2010

ISSN 0042-4633. ВЕСТНИК МАШИНОСТРОЕНИЯ. 2010. № 3 3

ÊÎÍÑÒPÓÈPÎÂÀÍÈÅ, PÀÑ×ÅÒ, ÈÑÏÛÒÀÍÈß È ÍÀÄÅÆÍÎÑÒÜ ÌÀØÈÍ

УДК 621.833.6

Оäной из обëастей пpиìене-ния воëновых ãазовых äвиãатеëей(ВГД) ìожет бытü пpивоä запоp-но-pеãуëиpуþщей аpìатуpы ìа-зутопpовоäа в топку тепëовойэëектpоöентpаëи (ТЭЦ). Дëя то-пок ТЭЦ и некотоpых äpуãих па-pовых котëов, в котоpых в ка÷е-стве топëива пpиìеняется ìазут,пpеäусìотpен пpинуäитеëüныйотсос äыìа.На pис. 1 показан ВГД, кото-

pый pаботает сëеäуþщиì обpа-зоì. Мазут из ìаãистpаëи высоко-ãо äавëения (на pисунке не пока-зана) ÷еpез øтуöеp 4, коëëектоp 5,осевые канаëы 6, коëüöевуþ пpо-то÷ку 7, поëостü 10 pаспpеäеëите-ëя 9 и pаäиаëüные канаëы 13 по-ступает в öиëинäpы 14 и äавит напоpøни 15. Поpøни, äефоpìи-pуя ãибкое зуб÷атое коëесо 1, соз-äаþт äве äиаìетpаëüно пpотиво-поëожные зоны заöепëения ко-ëеса с жесткиì зуб÷атыì коëесоì2 и äвуìя зуб÷атыìи ìуфтаìи 3.Пpи поäа÷е посëеäоватеëüных

иìпуëüсов от упpавëяеìой туp-бинки (не показана) на pаспpеäе-ëитеëü 9 (зоëотник) жесткое зуб-÷атое коëесо 2 повоpа÷ивается науãоë, пpопоpöионаëüный их ÷ис-ëу. Циëинäpы 14, оказавøиеся всвобоäной от заöепëения зоневоëновой пеpеäа÷и, освобожäа-þтся от pабо÷еãо теëа ÷еpез pаäи-аëüные канаëы 11 и öентpаëüноеотвеpстие 12 в ìаãистpаëü низко-ãо äавëения (не показана).Пpи аваpийноì откëþ÷ении

эëектpоэнеpãии на ТЭЦ отсосäыìа пpекpащается, пëаìя в топ-ке ãаснет и поступаþщий ìазутìожет пpевpатитüся во взpыво-опаснуþ сìесü. В таких сëу÷аяхна станöиях испоëüзуþт аваpий-ный пpивоä запоpноãо кpана ìа-зутопpовоäа с эëектpоäвиãате-ëеì, питаþщиìся от аккуìуëято-pов, иëи кpан (с боëüøойзаäеpжкой по вpеìени) закpыва-þт вpу÷нуþ, посëе ÷еãо топкупpоветpиваþт в те÷ение ìноãих÷асов. Оäнако на таких станöиях

в боëüøих коëи÷ествах иìеетсяо÷енü äеøевая энеpãия пеpеãpе-тоãо воäяноãо паpа.Так как pазвитие объектов

энеpãетики иäет по пути повыøе-ния теìпеpатуpы и äавëения паpас öеëüþ увеëи÷ения КПД и эко-ноìии энеpãоноситеëей, в по-сëеäние ãоäы в стpане стаëи стpо-итü энеpãобëоки ìощностüþ в300, 500 и 800 тыс. кВт, с теìпе-pатуpой паpа 585 °C и äавëениеì25,5 МПа. Наìе÷ается созäаниеэнеpãобëоков ìощностüþ в1 ÷ 1,2 ìëн кВт и котеëüных уста-новок с закpити÷ескиìи паpа-ìетpаìи паpа: 650 °C, 31,5 МПа и750 °C, 50 МПа [1]. Pазуìеется, вка÷естве äвиãатеëей в выøеупоìя-нутых пpивоäах ìоãут бытü ис-поëüзованы паpовые туpбины, ко-тоpые иìеþт оãpоìные ÷астотывpащения. Поэтоìу äëя пpивоäоваpìатуpы необхоäиìо pеäуöиpо-ватü эти ÷астоты с поìощüþ pе-

1

2

8

11

9

12

107

13

3 3

15

14

13

4

11

5

6

Pис. 1. Волновой газовый двигатель

К. С. ПОНОСОВА, М. Н. КАPАКУЛОВ, канä. техн. наук(Ижевский ГТУ), e-mail: [email protected]

Pàñ÷åò ãåîìåòpèè âîëíîâîãî çóá÷àòîãî çàöåïëåíèÿ, pàáîòîñïîñîáíîãî ïpè âûñîêèõ òåìïåpàòópàõ

Påøàåòñÿ çàäà÷à ñîçäàíèÿ âîëíîâîé çóá÷àòîé ïåpåäà÷è, pàáîòîñïîñîáíîéïpè âûñîêèõ òåìïåpàòópàõ, â óñëîâèÿõ îòñóòñòâèÿ æåñòêîé êèíåìàòè÷åñêîéñâÿçè ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì çâåíüÿìè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: âîëíîâîå çóá÷àòîå çàöåïëåíèå, ãåîìåòpèÿ çàöåïëåíèÿ,âûñîêîòåìïåpàòópíàÿ ñpåäà, ìàòåpèàëû çóá÷àòûõ êîëåñ.

A design problem of the wave gearing, serviceable at high operating temper-atures in the conditions of absence rigid kinematic connection between input andoutput sections, is solved.

Keywords: wave gearing, gearing geometry, high-temperature medium, ma-terials for tooth-wheels.

4 ISSN 0042-4633. ВЕСТНИК МАШИНОСТРОЕНИЯ. 2010. № 3

äуктоpов. Оäнако pеäуктоpы äо-воëüно ãpоìозäки, и потоìу ихìожно заìенитü ВГД, котоpыйвыпоëняет сpазу ÷етыpе функöии:äвиãатеëя, pеäуктоpа, тоpìоза ипpеäохpанитеëüной ìуфты.Но пpи испоëüзовании в ВГД

пеpеãpетоãо воäяноãо паpа в ка-÷естве pабо÷еãо теëа возникаетpяä тpуäностей: необхоäиìостüу÷ета теìпеpатуpных pасøиpе-ний äетаëей; созäание упëотне-ний äëя поäвоäа и сбpоса отpабо-тавøеãо паpа в атìосфеpу; воз-ìожностü ãиäpоуäаpа в pабо÷ихпоëостях ВГД в сëу÷ае появëенияконäенсата в ìаãистpаëüноì па-pопpовоäе. Из пеpе÷исëенныхтpуäностей саìой ãëавной явëя-ется высокая теìпеpатуpа воäя-ноãо паpа, а оäниì из наибоëеезависиìых от теìпеpатуpы паpазвеноì ВГД явëяется ãибкое зуб-÷атое коëесо (ГЗК). К ìатеpиа-ëаì ГЗК, котоpое äоëжно бытüpаботоспособныì пpи высокойтеìпеpатуpе, пpеäъявëяþтся сëе-äуþщие тpебования: сохpанениеупpуãих свойств; ìиниìаëüныеëинейное pасøиpение и потеpяìощности ВГД на тpение в заöе-пëении.Из анаëиза ëитеpатуpы [1—5]

по констpуктивныì и техноëоãи-÷ескиì сообpаженияì äëя ГЗК иäетаëей ВГД быëи выбpаны ìате-pиаëы, пpивеäенные в табë. 1,äëя котоpых показаны зна÷енияìоäуëя упpуãости E и коэффиöи-ента α ëинейноãо pасøиpенияìетаëëов от теìпеpатуpы Т.Констpукöионная стаëü 30ХГСА

øиpоко пpиìеняется äëя изãо-товëения ГЗК воëновых пеpеäа÷.Жаpопpо÷ная коppозионно-стойкая стаëü 20Х13 и хpоìистаястаëü 30Х13 выпускаþтся в боëü-øоì коëи÷естве и боëее äоступ-ны äëя изãотовëения ГЗК и äета-ëей ВГД. Жаpопpо÷ные хpоìо-никеëüìоëибäеновая ЭИ395(10Х16Н25АМ) и хpоìоникеëе-вая ЭИ696 (10Х11Н) стаëи сохpа-няþт упpуãие свойства при боëü-øих теìпеpатуpах, но иìеþто÷енü высокий коэффиöиент ëи-нейноãо pасøиpения.

Исхоäя из пpинöипа pаботыВГД сиëовые поpøни в зоне, сво-боäной от заöепëения, возвpаща-þтся в исхоäные поëожения уп-pуãиìи сиëаìи ГЗК.Увеëи÷ение äиаìетpа ГЗК в

pезуëüтате высокой теìпеpатуpынеобхоäиìо у÷итыватü пpи pас-÷ете ãеоìетpии заöепëения.Геоìетpия заöепëения в ВГД

отëи÷ается от воëновых пеpеäа÷ сìехани÷ескиì воëнообpазовате-ëеì [6] теì, ÷то в неì отсутствуеткинеìати÷еская связü вхоäноãоваëа с выхоäныì. Поэтоìу пpивкëþ÷ении ВГД необхоäиìо у÷и-тыватü, в какоì поëожении ока-зываþтся зоны M и N поäа÷и pа-бо÷еãо теëа зоëотникоì (pис. 2)относитеëüно поëожения на÷аëü-ных зон P1 и P2 заöепëения ГЗКс жесткиì зуб÷атыì коëесоì(ЖЗК). Есëи зоны М и N совпа-äаþт с зонаìи P1 и P2, то это сëу-÷ай pаботоспособноãо заöепëе-ния, есëи же зоны поäа÷и M и Nоказываþтся пеpпенäикуëяpны-ìи зонаì P1 и P2, то ГЗК ìожетпpинятü äва поëожения: пеpвое —веpøины зубüев ГЗК в зонах М иN попаäаþт во впаäины зубüевЖЗК (3 ), — сëу÷ай pаботоспособ-ноãо заöепëения; втоpое — веp-øины зубüев ГЗК в зонах M и Nпопаäаþт на веpøины зубüевЖЗК (4 ), — сëу÷ай неpаботоспо-

собноãо заöепëения, пpивоäя-щий к поëоìкаì ГЗК.Чтобы избежатü поäобноãо яв-

ëения, необхоäиìо обеспе÷итüотсутствие закëинивания зубüевГЗК во впаäинах ЖЗК в на÷аëü-ных зонах P1 и P2 заöепëения,т. е. пpи äвижении äефоpìиpуþ-щих сиë F от зон M и N к зонаìP1 и P2.Это усëовие оäнозна÷но вы-

поëняется пpи собëþäении неpа-венства:

Δd = (da2 – da1) l 0, (1)

ãäе da1 и da2 — äиаìетpы веpøинзубüев соответственно ГЗК и ЖЗК.

1

23

4

MF

P2

P1

FN

ωзë

Pис. 2. Возможные положения ГЗКв момент пуска ВГД:1 — ГЗК4; 2 — ЖЗК; ωзë — уãëоваяскоpостü зоëотника

Таблица 1

Ноìерп/п

Теìпература пара T, °C

Конструкöионная стаëü 30ХГСА

Жаропро÷ные стаëи

30Х13 20Х13 ЭИ395 ЭИ696

Модуль упругости E, 10–2 МПа

1 20 2,00 2,24 2,23 1,96 1,852 100 — — 2,18 — —3 200 1,80 2,14 22,12 — —4 300 1,70 2,06 2,04 1,70 —5 400 1,65 2,00 1,93 1,60 1,436 500 1,60 1,85 1,84 1,50 1,857 600 — 1,74 1,72 1,40 1,328 700 — — — 1,25 1,15

Коэффициент α, град/106

1 100 — 10,2 10,8 14,0 15,42 200 11,7 11,1 11,2 15,4 16,63 300 — 11,5 11,5 16,5 17,74 400 13,9 12,0 12,0 17,6 18,45 500 14,3 12,4 12,4 18,2 19,46 600 — 12,6 12,6 18,4 19,67 700 — 12,9 12,9 19,3 20,5


Дëя пpовеpки усëовия (1) поìетоäике [6] быëа pасс÷итанаãеоìетpия заöепëения с ìоäуëеìm = 0,6 ìì и ÷исëаìи зубüев ГЗКи ЖЗК соответственно z1 = 198 иz2 = 200 пpи x1 ∈ [–1; 3]. Pезуëü-таты pас÷ета пpивеäены в табë. 2,ãäе α1, α2, da1, da2, sa1, sa2, h1 = h2 —соответственно уãоë заöепëения,äиаìетp веpøин, тоëщина повеpøинаì и высота зубüев ГЗК иЖЗК. Анаëиз pезуëüтатов пока-заë, ÷то наибоëее бëизкиì к ус-ëовиþ (1) явëяется зна÷ениеx1 = 3 ìì, ãäе Δd = da2 – da1 =

= –0,22 ìì — ìиниìаëüное зна-÷ение.Выпоëнения усëовия (1) пpи

da2 = da1 ìожно äобитüся уìенü-øениеì pас÷етноãо äиаìетpа за-ãотовки ГЗК по веpøинаì наΔd = 0,22 ìì. В этоì сëу÷ае повысоте зубüя ГЗК поäpезаþтся на0,11 ìì.Пpи pаботе ГЗК в высокотеì-

пеpатуpной сpеäе еãо ëинейныеpазìеpы lт увеëи÷иваþтся соãëас-но зависиìости

lт = l0(1 + αT), (2)

ãäе l0 — äëина ГЗК пpи T = 0;α — коэффиöиент ëинейноãо pас-øиpения ìатеpиаëа (сì. табë. 1)в зависиìости от Т.Абсоëþтное увеëи÷ение äиа-

ìетpа ГЗК по веpøинаì зубüевìожно найти, есëи в фоpìуëе (2)äëину заìенитü äиаìетpоì. Pе-зуëüтаты pас÷ета по фоpìуëе (2)пpивеäены äëя выбpанных ìате-pиаëов на pис. 3.Боëüøинство ТЭЦ, pаботаþщих

на ìазуте, выpабатываþт воäянойпаp с теìпеpатуpой T = 450 °C иäавëениеì p = 4 МПа. Поэтоìуìожно испоëüзоватü ГЗК, изãо-товëенное из стаëей 20X13 иëи30X13, с увеëи÷ениеì еãо äиаìет-pа на Δd = 0,62 ìì (сì. pис. 3).Есëи pассìатpиватü ваpиант ãео-ìетpии с x1 = 3 ìì и Δd = 0,22ìì (сì. табë. 2), то äëя

T = 450 °C суììаpная pазностüäиаìетpов Δdсуì = Δdт + Δd == 0,62 + 0,22 = 0,84 ìì. Зна÷ит,äëя выпоëнения усëовия (1) äиа-ìетp заãотовки ГЗК ìожно уìенü-øитü на 0,5 Δdсуì = 0,42 ìì, аäиаìетp ЖЗК увеëи÷итü на0,5Δdсуì = 0,42 ìì.Такиì обpазоì, есëи ГЗК пpи-

ìет поëожение 4 (сì. pис. 2), вкотоpоì веpøины зубüев ГЗК взонах M и N попаäаþт на веpøи-ны зубüев ЖЗК, то пpи вpащенииäефоpìиpуþщих сиë F зубüя ГЗКне ìоãут попастü во впаäинызубüев ЖЗК — заöепëение отсут-ствует, ÷то ÷асто пpивоäит к pаз-pуøениþ ГЗК. Чтобы избежатüэтоãо, веpøины зубüев ГЗК иЖЗК ìожно заостpитü, т. е. пpи-нятü sa1 ≈ sa2 ≈ 0, испоëüзуя коэф-фиöиент танãенöиаëüноãо сìеще-ния пpи наpезании зубüев коëес.Коэффиöиенты танãенöиаëüныхсìещений äëя ГЗК и ЖЗК опpе-äеëяþтся из зависиìостей:

ϕ1 = arctg(sa1/ra1);ϕ2 = arctg(sa2/ra2),

ãäе ra1, ra2, sa1, sa2 — pаäиусы и тоë-щины веpøин зубüев ГЗК и ЖЗК.Такиì обpазоì, pазpаботанная

ìетоäика позвоëяет pасс÷итатüãеоìетpиþ воëновоãо зуб÷атоãозаöепëения, pаботоспособноãо ввысокотеìпеpатуpной сpеäе.

БИБЛИОГPАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. Ланская К. А. Жаpопpо÷ныестаëи. М.: Метаëëуpãия, 1969. 247 с.

2. Химушин Ф. Ф. Жаpопpо÷ныестаëи и спëавы. М.: Метаëëуpãия,1959. 750 с.

3. Нигматуллин И. Н. Тепëовыеäвиãатеëи. М.: Высøая øкоëа, 1974.375 с.

4. Гинцбуpг Я. С. Испытание ìе-таëëов пpи повыøенных теìпеpату-pах. М., Л.: Маøãиз, 1954. 252 с.

5. Энглиш К. Поpøневые коëüöа.Т. 1. М.: Маøãиз, 1962. 583 с.

6. Сквоpцова Н. А., Семин Ю. И.,Башкин В. И. Pас÷ет äвухвоëновыхзуб÷атых пеpеäа÷ с äисковыì воëно-обpазоватеëеì // Вестник ìаøино-стpоения. 1974. № 10. С. 11—17.

Δd, ìì

2,0

200 400 600 T, °С

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

ЭИ395

ЭИ696

30ХГСА

30Х13, 20Х13

Pис. 3. Изменение диаметров Dd ГЗКиз разных сталей в зависимости оттемпературы Т

(3)

Таблица 2

x1, ìì

da1 da2 Δd sa1 sa2 h1

ìì

–1,0 19,44 16,65 118,36 117,84 –0,52 0,66 1,17 1,23

–0,5 20,25 17,91 119,07 118,44 –0,63 0,63 1,24 1,23

0,0 21,00 18,90 119,71 119,04 –0,67 0,61 1,27 1,29

0,5 21,69 19,72 120,30 119,64 –0,66 0,60 1,28 1,28

1,0 22,33 20,42 120,86 120,24 –0,62 0,59 1,26 1,25

1,5 22,94 21,05 121,39 120,84 –0,55 0,60 1,23 1,21

2,0 26,51 21,61 121,90 121,44 –0,46 0,60 1,19 1,16

2,5 24,05 22,12 122,39 122,04 –0,35 0,61 1,12 1,09

3,0 24,57 22,59 122,86 122,64 –0,22 0,63 1,05 1,02

α1° α2

°


УДК 621.225.7

А. А. ЧЕPН �ЯКОВ, А. П. КОНОВ (ОАО "СКБ ПА", ã. Ковpов), Я. А. ДАPШТ, ä-p техн. наук (КГТА иì. В. А. Деãтяpева, ã. Ковpов), e-mail: [email protected]

Èññëåäîâàíèå íàãpóçîê íà påãóëèpóþùåì îpãàíåàêñèàëüíî-ïîpøíåâîãî íàñîñà

В ка÷естве основных эëеìентов упpавëяþщихсистеì в эëектpоãиäpавëи÷еских пpивоäах pазëи÷-ных объектов øиpокое пpиìенение наøëи акси-аëüно-поpøневые насосы (АПН), котоpые обëаäа-þт высокиì быстpоäействиеì, pаботаþт пpи высо-ких äавëениях, иìеþт высокий КПД (pис. 1). Этика÷ества АПН обеспе÷иваþт возìожностü поëу÷е-ния тpебуеìых хаpактеpистик выхоäноãо звенаобъекта упpавëения. Пpи упpавëении выхоäныìзвеноì необхоäиìо изìенятü пpоизвоäитеëüностüАПН. С этой öеëüþ в АПН пpиìеняþтся ìеханиз-ìы упpавëения, котоpые явëяþтся, в основноì,ãиäpопpивоäаìи äpоссеëüноãо pеãуëиpования. На-ãpузкой äëя ìеханизìов упpавëения сëужат ìоìен-ты на оpãане pеãуëиpования АПН, иссëеäованиþкотоpых уäеëено боëüøое вниìание [1, 2]. Оäна изосновных наãpузок опpеäеëяется ãиäpостати÷ески-ìи сиëаìи, äействуþщиìи ÷еpез поpøневуþ ãpуп-пу, и ìожет бытü установëена с поìощüþ инäика-тоpной äиаãpаììы pабо÷еãо пpоöесса АПН.Экспеpиìентаëüные иссëеäования по изу÷ениþ

pабо÷еãо пpоöесса АПН путеì физи÷ескоãо ìаке-тиpования требуþт боëüøих затpат, и вопpос ис-сëеäования pеøается в поëüзу ìатеìати÷ескоãо ииìитаöионноãо ìоäеëиpования. Pабо÷ие пpоöессыобъеìных АПН иссëеäованы ìноãиìи автоpаìи,котоpые pассìатpиваþт поäхоäы, ìоäеëи и ìето-

äики, по-pазноìу пpибëиженные к pеаëüныì кон-стpукöияì и иìеþщие в своей основе pазные объ-яснения пpотекаþщих пpоöессов.В основе äанноãо иссëеäования ëежит теоpети-

÷еский поäхоä, изëоженный в pаботах [1, 3], пpикотоpоì pассìатpиваþт пеpехоäный пpоöесс тоëü-ко в öиëинäpе, в котоpоì поpøенü пеpехоäит из зо-ны всасывания в зону наãнетания и обpатно. В ос-таëüных öиëинäpах, в зоне наãнетания и в напоp-ноì тpубопpовоäе пеpехоäные пpоöессы неpассìатpиваþтся, и äавëение с÷итается постоян-ныì. Жиäкостü с÷итается сжиìаеìой тоëüко в тоìöиëинäpе, в котоpоì pассìатpивается пеpехоäныйпpоöесс. Инеpöия жиäкости не у÷итывается.

Pазpаботанная ìатеìати÷еская ìоäеëü позвоëя-ет иссëеäоватü äавëение в поpøневой каìеpе с у÷е-тоì pазëи÷ных фактоpов и их пpоизвоäных, ÷товиäно из уpавнения p(t) = f(γ, ω, Qут, α0, β, E, W0),ãäе γ — уãоë накëона äиска; ω — уãëовая скоpостüваëа; Qут — уте÷ки из поpøневой каìеpы; α0 —уãоë pазвоpота pаспpеäеëитеëя; β — äопоëнитеëü-ный уãоë в пëоскости, пеpпенäикуëяpной к пëос-кости, обpазованной кинеìати÷еской нейтpаëüþ иее пpоекöией на опоpнуþ пëоскостü; E — ìоäуëüобъеìной упpуãости жиäкости (ãазосоäеpжание);W0 — "ìеpтвый" объеì поpøневой каìеpы.Особенностüþ ìатеìати÷еской ìоäеëи явëяется

у÷ет в кинеìатике насоса äопоëнитеëüноãо уãëа βнакëона, оказываþщеãо существенное вëияние на

Pàçpàáîòàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ïîpøíåâîé êà-ìåpû àêñèàëüíî-ïîpøíåâîãî íàñîñà, êîòîpàÿ ïîçâîëèòèññëåäîâàòü äàâëåíèå â êàìåpå ïpè pàçíûõ påæèìàõpàáîòû íàñîñà, îöåíèòü íàãpóçêè íà îpãàíå påãóëèpî-âàíèÿ îò äàâëåíèÿ è îïòèìèçèpîâàòü êîíñòpóêöèè íà-ñîñà è ìåõàíèçìà óïpàâëåíèÿ, ÷òî îáåñïå÷èò âûñîêèåäèíàìè÷åñêèå õàpàêòåpèñòèêè àêñèàëüíî-ïîpøíåâîãîíàñîñà è ïîâûñèò õàpàêòåpèñòèêè ãèäpîïpèâîäà.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: àêñèàëüíî-ïîpøíåâîé íàñîñ, èí-äèêàòîpíàÿ äèàãpàììà, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèpîâà-íèå, îpãàí påãóëèpîâàíèÿ, ïîpøíåâàÿ êàìåpà, äàâëå-íèå, ìîìåíò.

Mathematical model of piston chamber of axial-pistonpump is elaborated. The model enables to investigate thepressure within the camber at different pump’s operatingregimes, to estimate the loads at regulating authority fromthe pressure, and to optimize the pump’s designs and thecontrol mechanism. That will result high dynamic charac-teristics of the mechanism axial-piston pump and improve-ment of the hydraulic actuator characteristics.

Keywords: axial-piston pump, indicator diagram,mathematical modeling, regulating authority, piston cham-ber, pressure, moment.

Ротор

Орãан реãуëирования Хоäовая ÷астü

Поäпито÷ныйнасос

Механизìуправëения

Порøенüуправëения

Pис. 1. Аксиально-поpшневой насос


зна÷ение и хаpактеp ìоìента на оpãане pеãуëиpо-вания. Основу ìатеìати÷еской ìоäеëи насоса со-ставëяет ìоäеëü pабо÷еãо пpоöесса в отäеëüнойпоpøневой каìеpе. Pезуëüтатоì ìоäеëиpованияявëяется äавëение в поpøневой каìеpе, отобpа-жаеìое инäикатоpной äиаãpаììой. Инäикатоpнаяäиаãpаììа насоса (ãиäpоìотоpа) показывает зави-сиìостü äавëения в поpøневой каìеpе ãиäpоìаøи-ны от вpеìени иëи от поëожения поpøня. Интеpеспpеäставëяет ÷астü инäикатоpной äиаãpаììы, от-pажаþщая сìену äавëения в поpøневой каìеpе. Отхаpактеpа этоãо пpоöесса зависят в коне÷ноì с÷етевсе основные хаpактеpистики ãиäpоìаøины: поäа-÷а насоса в öеëоì (pасхоä ìотоpа); пуëüсаöия по-äа÷и; объеìный КПД; наãpузки на ìеханизìупpавëения АПН; наãpузки на поäøипники; аку-сти÷еские хаpактеpистики; äинаìи÷еские хаpакте-pистики поpøней АПН и äp.Коëи÷ественные соотноøения ìежäу этиìи ха-

pактеpистикаìи и паpаìетpаìи инäикатоpнойäиаãpаììы, с оäной стоpоны, и паpаìетpаìи ин-äикатоpной äиаãpаììы и констpуктивныìи паpа-ìетpаìи АПН, с äpуãой стоpоны, ìожно выявитüс поìощüþ поäpобной äинаìи÷еской ìоäеëи на-соса, öентpаëüныì эëеìентоì котоpой явëяетсяуниверсаëüная ìоäеëü пpоöесса пеpеноса жиäко-сти в поpøневой каìеpе из оäной ãиäpоëинии на-соса в äpуãуþ.Матеìати÷еская ìоäеëü созäана в интеpактив-

ной сpеäе Simulink, явëяþщейся пpиëожениеì па-кета Mathlab äëя ìатеìати÷ескоãо ìоäеëиpованияи анаëиза äинаìи÷еских систеì. Дëя постpоенияìоäеëей испоëüзуется бибëиотека коìпонентовSimulink. Откpытая аpхитектуpа сpеäы ìоäеëиpова-ния позвоëяет созäаватü ìатеìати÷еские ìоäеëи сиеpаpхи÷еской стpуктуpой с неоãpани÷енной вëо-женностüþ. Чисëо бëоков и связей в ìоäеëи такженеоãpани÷енно. Общая стpуктуpа бëока "поpøне-вая каìеpа" пpеäставëена на pис. 2.Пеpехоäные пpоöессы пpи анаëити÷ескоì по-

стpоении инäикатоpных äиаãpаìì тpебуþт то÷ноãоописания относитеëüноãо äвижения поpøня. Пу-теì анаëиза кинеìатики ìеханизìов ãиäpоìаøинpазëи÷ноãо типа быëи поëу÷ены общие пpиеìыpас÷ета относитеëüноãо пеpеìещения поpøня вëþбых аксиаëüно-поpøневых ãиäpоìаøинах и пе-pеìещения пëунжеpа в ëþбых аксиаëüно-пëунжеp-ных ãиäpоìаøинах [1, 4]. На pис. 3 пpеäставëенаобобщенная pас÷етная кинеìати÷еская схеìа акси-аëüно-пëунжеpной ãиäpоìаøины с оäниì поpøнеì.Скоpостü поpøня вы÷исëяется äиффеpенöи-

pованиеì кооpäинаты поpøня: vп = dx/dt. Кооp-äинату поpøня заäаеì, исхоäя из схеìы насоса:x = –Rcosαtgγ. Тоãäа скоpостü относитеëüноãо пеpе-

ìещения поpøня: vп = Rsinαtgγ – Rcosα .

Ваë ãиäpоìаøины вpащается вокpуã оси OX с уã-ëовой скоpостüþ ω = dα/dt.В уpавнениях, описываþщих кинеìати÷еские

хаpактеpистики насоса, у÷итывается наëи÷ие äо-поëнитеëüноãо уãëа β накëона оpãана pеãуëиpова-ния насоса в пëоскости, пеpпенäикуëяpной к пëос-кости уãëа γ pеãуëиpования поäа÷и насоса. В этоìсëу÷ае кооpäината пеpеìещения поpøня описыва-ется уpавнениеì x = –R tgγcosα – R tgβsinα, а ско-

pостü поpøня уpавнениеì vп = = Rsinα tgγ•ω –

– Rcosα – R tgβcosα•ω.

Уãоë повоpота бëока öиëинäpов опpеäеëяетсякак интеãpаë во вpеìени еãо уãëовой скоpости:

α = ωdt. Уãоë i-ãо поpøня αi = α + i, ãäе i —

÷исëо поpøней (i = 1, ..., 9).Основные фазовые пеpеìенные: поäа÷а (pасхоä

äëя ãиäpоìотоpа), äавëение и ìоìенты опpеäеëя-þтся pеøениеì уpавнения неpазpывности потоков:

Qi = 0. (1)

Составëяþщие уpавнения (1) опpеäеëяеì исхоäяиз схеìы поpøневой каìеpы (pис. 4). В соответствиис pас÷етной схеìой уpавнение (1) пpиниìает виä:

dαdt----- 1

cos2γ---------- dγ

dt----

Бëокрас÷етапëощаäипервоãоокна

γ, α, β, α0

Бëокрас÷етафазовыхпереìен-ных АПН

Бëокрас÷ета

кинеìатикиАПН

Бëок рас÷етакоорäинатыуãëа поворотаваëа АПН

Бëокрас÷етапëощаäивтороãоокна

ωp1p2

x, α0

α

α

Sпо1

W0QутЕ

Säр2

Ри.ä(t)

Q1, Q2

Mи.ä

γY

X O

R

XA

YA

A

O

αA

Pис. 2. Стpуктуpная схема поpшневой камеpы АПН

Pис. 3. Кинематическая схема аксиально-поpшневоймашины

dxdt----

1cos2 γ( )-------------- dγ

dt----

0

t

∫2πz

-----

i 0=

n

∑


Qп + Qäp1 + Qäp2 – Qут – Qсж = 0, (2)

ãäе Qп — ãеоìетpи÷еская поäа÷а поpøня; Qäp1 иQäp2 — pасхоäы, äpоссеëиpуþщие из каìеpы высо-коãо äавëения; Qут — суììаpные уте÷ки (по pас-пpеäеëитеëþ, ÷еpез зазоp в паpе "поpøенü — отвеp-стие бëока öиëинäpов", ãиäpостати÷ескуþ опоpупоpøня, сфеpи÷ескуþ заäеëку опоpы); Qсж — pас-хоä, связанный со сжатиеì pабо÷ей жиäкости.Опpеäеëиì составëяþщие уpавнения (2), pеøая

еãо относитеëüно äефоpìаöионноãо pасхоäа Qсж.

Геоìетpи÷еская поäа÷а поpøня: Qп = ,

ãäе dп — äиаìетp поpøня.

Дpоссеëиpуþщие pасхоäы в ãиäpоëиниях опи-сываþтся тpаäиöионно:

Qäp1 = μäp1Säp1 sign(p1 – p);

Qäp2 = μäp2Säp2 sign(p2 – p),

ãäе μ — коэффиöиент pасхоäа; p1, p2 — äавëенияв ãиäpоëиниях; ρ — пëотностü жиäкости.

Pабо÷ие окна, ÷еpез котоpые жиäкостü пpохоäитиз ãиäpоëинии в поpøневуþ каìеpу, обpазуþтсяпpи оäновpеìенноì откpытии окон pаспpеäеëите-ëя и поpøневой каìеpы в äне бëока öиëинäpов.Пëощаäü окна äpоссеëиpования зависит от фоpìыи pазìеpов окон pаспpеäеëитеëя и поpøневой ка-ìеpы бëока öиëинäpов и от их взаиìноãо pаспоëо-жения, котоpое, в своþ о÷еpеäü, зависит от уãëа αповоpота бëока öиëинäpов. Pас÷етная схеìа и за-висиìости пëощаäей откpытия окон Säp1(α) иSäp2(α) äëя конкpетной ãиäpоìаøины пpивеäенысоответственно на pис. 5, а, б.Объеì уте÷ек из поpøневой каìеpы опpеäеëяþт

экспеpиìентаëüно ÷еpез коэффиöиент kут äëя кон-кpетной ãиäpоìаøины: Qут = kутpр. У÷ет сжиìаеìо-сти pабо÷ей жиäкости явëяется важныì фактоpоìпpи pас÷ете äинаìи÷еских пpоöессов. Сжиìае-ìостü жиäкости поä äействиеì pабо÷еãо äавëенияоöениваþт ìоäуëеì объеìной упpуãости [1, 5]. Еãозна÷ение изìеняется в øиpоких пpеäеëах в зависи-ìости от типа pабо÷ей жиäкости, теìпеpатуpы,äавëения, скоpости äефоpìаöии и хаpактеpа теp-ìоäинаìи÷ескоãо пpоöесса сжатия. Напpиìеp, äëяìинеpаëüных ìасеë с повыøениеì теìпеpатуpы с40 äо 200 °C объеìный ìоäуëü упpуãости снижаетсябоëее ÷еì в 2 pаза, а с повыøениеì äавëения —увеëи÷ивается.В зависиìости от усëовий сжатия pабо÷ей жиä-

кости pазëи÷аþт изотеpìи÷еский и аäиабати÷е-ский ìоäуëи объеìной упpуãости. Изотеpìи÷ескийìоäуëü явëяется усpеäненныì стати÷ескиì показа-теëеì сжиìаеìости жиäкости в усëовиях, коãäа

äавëение и объеì жиäкости изìеняþтся ìеäëеннопpи постоянной иëи ìеäëенно ìеняþщейся теìпе-pатуpе. Дëя pас÷ета äинаìи÷еских пpоöессов ис-поëüзуþт аäиабати÷еский ìоäуëü объеìной упpу-ãости жиäкости, котоpый оöенивает сжиìаеìостüжиäкости в быстpопpотекаþщих (аäиабати÷еских)пpоöессах изìенения äавëения пpи отсутствии су-щественноãо тепëообìена с окpужаþщей сpеäой.Динаìи÷еский (аäиабати÷еский) ìоäуëü объеìнойупpуãости опpеäеëяется выpажениеì E = Vdp/dV,ãäе V — объеì жиäкости.Жиäкостü в ãиäpопpивоäах всеãäа соäеpжит не-

боëüøое коëи÷ество возäуха как pаствоpенноãо,так и в виäе пузыpüков. Есëи pаствоpенный возäухпpакти÷ески не вëияет на веëи÷ину объеìноãо ìо-äуëя упpуãости, то возäух, неpаствоpенный в жиä-кости, ìожет существенно изìенитü сжиìаеìостüобpазуþщейся ãазожиäкостной сìеси. Сëеäова-теëüно, жиäкостü сëеäует pассìатpиватü как äвух-фазнуþ сìесü, состоящуþ из жиäкости и неpаство-pенноãо возäуха. Моäуëü объеìной упpуãости äвух-фазной ãазожиäкостной сìеси ìожно опpеäеëитüпо фоpìуëе

E(p) = ,

ãäе Vв и Vж — объеìы возäуха и жиäкости пpи на-÷аëüноì äавëении p0; Eж —ìоäуëü объеìной упpу-ãости жиäкости; k — показатеëü аäиабаты.Тоãäа äефоpìаöионный pасхоä (сжатие-pастя-

жение) ìожно выpазитü так: Qсж = , ãäе

πdп2

4------- dx

dt----

2ρ-- p1 p–

2ρ-- p2 p–

Qсж

p2

Qäр1

Qп Qут

p1

p

Qäр2

0,000062

0,00000920,0000012

–0,2 0 0,017 0,14 0,35

Säр, ì2

Säр2Säр1

Oα

б)

ω

а)α, раä

Pис. 4. Pасчетная схема поpшневой камеpы

Pис. 5. Pасчетная схема системы pаспpеделения (а) изависимости для pасчета площадей открытия окон (б)

Eж 1 Vв/Vж p0/p( )1/k+( )

1EжVвkpVж----------- p0/p( )1/k+

-------------------------------------------------

W x( )E p( )---------- dp

dt-----


W(x) — объеì pабо÷ей каìеpы, зависящий от пе-

pеìещения поpøня: W(x) = W0 + x .

Сpеäняя наãpузка на оpãане pеãуëиpования(сpеäняя за обоpот pотоpа ãиäpоìаøины) оп-

pеäеëяется интеãpаëоì Mсpi = Midt, ãäе

Mi = Fi — ìãновенное зна÷ение ìоìента, оп-

pеäеëяеìоãо как функöия вpеìени, а есëи pе÷üиäет о ìоìенте от сиë äавëения, то сиëа, созäаþ-

щая ìоìент, опpеäеëяется как Fi = pi . Зäесü

R — pаäиус бëока öиëинäpов.Дëя тестовоãо pас÷ета испоëüзоваëи АПН объ-

eìоì 33 сì3/об с накëонныì äискоì. На pис. 6—8пpеäставëены pезуëüтаты ìоäеëиpования. Инäикатоp-ная äиаãpаììа на pис. 6 поëу÷ена на сëеäуþщих pе-жиìах: p = 40 МПа, ω = 314 с–1, E = 1,4•106 Н/сì2,уãоë pазвоpота pаспpеäеëитеëя α0 = –1,5°. Из ãpа-фика виäно, ÷то пpи сìене äавëения в ìоìент пе-pехоäа поpøневой каìеpы из обëасти всасывания вобëастü наãнетания и наобоpот забpосов и пpова-ëов äавëения не набëþäается.Сpеäний ìоìент от сиë äавëения жиäкости на

оpãане pеãуëиpования опpеäеëяется как pазниöазна÷ений в äвух сосеäних схоäных то÷ках. Из pис. 7виäно, ÷то кажäый сëеäуþщий пеpиоä pаспоëоженвыøе пpеäыäущеãо. Это озна÷ает, ÷то ìоìент отсиë äавëения наãpужает ìеханизì упpавëения.Зависиìостü ìоìента на оpãане pеãуëиpования от

сиë äавëения пpи pазных уãëах pазвоpота pаспpеäе-ëитеëя показана на pис. 8, из котороãо виäно, ÷топpи отpиöатеëüноì уãëе pазвоpота pаспpеäеëитеëяìоìент от сиë äавëения уìенüøается. Вëияние pаз-воpота pаспpеäеëитеëя на ìоìент на оpãане pеãу-ëиpования показано в pаботах [1, 3]. Анаëиз ãpа-фиков показаë, ÷то наãpузки от инäикатоpной äиа-ãpаììы пpакти÷ески пpопоpöионаëüны äавëениþ ипpи p = 5 МПа напpавëены в стоpону возвpащенияоpãана pеãуëиpования насоса к нуëþ, т. е. наãpужа-þт ìеханизì упpавëения.То÷ное опpеäеëение оäной из основных со-

ставëяþщих наãpузки на оpãане pеãуëиpования —ìоìента от сиë äавëения, созäает пpеäпосыëку квыбоpу оптиìаëüных паpаìетpов ìеханизìаупpавëения и обеспе÷ения тpебуеìых äинаìи÷е-ских хаpактеpистик насоса (ãиäpоìотоpа) в öеëоì.Pеøение äанной заäа÷и особенно актуаëüно äëяãиäpоìаøин, pаботаþщих на фоpсиpованных pе-жиìах, и ãиäpопpивоäов, обеспе÷иваþщих то÷ноепозиöиониpование инеpöионных объектов.


1. Аксиально-поpшневой pеãуëиpуеìый ãиäpопpивоä /Пpокофüев В. Н. и äp. Поä pеä. В. Н. Пpокофüева. М.:Маøиностpоение, 1969. 496 с.

2. Следящие пpивоäы. В 2 кн. / Поä pеä. Б. К. Чеìо-äанова. Кн. 2. М.: Энеpãия, 1976. 384 с.

3. Оpлов Ю. М. Авиаöионные объеìные ãиäpоìаøи-ны с зоëотниковыì pаспpеäеëениеì. Пеpìü: ПеpìскийГТУ, 1993.

4. Машиностpоительный ãиäpопpивоä / Л. А. Конäа-ков, Г. А. Никитин, В. Н. Пpокофüев и äp. Поä pеä.В. Н. Пpокофüева. М.: Маøиностpоение, 1978. 495 с.

5. Гамынин Н. С. Гиäpавëи÷еский пpивоä систеì /упpавëения. М.: Маøиностpоение, 1972. 376 с.

πdп2

4-------

3,5

p, Па•107

0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 t, с

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

10

Mсрi, Н•ì

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 t, с

5

0–5

–10

–15

–20

–25

–30–35

5 10 15 20 25 30

Mсрi, Н•ì

40

30

20

10

0p, МПа

α0 = +1,5°

α0 = –1,5°

α0 = 0

Pис. 6. Индикатоpная диагpамма АПН

Pис. 7. Диагpамма момента от сил давления

Pис. 8. Зависимости сpеднего момента от сил давления пpиpазличных углах pазвоpота pаспpеделителя

1T---

0

T

∫

Rcos2γ----------

dп2 π

4-------


УДК 621.825

И. А. ХАЛИЛОВ, канä. техн. наук (АзТУ, Азеpбайäжан, ã. Баку), e-mail: [email protected]

Âëèÿíèå çàçîpîâ â ìóôòàõ íà äèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà ïpèâîäîâ ìàøèí

Чисëенное ìоäеëиpование äинаìи÷еских пpо-öессов в пpивоäах с ìехани÷ескиìи соеäинитеëüны-ìи ìуфтаìи иìеет боëüøое пpакти÷еское зна÷ение.Быëи пpовеäены иссëеäования изìенения наãpузкина ìуфты от pазëи÷ных фактоpов. Основная хаpак-теpистика ìуфты — ìаксиìаëüный пеpеäаваеìыйкpутящий ìоìент Mmax [1]. Боëее то÷ное опpеäеëе-ние ìаксиìаëüных уäаpных наãpузок и ÷астоты уäа-pов обеспе÷ивается у÷етоì ìноãо÷исëенных стохас-ти÷еских фактоpов: несоосности соеäиняеìых ва-ëов; изнаøивания составных эëеìентов; теìпеpату-pы; откëонений pазìеpов; коëебаний в систеìе,связанных с pаботой пpивоäа и саìой ìаøины; ìе-хани÷еских свойств ìатеpиаëов и т. ä. На äинаìи-÷еские свойства пpивоäа существенное вëияние ока-зываþт коëебания, обусëовëенные pаботой пpивоä-ной и pабо÷ей ìаøины и несоосности соеäиняеìыхваëов. От констpукöии ìуфты зависят и äинаìи÷е-ские хаpактеpистики пpивоäа. Поэтоìу наибоëüøийинтеpес пpеäставëяþт ìуфты с кинеìати÷ескиìизазоpаìи, к котоpыì ìожно отнести: зуб÷атые, öеп-ные, куëа÷ковые сöепные, с пpоìежуто÷ныì поä-вижныì эëеìентоì, ìуфты свобоäноãо хоäа.Пpи наëи÷ии зазоpов в ìуфтах уäаpные наãpузки

существенно вëияþт на äинаìи÷еские пpоöессы, по-этоìу иссëеäование уäаpных наãpузок пpеäставëяетпpакти÷еский интеpес пpи пpоектиpовании пpивоäов.

Математическое описание удаpного пpоцесса

Общие описания ìаксиìаëüных ìоìентов, воз-никаþщих в жестких иëи эëасти÷ных ìуфтах, пpи-веäены в pаботах [1—4].

Дëя эëасти÷ных ìуфт пpи кpу÷ении уäаpная на-ãpузка от скоpости описана в pаботе [5]: äве коëе-батеëüные ìассы J1 и J2 с pазныìи уãëовыìи ско-pостяìи ω1 и ω2, т. е. с pазностüþ уãëовых скоpо-стей Δω = ω1 – ω2, ìãновенно объеäиняþтся ивpащаþтся äаëее вìесте с уãëовой скоpостüþ ω12.Дëя эëасти÷ной куëа÷ковой ìуфты пpиниìается,÷то кинеìати÷еский зазоp ìежäу поëуìуфтаìи pа-вен нуëþ и поëуìуфты объеäиняþтся ìãновенно.Такиì обpазоì, ìуфта наãpужается уäаpныì ìоìен-тоì Mk max, котоpый опpеäеëяется pазниöей энеp-ãий, отобpажаеìых pаботой от äефоpìаöии ìуфты.Сëеäоватеëüно, уäаp от уãëовой скоpости пpи-

воäит к возникновениþ уäаpноãо ìоìента [4]:

Mk max = (ω1 – ω2) ,

ãäе J1 — ìоìент инеpöии со стоpоны пpивоäа (äви-ãатеëü, ìаховик); J2 — ìоìент инеpöии веäоìойстоpоны (pеäуктоp, тpансìиссия, ìаøина и т. ä.);ck — коэффиöиент жесткости ìуфты, Н•ì/pаä.

Фоpìуëа (1) устанавëивает ìаксиìаëüный ìо-ìент на ìуфте с у÷етоì äвух состояний тоëüко пpи-бëизитеëüно и не у÷итывает äинаìи÷еское изìене-ние ìоìента во вpеìени.Дëя боëее то÷ноãо опpеäеëения необхоäиìо ìате-

ìати÷еское описание уäаpноãо пpоöесса (pис. 1, а),котоpый ìожно pазäеëитü на äва этапа [5]: коì-пpессия (K) и pеституöия (R). На коìпpессионноìэтапе уäаpная сиëа увеëи÷ивается äо тех поp, покаоба теëа не набеpут оäинаковуþ скоpостü. На этапеpеституöии уäаpная сиëа уìенüøается, и теëа вpа-щаþтся с pазныìи скоpостяìи v1 и v2 (pис. 1, б).Соãëасно pис. 1 изìенение скоpости обоих теë

(ìасс) ìожно описатü изìенениеì иìпуëüсов пpи÷исто эëасти÷ноì уäаpе:

v1(t) = + F21(t)dt, τ m t3;

v2(t) = + F12(t)dt, τ m t3,

ãäе m1 и m2 — ìассы теë; t — вpеìя.

Суììа äефоpìаöий äвух теë в напpавëении осиx иìеет виä:

ΔlΣ(x) = |Δlx1| + |Δlx2| = [v1(t) – v2(t)]dt, τ m t3.

Èññëåäóåòñÿ âëèÿíèå çàçîpîâ â ìóôòàõ íà äèíàìè-÷åñêèå ñâîéñòâà ïpèâîäîâ ìåòîäàìè ñèìóëèpîâàíèÿ.Îïpåäåëåí ìàêñèìàëüíûé óäàpíûé ìîìåíò â çàâèñè-ìîñòè îò çàçîpà è äåìïôèpîâàíèÿ ìóôòû, ÷àñòîòû è àì-ïëèòóäû ïåpèîäè÷åñêèõ êîëåáàíèé äâèæóùåãî ìîìåí-òà, ìîìåíòà ñîïpîòèâëåíèÿ pàáî÷åé ìàøèíû è îòíîøå-íèÿ ìîìåíòîâ èíåpöèè âpàùàþùèõñÿ ÷àñòåé ïpèâîäàäî è ïîñëå ìóôòû.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìóôòà, çàçîp, ìåòîä ñèìóëèpîâà-íèÿ, äèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà, äåìïôèpîâàíèå.

A clearance effect in the clutches upon dynamic prop-erties of mechanical drives is investigated by a simulationmethod. Maximal shock moment is determined subject tothe clearance and clutch damping, frequency and ampli-tude of periodical oscillations of driving moment, momentof resistance of machine tool, and moments of inertia ratioof the drive’s rotating parts before and after the clutch.

Keywords: clutch, clearance, simulation method, dy-namic properties, damping.

ck

J1J2

J1 J2+-------------

v1t1

1m1-----

t1

τ

∫

v2t1

1m2-----

t1

τ

∫

t1

τ

∫


С у÷етоì тоãо, ÷то оба теëа выпоëнены из оäноãоìатеpиаëа и иìеþт оäинаковуþ фоpìу, ìожеì pас-сìатpиватü жесткостü ìуфты как суììу посëеäова-теëüно соеäиненных в pяä жесткостей совìестно за-пpессованных поëуìуфт: cpез = ck1/2 = ck2/2.Пpиниìаеì сëеäуþщие äопущения: уäаpные теëа

иìеþт куби÷ескуþ фоpìу; äëина l0 и пëощаäü A0 —веëи÷ины постоянные; попеpе÷ная äефоpìаöия те-ëа не у÷итывается; äефоpìаöия явëяется ãоìоãен-ной. В этоì сëу÷ае ÷истая äефоpìаöия теëа поä воз-äействиеì уäаpной сиëы описывается законоì Гука:

σ = Eε; F/A0 = EΔl/l0; F = EA0Δl/l0,

ãäе σ — ноpìаëüное напpяжение, Н/ìì2; ε — от-носитеëüная äефоpìаöия; E — ìоäуëü эëасти÷но-

сти, Н/ìì2.Дëя äвух вpащаþщихся теë, котоpые уäаpяþтся

äpуã о äpуãа (pис. 2), äействитеëüны сëеäуþщие вы-pажения: m1 = J1/ ; m2 = J2/ ; v1 = ω1l1, v2 = ω2l2.Такиì обpазоì, иìеет ìесто состояние, иäенти÷ноесостояниþ пpи öентpаëüноì уäаpе äвух теë [5].

Дëя описания уäаpноãо пpоöесса уãëовой зазоpδk ìежäу поëуìуфтаìи явëяется оäниì из основ-ных фактоpов (pис. 3, сì. обëожку).Дëя куëа÷ковых ìуфт Δϕ = ϕ1 – ϕ2, ãäе ϕ1 и ϕ2 —

уãëы повоpота ваëа соответственно пpивоäной ивеäоìой стоpон. Пpи |Δϕ | < δk ìежäу поëуìуфтаìивозникает зазоp и кpутящий ìоìент не пеpеäается.Даëüнейøее вpащение веäущей поëуìуфты пpиво-äит к усëовияì |Δϕ | l δk, т. е. ìежäу куëа÷каìи по-ëуìуфт возникает контакт. Пpи этоì уäаpный ìо-ìент в ìуфте опpеäеëяется уpавнениеì

M = rF, (1)

ãäе r — сpеäний pаäиус окpужности pаспоëожениякуëа÷ков поëуìуфт; F — сиëа äавëения ìежäу ку-ëа÷каìи поëуìуфт.Так как уäаpный ìоìент, возникаþщий в ìуф-

те, зависит от уãëов повоpота поëуìуфт, ìожноописатü уäаpный ìоìент как M = cΔϕΔϕ. С у÷етоìäопущения, ÷то пpи уäаpе теëа äефоpìиpуþтся ãо-ìоãенно, анаëоãи÷но фоpìуëе (1) ìожно записатü:M = rEA0Δl/l0.Боëее то÷ное опpеäеëение cΔϕ выпоëняþт ìето-

äоì коне÷ных эëеìентов, испоëüзуя пpоãpаììуABAQUS.

Симуляция замкнутой муфты с зазоpом

Пpиниìаеì, ÷то сиìуëиpуеìая систеìа пpиво-äится в äвижение пеpиоäи÷ески коëебëþщиìсяäвижущиì ìоìентоì MM, котоpый хаpактеpизует-ся ноìинаëüныì ìоìентоì Mn, аìпëитуäой Mi и÷астотой f. В этоì сëу÷ае äвижущий ìоìент ìате-ìати÷ески ìожно пpеäставитü уpавнениеìMM = Mn + Mi sin(2πft).Моäеëü äëя сиìуëяöии ìуфт с зазоpаìи иëи

вëияние зазоpов на äинаìи÷еские свойства пpиво-äа pассìотpены в pаботах [4] и [7]. В отëи÷ие отэтих pабот ìоäеëü, пpеäставëенная на pис. 4, у÷и-тывает также инеpöионные ìоìенты обоих поëу-ìуфт. Паpаìетpы dk и ck опpеäеëяþт äеìпфиpуþ-щуþ способностü и жесткостü ìуфты, а паpаìетpδk — повоpотный зазоp.

m1 m2

v1 v2

x

F(t)

K R

Fm

t1 t2 t3 tΔt

а) б)

ω1

l1 l2J1

J2

ω2

Pис. 1. Схема пpоцесса соудаpения двух тел (а) изависимость изменения во вpемени силы F удаpа (б) [5]

Pис. 2. Кpутильный удаp [5]

F(t) F(t)

Веäущаяинерöионная

ìасса(äвиãатеëü, Поëуìуфта

с привоäной стороныПоëуìуфта

со стороны ìаøины

Заìкнутая ìуфта с зазороì

Jk1

Веäоìаяинерöионная

ìасса (реäуктор,трансìиссия,

Jk2dw2

сw2

J2

MW

dw1

сw1

J2

MMdk

сk

ìаховик) ìаøина)

Pис. 4. Модель для симулиpования пpивода с кулачковой муфтой с зазоpом

l12 l2

2


Динаìи÷еские свойства систеìы с ìуфтой опи-сывает систеìа уpавнений

MM = J1 + dw1( – ) + cw1(ϕ1 – ϕk1);

dw1( – ) + cw1(ϕ1 – ϕk1) =

Jk1 + dkΔ + ckΔϕk;

dkΔ + ckΔϕk =

= Jk2 + dw2( – ) + cw2(ϕk2 – ϕ2);

dw2( – ) + cw2(ϕk2 – ϕ2) = J2 + MW,

ãäе MM — äвижущий ìоìент; dw1 — коэффиöиентäеìпфиpования ваëа пpивоäной стоpоны; cw1 —жесткостü ваëа пpивоäной стоpоны; Jk1 —ìоìентинеpöии поëуìуфты с пpивоäной стоpоны; ϕk1 —уãоë повоpота поëуìуфты с пpивоäной стоpоны;Jk2 — ìоìент инеpöии поëуìуфты веäоìой стоpоны;dw2 — коэффиöиент äеìпфиpования ваëа веäоìойстоpоны; cw2 — жесткостü ваëа веäоìой стоpоны;MW — ìоìент сопpотивëения pабо÷ей ìаøины.Пpи pазниöе уãëов Δϕk повоpота поëуìуфт

иìееì:

Δϕk = 0; Δ = 0 пpи |ϕk1 – ϕk2| < δk;

Δϕk = (ϕk1 – ϕk2) – sgn(ϕk1 – ϕk2)δk пpи |ϕk1 – ϕk2| l δk;

Δ = – .

Зависиìостü ìежäу паpаìетpаìи Δϕk и δk пpеä-ставëена на pис. 5. Дëя анаëиза вëияния pазëи÷ныхфактоpов на äинаìи÷еские свойства систеìы сìуфтой ввеäеì коэффиöиент

k = max(|Mk |/ |Mn |), (2)

ãäе Mk — кpутиëüный ìоìент на ìуфте; Mn — но-ìинаëüный кpутящий ìоìент.Соотноøение собственной ÷астоты ω0 систеìы

с кpутиëüной жесткостüþ c и äеìпфиpуþщей спо-собностüþ d ìуфты описывается коэффиöиентоìψ относитеëüноãо äеìпфиpования соãëасно уpав-нениþ [1] ψ = 2πdkω0/ck. Анаëиз ìуфт pазëи÷ныхконстpукöий показаë, ÷то 0 m ψ m 4. Чеì ìенüøе ψ,теì жест÷е ìуфта и наобоpот, ÷еì боëüøе ψ, теìбоëüøе ее äеìпфиpуþщая способностü.Коэффиöиент k зависит от ìноãо÷исëенных

фактоpов, напpиìеp, от зазоpа δk, коэффиöиентаψ, отноøения J2/J1 инеpöионных ìоìентов веäу-щей и веäоìой стоpон пpивоäной систеìы, со-пpотивëения Wc со стоpоны pабо÷ей ìаøины, ÷ас-тоты fв возìущений äвижущеãо ìоìента, ÷исëа nSэëеìентов ìуфты, иìеþщих зазоpы: k = f(δk, ψ,J2/J1, Wc, fв, nS).Моäеëü äëя сиìуëяöии пpивоäной систеìы с

ìуфтой с зазоpоì пpеäставëена на pис. 6. На pис. 7показаны отäеëüные бëоки äанной ìоäеëи. Пpисиìуëяöии пpоöесса пpоанаëизиpованы зависиìо-

ϕ··1 ϕ· 1 ϕ· k1

ϕ· 1 ϕ· k1

ϕ··k1 ϕ· k

ϕ· k

ϕ··k2 ϕ· k2 ϕ· 2

ϕ· k2 ϕ· 2 ϕ· 2

ϕ· k

ϕ· k ϕ· k1 ϕ· k2

Δϕk

ϕk1 – ϕk2–δk δk

omega_1M_äв

omega_MotorM_уä

omega_1 M_уäM_äв

Sim_Motorn-K-

Движущаяìаøина 1 J1 Муфта + рабо÷ая ìаøина

rad2RPM1To Workspace 2

1

а)

1/J_Motor Integrator Integrator 1

Integrator 2 Integrator 3J_k1

1/s 1/s

1

omega_ 1

+–

+–

2omega_Motor

– 1/s 1/s

–

+–

2

+–

–K

–K

d1

c1

M_уä

M_äв

1 1/sIntegrator

+–

–K

1 +–

+–

+–

1/sIntegrator 3

1/sIntegrator 1

1/sIntegrator 2

+––K

–K

1/sIntegrator 4

2 2

–K

|u|

K–

+–

+–

C

+–

–

+–

M_ сопротивëение

M_ уä

omega_ 1

omega_ 2

ProductConst. d

Const. с/2Dead Zone 1

1/J_k2

d2

Memory 1Сопротив. _рабо÷ая ìаøина

1/J_ рабо÷ая ìаø.

б)

Abs

c2

Dot ProductSign

Pис. 5. Зависимость изменения Djk от dk

Pис. 6. Модель для симуляции пpиводной системы скулачковой муфтой

Pис. 7. Элемент модели для симуляции пpиводной системыс кулачковой муфтой:а — бëок J1 (äвижущая ìаøина J1 + поëуìуфта Jkl); б —яäpобëока "ìуфта + pабо÷ая ìаøина" (Jk2, J2)


сти ìежäу уäаpныì ìоìентоì и паpаìетpаìи сис-теìы (зазоpоì δk, коэффиöиентоì ψ).

Pезультаты симуляций

Дëя иссëеäования вëияния pазëи÷ных паpаìет-pов на äинаìи÷еские свойства пpивоäной систеìы,оснащенной ìуфтаìи с зазоpаìи, быëи øаãообpаз-но ваpüиpованы паpаìетpы: J2/J1; ψ; MW, fв. Дан-ные, поëу÷енные путеì сиìуëяöии пpоöесса äëякажäой ваpиаöии паpаìетpов, быëи пpоãенеpиpо-ванны. Опpеäеëено вëияние этих паpаìетpов ìето-äоì сопоставëения.Зависиìостü изìенения уäаpноãо ìоìента Mk от

зазоpа δk пpеäставëена на pис. 8 (сì. обëожку).Максиìаëüный уäаpный ìоìент, возникаþщийпpи пеpвоì уäаpе, возpастает с увеëи÷ениеì зазоpа.В состоянии äвижения систеìы ìаксиìаëüныйуäаpный ìоìент äëя поëноãо сиìуëиpованноãопpоöесса и ìаксиìаëüный кpутящий ìоìент пpипеpвоì уäаpе не явëяþтся иäенти÷ныìи.Дëя описания кpутящеãо ìоìента, возникаþ-

щеãо посëе оäноãо уäаpа, по pезуëüтатаì сиìуëя-öии выäеëена конфиãуpаöия, пpеäставëенная наpис. 9 (сì. обëожку). Максиìаëüный ìоìент наìуфте возникает пpибëизитеëüно ÷еpез 0,3 с посëепеpвоãо уäаpа.Отноøение инеpöионных ìасс веäущей и веäо-

ìой стоpон пpивоäной систеìы, как пpавиëо, по-стоянно. Поэтоìу возìущаþщие коëебания связа-ны с хаpактеpистикаìи äвижущеãо эëеìента ìаøи-ны. С этой то÷ки зpения вëияние паpаìетpов δk и ψна ìаксиìаëüный ìоìент пpеäставëяет пpакти÷е-ский интеpес. Есëи pассìатpиватü ìаксиìаëüныйуäаpный ìоìент на ìуфту ÷еpез коэффиöиент k[фоpìуëа (2)], ìожно поëу÷итü зависиìостü ìежäупаpаìетpаìи δk, ψ и k äëя pазëи÷ных отноøенийинеpöионных ìоìентов J2/J1 (pис. 10, сì. обëож-ку). Повеpхностü 1 явëяется pезуëüтатоì сиìуëя-öии пpи J2/J1 = 20, повеpхностü 2 — пpи J2/J1 = 2.О÷евиäно, ÷то в систеìах с оäниì зазоpоì зна÷е-ние k повыøается с увеëи÷ениеì зазоpа δk и отноøе-ния J2/J1. С увеëи÷ениеì äеìпфиpуþщей способно-сти (коэффиöиента ψ) зна÷ение k уìенüøается.Быëи выпоëнены сиìуëяöии äëя иссëеäования

вëияния пеpиоäи÷еских возìущений, вызванныхpабо÷ей ÷астüþ ìаøины, на коэффиöиент k. Pе-зуëüтаты показаëи, ÷то их вëияние не стоëü зна÷и-теëüно, ÷еì зазоpа δk. Есëи ÷астота возìущений на-хоäится в обëасти pезонансных ÷астот, то äëя сис-теìы опасныìи явëяþтся в основноì pезонансныевибpаöии. В пеpиоä вpеìени от пеpвоãо уäаpа äопеpвоãо ëокаëüноãо ìаксиìуìа (сì. pис. 9) возìу-щение ìаëо вëияет (иëи по÷ти не вëияет) на ëо-каëüный ìаксиìуì.Иäентификаöия посëеäуþщих возìожных

вëияþщих паpаìетpов осуществëена путеì ваpüи-

pования сиìуëиpуеìых ìоäеëей. Наpяäу с выøе-указанныìи паpаìетpаìи быëо изу÷ено такжевëияние ÷исëа пpеäпоëаãаеìых зазоpов в систеìена коэффиöиент k. Дëя обоснования этоãо пpеäпо-ëожения быëа pазpаботана ìоäеëü äëя сиìуëяöиисистеìы с боëüøиì ÷исëоì зазоpов.На pис. 11 (сì. обëожку) пpеäставëены pезуëü-

таты сиìуëяöий систеìы с pазëи÷ныì ÷исëоì за-зоpов, котоpые поäтвеpäиëи вëияние этоãо ÷исëана коэффиöиент k. Кpоìе этоãо боëüøое вëияниена äанный коэффиöиент иìеет отноøение инеp-öионных ìоìентов ìежäу зазоpаìи.Такиì обpазоì, äетаëüно пpоанаëизиpованы

фактоpы, вëияþщие на ìаксиìаëüный уäаpныйìоìент в ìуфте с зазоpоì. Моäеëü пpивоäной сис-теìы позвоëиëа опpеäеëитü ìаксиìаëüный уäаp-ный ìоìент и ÷астостü уäаpов на куëа÷ковуþ ìуф-ту пpивоäа.Установëено:веëи÷ина пеpвоãо уäаpноãо ìоìента зависит от

pазниöы ÷астот вpащения поëуìуфт;в опpеäеëенных сëу÷аях ìуфта с зазоpоì ìожет

изоëиpоватü систеìу от зна÷итеëüных коëебаний;ìетоä сиìуëиpования позвоëяет äостато÷но

то÷но опpеäеëитü вëияние таких паpаìетpов, какδk, ψ, J2/J1, fв, MW и ÷исëа зазоpов;уäаpный ìоìент, pасс÷итанный äëя пеpвой

уäаpной фазы, не явëяется ìаксиìаëüныì ìоìен-тоì. Пpеäëоженная ìоäеëü ìожет пpиìенятüсятакже äëя сиìуëиpования pеäуктоpов и äpуãих уз-ëов пpивоäных систеì с зазоpаìи.


1. Pяховский О. А., Иванов С. С. Муфты: Спpаво÷-ник. Л.: Поëитехника, 1991. 384 с.

2. Konstruktionselemente des Maschinenbaus / A. Albers,L. Deters, J. Feldhusen und an. // Grundlagen vonMaschinenelementen f r An-triebsaufgaben. Berlin, Heidel-berg: Springer, 2008. IX. S. 718.

3. Khalilov I. A. Mathematical model development of themechanical couplings for estimation the influence of theclearance on the dynamic properties of the transmission //14-th International Machine Theory Symposium. METUTurkey: 2009. S. 421—426.

4. Schalitz A. Kupplungs-Atlas, Bauarten und Auslegungvon Kupplungen und Bremsen. Geaenderte und erweiterteAuflage. Ludwigs-burg: A. G. T. Verlag Georg Thum, 1975.S. 272.

5. Grote K. H., Feldhusen J. Dubbel — Taschenbuch f rden Maschinenbau. Berlin, Heidelberg, New York: Springer,2007. S. 1811.

6. Khalilov I. The probable evaluation of the extra loadingof the couplings under the influence of the shafts misalign-ment // 7-th International Machine Design and ProductionConference METU. Turkey, Ankara: 1996. S. 155—164.

7. Dresig H., Holzweibig F. Maschinendynamik. Neubearbeitete Auflage Unter Mitarbeit von L. Rockhausen. Ber-lin, Heidelberg: Springer, 2009. S. 533.

u..

u..


УДК 621.01-192

Дëя pас÷ета наäежности ваëа,как и ëþбой äетаëи ìаøины, не-обхоäиìо иìетü ìатеìати÷ескуþìоäеëü пpеäеëüноãо состояния.Наäежностü ваëа опpеäеëяется покpитеpияì: стати÷еской пpо÷но-сти с äопущениеì кpаевой пëа-сти÷еской äефоpìаöии ваëа; со-пpотивëения устаëости стаëи вопасной зоне ваëа; жесткости ва-ëа. Пpи оãpани÷енной статисти-÷еской инфоpìаöии о базовыхпаpаìетpах pас÷ет наäежностивеäут возìожностныìи ìетоäа-ìи, сутü котоpых изëожена в pа-ботах [1—4 и äp.], поэтоìу, не ос-танавëиваясü на теоpети÷еской÷асти, pассìотpиì ìетоäику pас-÷ета наäежности ваëа инäивиäу-аëüной pеìенной пеpеäа÷и поуказанныì кpитеpияì.Дëя фоpìиpования ìатеìати-

÷еской ìоäеëи по тоìу иëи иноìу

кpитеpиþ необхоäиìы pас÷етнаясхеìа ваëа и еãо ãеоìетpи÷ескиепаpаìетpы. Дëя опpеäеëенностии сокpащения pас÷етной ÷астибуäеì с÷итатü, ÷то øкив pеìен-ной пеpеäа÷и pаспоëожен в сеpе-äине pас÷етноãо пpоëета ваëа(pисунок).Ваë испытывает изãиб и кpу-

÷ение. Наäежностü ваëа опpеäе-ëяется по стати÷еской пpо÷но-сти, устаëостноìу pазpуøениþ ижесткости. Наибоëее ÷асто ваëпpихоäит в состояние отказа поустаëостной пpо÷ности, вызван-ной öикëи÷ескиì изìенениеìноpìаëüноãо напpяжения от из-ãиба. Pассìотpиì ìетоäику pас-÷ета наäежности по кpитеpиþ со-пpотивëения устаëости ìетаëëа вопасной зоне ваëа. Дëя фоpìиpо-вания ìатеìати÷еской ìоäеëипpеäеëüноãо состояния ваëа ис-поëüзуется энеpãети÷еская тео-pия пpо÷ности, по котоpой

σэкв = m σ–1ä, (1)

ãäе σи = Mи/Wи, τк = Mк/Wк,σ–1ä = σ–1/kσ (зäесü Mи, Mк — из-ãибаþщий и кpутящий ìоìенты наваëу; Wи, Wк — ìоìенты сопpо-

тивëения попеpе÷ноãо се÷ения ва-ëа изãибу и кpу÷ениþ; σ–1 — пpе-äеë выносëивости пpи сиììетpи÷-ноì öикëе; kσ — коэффиöиентконöентpаöии напpяжения).Есëи пеpеäа÷а pаботает от

эëектpоäвиãатеëя (наибоëее ÷ас-тый ваpиант), то Mк = 9554N/n,ãäе N — ìощностü, кВт; n — ÷ас-тота вpащения ваëа, ìин–1.На стаäии экспëуатаöии ìощ-

ностü N ìожно изìеpитü ваттìет-pоì на кëеììах эëектpоäвиãатеëя вте÷ение некотоpоãо вpеìени pабо-ты ìехани÷еской систеìы и поëу-÷итü ìножество {Ni}, i = 1, 2, ..., m,ãäе m —÷исëо изìеpений. На ваëуìощностü буäет ìенüøе всëеäст-вие потеpü в пеpеäа÷ах. Это уве-ëи÷ивает запас наäежности ваëа.Из-за нето÷ности изìеpений, аиноãäа и из-за оãpани÷енноãо÷исëа изìеpений буäеì с÷итатü

не÷еткой пеpеìенной и хаpак-теpизоватü ее функöией pаспpе-äеëения возìожностей (ФPВоз)виäа [1—3 и äp.]:

πX (x) = exp{–[(x – ax)/bx]2}, (2)

ãäе ax = 0,5(Xmax + Xmin), bx =

= 0,5(Xmax – Xmin)/ (зäесüα ∈ [0, 1] — уpовенü pиска, еãозна÷ениеì заäаþтся [5]).Частоту n вpащения ваëа опpе-

äеëяþт тахоìетpоì иëи äpуãиìсpеäствоì изìеpения и поëу÷аþтìножество {ni}, i = 1, 2, ..., m. Этавеëи÷ина также явëяется не÷ет-кой пеpеìенной. Тоãäа и == 9554 /( Wк) буäет не÷еткойвеëи÷иной. Моìент сопpотивëе-ния Wк попеpе÷ноãо се÷ения ваëас÷итаеì äетеpìиниpованной веëи-÷иной. Изãибаþщий ìоìент Mизависит от наãpузки (усиëий наветвях pеìней и уãëа α охватаøкива) и pаспоëожения øкиваиëи øкивов. Pанее быëо указано,÷то äëя конкpетности pеøениязаäа÷и буäеì pассìатpиватü оäинøкив, pаспоëоженный в сеpеäи-не пpоëета, с øаpниpныì опиpа-ниеì ваëа по конöаì этоãо пpо-ëета. Pассìотpиì pас÷ет ваëаäиаìетpоì d1 с веäущиì (ìаëыì)

l/2

F2

F1

γ

l/2

α

γ

σи2 3τк

2+

Nf

lnα–

τкf

Nf

nf

В. С. УТКИН, ä-p техн. наук (ВоГТУ, ã. Воëоãäа), теë.: (8172) 518-396

Pàñ÷åò íàäåæíîñòè âàëà èíäèâèäóàëüíîé påìåííîé ïåpåäà÷è ïpè îãpàíè÷åííîé ñòàòèñòè÷åñêîé èíôîpìàöèè î áàçîâûõ ïàpàìåòpàõ

Ïpåäñòàâëåíà íîâàÿ ìåòîäèêà pàñ÷åòà âàëà èíäèâèäóàëüíîé påìåííîéïåpåäà÷è, ïîñòpîåííàÿ íà îñíîâå òåîpèè âîçìîæíîñòåé, ïpèìåíèòåëüíî ê îã-pàíè÷åííîé (íåïîëíîé) ñòàòèñòè÷åñêîé èíôîpìàöèè î áàçèñíûõ ïàpàìåòpàõìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé ïpåäåëüíûõ ñîñòîÿíèé ïî êpèòåpèÿì ñîïpîòèâëå-íèÿ âàëà óñòàëîñòè, ñòàòè÷åñêîé ïpî÷íîñòè è æåñòêîñòè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: èíäèâèäóàëüíàÿ påìåííàÿ ïåpåäà÷à, âàë, ìåòîäèêàpàñ÷åòà ïîäâèæíîñòè, òåîpèÿ âîçìîæíîñòåé.

A new calculation technique of the shaft of individual belt drive is presented.The technique is based on the possibilities theory as applied to limited (non-full)statistical information regarding basic parameters of the mathematical models ofthe limiting states with respect to the shaft’s fatigue resistance, static strength andhardness criteria.

Keywords: individual belt drive, shaft, mobility calculation technique, possi-bilities theory.


øкивоì äиаìетpоì D1 и ÷астотойвpащения n1.В pабо÷еì состоянии ваë изãи-

бается в äвух пëоскостях: в оäнойпëоскости — от усиëий в ветвяхpеìня Fãоp = (F1 + F2)cosγ (сì.pисунок); в äpуãой — от Fвеpт == (F1 – F2)sinγ, ãäе F1, F2 — уси-ëия в веäущей и веäоìой ветвяхpеìня, γ = 90° – α/2. Такиì об-pазоì, Mи = . Дëяпpинятой к pас÷ету схеìы ваëаMãоp = Fãоpl/4 = (F1 + F2)lcosγ/4;Mвеpт = Fвepтl/4 = (F1 – F2)lsinγ/4.Известно [6], ÷то F1 – F2 =

= Ft = 2Mкp/D1 = 2•9554N/(n1D1),F1 + F2 = 2F0, ãäе F0 — натяжениеpеìней в неpабо÷еì состоянии,котоpое изìеpяется ìетоäаìи,описанныìи в pаботе [2], F0 —не÷еткая пеpеìенная. Отсþäа:

Mи =→

→;

σи =→

→.

Моìент сопpотивëения Wи,а также l, D, γ с÷итаеì äетеpìи-ниpованныìи веëи÷инаìи.Зна÷ение пpеäеëа выносëиво-

сти σ–1 ìожно найти ÷еpез твеp-äостü Hö стаëи ваëа, опpеäеëяе-ìуþ ìетоäоì öаpапания [2, 7].По эìпиpи÷еской фоpìуëе нахо-äиì пpеäеë пpо÷ности стаëиσв = 0,26Нö – 71, МПа, а затеìäëя ìаøиностpоитеëüных стаëейпpиниìаеì [8] σ–1 = 0,4σв =

= 0,4(0,26Hö – 71). Hö = 4F/b2,ãäе F = 80 Н — сиëа нажатия нааëìазный инäуктоp с уãëоì в веp-øине 136°; b — øиpина öаpапи-ны (не÷еткая пеpеìенная). Сëе-äоватеëüно Hö и , тоже не÷ет-

кие пеpеìенные, а = /kσ(зна÷ение коэффиöиента kσ кон-öентpаöии напpяжения ìожнонайти в pаботе [6, табë. 2, 3]).С у÷етоì изìен÷ивости неко-

тоpых паpаìетpов усëовие (1)ìожно пpеäставитü в виäе:

+

+ sinγ +

+ 3 m .

Так как äëя ваëа с кpуãëыì по-пеpе÷ныì се÷ениеì (без у÷етаøпоно÷ных, øëиöевых канавок иäpуãих осëабëяþщих се÷ение эëе-ìентов) Wи ≈ 0,2d3, Wк ≈ 0,2d3, топоëу÷иì:

+ +

+ 3 m .

Ввеäеì не÷еткуþ функöиþ отне÷етких аpãуìентов:

Y(y) = +

+ sinγ + 3 :

: m . (3)

По пpинöипу обобщенияЛ. Заäе [9] пpи усëовии, ÷то всене÷еткие пеpеìенные хаpактеpи-зуþтся ФPВоз виäа (2), поëу÷иì:

y = +

+ sinγ +

+ 3 :

: ( + β)2, (4)

ãäе β = [зäесü α* = πY(y)];

, aN, an, , , bN, bn, —

сpеäние зна÷ения не÷етких пеpе-ìенных.Дëя пpиìеpа пpивеäеì фоpìу-

ëы äëя опpеäеëения и :

= 0,5(F0max + F0min), F0maxи F0min нахоäят из ìножества pе-зуëüтатов изìеpений {F0i}, i = 1, 2,..., n, ãäе n — ÷исëо изìеpений F0;

= 0,5(F0max – F0min)/ ,

α ∈ [0, 1] (зна÷ениеì уpовня α pис-ка заäаþтся оäинаковыì äëя всехФPВоз не÷етких пеpеìенных).Анаëоãи÷но нахоäят äpуãие

сpеäние не÷етких пеpеìенных.В уpавнении (4) зна÷ениеì y за-

äаþтся из уpавнения (3). В pассìат-pиваеìой заäа÷е y = (0,1d3/kσ)

2.Пpи этоì зна÷ении из уpавнения(4) нахоäиì зна÷ение β. Пpеäва-pитеëüно нахоäиì сpеäнее зна÷е-ние ay пpи α* = 1 иëи β = 0:

ay = +

+ +

+ 3 .

Пpи ay m (0,1 /kσ)2 возìож-

ностü безотказной pаботы ваëа покpитеpиþ сопpотивëения устаëо-сти R = 1. Возìожностü Q отказанахоäиì из уpавнения (4) путеì еãо

pеøения пpи y = (0,1d3/kσ)2 отно-

ситеëüно β = , α* = πY(y).

Из всех коpней беpеì ìиниìаëü-ное по абсоëþтной веëи÷ине зна-

÷ение β. Так как β = и

α* = , то Q = πY (y) = .Необхоäиìостü безотказной pа-боты хаpактеpизуется интеpваëоì[R, N], ãäе N = 1 – Q. Пpи

ay l (0,1 /kσ)2 возìожностü от-

каза Q = 1, ÷то соответствует со-стояниþ ваëа скоpее отказатü,÷еì не отказатü, а такое состоя-ние ваëа в усëовиях экспëуатаöиинеäопустиìо.Анаëоãи÷но опpеäеëяеì на-

äежностü втоpоãо ваëа pеìеннойпеpеäа÷и.П p иì е p. Допустиì, ÷то äëя

кëиноpеìенной пеpеäа÷и извест-ны зна÷ения: aN = 4 кВт, bN =

Mãор2 Mверт

2–

F0l γ/2cos( )2 +

9554Nl γ/ 2n1D1( )sin[ ]2+

1Wи------ F0l γ/2cos( )2 +

9554Nl γ/ 2n1D1( )sin[ ]2+

σ 1–f

σ 1ä–f σ 1–

f

1Wи

2------- ⎝

⎛ F0l γcos

2---------------f

⎠⎞ 2

⎝⎛ 9554Nl

2n1D1--------------

f

f ⎠⎞ 2

⎝⎛ 9554N

n1Wк-------------

f

f ⎠⎞ 2

⎝⎛ σ 1–

kσ------f

⎠⎞ 2

⎝⎛F0l γcos

2---------------f

⎠⎞ 2

⎝⎛ 9554Nl γsin

2n1D1-----------------------

f

f ⎠⎞2

⎝⎛ 9554N

n14-------------

f

f ⎠⎞ 2

σ 1–2f

⎝⎛ 0,1d3

kσ----------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛F0l γcos

2---------------f

⎠⎞ 2

⎝⎛ 9554Nl

2n1D1--------------

f

f ⎠⎞ 2

⎝⎛ 9554N

4n1-------------

f

f ⎠⎞ 2

σ 1–2f

⎝⎛ 0,1d3

kσ----------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛

aF0bF0

β–( )l γcos

2---------------------------------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554 aN bNβ–( )l

2 an bnβ+( )-------------------------------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554 aN bNβ–( )

4 an bnβ+( )------------------------------- ⎠

⎞ 2

aσ 1–bσ 1–

α*ln–

aF0aσ 1–

bF0bσ 1–

aF0bF0

aF0

bF0αln–

⎝⎛aF0

l γcos

2----------------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554aNl γsin

2an------------------------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554aN

2an--------------- ⎠

⎞ 2aσ 1–

2

d13

α*ln–

α*ln–

e β2– e β2–

d13


= 0,5 кВт, an1 = 200 ìин–1,bn1 = 50 ìин–1, d1 = 20 ìì, D1 == 150 ìì, σ0 = 1,4 МПа.Пëощаäü попеpе÷ноãо се÷е-

ния pеìня типа Б составëяет

A = 1,38 сì2; = 200 Н; =

= 10 Н; = 300 МПа; =

= 20 МПа; kσ = 1,62; l = 500 ìì;γ = 10°.Опpеäеëяеì:

ay = +

+ +

+ 3 /(300•106)2 =

= 10,5•10–14;

(0,1 /kσ)2 = =

= 24,6•10–14.Так как ay = 10,5•10–14 <

< 24,6•10–14, то R = 1.Зна÷ение Q найäеì из уpавне-

ния (4).Анаëоãи÷но пpовоäится pас-

÷ет ваëа на наäежностü по кpите-pиþ стати÷еской пpо÷ности,тоëüко в пpавой ÷асти фоpìуëы(1) вìесто σ–1ä испоëüзуется σт,т. е. pас÷ет веäется из äопущения

кpаевой пëасти÷еской äефоpìа-öии. Соãëасно pаботе [6]σт = (0,5 ÷ 0,7)σв. Пpеäеë пpо÷но-сти σв = 0,26Hö – 71, МПа.Пpи pас÷ете ваëа по кpитеpиþ

жесткости ìатеìати÷еская ìо-äеëü пpеäеëüноãо состояния иìе-ет виä m fпp, ãäе fпp — пpеäеëü-ный пpоãиб, устанавëиваеìыйноpìаìи, явëяется äетеpìиниpо-ванной веëи÷иной. Пpи известнойpас÷етной схеìе ваëа ìетоäаìи со-пpотивëения ìатеpиаëов опpеäе-ëяþт пpоãиб ваëа поä äействиеìнаãpузки F = (F1 + F2)cosγ.Наäежностü ваëа оäновpеìен-

но по всеì тpеì кpитеpияì опpе-äеëяется и интеpваëоì [Rmin,Nmin], Nmin = 1 – Qmax, ãäе Rminи Qmax выбиpаþтся из всех тpехpас÷етов ваëа на наäежностü.

Вы в о äы

1. Пpеäëожена новая ìетоäикаpас÷ета наäежности ваëов инäиви-äуаëüных pеìенных пеpеäа÷ пpиоãpани÷енной статисти÷еской ин-фоpìаöии о базисных паpаìетpахìатеìати÷еских ìоäеëей пpеäеëü-ных состояний ваëа по кpитеpияìсопpотивëения устаëости, стати÷е-ской пpо÷ности и жесткости.

2. Пpивеäен аëãоpитì pас÷етанаäежности ваëа возìожностныì

ìетоäоì на пpиìеpе ваëа pеìен-ной пеpеäа÷и.


1. Уткин В. С., Уткин Л. В. Опpе-äеëение наäежности стpоитеëüныхконстpукöий: У÷еб. пособ. 2-е изä.,пеpеpаб. Воëоãäа: ВоГТУ, 2000. 176 с.

2. Уткин В. С., Уткин Л. В. На-äежностü ìаøин и обоpуäования:У÷еб. пособие. Воëоãäа: ВоГТУ,2007. 159 с.

3. Уткин В. С. Опpеäеëение на-äежности инäивиäуаëüных ìехани-÷еских систеì пpи оãpани÷енной ин-фоpìаöии // Вестник ìаøиностpое-ния. 2006. № 5. С. 37—39.

4. Уткин В. С. Опpеäеëение на-äежности зуба пpяìозубой зуб÷атойпеpеäа÷и по усëовиþ контактной ус-таëости // Вестник ìаøиностpоения.2007. № 3. С. 25—28.

5. Уткин В. С. Зна÷ение уpовняpиска в теоpии возìожностей // Стpои-теëüные ìатеpиаëы. 2004. № 8. С. 35.

6. Иосилевич Г. Б. Детаëи ìаøин.М.: Маøиностpоение, 1988. 368 с.

7. Фpидман А. Б. Механи÷ескиесвойства ìетаëëов. 3-е изä., пеpеpаб.и äоп. Ч. 2. М.: Маøиностpоение,1974. 368 с.

8. Сеpенсен С. В., Когаев В. П.,Шнейдеpович P. М. Несущая спо-собностü и pас÷ет äетаëей ìаøин напpо÷ностü: Pуковоäство и спpаво÷ноепособие / Поä pеä. С. В. Сеpенсена.М.: Маøиностpоение, 1975. 488 с.

9. Дюбуа Д., Пpад А. Теоpия воз-ìожностей. Пpиëожения к пpеäстав-ëениþ знаний в инфоpìатике: Пеp. сфp. М.: Pаäио и связü, 1990. 288 с.

aF0bF0

aσ 1–bσ 1–

⎝⎛200 0,5 0,98⋅ ⋅

2---------------------------- ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554 4 0,17 0,5⋅ ⋅ ⋅

2 200⋅------------------------------------ ⎠

⎞ 2

⎝⎛9554 4⋅

4 200⋅--------------- ⎠

⎞ 2

d13

⎝⎛0,1 303 10 9–⋅ ⋅

1,62---------------------------- ⎠

⎞ 2

ff

УДК 621:678

С. Н. ШЕВЦОВ, ä-p техн. наук, И. Б. САЙКО, А. А. КЛИМЕНКО(Южный нау÷ный öентp PАН, ã. Pостов-на-Дону), С. А. БЕPБЕPОВ (ДГТУ, ã. Pостов-на-Дону), канäиäаты техни÷еских наук, e-mail: [email protected]

Øêèâ påìåííîé ïåpåäà÷è

К неäостаткаì pеìенных пе-pеäа÷ ìожно отнести: непостоян-ство пеpеäато÷ноãо ÷исëа из-заскоëüжения pеìня на øкивах;боëüøое äавëение на pеìни иопоpы пpи натяжении pеìней

äëя уìенüøения пpоскаëüзыва-ния; небоëüøуþ äоëãове÷ностüpеìней и всех эëеìентов пpивоäавсëеäствие боëüøоãо натяженияпеpвых. Эти неäостатки ìожноустpанитü, испоëüзуя øкивы с

pеãуëяpныì ìикpоpеëüефоì наpабо÷ей повеpхности, паpаìетpыкотоpоãо соизìеpиìы с упpуãойäефоpìаöией pеìня пpи натяже-нии. Микpоpеëüеф обеспе÷иваетнаäежное сöепëение pеìня с pа-

Ïpåäëîæåíà êîíñòpóêöèÿ ìåòàëëîïîëèìåpíîãî øêèâà, îáåñïå÷èâàþùàÿ óâåëè÷åíèå ïåpåäàâàåìîãî óñèëèÿ è èñ-êëþ÷àþùàÿ ïpîñêàëüçûâàíèå påìíÿ. Ïpèâåäåíà ìåòîäèêà pàñ÷åòà åãî êîíñòpóêöèè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: påìåííàÿ ïåpåäà÷à, øêèâ, ïpîñêàëüçûâàíèå, ïåpåäàâàåìîå óñèëèå, äîëãîâå÷íîñòü.

Design of metal-polymeric sheave wheel is proposed. The design provides enlargement of the transmitted effort and ex-cludes the belt slip. Calculation technique of the sheave design is presented.

Keywords: belt-drive, sheave wheel, slip, transmitted effort, durability.


бо÷ей повеpхностüþ øкива. В зо-не контакта ÷астü pеìня упpуãоäефоpìиpуется и запоëняет впа-äины pеãуëяpноãо ìакpоpеëüефа,а пpи выхоäе pеìня из зоны кон-такта со øкивоì еãо pабо÷ая по-веpхностü восстанавëивается.Возникаþщее пpи этоì квазизуб-÷атое заöепëение уäеpживает pе-ìенü от схоäа со øкива и пpо-скаëüзывания, всëеäствие ÷еãо,пpи тоì же натяжении pеìня пе-pеäаваеìая наãpузка увеëи÷ивает-ся в 2 ÷ 2,5 pаза. Это äает возìож-ностü снизитü наãpузку на ваëы иопоpы. Такиì обpазоì, ìакpо-pеëüеф позвоëяет повыситü äоëãо-ве÷ностü и наäежностü пpивоäа.Кpоìе тоãо, пpи набеãании pеìняна øкив не обpазуется возäуøнаяпоäуøка, котоpая снижает тяãо-вуþ способностü pеìней äо 50 %.Кpоìе станäаpтных тpебова-

ний по техноëоãи÷ности конст-pукöии øкив pеìенной пеpеäа÷ине äоëжен испытыватü зна÷итеëü-ные внутpенние напpяжения,обусëовëенные техноëоãией изãо-товëения (ëитüе иëи сваpка), онäоëжен бытü сбаëансиpованныìи наäежно воспpиниìатü окpуж-ные и öентpобежные наãpузки.Пpи жестких тpебованиях к ìассеизäеëия испоëüзуþт øкивы изëеãких спëавов иëи пëастìасс.Дëя ìассовоãо пpоизвоäства

öеëесообpазно пpиìенятü пëаст-ìассовые ëитые øкивы, не тpе-буþщие ìехани÷еской обpабот-ки. Кpоìе тоãо, их ìоìент инеp-öии ìенüøе, ÷еì ìетаëëи÷ескихøкивов. Оäнако из-за низкой те-пëопpовоäности поëиìеpов пpиэкспëуатаöии теìпеpатуpа pеìняпpи пpо÷их оäинаковых усëовияхвыøе теìпеpатуpы pеìня, pабо-таþщеãо на ìетаëëи÷ескоì øки-ве, ÷то уìенüøает еãо äоëãове÷-ностü. Коэффиöиент тpения äëяпаpы pеìенü—пëастìасса ìенü-øе, ÷еì пpи взаиìоäействии pеì-ня и ìетаëëа, ÷то снижает пеpе-äаваеìый ìоìент.Дëя тоãо ÷тобы искëþ÷итü не-

äостатки и сохpанитü äостоинстваìетаëëи÷еских и пëастìассовыхøкивов, быë pазpаботан ìетаëëо-поëиìеpный øкив [2] (pис. 1).

На pис. 2 показан способ по-ëу÷ения неpазъеìноãо соеäине-ния "ìетаëë—поëиìеp", пpи осу-ществëении котоpоãо на внутpен-ней повеpхности ìетаëëи÷ескоãовенöа 1 пpеäваpитеëüно выпоë-няется pяä пазов пpибëиженнотpапеöеиäаëüной фоpìы, с суже-ниеì к öентpу. Венеö 1 (сì. pис. 1)и ступиöу 2 устанавëиваþт в ìат-pиöу пpесс-фоpìы и öентpиpуþтотноситеëüно äpуã äpуãа: венеö –по наpужной повеpхности, сту-пиöу — по отвеpстиþ. Теpìоpе-активныì ìатеpиаëоì запоëняþтпpостpанство ìежäу венöоì 1,ступиöей 2 и фоpìиpуþщиìи по-веpхностяìи ìатpиöы и пуансонапpесс-фоpìы. Затвеpäевøий по-ëиìеp фоpìиpует äиск 3. Пpи ос-тывании поëиìеpа пpоисхоäитеãо усаäка. Всëеäствие усаäки иpазности теìпеpатуpных коэф-фиöиентов pасøиpения поëиìе-pа и ìетаëëа фоpìиpуется натяã(сì. pис. 2, б). Веëи÷ина натяãазависит от свойств поëиìеpа иуãëа ìежäу боковыìи повеpхно-стяìи пазов венöа.Пpи остывании поëиìеpа воз-

никаþт контактные напpяжения,уäеpживаþщие поëиìеpный äисквнутpи венöа. Усаäка поëиìеpавнутpи паза пpоисхоäит как в pа-äиаëüноì, так и в окpужноì на-пpавëении. Пpи небоëüøоì су-жении паза в pезуëüтате усаäкиконтакт поëиìеpа с боковыìистоpонаìи паза ìожет бытü наpу-øен. Пpи боëüøоì уãëе накëонавозникаþт pастяãиваþщие на-пpяжения, ÷то ìожет пpивести котpыву ÷асти поëиìеpа, нахоäя-щеãося внутpи паза, от теëа äис-ка. Поэтоìу необхоäиìо то÷ноеопpеäеëение уãëа накëона боко-вой стоpоны паза.Дëя pас÷етов pеаëüное (pис. 3, а)

pаспоëожение поëиìеpа в пазузаìениì упpощенныì (pис. 3, б),т. е. без у÷ета пpиëипания поëи-ìеpа к боковыì повеpхностяìпаза. Пpеäëоженный ìетоä pас-÷ета фиксиpуþщих пазов, не у÷и-тываþщий аäãезионные сиëы,основывается на непоäвижноìконтакте поëиìеpноãо äиска и

стаëüноãо обоäа тоëüко за с÷етноpìаëüных напpяжений.На pис. 4 пpивеäена схеìа äëя

pас÷ета усаäки поëиìеpа в фик-сиpуþщеì пазу. Отpезок DC пpи-наäëежит äну паза, то÷ки A и B —кpайние то÷ки поëиìеpа в пазу.Пpи заëивке поëиìеp запоëняетвесü паз, т. е. то÷ка A совпаäает сто÷кой D, а то÷ка B с то÷кой C.Пpи остывании поëиìеpа то÷ка A

1

3

2

1

а) б)

а) б)

S

rR

Pис. 1. Металлополимеpный шкив сpегуляpным pельефом pабочей повеpх-ности

Pис. 2. Получение неpазъемного сое-динения "металл—полимеp":а — заëивка поëиìеpа; б — усаäка поëи-ìеpа

Pис. 3. Pеальная (а) и условная (б)схемы усадки полимеpа в фикси-pующем пазу


äоëжна сìеститüся в то÷ку A ′′.Оäнако из-за сужения боковыхстоpон паза поëиìеp из то÷ки Aсìестится в то÷ку A ′. Сëеäова-теëüно, застывøий ìатеpиаë бу-äет äефоpìиpован. В pаäиаëüноìнапpавëении äефоpìаöия соста-вит A ′′B ′ = εRr = σRr/E, в окpуж-ноì — A ′B ′ = εSS/2 = σSS/(2E ),ãäе εR, εS — относитеëüная äефоp-ìаöия соответственно в pаäиаëü-ноì и окpужноì напpавëениях;σR, σS — напpяжения в pаäиаëü-ноì и окpужноì напpавëениях;S — сpеäняя øиpина паза; r —øиpина äиска; E — ìоäуëü упpу-ãости поëиìеpа в застывøеì со-стоянии. Пpи охëажäении äиа-ìетp венöа уìенüøится, äно паза(отpезок DC) зайìет новое поëо-жение (отpезок D ′C ′). В pаäиаëü-ноì напpавëении äно паза сìе-стится на веëи÷ину CC ′ = kTΔTR,ãäе kT — коэффиöиент теìпеpа-туpноãо pасøиpения ìатеpиаëавенöа; ΔT — pазностü теìпеpатуp,возникаþщая всëеäствие охëаж-äения изäеëия посëе заëивки по-ëиìеpоì; R — наpужный pаäиусäиска.Усëовие pавновесия застыв-

øеãо поëиìеpа, нахоäящеãосявнутpи паза, тpебует, ÷тобы pав-ноäействуþщая σ вектоpов кон-тактных напpяжений (σθ и σR)быëа ноpìаëüþ к боковой по-веpхности паза, нахоäящейся поäуãëоì ϕ к оси паза, сëеäоватеëü-но, σR/σS = tgϕ.В pезуëüтате пpи остывании

поëиìеpа обpазуется pаäиаëüныйзазоp:

B ′C ′ = A ′′C ′ – A ′′B ′ =

= A ′′C ′ – = A ′′C ′ – tgϕ.

Так как A ′′C = kyr (ky — коэф-фиöиент усаäки поëиìеpноãо ìа-теpиаëа), то ввеäя обозна÷ениеα = B ′C ′/A ′′C ′, поëу÷иì:

tgϕ =

= (1 – α)(ky ρ – kTΔT ), (1)

ãäе ρ ≅ r/R.Веëи÷ина α опpеäеëяет отно-

øение зазоpа к ãëубине усаäкипоëиìеpа. Остывøий поëиìеpвнутpи пазов испытывает сжи-ìаþщие окpужные и pастяãиваþ-щие pаäиаëüные напpяжения.Пpи боëüøих зна÷ениях коэффи-öиента усаäки, котоpый ìожетсоставëятü äо 2 %, pаäиаëüныеpастяãиваþщие напpяжения ìо-ãут пpевыситü пpеäеë пpо÷ностиσp на pастяжение. Поэтоìу вве-äеì оãpани÷ения:

σR = (1 – α)(ky ρ – kTΔT) < σp ⇒

⇒ α > 1 – . (2)

Выpажения (1) и (2) позвоëяþтопpеäеëитü оптиìаëüный уãоë на-кëона боковых повеpхностей паза.В ка÷естве пpиìеpа pассìот-

pиì øкив с паpаìетpаìи: наpуж-ный äиаìетp венöа Dв = 200 ìì;внутpенний äиаìетp dв = 180 ìì;øиpина h = 30 ìì; наpужныйäиаìетp стаëüной ступиöыDс = 60 ìì; ноìинаëüный пеpе-äаваеìый кpутящий ìоìент100 Н•ì; äиск øкива из теpìоpе-актопëаста на основе феноëфоp-ìаëüäеãиäной сìоëы с напоëните-ëеì поëиìеpизуется пpи теìпеpа-туpе 180 °C в пpесс-фоpìе.Механи÷еские показатеëи отвеp-жäенноãо изотpопноãо поëиìеpа:E = 10•109 Па; σp = 45 МПа;ky = 0,008; пpеäеëы пpо÷ности:на сжатие σс = 150 МПа, на сpезσcp = 80 МПа. С у÷етоì pазноститеìпеpатуp ΔT = 160 °C из выpа-жения (2) поëу÷иì: α > 0,14. Этоìиниìаëüное зна÷ение, пpи ко-

тоpоì еще возìожно сöепëениепоëиìеpа с пазоì в стаëüноì вен-öе. Пpи pас÷ете α необхоäиìо вы-биpатü ìаксиìаëüно возìожноезна÷ение äëя созäания боëüøихокpужных напpяжений сжатия σS.Оäнако пpи этоì pастяãиваþщиеpаäиаëüные напpяжения σRäоëжны бытü с опpеäеëенныì за-пасоì, т. е. ìенüøе пpеäеëапpо÷ности σp на pастяжение.Пpиниìаеì α = 0,85, ÷то соот-ветствует зазоpу B ′C ′ = α•A ′′C == 0,85kyr = 0,51 ìì, и окpужно-ìу напpяжениþ σS = 60 МПа. Извыpажения (1) поëу÷иì ϕ = 6,8°,÷то соответствует pастяãиваþще-ìу pаäиаëüноìу напpяжениþσR ≈ 8 МПа. Поëу÷енные äанныезна÷итеëüно ìенüøе пpеäеëапpо÷ности на pастяжение.Шиpину и ÷исëо пазов опpе-

äеëяþт, исхоäя из пеpеäаваеìоãоøкивоì ìоìента M. Сиëу, пеpе-äаваеìуþ с венöа на äиск, нахо-äиì по фоpìуëе F = M/dв, на-пpяжения у основания поëиìеp-ных выступов — по фоpìуëе

σm = , (3)

ãäе l — суììаpная äëина основа-ний всех выступов.Из фоpìуëы (3) с пятикpат-

ныì запасоì пpо÷ности поëу÷иìl = 25 ìì.С у÷етоì техноëоãи÷еских

тpебований по усëовияì запоë-нения паза поëиìеpоì и баëан-сиpовки øкива пpиниìаеì12 пазов øиpиной S = 8 ìì иãëубиной 5 ìì.Пpовеpяеì выпоëнение усëовия

ϕ > ψ: ψ = arctg = 3,7°,

т. е. ψ < ϕ.На основе пpеäëоженноãо ìе-

тоäа быë изãотовëен и испытанìетаëëопоëиìеpный øкив. В ка-÷естве поëиìеpа испоëüзоваëи во-ëокнит. То÷ностü öентpиpованияìетаëëи÷ескоãо венöа относи-теëüно отвеpстия ступиöы соста-виëа 0,06 ìì, ìаксиìаëüный кpу-тящий ìоìент — Mкp = 300 Н•ì.

ϕ

σR

A = D C = B

C'D'

B'A'

A''

σ

σθ

ψ

Pис. 4. Pасчет-ная схема усадкиполимеpа в пазу

σRr

E-------

σS r

E------

EρσS-------

Eρ---

σp

E---- ρ

kyρ kTΔT–----------------------

2Mdвhl--------

⎝⎛ Sdв Dc–-------------- ⎠

⎞


Такиì обpазоì, äëя увеëи÷е-ния пеpеäаваеìоãо ìоìента, сни-жения наãpузки на ваëы и опоpы,повыøения äоëãове÷ности pеì-ней пpеäëожена констpукöия ìе-таëëопоëиìеpноãо øкива с pеãу-ëяpныì ìакpоpеëüефоì pабо÷ейповеpхности äëя пpеäотвpащенияпpоскаëüзывания pеìня.

Пpеäëожен ìетоä pас÷ета ìе-таëëопоëиìеpноãо øкива, pазpа-ботана и pеаëизована техноëоãияизãотовëения øкива новой кон-стpукöии. Испытания поäтвеpäи-ëи повыøение тяãовой способно-сти пеpеäа÷и, увеëи÷ение в 2—2,5pаза пеpеäаваеìоãо усиëия, сни-жение äавëении на опоpы и су-

щественное уìенüøение пpо-скаëüзывания pеìня.


1. Пат. 72288 СССP: Pеìеннаяпеpеäа÷а.

2. А. с. 1433743 Pос. Федеpации:Способ соеäинения äетаëей.

УДК 621.81

А. М. НАДЖАФОВ, канä. техн. наук, (АзТУ, ã. Баку), e-mail: [email protected]

Òåîpåòè÷åñêàÿ îöåíêà âëèÿíèÿ ïîäøèïíèêîâ ñêîëüæåíèÿ íà ÊÏÄ ïàêåòíîãî påäóêòîpà

На кафеäpе "Детаëи ìаøин и поäъеìно-тpанс-поpтные ìаøины" Азеpбайäжанскоãо техни÷ескоãоунивеpситета pазpаботан, изãотовëен в ëабоpатоp-ных усëовиях и испытан ìноãоступен÷атый pеäук-тоp новой констpукöии — пакетный pеäуктоp с вы-сокиìи показатеëяìи наäежности и КПД [1—3].Он состоит из öиëинäpи÷еских зуб÷атых коëес, ус-тановëенных на äвух ваëах. Дëя обеспе÷ения оäно-вpеìенноãо вpащения ваëов и бëоков øестеpен вöеëях повыøения то÷ности ìонтажа и коìпактно-сти в ка÷естве опоp бëок øестеpен испоëüзуþтсяпоäøипники скоëüжения, изãотовëяеìые по DINISO 4379—1 (Геpìания) [4]. Данные поäøипникискоëüжения обеспе÷иваþт наäежное pазìещение ивpащение бëоков øестеpен на вpащаþщихся веäу-щеì и веäоìоì ваëах.Дëя устpанения неãативноãо вëияния пpи вpа-

щении ваëов и äвухвенöовых бëоков в пpотивопо-ëожных напpавëениях на КПД pеäуктоpа устанав-ëиваþт пакетные pеäуктоpы с не÷етныì ÷исëоìступеней. В этоì сëу÷ае пpи pазëи÷ных ÷астотах

вpащения ваëов и äвухвенöовых бëоков øестеpеннапpавëения вpащения совпаäаþт, т. е. бëоки øес-теpен вpащаþтся вокpуã ãеоìетpи÷еской оси вpа-щаþщихся веäущеãо и веäоìоãо ваëов в pежиìежиäкостноãо иëи поëужиäкостноãо тpения в тоìже напpавëении.По сpавнениþ с pеäуктоpаìи кëасси÷ескоãо ис-

поëнения, в котоpых бëоки øестеpен устанавëива-þтся непоäвижно на вpащаþщихся ваëах и поääействиеì сиëы тяжести и всëеäствие усиëий в за-öепëениях возникаþт сиëы сопpотивëения вpаще-ниþ, в пpеäëаãаеìоì pеäуктоpе сиëы вязкоãо сäви-ãа, возникаþщие в зазоpах поäøипников скоëüже-ния, из-за взаиìноãо сìещения сëоев ìасëа и÷асти÷ноãо контакта выступов øеpоховатых по-веpхностей поëожитеëüно вëияþт на äвижение ва-ëов, а сëеäоватеëüно, и на КПД pеäуктоpа.Такое вëияние назовеì "эффективныì коэффи-

öиентоì äвижения", котоpое опpеäеëяется отно-øениеì ìощности, затpа÷иваеìой на сиëу вязкоãосäвиãа и усиëие пpеоäоëения сиë контакта высту-пов øеpоховатых повеpхностей, к ìощности на вы-хоäе веäоìоãо ваëа ìноãоступен÷атоãо пакетноãоpеäуктоpа с не÷етныì ÷исëоì ступеней:

ψη = = = = , (1)

ãäе Pf, Tf — соответственно ìощностü и вpащаþщийìоìент от сиëы вязкоãо сäвиãа; P2, T2 — соответст-венно ìощностü и вpащаþщий ìоìент на выхоäноìваëу pеäуктоpа без у÷ета эффективноãо коэффиöи-ента äвижения; Tf/T2 = ν; Ft —окpужная сиëа заöе-пëения; d2 — äиаìетp веäоìоãо ваëа pеäуктоpа; fо —эффективный коэффиöиент сöепëения в pежиìежиäкостноãо иëи поëужиäкостноãо тpения.

Ïpèâåäåíû påçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïî âëèÿíèþïîäøèïíèêîâ ñêîëüæåíèÿ ìíîãîñòóïåí÷àòûõ ïàêåòíûõpåäóêòîpîâ íà èõ ÊÏÄ. Ïîêàçàíî, ÷òî ÊÏÄ ïàêåòíûõ på-äóêòîpîâ ñ íå÷åòíûì ÷èñëîì ñòóïåíåé íà 4,5 % âûøåÊÏÄ påäóêòîpîâ êëàññè÷åñêîãî èñïîëíåíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: påäóêòîp, êîýôôèöèåíò ïîëåçíî-ãî äåéñòâèÿ, ïîäøèïíèê ñêîëüæåíèÿ, ýôôåêòèâíûé êî-ýôôèöèåíò äâèæåíèÿ.

Investigation results of the friction bearings influenceupon the efficiency factor of multistep packet reducers arepresented. It was shown that the efficiency factor of pack-et reducers with uneven steps number is 4,5 % higher thanthat of reducer of classical performance.

Keywords: reducer, efficiency factor, slide bearing, ef-fective motion factor.

Pf

P2----

Tf

T2-----

0,5foFrd2

0,2 τ[ ]d23

-------------------foFr

0,4 τ[ ]d22

-----------------

(Окончание статьи. Начало см. на стр. 16)


Pаäиаëüнуþ сиëу нахоäиì из pас÷ета выхоäноãоваëа на кpу÷ение [3]:

Fr = Ft tgα = tgα = =

= [τ] tgα, (2)

ãäе Fr — pаäиаëüная сиëа заöепëения; dw1, dw2 — со-ответственно äиаìетpы на÷аëüных окpужностейøестеpни и зуб÷атоãо коëеса; α = 20° — уãоë пpо-фиëя исхоäноãо контуpа зуб÷атых заöепëений;in = uΣ/n — пеpеäато÷ное отноøение ступени ìноãо-ступен÷атоãо pеäуктоpа (uΣ — общее пеpеäато÷ноеотноøение pеäуктоpа, n — ÷исëо ступеней pеäукто-pа); = d2/ < 1 — безpазìеpный паpаìетp, ха-

pактеpизуþщий отноøение äиаìетpа веäоìоãо ва-ëа к äиаìетpу на÷аëüной окpужности веäущей øес-теpни.Поäставив фоpìуëу (2) в выpажение (1) поëу÷иì:

ψη = fоtgα. (3)

Анаëоãи÷но äëя эффективноãо коэффиöиентаäвижения äëя веäущеãо ваëа поëу÷иì: ψη =

= fоtgα, ãäе = d1/ < 1.

Из pас÷ета на кpу÷ение установиì связü ìежäуäиаìетpаìи веäущеãо (d1) и веäоìоãо (d2) ваëов äëяиäеаëüноãо сëу÷ая, т. е. пpи суììаpноì КПД pе-äуктоpа ηΣ = 1. Пpи этоì äиаìетp веäоìоãо ваëаувеëи÷ится:

d2 = d1 = ψud1.

Зäесü ψτ = [τ]*/[τ1] — безpазìеpный паpаìетp, ха-pактеpизиpуþщий отноøение äопускаеìых напpя-жений кpу÷ения ìатеpиаëов веäущеãо и веäоìоãоваëов pеäуктоpа, [τ2] = [τ]*; [τ1], [τ2], [τ]* — äопус-каеìые напpяжения кpу÷ения ìатеpиаëов соответ-ственно веäущеãо и веäоìоãо ваëов и выбpанноãобазовоãо зна÷ения напpяжения кpу÷ения;

ψu = — безpазìеpный паpаìетp, у÷иты-

ваþщий вëияние общеãо пеpеäато÷ноãо отноøе-ния и ìехани÷еских хаpактеpистик ìатеpиаëов ве-äущеãо и веäоìоãо ваëов.Сëеäоватеëüно:

= = = ψu . (4)

Поäставив выpажение (4) в фоpìуëу (3), поëу-

÷иì: ψη = fоtgα.

В ìноãоступен÷атых пакетных pеäуктоpах ÷исëосäвоенных бëоков øестеpен, установëенных напоäøипниках скоëüжения, на еäиниöу ìенüøе÷исëа ступеней pеäуктоpа (pисунок).Суììаpный эффективный коэффиöиент äвиже-

ния опpеäеëиì как

= ψηi. (5)

Дëя пятиступен÷атоãо пакетноãо pеäуктоpа су÷етоì v1 = v3 и v2 = v4 поëу÷иì:

= ψη1 + ψη2 + ψη3 + ψη4 =

= 2 fоtgα 1 + . (6)

Мощностü на выхоäноì ваëу пакетноãо pеäук-тоpа с у÷етоì поëожитеëüноãо вëияния сиëы вяз-коãо сäвиãа ìасëа в поäøипниках скоëüжения поääвухвенöовыìи бëокаìи øестеpен пакетных pе-äуктоpов с не÷етныì ÷исëоì ступеней иìеет виä:

= P2 + P2 = P2(1 + ). С у÷етоì потеpü на

тpение в заöепëениях и в поäøипниках ка÷ения опоpваëов (без у÷ета пpо÷их потеpü) ìожно записатü:

= = ⇒

⇒ = = ,

ãäе ηзп, ηпк — потеpи соответственно в зуб÷атых за-öепëениях и паpах поäøипников ка÷ения. Тоãäа

= (1 + ). (7)

Испоëüзуя выpажения (5) и (7), ìожно выпоë-нитü сpавнитеëüнуþ оöенку КПД ìноãоступен÷а-тых пакетных pеäуктоpов, а сëеäоватеëüно, оöенитüкоëи÷ество энеpãии, котоpое потеpяно в ìехани÷е-скоì пpивоäе с пакетныì pеäуктоpоì, в ÷астностив ìехани÷ескоì пpивоäе øтаìповоãо насоса.

2T2

dw2

-------0,4 τ[ ]d2

3

in d2/ψd2( )

---------------------

0,4ψd2

in------------- d2

2

ψd2dw1

ψd2

in------

ψd1ψd1

dw1

uΣ/ψτ3

uΣ/ψτ3

ψd2

d2

dw1

------ψud1

dw1

--------- ψd1

ψuψd1

in------------

T1, n1

T2, n2

Кинематическая схемапятиступенчатогопакетного pедуктоpа

ψηΣ i 1=

n 1–

∑

ψηΣ

ψd1 ⎝⎛ ψu

in----- ⎠

⎞

P2* ψηΣ

ψηΣ

ηΣ*

P2*

P1-----

P2 1 ψηΣ+( )

P1-----------------------

ηΣ*

1 ψηΣ+

--------------P2

P1---- ηзп

n ηпк2

ηΣ* ηзп

n ηпк2 ψηΣ


Дëя оöенки эффективноãо коэффиöиента äвиже-ния и äостовеpности поëу÷енных зависиìостей бы-ëи сиìуëиpованы и пpовеäены экспеpиìентаëüныеиспытания узëов ваëов с äвухвенöовыìи зуб÷атыìибëокаìи, установëенныìи на поäøипниках скоëü-жения, на усовеpøенствованной экспеpиìентаëü-ной установке ДМ 28М с испоëüзованиеì pазëи÷-ных сìазо÷ных ìатеpиаëов: Lubex 20 W/50, SuperAkta 20W/50, Motoroil HD 40, M-40, MC-20. Пpиэтоì äиапазон наãpузок составиë 500÷5000 Н; ÷астотывpащения: основноãо ваëа — 760; 1350 и 2400 ìин–1;вспоìоãатеëüноãо ваëа — 180, 240 и 340 ìин–1.Цеëи иссëеäований — опpеäеëение зависиìости

коэффиöиента тpения от наãpузки, äействуþщейна поäøипник, и уãëовой скоpости ваëа в усëовияхжиäкостноãо тpения; пpовеpка опытныì путеì пе-pехоäа от жиäкостноãо тpения к поëужиäкостноìупpи возpастании наãpузки.

Pезуëüтаты pас÷ета КПД пятиступен÷атоãо па-кетноãо pеäуктоpа пpи = 0,652; fo = 0,0015;

ηзп = 0,98; ηпк = 0,99; [τ1] = [τ2] с у÷етоì фоpìуëы(6) äëя пятиступен÷атоãо pеäуктоpа пpивеäены втабëиöе. КПД кëасси÷ескоãо pеäуктоpа

= . Относитеëüное изìенение КПД

пакетноãо pеäуктоpа в сpавнении с кëасси÷ескиìpеäуктоpоì опpеäеëяеì по фоpìуëе

Δη = 100, ãäе ηк.p — КПД pеäуктоpа

кëасси÷ескоãо испоëнения; n — ÷исëо ступеней pе-äуктоpа; ηп.p — КПД пакетноãо pеäуктоpа.


1. Создание и оöенка техни÷ескоãо уpовня пакетноãоpеäуктоpа / А. И. Абäуëëаев, Г. Ш. Давиäов, А. М. Наä-жафов и äp. // Межäунаp. конãpесс "Механика и тpибо-ëоãия тpанспоpтных систеì — 2003". Pостов н/Д: 2003.С. 14—17.

2. Абдуллаев А. И., Наджафов А. М. Ка÷ественнаяоöенка техни÷ескоãо уpовня пакетноãо pеäуктоpа //Вестник ìаøиностpоения. М.: 2008. № 12. С. 6—9.

3. Наджафов А. М., Абдуллаев А. И. Оптиìизаöияконстpукöии пакетноãо pеäуктоpа ìехани÷ескоãо пpиво-äа øтанãовых насосов // Вестник ìаøиностpоения. М.:2009. № 1. С. 9—11.

4. Decker K. H. Maschinenelemente. Carl Hanser VerlagMiinchen, Wien: 2000. 706 p.

5. Pешетов Д. Н. Детаëи ìаøин. М.: Маøиностpое-ние, 1989. 496 с.

in uΣ ηк.р

ψи

1,25 1,2 1,10 1,00 0,90 0,80 0,75

ηп.р Δη, % ηп.р Δη, % ηп.р Δη, % ηп.р Δη, % ηп.р Δη, % ηп.р Δη, % ηп.р Δη, %

2,00 32,0 0,8510 0,8875 4,2854 0,8875 4,2869 0,8875 4,2901 0,8876 4,2938 0,8876 4,2980 0,8876 4,3029 0,8877 4,30572,45 88,27 0,8510 0,8876 4,3012 0,8876 4,3029 0,8877 4,3066 0,8877 4,3109 0,8878 4,3157 0,8878 4,3213 0,8878 4,32443,00 243,0 0,8510 0,8878 4,3193 0,8878 4,3213 0,8878 4,3255 0,8879 4,3303 0,8879 4,3358 0,8880 4,3422 0,8880 4,34584,00 1024,0 0,8510 0,8880 4,3495 0,8881 4,3519 0,8881 4,3571 0,8882 4,3629 0,8882 4,3696 0,8883 4,3773 0,8883 4,38174,50 1845,28 0,8510 0,8882 4,3637 0,8882 4,3663 0,8882 4,3719 0,8883 4,3782 0,8883 4,3854 0,8884 4,3938 0,8885 4,39855,00 3125,0 0,8510 0,8883 4,3773 0,8883 4,3801 0,8884 4,3861 0,8884 4,3929 0,8885 4,4006 0,8886 4,4096 0,8886 4,41476,00 7776,0 0,8510 0,8885 4,4033 0,8885 4,4065 0,8886 4,4132 0,8886 4,4209 0,8887 4,4296 0,8888 4,4398 0,8889 4,44557,00 16 807,0 0,8510 0,8887 4,4279 0,8887 4,4314 0,8888 4,4389 0,8889 4,4474 0,8890 4,4571 0,8890 4,4683 0,8891 4,4747

ψd1

ηк.рn* ηзп

n ηпкn 1+

ηп.рn* ηк.рn

*–

ηк.рn*

-------------------------

ÂÍÈÌÀÍÈÞ ÀÂÒÎÐÎÂ!

Ïðàâèëà ïîäãîòîâêè ðóêîïèñè ñìîòðèòå

íà îáëîæêå.


Цикл статей"Пpоблемы тpибологии — тpения, изнашивания и смазки"

(под общей pедакцией академика Pоссийской академии космонавтикии Pоссийской инженеpной академии, д-pа техн. наук Ю. Н. Дpоздова)

УДК 621.891.22

В. П. БИPЮКОВ, канä. техн. наук (ИМАШ иì. А. А. Бëаãонpавова PАН), e-mail: [email protected]

Îïpåäåëåíèå òpèáîëîãè÷åñêèõ õàpàêòåpèñòèê ïàp òpåíèÿ ñêîëüæåíèÿ, óïpî÷íåííûõ ëàçåpíûì ëó÷îì

Твеpäостü повеpхностных сëоев по-pазноìувëияет на коэффиöиент тpения скоëüжения и не-оäнозна÷но описывается pазëи÷ныìи иссëеäовате-ëяìи. В оäних сëу÷аях повыøение твеpäости веäетк увеëи÷ениþ коэффиöиента тpения скоëüжения, вäpуãих — к уìенüøениþ. Так, в pаботах [1, 2] на-бëþäаëи паäение коэффиöиента тpения пpи увеëи-÷ении твеpäости повеpхности. Пpи скоëüженииинäентоpа из стаëи ШХ15 твеpäостüþ 60 HRC безсìазо÷ноãо ìатеpиаëа ìежäу äвуìя пëоскиìи об-pазöаìи из ìеäных спëавов, твеpäостü котоpых ìе-няëасü в äиапазоне 20 ÷ 80 НВ, набëþäаëосü сниже-ние коэффиöиента тpения. В pаботе [2] ÷уãунныйпоëзун в усëовиях тpения пpи ãpани÷ной сìазкесовеpøаë возвpатно-поступатеëüные äвижения пооснованиþ из ÷уãуна той же ìаpки. Твеpäостü ÷у-ãуна ìеняëасü в äиапазоне 143 ÷ 201 НВ. Наãpузки искоpости в обоих экспеpиìентах быëи незна÷и-теëüны и составëяëи соответственно 2,4 МПа,0,001 ÷ 0,2 ì/с [1] и 0,061 МПа, 0,1 ì/с [2].В pаботах [3, 4] коэффиöиент тpения с увеëи÷ени-

еì твеpäости возpастаë. В pаботе [3] тpениþ поäвеp-ãаëи обpазöы из стаëи 45 твеpäостüþ 22÷54 HRC,äиски из стаëи 45 твеpäостüþ 54 HRC и ÷уãунаСЧ18. Экспеpиìент пpовоäиëи пpи возвpатно-по-ступатеëüноì äвижении со скоpостüþ скоëüжения0,1 ì/с пpи наãpузке 1 ÷ 107,5 МПа. В pаботе [4] ипоëзун со сфеpи÷еской повеpхностüþ pаäиусоì

48 ìì, и pоëик äиаìетpоì 40 ìì быëи изãотовëеныиз стаëи ШХ15 твеpäостüþ 38, 48, 54 и 62 HRC.В ка÷естве сìазо÷ных ìатеpиаëов испоëüзоваëиìинеpаëüные неëеãиpованные ìасëа: туpбинноеТ22 и ìотоpное МС-20С. Пpи изìенении скоpостискоëüжения в пpеäеëах 0,2 ÷ 1 ì/с пpи наãpузке 105Н и вязкости сìазо÷ноãо ìатеpиаëа ν = 22 ìì2/сувеëи÷ение твеpäости обpазöов пpивоäит к увеëи÷е-ниþ коэффиöиента тpения. Пpи скоpости скоëü-жения 1 ì/с наãpузку увеëи÷иваëи ступен÷ато: 25;53; 105 Н. Набëþäаëи повыøение коэффиöиентатpения от 0,02 ÷ 0,03 äо 0,055 ÷ 0,065.В наøих экспеpиìентах испытания пpовоäиëи

на ìаøине тpения [5] возвpатно-поступатеëüноãоäвижения и тpибоìетpе [6]. На pис. 1 пpеäставëена,схеìа ìаøины тpения. На основании 1 установëенпpивоä 2, сообщаþщий äвижение поëзуну 3, на ко-тоpоì установëен контpобpазеö 4 в опpавке 5, на-хоäящейся в ìасëяной ванне 6. Обpазеö 7 в опpавке 8закpепëен на съеìной пëите 9, наãpузка на котоpуþ÷еpез äинаìоìетp 10 заäается пpижиìныì винтоì 11.Дëя устpанения пеpекосов ìежäу äинаìоìетpоì 10и пëитой 9, а также ìежäу äинаìоìетpоì и пpижиì-ныì винтоì 11 установëены стаëüные øаpики 12.Возвpатно-поступатеëüное äвижение поëзуну 3 со-общается от эëектpоäвиãатеëя 2. Хоä поëзуна оãpа-

Ïpåäñòàâëåíû påçóëüòàòû ýêñïåpèìåíòàëüíûõ èñ-ñëåäîâàíèé ïàp òpåíèÿ ñêîëüæåíèÿ, óïpî÷íåííûõ ëà-çåpíûì ëó÷îì, íà ìàøèíå âîçâpàòíî-ïîñòóïàòåëüíîãîäâèæåíèÿ è òpèáîìåòpå ïî ñõåìå øàp-ïëîñêîñòü. Ïîëó-÷åíû pàñ÷åòíî-ýêñïåpèìåíòàëüíûå çàâèñèìîñòè êîýô-ôèöèåíòà òpåíèÿ è èíòåíñèâíîñòè èçíàøèâàíèÿ ïàpû.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ëàçåpíîå óïpî÷íåíèå, êîýôôèöè-åíò òpåíèÿ, èíòåíñèâíîñòü èçíàøèâàíèÿ.

Experimental investigation results of the sliding couples,strengthened by a laser beam, on the alternate motion ma-chine and tribometer according to the "sphere-plane"scheme are presented. Expressions for the friction factorand couple wear intensity are obtained by the design-ex-periment method.

Keywords: laser hardening, friction factor, wear intensity.

12

1

2

85

6

11

P

V

10

974

3

Pис. 1. Схема машины тpения для испытаний на износ пpивозвpатно-поступательном движении


ни÷ен эксöентpиситетоì ваëа и составëяет 5 ìì.Обpазöы pазìеpаìи 15 Ѕ 20 Ѕ 80 ìì äëя испыта-ний изãотовëяëи из стаëи 40Х. Посëе закаëки и вы-сокоãо отпуска их øëифоваëи äо øеpоховатостиRa = 0,32 ìкì. Контpобpазöы pазìеpаìи 15 Ѕ 20 ЅЅ 80 ìì из ÷уãуна СЧ20 теpìи÷ески не упpо÷няëи.Дëя уëу÷øения усëовий сìазывания на повеpхно-сти контpобpазöов наносиëи канавки pазìеpаìи0,5 Ѕ 0,4 ìì с øаãоì 5 ìì. В ка÷естве сìазо÷ноãоìатеpиаëа испоëüзоваëосü инäустpиаëüное ìасëоИ-Г-А-68 (И-40А). Лазеpнуþ закаëку обpазöов из ста-ëи 40Х пpовоäиëи пpи ìощности изëу÷ения 1,5 кВт с÷астотой коëебаний ëу÷а 225 Гö относитеëüно öен-тpа упpо÷ненной äоpожки. Закаëенные зоны со-ставëяëи 25, 50, 75, 100 % пëощаäи. Шиpина зака-ëенных äоpожек изìеняëасü в пpеäеëах 5 ÷ 15 ìì.Сиëу тpения в сопpяженной паpе опpеäеëяëи с по-ìощüþ тензоpезистоpов, накëеенных на пëанкуìаøины тpения, воспpиниìаþщуþ наãpузку от поë-зуна. Сиãнаëы с тензоpезистоpов ÷еpез станäаpтнуþаппаpатуpу пеpеäаваëисü на саìописеö. Испытанияпpовоäиëи пpи наãpузке 1÷8 МПа. Пpоöесс пpиpа-ботки обpазöов составëяë 6÷7 ÷. Наиìенüøее сpеä-нее зна÷ение коэффиöиента тpения 0,025 за äвой-ной хоä поëзуна поëу÷ено пpи ëазеpной закаëке100 % пëощаäи обpазöа с øиpиной äоpожек 5 ìì.В пpоöессе испытаний неупpо÷ненные ëазеp-

ныì ëу÷оì зоны иëи зоны отпуска изнаøиваþтсябыстpее и обpазуþт в зависиìости от наãpузки уã-ëубëения 0,1 ÷ 10 нì, запоëняеìые сìазо÷ныì ìа-теpиаëоì. В pезуëüтате испытаний установëено,÷то коэффиöиент тpения уìенüøается с увеëи÷е-ниеì пëощаäи закаëенных зон.Испытания без сìазо÷ноãо ìатеpиаëа пpовоäи-

ëи на тpибоìетpе по схеìе "øаp из стаëи ШХ15твеpäостüþ 60 HRC — пëоский обpазеö (pис. 2) сëазеpной закаëкой 50 % пëощаäи". Обpазеö уста-навëиваëи на вpащаþщийся пpеäìетный стоëик.К неìу пpижиìаëи непоäвижный инäентоp (øаp),жестко соеäиненный с сиëоизìеpитеëüной баëкой.Стаëüной øаpик äиаìетpоì 8 ìì устанавëиваëиотноситеëüно оси вpащения пëоскоãо обpазöа та-киì обpазоì, ÷то пеpвуþ поëовину обоpота онскоëüзиë по закаëенной ëазеpныì ëу÷оì зоне твеp-äостüþ 57 ÷ 60 HRC, а втоpуþ поëовину обоpота —по уëу÷øенной повеpхности твеpäостüþ 250÷270 НВ.Коэффиöиент тpения составëяë 0,073 на закаëен-ной повеpхности и 0,156 на уëу÷øенной.Сëеäоватеëüно, ìожно сäеëатü вывоä, ÷то на ве-

ëи÷ину коэффиöиента тpения оказываþт вëияние:твеpäостü повеpхностноãо сëоя, скоpостü скоëüже-ния, наãpузка, усëовия испытания, констpуктив-ные pазìеpы и äpуãие фактоpы. Так, в pаботахЮ. Н. Дpозäова основное вниìание уäеëяется тpе-ниþ высøих кинеìати÷еских паp пpи контакте поëинии иëи в то÷ке. Пpи этоì высокие контактныеäавëения по Геpöу äаже пpи небоëüøих испыта-теëüных наãpузках на обpазеö ìоãут пpивоäитü к за-

еäаниþ оäноиìенных ìатеpиаëов. Увеëи÷ение ко-эффиöиента тpения пpи повыøении твеpäости об-pазöов пpи испытании высøих кинеìати÷еских паpсвязано с высокиìи напpяженияìи на сäвиã зака-ëенных сëоев. Пpи испытании паp "пëоскостü —пëоскостü" в pаботах [2, 5] и испытании "øаp —пëоскостü" на тpибоìетpе коэффиöиент тpенияуìенüøается пpи увеëи÷ении твеpäости повеpхно-стноãо сëоя, ÷то, возìожно, связано с уìенüøени-еì ãëубины внеäpения еäини÷ных неpовностей вповеpхностü обpазöа.Гëавной пpи÷иной потеpи то÷ности ìетаëëоpежу-

щих станков явëяется изнаøивание pабо÷их повеpх-ностей напpавëяþщих скоëüжения. Дëя уìенüøенияинтенсивности изнаøивания пpиìеняþт pазные ìе-тоäы упpо÷нения, в тоì ÷исëе и ëазеpное упpо÷нение[7]. Сëожностü физико-хиìи÷еских пpоöессов, пpо-текаþщих в зоне контакта тpущихся повеpхностей,затpуäняет постpоение pас÷етных ìоäеëей äëя пpо-ãнозиpования pесуpса pаботы узëов тpения. В äаннойpаботе пpеäставëена стpуктуpа pас÷етноãо уpавненияäëя опpеäеëения интенсивности изнаøивания на-пpавëяþщих скоëüжения на основе физи÷еских ин-ваpиантов, поëу÷енных в pаботах [8, 9].Кинеìатикой äвижения пpеäопpеäеëяется пеpе-

ìенностü скоpости скоëüжения суппоpтных ãpупп инаãpузки в зависиìости от виäа обpаботки. Наибо-ëее опасныìи с то÷ки зpения изнаøивания явëяþт-ся пеpехоäные пpоöессы в ìоìенты остановки и на-÷аëа äвижения. В этих сëу÷аях пpеобëаäает pежиìтpения пpи ãpани÷ной сìазке, котоpый хаpактеpи-зуется ìаксиìаëüныì износоì. Пpи pавноìеpноìäвижении на ìаëых поäа÷ах набëþäается pежиìсìеøанной сìазки, на боëüøих поäа÷ах возìожнопpеобëаäание ãиäpоäинаìи÷ескоãо pежиìа сìазки.Основныìи виäаìи изнаøивания напpавëяþ-

щих скоëüжения явëяþтся: абpазивное изнаøива-ние, схватывание, изнаøивание в усëовиях ÷истойсìазки и отсутствия схватывания [10]. Интенсив-ностü абpазивноãо изнаøивания пpакти÷ески независит от скоpости скоëüжения в пpеäеëах, соот-ветствуþщих pаспpостpаненныì в боëüøинствестанков скоpостяì поäа÷и äо 0,8 ì/ìин. Пpи pабо-те с ÷истой сìазкой с увеëи÷ениеì скоpости скоëü-

Pис. 2. Обpазенулучшенной стали 40Хс 50 %-й площадьюлазеpной закалки


жения интенсивностü изнаøивания напpавëяþ-щих снижается. В констpукöии совpеìенных ìе-таëëоpежущих станков пpеäусìотpена защитанапpавëяþщих от попаäания абpазивных ÷астиö нанапpавëяþщие скоëüжения.Испоëüзуя стpуктуpу уpавнения Ю. М. Дpозäо-

ва äëя pас÷ета коэффиöиента тpения скоëüжения,пpеäставëеннуþ в pаботе [8], ìы наøëи уpавнениеäëя опpеäеëения коэффиöиента тpения скоëüже-ния в напpавëяþщих станков:

f = 0,02ln + 0,05, (1)

ãäе N — наãpузка, Н; Ra — сpеäнее аpифìети÷ескоеоткëонение øеpоховатостей, ì; ν — кинеìати÷е-ская вязкостü, ì/с2; HBпp = HB0a + HB1 (1 – a) —пpивеäенная твеpäостü по Бpинеëëþ, МПа; lпp —хаpактеpный ëинейный pазìеp в напpавëении äви-жения, ì; vx — сpеäняя скоpостü скоëüжения, ì/с;HB0 и HB1 — твеpäостü по Бpинеëëþ ìатеpиаëа ос-новы и упpо÷ненноãо повеpхностноãо сëоя, МПа:a — äоëя от общей повеpхности тpения ìатеpиаëаосновы.Общий виä зависиìости äëя опpеäеëения сpеä-

ней интенсивности изнаøивания äетаëей пpи воз-вpатно-поступатеëüноì äвижении по Ю. Н. Дpоз-äову пpеäставëяется фоpìуëой

Ih = k . (2)

В зависиìостü (2) вхоäят безpазìеpные кpите-pии, хаpактеpизуþщие pазëи÷ные свойства.

Кpитеpий = hсì/ опpеäеëяет

тоëщину сìазо÷ноãо сëоя. Зäесü hсì — тоëщинасìазо÷ноãо сëоя pазëи÷ной пpиpоäы (0,1 ìкì);Ra1 и Ra2 — сpеäние аpифìети÷еские откëоненияøеpоховатостей контактиpуþщих повеpхностей.Вìесто паpаìетpов øеpоховатостей ìожет бытü ис-поëüзован хаpактеpный pазìеp абpазивной ÷асти-öы. Тоëщина сìазо÷ноãо сëоя pасс÷итывается каксуììа pазìеpов ãpани÷ноãо и контактно-ãиäpоäи-наìи÷ескоãо сìазо÷ных сëоев. Тоëщина ãpани÷но-ãо сìазо÷ноãо сëоя не поääается pас÷етноìу опpе-äеëениþ и зависит от повеpхностных сиë (усëовно

пpиниìаþт 0,1 ìкì). Коìпëексы = P/HB иëи

= fP/HB хаpактеpизуþт напpяженное состоя-

ние в контакте. Зäесü P — ноpìаëüное напpяжениесжатия; НВ — твеpäостü повеpхности; f — коэффи-

öиент тpения скоëüжения. Коìпëекс =

= Rmax/rb1/ν хаpактеpизует ìикpоãеоìетpиþ,ìасëоеìкостü и ìасëоуäеpживаþщуþ способностüконтакта. Зäесü Rmax — наибоëüøая высота ìик-pонеpовностей пpофиëя; b и v — паpаìетpы опоp-ной кpивой; r — пpивеäенный pаäиус неpовно-

стей. Сиìпëекс = tp/tв у÷итывает вpеìенные́

хаpактеpистики контакта. Зäесü tp и tв — вpеìя pаз-pуøения и восстановëения защитных пëенок pаз-ëи÷ной пpиpоäы. Физико-хиìи÷еские пpоöессы,пpотекаþщие на тpущихся повеpхностях, хаpакте-

pизуþтся коìпëексоì = RT/E, поëу÷енныì из

уpавнения Аppениуса—Жуpкова. Зäесü R — уни-веpсаëüная ãазовая постоянная; T — абсоëþтнаятеìпеpатуpа повеpхности в зоне изнаøивания;E = Q — тепëота аäсоpбöии. В сëу÷ае хиìи÷ескойìоäификаöии повеpхности тpения E = Eа, ãäе Eа —энеpãия активаöии pаспаäа ìежатоìных связей хи-ìи÷ески ìоäифиöиpованных сëоев.С у÷етоì провеäенных иссëеäований уpавнение

(2) пpиìет виä:

Ih = k Ѕ

Ѕ (3)

ãäе hãp = 0,1 — тоëщина ãpани÷ноãо сëоя сìазки;hk — ëинейный pазìеp обpазöа (суппоpта) в на-пpавëении äвижения; Cи — скоpостü скоëüжения вìесте ìаксиìаëüноãо износа; Pz — ноpìаëüное на-пpяжение сжатия; β — пüезокоэффиöиент.По уpавненияì (1) и (3) pасс÷итаны сpеäние зна-

÷ения коэффиöиентов тpения и интенсивности изна-øивания пpи возвpатно-поступатеëüноì äвижениипаp тpения "стаëü—÷уãун" и сопоставëены с экспеpи-ìентаëüныìи äанныìи, поëу÷енныìи пpи ëабоpа-тоpных испытаниях и экспëуатаöии. Сопоставëениеpас÷етных и экспеpиìентаëüных зна÷ений показаëоих pасхожäение в пpеäеëах 20 %, ÷то впоëне äопус-тиìо с у÷етоì вëияния стоëü pазëи÷ных фактоpов наинтенсивностü изнаøивания и коэффиöиент тpения.Напpиìеp, в пpоäоëüно-стpоãаëüных станках за

оäин äвойной хоä поëзун пpохоäит äо 10 ì. В этоìсëу÷ае сpеäняя pас÷етная веëи÷ина ëинейноãо из-носа упpо÷ненноãо сëоя äëя напpавëяþщих с 50 %-йзакаëенной пëощаäüþ составит 0,72 нì, äëя неуп-pо÷ненных зон — 2,16 нì. Пpи äаëüнейøей экс-пëуатаöии созäанный пpи пpиpаботке наноpеëüефбуäет сохpанятüся в пpеäеëах äопустиìоãо износаупpо÷ненноãо ëазеpныì ëу÷оì сëоя.

Вы в о äы

На основании экспеpиìентаëüных äанных уста-новëено, ÷то с повыøениеì пëощаäи ëазеpноãо уп-pо÷нения обpазöов из стаëи 40Х коэффиöиент тpе-ния и интенсивностü изнаøивания уìенüøаþтсяпpи тpении скоëüжения пëоских обpазöов.Найäены уpавнения äëя pас÷ета коэффиöиента

тpения и интенсивности изнаøивания с у÷етоì

NRaνHBпр 10 3–⋅ lпрvs

------------------------------------

Φ1a Φ2

b Φ3c Φ4

d Φ5e

Φ1a Ra1

2 Ra22+

Φ2b

Φ2b

Φ3c

Φ4d

Φ5e

hãр 1,7hk ηCи/ Pzhk( )0,7 pzβ( )0,6[ ]+( )

Ra12 Ra2

2+--------------------------------------------------------------------------

1,2–

⎝⎛ PHBпр----------- ⎠

⎞ 0,87

⎝⎛ Rmax

rb1/ν----------- ⎠

⎞ 0,92

⎝⎛ tptв--- ⎠

⎞ 0,7

⎝⎛ RT

E------ ⎠

⎞ 1,05–


пëощаäи упpо÷нения и äpуãих фактоpов, позво-ëяþщие пpоãнозиpоватü pесуpс паp тpения посëеëазеpной закаëки.


1. Михин Н. М., Ляпин К. С. Зависиìостü коэффи-öиента тpения от твеpäости и ее экспеpиìентаëüнаяпpовеpка // Изв. вузов. Физика. 1970. № 3. С. 50—56.

2. Нестеpенко Б. А. Теоpети÷еские и экспеpиìен-таëüные иссëеäования паpаìетpов ãpани÷ноãо тpения:Автоpеф. äис. ... канä. техн. наук. Хаpüков: ХИСИ, 1973.

3. Лазаpенко Н. Ф., Пpейс Г. А. Износостойкостüìетаëëов. М.: Маøãиз, 1954. 195 с.

4. Дpоздов Ю. Н., Аpчегов В. Г., Смиpнов В. И. Пpо-тивозаäиpная стойкостü тpущихся теë. М.: Наука, 1984.139 с.

5. Биpюков В. П. Пpоìыøëенное пpиìенениеCO2-ëазеpов äëя напëавки, упpо÷нения äетаëей и то÷но-ãо pаскpоя ëистовоãо ìатеpиаëа // Тяжеëое ìаøино-стpоение. 2006. № 4. С. 25—28.

6. Кpагельский И. В., Добычин Н. М., Комбалов В. С.Основы pас÷етов на тpение и износ. М.: Маøиностpое-ние. 1977. 526 с.

7. Биpюков В. П., Матыцин А. П. Упpо÷нение äета-ëей станков сканиpуþщиì ëазеpныì ëу÷оì // Пpиìене-ние ëазеpов в наpоäноì хозяйстве. Тез. äокë. 4—6 äекаб-pя 1989 ã. Шатуpа: НИЦТЛАН, 1989. С. 82.

8. Когаев В. П., Дpоздов Ю. Н. Пpо÷ностü и износо-стойкостü äетаëей ìаøин. М.: Высø. øк. 1991. 319 с.

9. Тpение, изнаøивание и сìазка: Спpаво÷ник в 2 кн. /Поä pеä. И. В. Кpаãеëüскоãо, В. В. Аëисина: Кн. 2.Ю. Н. Дpозäов. М.: Маøиностpоение, 1979. С. 113—146.

10.Детали и ìеханизìы станков / Поä pеä. Д. Н. Pе-øетова. Т. 1. М.: Маøиностpоение, 1972. 664 с.

УДК 621.822

А. Ю. КОPНЕЕВ, канä. техн. наук, Л. А. САВИН, ä-p техн. наук, М. М. ЯPОСЛАВЦЕВ (ОpеëГТУ), e-mail: [email protected]

Pàñ÷åò ñòàòè÷åñêèõ õàpàêòåpèñòèê êîíè÷åñêèõ ìíîãîêëèíîâûõ ãèäpîäèíàìè÷åñêèõ îïîp æèäêîñòíîãî òpåíèÿ

Испоëüзование в ка÷естве опоp pотоpов высо-коскоpостных туpбоìаøин кони÷еских поäøипни-ков жиäкостноãо тpения обусëовëено пpеиìущест-ваìи посëеäних, поäpобно описанныìи в pаботах[1—6 и äp.]. Оäнако оäниì из неäостатков кëасси-÷еских ãиäpоäинаìи÷еских опоp явëяется оãpани-÷енная вибpоустой÷ивостü. Пpи заìене ãëаäкой по-веpхности ìноãокëиновой существенно изìеняþтсяхаpактеpистики опоpы: снижается несущая способ-ностü, но пpи этоì возpастает устой÷ивостü äвиже-ния ваëа бëаãоäаpя возникновениþ äопоëнитеëü-ных ãиäpоäинаìи÷еских кëинüев в ненаãpуженнойзоне. Пpи пpавиëüно поäобpанных äавëении поäа-÷и сìазо÷ноãо ìатеpиаëа и ãеоìетpи÷еских хаpак-

теpистиках ìноãокëиновые поäøипники способныпо÷ти поëностüþ поäавëятü вихpевые явëения ибиение pотоpов высокоскоpостных туpбоìаøин.Иссëеäованияì в äанной обëасти посвящен pяä

pабот. Так, напpиìеp, в pаботах [7, 8] анаëизиpуетсяновый тип кони÷еских опоp — саìоустанавëиваþ-щиеся ìноãокëиновые ãиäpоäинаìи÷еские поä-øипники (МГДП) äëя высокото÷ных ваëов øëифо-ваëüных и ìетаëëоpежущих станков. Осевая пpеäва-pитеëüная наãpузка и ãëубина кëина явëяþтсяосновныìи контpоëиpуеìыìи паpаìетpаìи, вëияþ-щиìи на pабо÷ий зазоp и жесткостü сìазо÷ноãо сëояпоäøипника. Опоpа отëи÷ается высокой осевой же-сткостüþ в обоих напpавëениях бëаãоäаpя созäаниþãиäpоäинаìи÷еских кëинüев пpи пpеäваpитеëüноìнаãpужении. Пpивеäенный в pаботе [8] анаëизспpавеäëив äëя опpеäеëенноãо ÷исëа кëинüев, кон-стpуктивные схеìы ìоãут бытü поëу÷ены äëя тpех-øестикëиновых поäøипников. В статüе [9] анаëи-зиpуется pабота и пpеäëаãаþтся основные пpинöи-пы констpуиpования кони÷ескоãо МГДП, сìазы-ваеìоãо сжиìаеìой жиäкостüþ и испоëüзуеìоãо ввысокоскоpостных туpбоìаøинах. Показано, ÷топоäøипник иìеет высокуþ несущуþ способностüв pаäиаëüноì и осевоì напpавëениях. Пpи высокихскоpостях pаäиаëüная несущая способностü поä-øипника этоãо типа в 3 pаза пpевыøает анаëоãи÷-ный показатеëü поäøипника с осевыìи канавкаìи.Поäøипник о÷енü устой÷ив, и пpи боëüøих ÷асто-тах вpащения коэффиöиент тpения составëяет око-ëо 1/3 от анаëоãи÷ноãо коэффиöиента äëя поäøип-ника с осевыìи канавкаìи [9].

Ïpåäëîæåíû pàñ÷åòíûå ñîîòíîøåíèÿ äëÿ îïpåäåëå-íèÿ ñòàòè÷åñêèõ õàpàêòåpèñòèê êîíè÷åñêèõ ìíîãîêëèíî-âûõ ãèäpîäèíàìè÷åñêèõ îïîp æèäêîñòíîãî òpåíèÿ â óñ-ëîâèÿõ ïåpåìåííûõ òåïëîôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ è äâóõ-ôàçíîãî ñîñòîÿíèÿ ñìàçî÷íîãî ìàòåpèàëà: íåñóùåéñïîñîáíîñòè, pàñõîäà ñìàçî÷íîãî ìàòåpèàëà, ïîòåpüìîùíîñòè íà òpåíèå è ïpîêà÷êó.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãèäpîäèíàìè÷åñêèå îïîpû, êîíè-÷åñêèé ìíîãîêëèíîâûé ïîäøèïíèê, ñòàòè÷åñêèå õàpàê-òåpèñòèêè, íåñóùàÿ ñïîñîáíîñòü.

Calculated relations are proposed for determining ofstatic characteristics of conical multiple-wedge hydrody-namic liquid friction bearers in the conditions of variableheat-transfer properties and two-phase lubricant state,bearing capacity, lubricant consumption, and also powerloss on friction and pumping.

Keywords: hydrodynamic bearers, conical multiple-wedge bearing, static characteristics, bearing capacity.



Pаботоспособностü и эффективностü опоp жиä-костноãо тpения оöениваþтся на основе анаëиза ихстати÷еских хаpактеpистик, к котоpыì относятся:несущая способностü (ãpузопоäъеìностü), потеpиìощности на тpение и пpока÷ку сìазо÷ноãо ìате-pиаëа и еãо ìассовый pасхоä [2, 6]. В настоящеевpеìя иссëеäования в обëасти pас÷ета и пpоекти-pования кони÷еских опоp жиäкостноãо тpения ос-нованы на pяäе äопущений: поток сìазо÷ноãо ìа-теpиаëа поëаãается ëаìинаpныì и изотеpìи÷е-скиì, свойства сìазо÷ноãо ìатеpиаëа (пëотностü,вязкостü и äp.) с÷итаþтся постоянныìи и т. п.Вìесте с теì в pяäе сëу÷аев пpи пpоектиpованииопоpных узëов высокоскоpостных туpбоìаøин воз-никает необхоäиìостü у÷ета упоìянутых факторов.Кpоìе тоãо, в пpоöессе те÷ения сìазо÷ноãо ìате-pиаëа в ãиäpавëи÷еских канаëах опоp возìожноäвухфазное паpожиäкостное состояние сìазо÷ноãоìатеpиаëа [5].Кони÷еский ìноãокëиновый ãиäpоäинаìи÷е-

ский поäøипник (КМГДП) (pис. 1), pазвеpткаопоpной повеpхности котоpоãо пpеäставëяет собойтpапеöеиäаëüнуþ обëастü, pазäеëеннуþ в окpуж-ноì напpавëении на pавные у÷астки (кëинüя иëисеãìенты), позвоëяет поìиìо повыøения вибpо-устой÷ивости воспpиниìатü и зна÷итеëüные осе-

вые наãpузки, возникаþщие в совpеìенных высо-коскоpостных туpбоìаøинах [2].Существенное вëияние на pаспpеäеëение äавëе-

ния в сìазо÷ноì сëое оказывает еãо тоëщина h,вхоäящая в уpавнение Pейноëüäса и явëяþщаясяфункöией поëожения öентpа öапфы и уãëовой ко-оpäинаты. В связи с этиì пpеäставëяется необхо-äиìыì поäpобнее остановитüся на опpеäеëениитоëщины сìазо÷ноãо сëоя как функöии pаäиаëü-ноãо зазоpа [2]. Pаäиаëüный зазоp ìежäу опоpныìиповеpхностяìи pотоpа и поäøипника пpеäставëя-ется в виäе äвух составëяþщих:

h = h(r, ϕ) + hS, (1)

ãäе h(r, ϕ) — функöия зазоpа ìежäу ваëоì и кони-÷еской повеpхностüþ, вписанной по выступаìкëинüев, опpеäеëяется по фоpìуëе [2, 3] h(r, ϕ) == h0 – (Xsinβ + Ycosβ)cos(α/2) + Zsin(α/2) – (r – r1)tgγ;hS — функöия зазоpа вäоëü повеpхности сеãìента,опpеäеëяеìая еãо ãеоìетpией в окpужноì напpав-ëении.Обезpазìеpенная функöия зазоpа äëя кëинü-

ев ìожет бытü ëинейной, но в общеì сëу÷ае пpеä-ставëяет собой зависиìостü виäа:

= – 1 пpи ϕ l (n – 1)ϕS,

ãäе n — ноìеp сеãìента (n = 1, ..., NS); ϕS — уãоëpазвеpтки оäноãо сеãìента, опpеäеëяеìый соотно-øениеì: ϕS = 2πsin(α/2)/NS. Пеpехоä к pазìеpной

фоpìе осуществëяется уìножениеì функöии

на веëи÷ину сpеäнеãо зазоpа h0:

hS = h0 = h0. (2)

Посëе поäстановки фоpìуëы äëя опpеäеëенияh(r, ϕ) и фоpìуëы (2) в выpажение (1) и пpеобpа-зований функöиþ поëноãо зазоpа КМГДП ìожнозаписатü в виäе:

h = – [Xsinβ + Ycosβ]cos(α/2) +

+ Zsin(α/2) – (r – r1)tgγ. (3)

Выpажение (3) поäставëяеì в ìатеìати÷ескуþìоäеëü pас÷ета поëей äавëений в сìазо÷ноì сëое,котоpая базиpуется на совìестноì pеøении уpав-нения Pейноëüäса, обобщенноãо на сëу÷ай äвуìеp-ноãо туpбуëентноãо те÷ения вязкой сжиìаеìойсpеäы, и уpавнения баëанса энеpãий с у÷етоì не-обхоäиìых ãpани÷ных усëовий [2, 3]. Зависиìоститепëофизи÷еских свойств (вязкостü, пëотностü, те-пëоеìкостü и äp.) в виäе функöий äавëения и теì-пеpатуpы также соäеpжатся в pазpаботанной ìоäе-ëи. Pассìотpение äвухфазноãо те÷ения основано

α/2

а)

б)

в)

2πR1

p0Поäа÷а сìазки

Сеã

ìент

№1

2 3

Сëив

Ваë

Поäøипник2 3 4

1

pS

h( j, ϕ)h( j)

L0

NS

ϕS

ϕS

2πR2

R1 R2

L

e p

Pис. 1. Конический МГДП:а — 3D-ìоäеëü; б — pас÷етная схеìа; в — pазвеpтка опоpнойповеpхности

hS

hS2

1 nϕS ϕ–( )cos+--------------------------------

hS

⎝⎛ 21 nϕS ϕ–( )cos+-------------------------------- ⎠

⎞ 1 nϕS ϕ–( )cos–

1 nϕS ϕ–( )cos+--------------------------------

2h0

1 nϕS ϕ–( )cos+--------------------------------


на ãоìоãенной ìоäеëи те÷ения [2, 5], в соответст-вии с котоpой осpеäненные зна÷ения паpаìетpовäвухфазноãо ãазожиäкостноãо потока опpеäеëяþт-ся по ìассовоìу ãазосоäеpжаниþ и физи÷ескиìсвойстваì кажäой из фаз на ëинии насыщения.Поäpобное описание pазpаботанных теоpети÷е-ских поëожений пpеäставëено в pаботах [2, 3].Сëожностü постpоенной ìатеìати÷еской ìоäе-

ëи, обусëовëенная pазнообpазиеì ãиäpоäинаìи÷е-ских и тепëофизи÷еских явëений, пpоисхоäящих всìазо÷ноì сëое кони÷ескоãо поäøипника, не по-звоëяет поëу÷итü анаëити÷еское pеøение äëяфункöии pаспpеäеëения äавëений в сìазо÷ноìсëое. В ка÷естве ÷исëенноãо ìетоäа пpи pас÷ете по-ëя äавëений пpиìеняется ìетоä коне÷ных pазно-стей. В pаботе [4] пpивеäены поäpобный аëãоpитìи pас÷етные соотноøения äëя опpеäеëения äавëе-ний в сìазо÷ноì сëое кони÷еской опоpы.Интеãpиpование найäенноãо поëя äавëений по-

звоëяет опpеäеëитü основные стати÷еские хаpакте-pистики кони÷еских ìноãокëиновых опоp жиäко-стноãо тpения [2, 6]:

1) несущуþ способностü кони÷ескоãо МГДП:

поëнуþ W = ;

pаäиаëüнуþ WR = ; (4)

осевуþ WA = RZ,ãäе пpоекöии ãиäpоäинаìи÷еских сиë, äействуþ-щих на öапфу, на соответствуþщие оси кооpäинатpавны:

RX = psinβcos(α/2)rdϕdr;

RY = pcosβcos(α/2)rdϕdr; (5)

RZ = psin(α/2)rdϕdr,

ãäе ϕк — уãоë pазвеpтки опоpной повеpхности ко-ни÷ескоãо поäøипника;

2) ìассовый Qm и объеìный QV pасхоäы в на-пpавëении:осевоì

= – + rdϕ; = ρ0, (6)

окpужноì

= – + dr; = ρ0; (7)

3) потеpи ìощности на тpение:

Nтp = Mтpω0, (8)

ãäе Mтp = R*τrdϕdr, зäесü R* = r sin(α/2),

τ = + ;

4) потеpи ìощности на пpока÷ку сìазо÷ноãоìатеpиаëа:

Nпp = QV p0. (9)

В соотноøениях (4)—(9) пpиняты сëеäуþщиеобозна÷ения: p — äавëение; ρ — пëотностü; μ —вязкостü; R* — текущий pаäиус поäøипника; α —уãоë конусности; β — уãëовая кооpäината в окpуж-ноì напpавëении; r, ϕ, y — осевая, окpужная и pа-äиаëüная кооpäинаты по опоpной повеpхностипоäøипника; Kr, Kϕ — коэффиöиенты туpбуëент-ности; vr, vϕ — скоpости то÷ки на повеpхности öап-фы; h — функöия поëноãо зазоpа; ω0 — уãëоваяскоpостü pотоpа; Mтp — ìоìент сопpотивëениявpащениþ öапфы; τ — касатеëüные напpяжения;инäекс 0 — вхоä в поäøипник.С у÷етоì необхоäиìости пpовеäения ÷исëенно-

ãо pас÷ета ìетоäоì коне÷ных pазностей выpажения(4)—(9) äоëжны бытü пpеäставëены в pазностноìвиäе. Поäpобное изëожение аëãоpитìа pас÷ета÷исëенныì ìетоäоì пpивеäено в pаботах [2, 4, 6].Дëя сpавнитеëüноãо анаëиза кони÷еских ìноãо-

кëиновых опоp с pазëи÷ныìи ãеоìетpи÷ескиìи иpабо÷иìи паpаìетpаìи ìожно ввести безpазìеp-ные коэффиöиенты, хаpактеpизуþщие стати÷ескиехаpактеpистики: äëя несущей способности — KW,äëя pасхоäа — KQ, äëя потеpü ìощности на тpение —

и пpока÷ку — . Безpазìеpные коэффи-

öиенты опpеäеëяþтся по фоpìуëаì:1) коэффиöиенты поëной, pаäиаëüной и осевой

несущей способности:

KW = W/(p0 ); = WR/(p0 );

= WA/(p0 ); (10)

2) коэффиöиент pасхоäа в напpавëении:осевоì

= dϕ – dϕ, (11)

тоãäа = ;

RX2 RY

2 RZ2+ +

RX2 RY

2+

0

ϕк

∫r1

r2

∫

0

ϕк

∫r1

r2

∫

0

ϕк

∫r1

r2

∫

QVr

0

ϕк

∫ ⎝⎛ h3

12μKr------------ p∂

r∂----

vrh

2------ ⎠

⎞ Qmr QV

r

QVϕ

r1

r2

∫ ⎝⎛ h3

12μKϕ------------- p∂

r ϕ∂------

vϕh

2------- ⎠

⎞ Qmϕ QV

ϕ

r1

r2

∫0

ϕк

∫

h2-- p∂

r ϕ∂------

μKϕvϕh

-------------

KNтрKNпр

r02 KWR

r02

KWAr02

KQV

r

6ω0r02μ0

p0h02

----------------0

ϕк

∫ vr h r0

ϕк

∫ h3

μKr------- p∂

r∂---- r

Qmr

p0ρ0h03

12μ0-------------- K

QVr


окpужноì

= d – d , (12)

тоãäа = ;

3) коэффиöиент потеpü ìощности на тpение:

= dϕd +

+ dϕd , (13)

0 1,5 3,0 4,5 ω, 103 с–1

W, кН8

6

4

2

e = 0,6

e = 0,4

e = 0,2e = 0,4

e = 0,6

1,6

1,2

0,8

0,4

QV, 10–2 ë/с

W, кН10

7,5

5,0

2,5

а)

0 10 20 30 40 α°

e = 0,6

e = 0,4 e = 0,2

e = 0,6

e = 0,4

e = 0,2

ω0 =5000 c–1

ω0 =5000 c–11,6

0 10 20 30 40 α°

1,2

0,8

0,4

0 1,5 3,0 4,5 ω, 103 с–1

б)

QV, 10–2 ë/с

Nтр, кВт Nтр, кВт

e = 0,6

e = 0,4

e = 0,2e = 0,6e = 0,4

e = 0,2

0 1,5 3,0 4,5 ω, 103 с–1 0 10 20 30 40 α°

ω0 =5000 c–18

6

4

2

14,0

10,5

7,0

3,5

в)

г)

0 1,5 3,0 4,5 ω, 103с–1 0 10 20 30 40 α°

e = 0,6

e = 0,4

e = 0,2

ω0 =5000 c–1

e = 0,6

e = 0,4

e = 0,2

3,00

2,25

1,50

0,75

3,00

2,25

1,50

0,75

Nпр, ВтNпр, Вт

e = 0,2

Pис. 2. Несущая способность (а), объемный pасход смазочного матеpиала (б), потеpи мощности на тpение (в) и напpокачку (г) конического МГДП

KQV

ϕ6ω0r0

2μ0

p0h02

---------------- λ

1

∫ vϕ h r λ

1

∫ h3

μKϕ-------- p∂

r ϕ∂------ r

Qmϕ p0ρ0h0

3

12μ0-------------- K

QVϕ

KNтр

p0h02

2ω0r02μ0

---------------- λ

1

∫0

ϕк

∫ r h p∂r ϕ∂------ r r

λ

1

∫0

ϕк

∫ rμKϕvϕ

h------------- r r


тоãäа Nтp = ;

4) коэффиöиент потеpü ìощности на пpока÷ку внапpавëении:осевоì

= ; = , (14)

окpужноì

= ; = . (15)

Пpеäëоженные pас÷етные соотноøения pеаëи-зованы в pазpаботанноì пpоãpаììноì обеспе÷е-нии "Поäøипник—Кpиоãен" [10], котоpое позво-ëяет pасс÷итатü необхоäиìые стати÷еские хаpакте-pистики кони÷еских ìноãокëиновых опоpжиäкостноãо тpения и пpеäставитü pезуëüтаты какв pазìеpноì виäе, уäобноì äëя выпоëнения пpо-ектиpово÷ных и пpовеpо÷ных pас÷етов, так и в виäебезpазìеpных коэффиöиентов [форìуëы (10)—(15)],÷то важно äëя pеøения заäа÷ оптиìизаöии констpук-тивных паpаìетpов.

Pезуëüтаты pас÷ета pазìеpных хаpактеpистиккони÷ескоãо МГДП, сìазываеìоãо воäой, пpи пе-pеìенных тепëофизи÷еских свойствах с у÷етоìäвухфазноãо состояния сìазо÷ноãо ìатеpиаëа пpиpазëи÷ных pаäиаëüных относитеëüных эксöентpи-ситетах e поëожения öапфы pотоpа пpивеäены наpис. 2, а—г. Поäøипник иìеет сëеäуþщие pабо÷иеи ãеоìетpи÷еские паpаìетpы: äëина поäøипникаL = 53 ìì; pаäиус R2 = 24 ìì; ÷исëо кëинüевNS = 8; уãоë конусности α = 30°; сpеäний pаäиаëüныйзазоp h0 = 50 ìкì; äавëение поäа÷и p0 = 0,2 МПа;теìпеpатуpа сìазо÷ной жиäкости T0 = 293 К.Пpи увеëи÷ении уãëовой скоpости ω0 и уìенü-

øении уãëа конусности α поëная несущая способ-ностü W кони÷еских МГДП, сìазываеìых воäой,возpастает (сì. pис. 2, а); объеìный pасхоä пpиэтоì незна÷итеëüно снижается (сì. pис. 2, б). По-теpи ìощности на тpение с увеëи÷ениеì уãëовойскоpости ω0 зна÷итеëüно возpастаþт, а пpи увеëи-÷ении уãëа конусности снижаþтся (сì. pис. 2, в),÷то явëяется поëожитеëüной хаpактеpистикой ис-сëеäуеìых опоp. Потеpи ìощности на пpока÷купpопоpöионаëüны объеìноìу pасхоäу сìазо÷ноãоìатеpиаëа, т. е. незна÷итеëüно снижаþтся с увеëи-÷ениеì уãëовой скоpости и уãëа конусности (сì.pис. 2, г). Безpазìеpные коэффиöиенты, хаpакте-pизуþщие стати÷еские хаpактеpистики, относи-

теëüно ëеãко ìоãут бытü поëу÷ены путеì несëож-ных аëãебpаи÷еских пpеобpазований из pазìеpныхзна÷ений.Пpивеäенные pезуëüтаты иëëþстpиpуþт основ-

ные законоìеpности pаботы кони÷еских ìноãо-кëиновых опоp жиäкостноãо тpения. Анаëоãи÷ныезависиìости ìоãут бытü поëу÷ены по пpеäставëен-ныì pас÷етныì соотноøенияì äëя кони÷ескихМГДП с пpоизвоëüныìи ãеоìетpи÷ескиìи и pабо-÷иìи паpаìетpаìи, сìазываеìых pазëи÷ныìижиäкостяìи. Pазpаботанное пpоãpаììное обеспе-÷ение [10] позвоëяет pеøатü заäа÷и пpоектиpово÷-ноãо, пpовеpо÷ноãо и оптиìизаöионноãо pас÷етовпpи pазpаботке высокоскоpостных pотоpно-опоp-ных узëов на кони÷еских ìноãокëиновых поäøип-никах жиäкостноãо тpения.


1. Токаpь И. Я. Пpоектиpование и pас÷ет опоp тpе-ния. М.: Маøиностpоение, 1971. 168 с.

2. Коpнеев А. Ю., Савин Л. А., Соломин О. В. Кони-÷еские поäøипники жиäкостноãо тpения: ìоноãpафия.М.: Маøиностpоение-1, 2008. 172 с.

3. Коpнеев А. Ю., Савин Л. А., Соломин О. В. Мате-ìати÷еская ìоäеëü неизотеpìи÷ескоãо туpбуëентноãоте÷ения сìазо÷ноãо ìатеpиаëа в кони÷еских опоpахжиäкостноãо тpения // Вестник ìаøиностpоения. 2005.№ 7. С. 37—42.

4. Соломин О. В., Коpнеев А. Ю. Чисëенное опpеäе-ëение поëя äавëений в кони÷еских опоpах жиäкостноãотpения // Вестник ìаøиностpоения. 2005. № 8. С. 46—50.

5. Савин Л. А., Соломин О. В. Pас÷ет поäøипниковскоëüжения, pаботаþщих в усëовиях äвухфазноãо со-стояния сìазо÷ноãо ìатеpиаëа // Изв. вузов. Маøино-стpоение. 2004. № 2. С. 36—42.

6. Коpнеев А. Ю., Савин Л. А., Соломин О. В. Pас÷етстати÷еских хаpактеpистик кони÷еских опоp жиäкостно-ãо тpения // Вестник ìаøиностpоения. 2006. № 12.С. 37—41.

7. Murthy, T. S. R.; Satyan, B. R.; Shenoy, R. K. Ananalysis of a new type of high precision conical preformedfour-lobe self-adjusting hydrodynamic crown bearing forgrinding work spindles // International Journal of MachineTool Design and Research. 1977. V. 17. N 4. P. 209—224.

8. Murthy, T. S. R. Analysis of multi-scallop self-adjustingconical hydrodynamic bearings for high precision spindles //Tribology International. 1981. V. 14. N 3. P. 147—150.

9. Agrawal, G. L. Analysis of power-shaped multipad hy-drodynamic conical gas bearings // STLE Tribology Transac-tions. 1993. V. 36. N 2. P. 240—248.

10. Свидетельство 2000610593 об офиöиаëüной pеãист-pаöии пpоãpаììы äëя ЭВМ "Поäøипник—Кpиоãен" /Л. А. Савин, О. В. Соëоìин, А. Ю. Коpнеев и äp.

ω02r0

4μ0 α/2( )sin

h0-------------------------------- KNтр

Nпрr

p02h0

3

12μ0--------- K

Nпрr K

Nпрr K

QVr

Nпрϕ

p02h0

3

12μ0--------- K

Nпрϕ K

Nпрϕ K

QVϕ


В помощь констpуктоpу и pасчетчику

УДК 539.371:621.88.001.572

А. С. ИВАНОВ, ä-p техн. наук, М. М. ЕPМОЛАЕВ (МГТУ иì. Н. Э. Бауìана),В. И. ГPЕК, Э. Н. НИКОЛЬСКАЯ, канäиäаты техни÷еских наук (ОАО ВНИКТИ, ã. Коëоìна), e-mail: [email protected]

Pàáîòà ñîåäèíåíèÿ ñ íàòÿãîì ïpè íàãpóæåíèè êpóòÿùèì ìîìåíòîì

Pассìотpиì pаботу соеäинения с натяãоì, наãpу-женноãо кpутящиì ìоìентоì T (pис. 1). Соеäине-ние äëиной L обpазовано поëыì ваëоì с äиаìетpа-ìи: наpужныì — d, отвеpстия — d1, изãотовëенныìиз ìатеpиаëа с ìоäуëеì упpуãости Eв и коэффиöи-ентоì Пуассона μв, и втуëкой с наpужныì äиаìет-pоì d2, изãотовëенной из ìатеpиаëа с ìоäуëеì уп-pуãости Eвт и коэффиöиентоì Пуассона μвт.Есëи пpеäпоëожитü, ÷то соеäиняеìые äетаëи —

упpуãие, а контактный сëой —абсоëþтно жесткий,то эпþpы кpутящих ìоìентов äëя втуëки (Tвт) иваëа (Tв) буäут [1] кусо÷но-ëинейныìи (сì. pис. 1).Пpи этоì пpеäеëüный ìоìент, котоpый ìожет пе-pеäатü соеäинение, составит

[T]max = pπd2Lf/2, (1)

ãäе p — äавëение в контакте; f — коэффиöиенттpения.На у÷астках а и с соеäинение пеpеäает соответ-

ственно ìоìенты ma и mc, ãäе m = [T]max/L — ин-тенсивностü ìоìентов сиë тpения, и таì буäутиìетü ìесто ëокаëüные пpоскаëüзывания, а на у÷а-стке b пеpеäаваеìый ìоìент буäет pавен нуëþ итаì ëокаëüноãо пpоскаëüзвания не возникнет. Есëибы сäеëанное пpеäпоëожение быëо веpныì, то сëе-äоваëо ожиäатü повpежäений, вызванных фpеттин-

ãоì, во всех соеäинениях с натяãоì, наãpуженныхпеpеìенныì кpутящиì ìоìентоì. Оäнако пpакти-ка экспëуатаöии показывает [2], ÷то повpежäения,вызванные фpеттинãоì, возникаþт не во всех со-еäинениях с натяãоì, наãpуженных пеpеìенныìкpутящиì ìоìентоì. Поэтоìу такуþ pас÷етнуþìоäеëü сëеäует пpизнатü нето÷ной. Боëее то÷нойбуäет ìоäеëü, в котоpой упpуãиìи с÷итаþтся нетоëüко соеäиняеìые äетаëи, но и контактный сëой.Г. Б. Иосиëеви÷ в 1981 ã. на÷аë [3], а затеì пpо-

äоëжиë [4] pазpаботку pас÷етов соеäинений с у÷е-тоì поäатëивости äетаëей и ввеäениеì в эти pас-÷еты усëовной поäатëивости контактноãо сëоя.Поä непpеpывныì усëовныì контактныì сëоеì онпоäpазуìеваë øвы сваpноãо, паяноãо иëи кëеевоãосоеäинений, øëиöы øëиöевоãо соеäинения и äp.Кpоìе тоãо, иì pассìатpиваëся äискpетный усëов-ный контактный сëой, поä котоpыì пониìаëисüвитки соеäинения винт—ãайка, закëепки закëепо÷-ноãо соеäинения и äp. В отëи÷ие от Г. Б. Иосиëе-ви÷а буäеì pеøатü заäа÷у с у÷етоì не усëовной, аpеаëüной поäатëивости контактноãо сëоя, пониìаяпоä ниì сëой øеpоховатых повеpхностей.В pаботе [5] установëено, ÷то касатеëüное сìе-

щение δτ в контактноì сëое пpи äействии на неãоäавëения p и касатеëüноãо напpяжения τ ìожновы÷исëитü по зна÷енияì коэффиöиентов вëиянияìасøтаба (ε) и касатеëüной поäатëивости (kτ):

δτ = εkττ. (2)

Коэффиöиент ε зависит от äопуска Δ пëоскостно-сти, опpеäеëяеìоãо степенüþ то÷ности по ГОСТ24643—81 и наибоëüøиì pазìеpоì L контактной по-веpхности, а также от наибоëüøей высоты Wmaxвоëны воëнистой повеpхности. Пpиниìаþт: пpиL = 50 ìì ε = 1; пpи L < 50 ìì ε = L/50; пpиL > 50 ìì, есëи 3a1/3 < a, то ε = 3a1/3, а есëи3d1/3 > a, то ε = 0,5a + (1 – a2/12)1/2, ãäе a = (Δ –– Wmax)/[Rac0(p/E)0,5]. Зäесü обозна÷ены: Ra == (Ra1 + Ra2)/2 — сpеäняя аpифìети÷еская высотаìикpонеpовностей контактиpуþщих повеpхно-стей; c0 — безpазìеpный коэффиöиент, котоpыйпpи пеpви÷ноì наãpужении ≈ 1500 ÷ 2000, а пpи по-втоpных наãpужениях ≈ 500; E = 2E1E2/(E1 + E2) —

Âûïîëíåí pàñ÷åò ñîåäèíåíèÿ ñ íàòÿãîì, íàãpóæåí-íîãî êpóòÿùèì ìîìåíòîì, ñ ó÷åòîì êàê ïîäàòëèâîñòèñîåäèíÿåìûõ äåòàëåé, òàê è êàñàòåëüíîé ïîäàòëèâîñòèêîíòàêòíîãî ñëîÿ, ÷òî ïîâûñèëî òî÷íîñòü íàõîæäåíèÿpàñïpåäåëåíèÿ êpóòÿùåãî ìîìåíòà ïî äëèíå ñîåäèíå-íèÿ è ïîçâîëèëî ïpîãíîçèpîâàòü ïîÿâëåíèå åãî ôpåò-òèíã-êîppîçèè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñîåäèíåíèå ñ íàòÿãîì, êpóòÿùèéìîìåíò, ïîäàòëèâîñòü êîíòàêòíîãî ñëîÿ, ëîêàëüíîåïpîñêàëüçûâàíèå, ôpåòòèíã-êîppîçèÿ.

Calculation of a tightness-joint, loaded by a torsiontorque, subject to both amenability of jointed details, andtangential amenability of contact layer is performed. Thatenabled to determine more precisely the torsion torque dis-tribution over the joint length and to forecast its fretting-wear occurrence.

Keywords: tightness-joint, torsion torque, amenabilityof contact layer, local slippage, fretting-wear.


пpивеäенный ìоäуëü упpуãости контактиpуþщихìатеpиаëов. Касатеëüная поäатëивостü

kτ = 0,5Rac0/(Ep)0,5. (3)

Зависиìостü сìещения δτ от касатеëüноãо на-пpяжения τ ëинейна äо пpеäеëüноãо упpуãоãо сìе-щения δτmaxp = εkτ fp, пpи пpевыøении котоpоãовозникает сpыв упpуãоãо сìещения, т. е. появëяет-ся пpоскаëüзывание, и пpеäеëüное касатеëüное на-пpяжение стабиëизиpуется на зна÷ении

τmaxp = fp. (4)

Пpиниìаеì, ÷то äефоpìаöии контактноãо сëояописываþтся фоpìуëаìи (2) ÷ (4), и pазбиваеì со-еäинение на тpи у÷астка (pис. 2): зону пpоскаëüзы-вания (0 < z m l1); зону упpуãих сìещений в кон-тактноì сëое (l1 < z < l2); зону пpоскаëüзывания(l2 m z < L). Пpи l1 = 0 и l2 = L ëокаëüные пpо-скаëüзывания отсутствуþт по всей äëине соеäине-ния. Пpи l1 = l2 соеäинение ìожет пеpеäатü пpе-äеëüный ìоìент [T]max [сì. фоpìуëу (1)], с пpе-выøениеì котоpоãо соеäинение пpоскаëüзываетпо всей повеpхности контакта (пpовоpа÷ивается)и, сëеäоватеëüно, теpяет способностü пеpеäаватüнаãpузку.Моìент пеpеäается с ваëа на втуëку всëеäствие

äействия касатеëüных напpяжений τz в контактноìсëое, котоpые, соãëасно выpаженияì (2) ÷ (4), вы-÷исëяþтся по фоpìуëаì:на у÷астках 0 < z m l1 и l2 m z < L

τz = fp; (5)

на у÷астке l1 < z < l2

τz = δz/(εkτ), (6)

ãäе δz = ϕzd/2 — сìещение в контактноì сëое наpасстоянии z от на÷аëа выбpанной систеìы кооp-äинат (сì. pис. 2); ϕz — уãоë повоpота ваëа относи-теëüно втуëки в этоì се÷ении.Выäеëиì в контактноì сëое эëеìент (коëüöо)

øиpиной dz (сì. pис. 2). Усëовие pавновесия äëянеãо буäет иìетü виä:

(Tz + dT) – Tz = τzπ dz, (7)

ãäе Tz — ìоìент на ваëу в се÷ении z; dT — пpиpа-щение ìоìента на äëине dz.Так как заäа÷а стати÷ески неопpеäеëиìа, то к

усëовиþ pавновесия сëеäует äобавитü усëовие со-вìестности пеpеìещений:

dz – dz = δz – δ0, (8)

ãäе δ0 — сìещение в контактноì сëое пpи z = 0;Gв = 0,5Eв/(1 + μв) и Gвт = 0,5Eвт/(1 + μвт) — ìо-

äуëи сäвиãа ваëа и втуëки; Iв = πd4[1 – (d1/d)4]/32

и Iвт = π [1 – (d/d2)4]/32 — ìоìенты инеpöии по-

пеpе÷ных се÷ений ваëа и втуëки.Оãpани÷иì ìоìент, наãpужаþщий соеäинение,

зна÷ениеì, пpи котоpоì не появëяþтся ëокаëüныепpоскаëüзывания, т. е. коãäа l1 = 0 и l2 = L. В этоìсëу÷ае, выpажая τz, соãëасно зависиìости (6), ÷еpез δz

Pис. 1. Pасчетная модель соединения с натягомпpи его нагpужении кpутящим моментом впpедположении, что соединяемые детали упpугие,а контактный слой абсолютно жесткий

Pис. 2. Pасчетная модель соединения с натягом, нагpуженногокpутящим моментом Т, в пpедположении, что соединяемые вал 1,втулка 2 и контактный слой 3 — упpугие

d2

2----

d2--

0

z

∫Tz

GвIв---------

0

z

∫T Tz–( )

GвтIвт---------------

d24


и поäставëяя в усëовие (7) pавновесия усëовие (8)совìестности пеpеìещений, иìееì:

= τzπ = =

= δ0 + dz – dz . (9)

Диффеpенöиpуеì уpавнение (9) по z:

= – . (10)

Ввоäя обозна÷ения k2 = +

и A = – , пpивоäиì äиффеpенöиаëüное

уpавнение (10) к виäу:

d2T/dz2 – k2Tz = A. (11)

Пpи p > 0 уpавнение (11) иìеет pеøение:

Tz = C1ekz + C2e

–kz – A/k2. (12)

Коэффиöиенты C1 и C2 опpеäеëяеì из усëовий,÷то пpи z = 0 Tz = 0 и пpи z = L Tz = T:

C2 = (ekL – 1) – T /(ekL – e–kL);

C1 = A/k2 – C2.

Сìещение δ0 в контактноì сëое пpи z = 0 нахо-äиì из уpавнения

δ0 + dz –

– dz dz = T. (13)

Вы÷исëив по фоpìуëе (12) ìоìент Tz, найäеì пофоpìуëаì (13), (8) сìещение δz, а затеì по фоpìу-ëе (6) касатеëüное напpяжение τz. Выпоëнив pас-÷еты пpи pазных зна÷ениях T, поëу÷иì ìаксиìаëü-ный кpутящий ìоìент, пpи котоpоì в се÷енииz = 0 иëи z = L касатеëüное напpяжение äостиãаетзна÷ения fp. Такиì обpазоì, опpеäеëяется наи-боëüøий в пpеäеëах упpуãоãо äефоpìиpованияконтактноãо сëоя кpутящий ìоìент Tу, непpевы-øение котоpоãо ãаpантиpует отсутствие ëокаëüныхпpоскаëüзываний, т. е. pаботу соеäинения безфpеттинãа.В pаботе [2] пpивеäены pезуëüтаты испытаний

соеäинения с натяãоì ваë—втуëка (конусностü 1:50),наãpуженноãо кpутящиì ìоìентоì (pис. 3). Pас-

сìатpивается пеpвое наãpужение. Паpаìетpы со-еäинения: d = 100 ìì, L = 120 ìì, d2 = 150 ìì,Ra1 = 0,00063 ìì, Ra2 = 0,002 ìì, Eв = Eвт == 2,1•105 МПа, μв = μвт = 0,3, f = 0,2. По наpуж-ной повеpхности втуëки быëо накëеено сеìü ãpупптензоpезистоpов, pавноìеpно pазнесенных по äëи-не, котоpые позвоëиëи изìеpитü äавëение в кон-такте и кpутящий ìоìент в pазных се÷ениях втуë-ки. Возникновение ëокаëüноãо пpоскаëüзыванияфиксиpоваëосü спеöиаëüно сконстpуиpованныìäат÷икоì, установëенныì с пpавоãо кpая соеäине-ния. Соеäинение наãpужаëи кpутящиì ìоìентоìTу = 6,89•106 Н•ìì пpи äавëении в контакте вэтоì ìесте p = 92 МПа. Пpевыøение ìоìента Tупpивоäиëо к сpыву упpуãоãо сìещения на пpавоìкpаþ. Пpеäеëüный ìоìент, котоpый ìоãëо пеpе-äатü соеäинение пpи указанноì äавëении без пpо-воpа÷ивания, вы÷исëенный по фоpìуëе (1),[T]max = 34,4•106 Н•ìì.

Pезуëüтаты испытаний пpеäставëены на pис. 4, аспëоøныìи ëинияìи. На этоì же pисунке по pе-зуëüтатаì pас÷ета по фоpìуëаì (2) ÷ (13) и фоpìу-ëаì pаботы [6] øтpиховыìи ëинияìи постpоенызависиìости Tz = f(z) и pz = f(z). Пpи pас÷ете пpи-нято c0 = 2000, ε = 1,5. Как виäно из pис. 4, а, äав-

dTdz----- d2

2----

πd2δz

2εkτ-----------

πd2

2εkτ--------

⎩⎨⎧ d

2--

0

z

∫Tz

GвIв---------

0

z

∫T Tz–( )

GвтIвт---------------

⎭⎬⎫

d2Tdz2------- πd3

4εkτ--------

Tz

GвIв---------

T Tz–( )

GвтIвт---------------

πd3

4εkτ-------- ⎝

⎛ 1GвIв--------- 1

GвтIвт------------ ⎠

⎞

πd3T4εkτGвтIвт----------------------

Ak2----

πd2

2εkτ--------

0

L

∫⎩⎨⎧ d

2--

0

z

∫Tz

GвIв---------

0

z

∫T Tz–( )

GвтIвт---------------

⎭⎬⎫

Pис. 3. Соединение, pезультаты испытаний котоpогопpиведены в pаботе [2]

Pис. 4. Гpафики pаспpеделения кpутящего момента иконтактного давления (а), а также касательногонапpяжения в контактном слое (б):спëоøные ëинии — экспеpиìент [2], øтpиховые ëинии — pас÷ет


ëение в контакте возpастает от ëевоãо кpая соеäи-нения к пpавоìу, ÷то объясняется äопоëнитеëü-ныì увеëи÷ениеì äиаìетpа ваëа с пpавоãо еãоконöа в pезуëüтате эффекта Пуассона, возникаþ-щеãо пpи затаëкивании [6] ваëа во втуëку. Пpиэтоì не набëþäаëосü повыøения контактноãо äав-ëения на кpаях соеäинения, связанноãо с pазныìиäëинаìи ваëа и втуëки.

Pаспpеäеëение кpутящеãо ìоìента по äëиневтуëки, поëу÷енное по экспеpиìентаëüныì äан-ныì (сì. pис. 4, а), позвоëиëо постpоитü ãpафик(pис. 4, б) функöии τz = f(z) (спëоøная ëиния) пу-теì ãpафи÷ескоãо äиффеpенöиpования в соответ-ствии с зависиìостüþ τz = [2/(πd2)]dT/dz, выте-каþщей из уpавнения (9). Гpафик pас÷етной зави-сиìости τz = f(z), постpоенной по pезуëüтатаìвы÷исëений по фоpìуëаì (2) ÷ (9), показан наpис. 4, б øтpиховой ëинией.

Pезуëüтаты pас÷ета pаспpеäеëений кpутящеãоìоìента во втуëке и касатеëüноãо напpяжения поäëине соеäинения (сì. pис. 4, а, б) оказаëисü бëиз-киìи экспеpиìентаëüныì äанныì, ÷то поäтвеp-жäает спpавеäëивостü пpеäëаãаеìоãо pас÷ета.

В экспëуатаöии соеäинение с натяãоì в боëü-øинстве сëу÷аев (напpиìеp в тpанспоpтных ипоäъеìно-тpанспоpтных ìаøинах) испытывает äей-ствие пеpеìенноãо кpутящеãо ìоìента. Возникно-вение ëокаëüноãо пpоскаëüзывания в этоì сëу÷аевызывает фpеттинã в соеäинении. На pис. 5, а, б по-стpоены зависиìости кpутящеãо ìоìента Tу пpиε = 1,5 от паpаìетpа Ra øеpоховатости пpиp = 92 МПа и от äавëения p в контакте пpиRa = 0,00125 ìì. Коэффиöиент c0 пpинят pавныì500, так как pассìатpиваëисü повтоpные наãpуже-ния. Из ãpафиков сëеäует, ÷то увеëи÷ивая øеpохо-ватостü и äавëение в контакте ìожно в некотоpойстепени увеëи÷итü пpеäеëüное зна÷ение кpутящеãоìоìента Tу, непpевыøение котоpоãо ãаpантиpуетотсутствие ëокаëüных пpоскаëüзываний.


1. Феодосьев В. И. Избpанные заäа÷и и вопpосы посопpотивëениþ ìатеpиаëов. М., Л.: Гостехтеоpизäат,1950. 244 с.

2. Гpечищев Е. С., Ильяшенко А. А. Соеäинения снатяãоì: Pас÷еты, пpоектиpование, изãотовëение. М.:Маøиностpоение, 1981. 246 с.

3. Иосилевич Г. Б. Конöентpаöия напpяжений и äе-фоpìаöий в äетаëях ìаøин. М.: Маøиностpоение, 1981.224 с.

4. Иосилевич Г. Б. Детаëи ìаøин. У÷ебник äëя ву-зов. М.: Маøиностpоение, 1988. 358 с.

5. Иванов А. С. Ноpìаëüная, уãëовая и касатеëüнаяконтактные жесткости пëоскоãо стыка // Вестник ìа-øиностpоения. 2007. № 7. С. 34—37.

6. Дунаев В. В., Ушаков Б. Н., Шиpшов А. А. Pас÷етусиëия постановки боëтов с pаäиаëüныì натяãоì пpи за-таëкивании и затяãивании // Pас÷еты на пpо÷ностü: Сб.статей. Вып. 21 / Поä pеä. Н. Д. Таpабасова. М.: Маøи-ностpоение, 1980. С. 29—39.

Pис. 5. Зависимости кpутящего момента Tу от паpаметpаRa шеpоховатости (а) и давления p в контакте (б)


ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒPÎÅÍÈß

УДК 621.9.06-52

В. С. ГОPЧЕВ, канä. техн. наук (МГУПИ), теë.: (495) 484-49-40

Ðåøåíèå äëÿ àâòîìàòè÷åñêèõ ëèíèé ñòpóêòópû "2 Ѕ 1" äèñêpåòíîãî äåéñòâèÿ ñ ïpîèçâîäèòåëüíîñòÿìè ó÷àñòêîâ q1 > q2 è ó÷åòîì èõ ñîâìåñòíûõ îòêàçîâ è îòêàçîâ áóíêåpà

Бëаãоäаpя успехаì в созäании ìатеìати÷ескихоснов и саìой теоpии автоìати÷еских ëиний (АЛ)появиëасü возìожностü пpиступитü к боëее то÷-ныì иссëеäованияì, коãäа у÷итываþтся совìест-ные отказы у÷астков и бункеpов, увеëи÷иваþщиеобщие потеpи АЛ, котоpые зависят от наäежностиу÷астков и бункеpа. Бункеpы поäpазäеëяþтся наìаãазинные и тpанзитные. Маãазинный бункеpвкëþ÷ается в pаботу тоëüко пpи отказах у÷астковиëи пеpиоäи÷ески, коãäа у÷астки иìеþт pазныепpоизвоäитеëüности, ÷то позвоëяет пpовоäитü пpо-фиëактику бункеpа во вpеìя pаботы ëинии и поä-äеpживатü еãо наäежностü бëизкой к еäиниöе.Тpанзитный бункеp оäновpеìенно явëяется нако-питеëеì и тpанспоpтныì устpойствоì äетаëей ìе-

жäу у÷асткаìи и pаботает постоянно и синхpоннос у÷асткаìи.Пpи совìестных отказах наäо как-то заäаватü

пpавиëо pеìонта äвух и боëее оäновpеìенно неис-пpавных у÷астков иëи у÷астка и бункеpа. Pеìонтìожет на÷инатüся сpазу иëи с ожиäаниеì наëаä÷и-ков. Отказ бункеpа вызывает остановку äвух сосеä-них у÷астков, поэтоìу он вëияет на потеpи АЛ вбоëüøей степени, ÷еì отказ у÷астка. Все эти во-пpосы тpебуþт иссëеäования.Данная статüя посвящена иссëеäованиþ вëия-

ния совìестных отказов у÷астков и бункеpа на пpо-извоäитеëüностü и наäежностü АЛ, öеëü котоpоãо —найти аналитическое pешение для АЛ стpуктуpы"2 Ѕ 1" дискpетного действия с пpоизводительностя-ми участков q1 > q2 и учетом их совместных отказови отказов бункеpа.

Постановка задачи

Pассìотpиì новые пpобëеìы, возникаþщиепpи иссëеäовании АЛ из-за совìестных отказову÷астков и бункеpов. У÷ет совìестных отказов зна-÷итеëüно увеëи÷ивает ÷исëо состояний систеìы.Дëя анаëиза состояний pассìатpиваеìой АЛ по-стpоиì ее pазìе÷енный ãpаф (pисунок), из кото-pоãо сëеäует, ÷то у÷ет совìестных отказов пpиба-виë к основныì состоянияì "1", "1.1", "2.1", "0","1.0", "2" и "2.2" новые: "1—2.1" — совìестных от-казов у÷астков 1 и 2; "0.1.1" — отказа тоëüко бун-кеpа; "1.1.1" и "2.1.1" — совìестных отказов бунке-pа и у÷астков 1, 2. В ãëавных состояниях "0", "1" и"2", коãäа pаботаþт все у÷астки и бункеp, указыва-þтся тоëüко состояния бункеpов: 0 — бункеp пуст;2 —бункеp поëон; 1 — бункеpный запас нахоäитсяна пpоìежуто÷ноì уpовне в äиапазоне:0 < z < max, ãäе z — текущий запас äетаëей в бун-кеpе. В состояниях отказов "1.1", "2.1", "1.0" и "2.2"пеpеä состояниеì бункеpа указывается ÷еpез то÷куноìеp отказавøеãо у÷астка. Есëи же неиспpавныеще нескоëüко у÷астков, то их ноìеpа указываþтсявпеpеäи ÷еpез тиpе, напpиìеp, "1—2.1". В состоя-

Ïîëó÷åíî àíàëèòè÷åñêîå påøåíèå äëÿ ÀË ñòpóêòópû"2 Ѕ 1" äèñêpåòíîãî äåéñòâèÿ ñ ïpîèçâîäèòåëüíîñòÿìèó÷àñòêîâ q1 > q2 è ó÷åòîì èõ ñîâìåñòíûõ îòêàçîâ è îò-êàçîâ áóíêåpà. Ôîpìóëû, ïîëó÷åííûå ñ ó÷åòîì påàëü-íîãî ïpîöåññà ôóíêöèîíèpîâàíèÿ ÀË, ïîçâîëÿþò èññëå-äîâàòü è ïpîåêòèpîâàòü áîëåå ñîâåpøåííûå ÀË. Îäíî-âpåìåííî àíàëèòè÷åñêîå påøåíèå ñâèäåòåëüñòâóåò îòîì, ÷òî ñîçäàíû ìàòåìàòè÷åñêèå îñíîâû, ïîçâîëÿþùèåíàõîäèòü påøåíèÿ äëÿ ëþáûõ ÀË ñòpóêòópû "2 Ѕ 1".

Êëþ÷åâûå ñëîâà: àâòîìàòè÷åñêèå ëèíèè, èõ ñòpóêòó-pû, íàäåæíîñòü ó÷àñòêîâ, åìêîñòü áóíêåpà, ãpàô ñîñòîÿ-íèé, ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü, àíàëèòè÷åñêîå påøåíèå,pàñ÷åòíûå ôîpìóëû, èòîãîâûå õàpàêòåpèñòèêè ñèñòåìû.

An analytical solution for transfer lines of discrete ac-tion 2 Ѕ 1 structure with the sectors productivities q1 > q2taking into account theirs combined failures and bunkerfailure is obtained. The expressions, obtained subject to areal process of the transfer line functioning, enable to in-vestigate and design more advanced transfer lines. At thesame time this analytical solution testifies, that the math-ematical foundations have been developed, allowing findthe solutions for any transfer lines of 2 Ѕ 1 structure.

Keywords: transfer lines, structures of transfer lines,reliability of sectors, bunker capacity, state graph, mathe-matical model, analytical solution, design formulae, totalcharacteristics of a system.


ниях с отказоì бункеpа посëе состояния запаса äе-таëей в бункеpе ÷еpез то÷ку указывается ноìеp от-казавøеãо бункеpа: "1.1.1" и "2.1.1" (в конöе обо-зна÷ений стоит еäиниöа, так как иссëеäуеìая АЛсоäеpжит оäин бункеp). В обозна÷ении состояния"0.1.1" ноëü озна÷ает, ÷то нет отказавøих у÷астков,отказаë тоëüко бункеp. Этот пpинöип поëожен и воснову указания инäексов пpи веpоятностях соот-ветствуþщих состояний: P0, P1.0, P1, P1.1, P2.1, P2,P2.2, P1—2.1, P0.1.1, P1.1.1 и P2.1.1.

Pабота бункеpа опpеäеëяется еãо хаpактеpисти-каìи наäежности: и , ãäе — интенсивностüпотока отказов бункеpа, — интенсивностü потокавосстановëения бункеpа посëе отказа. Интенсивностüпотока отказов бункеpа соответствует наибоëüøейпpоизвоäитеëüности и в наøей заäа÷е это q1. Интен-сивности äëя äpуãих зна÷ений пpоизвоäитеëüностейq2 и q1 – q2 опpеäеëяþтся соотноøенияìи:

↔ q1; ↔ q1;

↔ q2; и → q1 – q2;

= = .

Иìенно эти зна÷ения и указаны на ãpафесостояний у стpеëок, опpеäеëяþщих пеpехоäы изсостояния "1.1" в состояние "1.1.1" и из состояния"1" в состояние "0.1.1".У÷ет совìестных отказов у÷астков и бункеpа

вëияет на зна÷ения веpоятностей тех пеpехоäов,котоpые указываþт на то, ÷то систеìа за вpеìя Δtникуäа не пеpехоäит (ина÷е — пpоäоëжает оста-ватüся в исхоäноì состоянии иëи пеpехоäит "саìав себя"). На ãpафе состояний они указаны поëу-кpуãëыìи стpеëкаìи. Такой пеpехоä äëя состояния"1.1" иìеет виä:

1 – μ1 + λ2 + Δt ,

ãäе паpаìетpы μ1, λ2 и в кpуãëых скобках указы-ваþт, ÷то за вpеìя Δt не äоëжны: восстановитüсяу÷асток 1; отказатü у÷асток 2; отказатü бункеp, т. е.за вpеìя Δt ни оäно устpойство не äоëжно изìенитüсвоеãо состояния.Втоpой пpобëеìой явëяется äисöипëина восста-

новëения отказавøих у÷астков и бункеpа. Pассìот-pиì некотоpые ваpианты восстановëения на пpи-ìеpе неиспpавных у÷астка 1 и бункеpа состояния"1.1", коãäа восстанавëивается у÷асток 1, а у÷асток 2pаботает и запас äетаëей в бункеpе уìенüøается.В какой-то ìоìент вpеìени пpоисхоäит отказ са-ìоãо бункеpа. АЛ пеpехоäит из состояния "1.1" всостояние "1.1.1". Оäин из ваpиантов восстановëе-ния систеìы ìожет бытü такиì: наëаä÷ики пpоäоë-жаþт восстанавëиватü у÷асток 1, а äëя pеìонта бун-кеpа вызывается новая бpиãаäа наëаä÷иков. Это –оpãанизаöия pеìонта без ожиäания наëаä÷иков,пpи котоpоì возìожно, ÷то пеpвыì буäет восста-новëен у÷асток 1, и тоãäа АЛ пеpейäет из состояния"1.1.1" в состояние "0.1.1", как показано стpеëкойна ãpафе состояний. Есëи пеpвыì буäет восстанов-ëен бункеp, то АЛ пеpейäет в исхоäное состояние"1.1". Дëя восстановëения äвух у÷астков в состоя-нии "1—2.1" вызываþтся также äве бpиãаäы наëаä-÷иков. Такая схеìа pеìонта уìенüøает общие по-теpи АЛ и позвоëяет поëностüþ pеаëизоватü ее тех-ни÷еские возìожности. В öеëоì у÷ет совìестныхотказов у÷астков и бункеpа и посëеäоватеëüностüих восстановëения вëияþт на ìатеìати÷ескуþ ìо-äеëü АЛ, äиффеpенöиаëüные уpавнения котоpойбуäут вкëþ÷атü паpаìетpы наäежности и бун-кеpа, и усëожняþт фоpìуëы äëя опpеäеëения ха-pактеpистик иссëеäуеìой систеìы.Дëя иссëеäования вëияния совìестных отказов

у÷астков и бункеpа пpи pеìонте без ожиäания на-ëаä÷иков на наäежностü АЛ ставится заäа÷а: найтианалитическое pешение для АЛ стpуктуpы "2 Ѕ 1"дискpетного действия с пpоизводительностями уча-стков q1 > q2 и учетом их совместных отказов иотказов бункеpа.

[1 – (μ1 + μ)Δt]•• [1 – (μ2 + μ)Δt]••(1 – μΔt)••

μ1Δt μ2Δt«1.1.1» «0.1.1» «2.1.1»

μΔt••μΔt•• μΔt••

λΔt••λΔt••λΔt••

«1.1» «1» «2.1»

«1—2.1»

λ1Δt λ2Δt

μ1Δt μ2Δt

μ1Δtμ2Δt λ2Δt λ1Δt

λ1Δt

μ1Δt

λ2Δt

«1.0» «0»

λ2Δt

λdΔt

μ2Δt«2» «2.2»

λ1Δt

[1 – (μ1 + μ2)Δt]

[1 –

(μ 1

+ λ

2 +

q2q1

q1 –q2q1

λΔt]

••q 1

–q 2

q 1

λΔt]

••q 2 q 1

[1 –

(λ 1

+ λ

2 +

[1 –

(μ 2

+ λ

1 +

λ)Δ

t]••

(1 – μ1Δt) [1 – (λ1 + λ2 + λd)Δt]

(1 – μ2Δt)q2q1

[1 – ( λ1 + λ2)Δt]

q2q1

Pазмеченный гpаф состояний АЛ стpуктуpы "2 Ѕ 1"дискpетного действия с пpоизводительностями участковq1 > q2 и учетом их совместных отказов и отказов бункеpа

λ·· μ·· λ··

μ··

λ··

λ·· λ··

λ··1 λ··2

λ··1q2

q1---- λ·· λ··2

q1 q2–

q1------------- λ··

λ··1 λ··2

⎝⎛ q2

q1---- λ·· ⎠

⎞

λ··

λ·· μ··


Pешение задачи

Дëя pеøения поставëенной заäа÷и испоëüзуетсяìетоäоëоãия ìаpковских пpоöессов, соãëасно ко-тоpой на пеpвоì этапе опpеäеëяþтся все состоянияäëя указанной АЛ. Итоãоì äанноãо этапа явëяетсяpазìе÷енный ãpаф состояний (сì. pисунок).На втоpоì этапе pеøения заäа÷и стpоится ìате-

ìати÷еская ìоäеëü иссëеäуеìой АЛ с у÷етоì сëе-äуþщих поëожений:

1) законы pаспpеäеëения вpеìени ìежäу отка-заìи и вpеìени восстановëения посëе отказов яв-ëяþтся экспоненöиаëüныìи;

2) запас äетаëей в бункеpе изìеpяется в еäини-öах zτ, т. е. äëитеëüностüþ еãо pасхоäования и на-копëения; зäесü z — уpовенü запаса в бункеpе, пpи-ниìает ëþбые öеëо÷исëенные зна÷ения в интеpва-ëе [0 m z m zmax], ãäе zmax — ìаксиìаëüныйбункеpный запас, τ — вpеìя обpаботки оäной äе-таëи на ëинии;

3) пpостаиваþщий у÷асток иëи бункеp отказатüне ìожет;

4) восстановëение у÷астка, бункеpа и äpуãоãообоpуäования на÷инается сpазу посëе отказа (сис-теìа обсëуживания без ожиäания наëаä÷иков).Тоãäа ìатеìати÷еская ìоäеëü АЛ стpуктуpы

"2 Ѕ 1" äискpетноãо äействия с пpоизвоäитеëüно-стяìи у÷астков q1 > q2 и у÷етоì их совìестных от-казов и отказов бункеpа и pеìонте без ожиäаниянаëаä÷иков пpиниìает виä, пpивеäенный ниже.Математическая модель центpального звена "1"

(q1 – q2) = – λ1 + λ2 + p1 +

+ μ1p1.1 + μ2p2.1 + p0.1.1; (1)

–q2 = – μ1 + λ2 + p1.1 +

+ λ1p1 + μ2p1—2.1 + p1.1.1; (2)

q1 = –(μ2 + λ1 + )p2.1 +

+ λ2p1 + μ1p1—2.1 + p2.1.1; (3)

p1—2.1 = ; (4)

p0.1.1 = p1 + μ1p1.1.1 + μ2p2.1.1; (5)

p1.1.1 = p1.1; p2.1.1 = p2.1, (6)

Начальные условия центpального звена "1"

P0 = p1(0); (7)

P0 = p1.1(0); P2 = p1.1(zmaxτ2); (8)

P0 = p2.1(0); (9)

Математическая модель звена "0"

0 = –(λ1 + λ2 + λd)P0 + μ1P1.0; (10)

0 = –μ1P1.0 + λ1P0 + q2p1.1(0). (11)

Математическая модель звена "2"

0 = – λ1 + λ2 P2 + μ2P2.2 +

+ (q1 – q2)p[zmax(τ2 – τ1)]; (12)

0 = –μ2P2.2 + λ2P2 + q1p2.1(zmaxτ1). (13)

Исхоäная систеìа тpех äиффеpенöиаëüныхуpавнений (1) ÷ (3) соäеpжит сеìü неизвестныхфункöий: p1, p1.1, p2.1, p1—2.1, p0.1.1, p1.1.1 и p2.1.1.

Испоëüзуя фоpìуëы (4) ÷ (6), опpеäеëяя функöииp1—2.1, p0.1.1, p1.1.1 и p2.1.1 совìестных отказов у÷а-

стков и бункеpа ÷еpез функöии p1, p1.1 и p2.1, поä-

ставëяя их зна÷ения в исхоäнуþ систеìу уpавнений(1) ÷ (3) и выпоëняя соответствуþщие пpеобpазова-ния, поëу÷иì систеìу äиффеpенöиаëüных уpавне-ний тоëüко с тpеìя неизвестныìи функöияìи p1,

p1.1 и p2.1:

(q1 – q2) = –(λ1 + λ2)p1 +

+ μ1 + p1.1 + μ2 + p2.1; (14)

–q2 = – μ1 + + p1.1 +

+ λ1p1 + p2.1; (15)

q1 = – μ2 + + p2.1 +

+ λ2p1 + p1.1. (16)

p1∂

z τ2 τ1–( )∂-------------------- ⎝

⎛ q1 q2–

q1------------- λ·· ⎠

⎞

μ··

p1.1∂

zτ2∂--------- ⎝

⎛ q2

q1---- λ·· ⎠

⎞

μ··

p2.1∂

zτ1∂--------- λ··

μ··

λ2p1.1 λ1p2.1+

μ1 μ2+----------------------------

μ··q1 q2–

q1------------- λ··

q2

q1---- λ··

μ·· μ1+----------- λ··

μ·· μ2+-----------

λd

q1 q2–-------------

λ2λd

q2---------

λ1

q1----

λ2

q1----

⎝⎛ q2

q1---- ⎠

⎞

p1∂

z τ2 τ1–( )∂--------------------

⎝⎛ q2

q1----

λ··μ1

μ·· μ1+----------- ⎠

⎞⎝⎛ λ··μ2

μ·· μ2+----------- ⎠

⎞

p1.1∂

zτ2∂--------- ⎝

⎛ λ2μ1

μ1 μ2+--------------

q2

q1----

λ··μ1

μ·· μ1+----------- ⎠

⎞

λ1μ2

μ1 μ2+--------------

p2.1∂

zτ1∂--------- ⎝

⎛ λ1μ2

μ1 μ2+--------------

λ··μ2

μ·· μ2+----------- ⎠

⎞

λ2μ1

μ1 μ2+--------------


Скëаäывая äиффеpенöиаëüные уpавнения(14) ÷ (16) и интеãpиpуя, поëу÷иì уpавнение связитpех искоìых функöий p1, p1.1 и p2.1:

(q1 – q2)p1(z(τ2 – τ1)) –– q2p1.1(zτ2) + q1p2.1(zτ1) = C.

Скëаäывая уpавнения (10) и (11) äëя опpеäеëе-ния постоянной интеãpиpования C и пpиниìая вовниìание на÷аëüные усëовия (7) и (9), поëу÷иìуpавнение

(q1 – q2)p1(0) – q2p1.1(0) + q1p2.1(0) = 0,

из котоpоãо сëеäует, ÷то пpи бункеpноì запасеz = 0 постоянная интеãpиpования C = 0 и ìожноутвеpжäатü, ÷то она pавна нуëþ пpи ëþбоì зна÷е-нии бункеpноãо запаса. Дëя боëüøей убеäитеëüно-сти составиì äанное уpавнение äëя бункеpноãо за-паса, коãäа z = max.Скëаäывая уpавнения (12) и (13) äëя опpеäеëе-

ния постоянной интеãpиpования C и пpиниìая вовниìание втоpое из на÷аëüных усëовий (8), поëу-÷иì уpавнение

(q1 – q2)p1[zmax(τ2 – τ1)] –– q2p1.1(zmaxτ2) + q1p2.1(zmaxτ1) = 0,

из котоpоãо также сëеäует, ÷то постоянная интеã-pиpования C = 0, поэтоìу исхоäное уpавнение,опуская зна÷ения текущеãо запаса в кpуãëых скоб-ках, ìожно записатü в виäе:

q1p2.1 = q2p1.1 – (q1 – q2)p1. (17)

Повыøенный интеpес к äанноìу уpавнениþобъясняется теì, ÷то оно позвоëяет, зная ëþбыеäве функöии, опpеäеëитü тpетüþ, а это указываетна то, ÷то äëя опpеäеëения äpуãих äвух функöийäостато÷но испоëüзоватü тоëüко äва äиффеpенöи-аëüных уpавнения.Пpиìеняя ìетоäоëоãиþ pеøения систеìы äиф-

феpенöиаëüных уpавнений [1] к систеìе уpавнений(14) ÷ (16), поëу÷иì фоpìуëы äëя опpеäеëенияфункöий p1, p1.1 и p2.1 pаспpеäеëения äетаëей в бун-кеpе по уpовняì:

p1 = C1 1 + S + C2 ; (18)

p1.1 = C1 + C2 ; (19)

p2.1 = C1 – 1 + S +

+ C2 – , (20)

в котоpых коэффиöиенты , , и S опpеäе-

ëяþтся по фоpìуëаì:

= ;

= + 1 + ;

= +

+ 1 + – S;

S = .

Двунапpавëенные стpеëки наä коэффиöиента-ìи , и указываþт на то, ÷то в äанноì pе-øении у÷итываþтся совìестные отказы у÷астков иотказы бункеpа, а инäекс ">" пpи коэффиöиентах —на то, ÷то пpоизвоäитеëüностü у÷астка 1 боëüøепpоизвоäитеëüности у÷астка 2. Есëи наä этиìи ко-эффиöиентаìи буäут указаны стpеëки, напpавëен-ные впpаво, зна÷ит, в äанноì pеøении у÷итываþт-ся тоëüко совìестные отказы у÷астков.Испоëüзуя функöии p1 и p1.1 и их на÷аëüные ус-

ëовия (7) и пеpвое из уpавнений (8), опpеäеëиì по-стоянные коэффиöиенты интеãpиpования C1 и C2:

C1 = P0;

C2 = P0,

ãäе коэффиöиент h1 = 1 + S.

Коэффиöиенты C1 и C2 зависят от неизвестноãопаpаìетpа λd —интенсивности пеpехоäов АЛ из со-стояния "0" в состояние "1" пpи äетеpìиниpованноìпpоöессе, коãäа АЛ пеpехоäит из оäноãо состоянияв äpуãое кажäый pаз посëе изãотовëения опpеäеëен-ноãо ÷исëа äетаëей. Анаëиз систеìы уpавнений(18)÷ (20), выпоëненный в соответствии с ìетоäоëо-ãией опpеäеëения постоянных интеãpиpования [2],

⎝⎛ λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔ ⎠⎞ e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

T>

↔

eω>zτ2↔

λ1

q2---- S

ω>----- e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

eω>zτ2↔

λ1

q1---- S

ω·· >-----

q1 q2–

q1------------- ⎝

⎛ λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔ ⎠⎞ e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

⎝⎛ q2

q1----

q1 q2–

q1-------------T>

↔

⎠⎞ e

ω>zτ2↔

T>

↔

ψ>

↔ ω>

↔

T>

↔

q1μ1 q2μ2+

q1----------------------- λ··

q2

q1----

μ1

μ·· μ1+-----------

μ2

μ·· μ2+-----------+

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

+

λ1 λ2+( ) q1 q2–( )q2

q1---- 1 λ··

μ·· μ2+-----------+⎝ ⎠

⎛ ⎞+

--------------------------------------------------------------------

ψ>↔

λ1 λ2+

q1 q2–-------------

μ2

q1---- ⎝

⎛ λ··

μ·· μ2+----------- ⎠

⎞

ω>

↔q1λ2μ1 q2λ1μ2–

q1q2 μ1 μ2+( )--------------------------------

μ1

q2---- ⎝

⎛ q2

q1---- λ··

μ·· μ1+----------- ⎠

⎞ λ1

q2----T>

↔

q1μ1 q2μ2+

q1 μ1 μ2+( )-----------------------

T>

↔

ψ>↔ ω>

↔

λd 1 q1 q2–( )T>

q2-----– q1 q2–( )

λ2

q2----T>–

q1 q2–( )----------------------------------------------------------------------

↔

↔

λd q1 q2–( )h1

q2----

λ1

q2---- S

ω>-----– q1 q2–( )

λ2

q2----h1–

q1 q2–( )----------------------------------------------------------------------------

↔

λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔


позвоëиë опpеäеëитü втоpое зна÷ение коэффиöиен-та C2, pавное λ2P0/q2, и поëу÷итü уpавнение

=

и фоpìуëы äëя опpеäеëения паpаìетpа λd и коэф-фиöиента интеãpиpования C1:

λd = ;

C1 = P0 = λd P0,

ãäе коэффиöиент h2 = – (q1 – q2) .

Паpаìетp λd pавен нуëþ äëя сëу÷айных пpоöес-сов, коãäа пpоизвоäитеëüности у÷астков pавны(q1 = q2), на ÷то и указывает ìножитеëü (q1 – q2) в÷исëитеëе фоpìуëы.Поäставëяя зна÷ения коэффиöиентов C1 и C2 в

уpавнения (18)÷(20) и выпоëняя соответствуþщиепpеобpазования, поëу÷иì фоpìуëы äëя опpеäеëения:

1) функöии p1 pаспpеäеëения äетаëей по уpов-няì в бункеpе, коãäа pаботаþт у÷астки 1 и 2, а бун-кеpный запас возpастает со скоpостüþ (q1 – q2):

p1 = P0 λd 1 + S +

+ ;

2) функöии p1.1 pаспpеäеëения äетаëей по уpов-няì в бункеpе, коãäа отказаë у÷асток 1, pаботает у÷а-сток 2, а бункеpный запас убывает со скоpостüþ q2:

p1.1 = P0 λd + ;

3) функöии p2.1 pаспpеäеëения äетаëей по уpов-няì в бункеpе, коãäа отказаë у÷асток 2, pаботаету÷асток 1, а бункеpный запас возpастает со скоpо-стüþ q1:

p2.1 = P0 λd h2 +

+ – .

Интеãpиpуя функöии p1, p1.1 и p2.1 pаспpеäеëе-ния äетаëей по уpовняì в бункеpе, поëу÷иì фоp-ìуëы äëя опpеäеëения:

1) веpоятности P1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахоäитüсяв состоянии "1", коãäа pаботаþт у÷астки 1 и 2, абункеpный запас возpастает со скоpостüþ (q1 – q2):

P1 = P0 λd 1 + S Ѕ

Ѕ + ;

2) веpоятности P1.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахоäитü-ся в состоянии "1.1", коãäа отказаë у÷асток 1, у÷а-сток 2 pаботает, а бункеpный запас убывает со ско-pостüþ q2:

P1.1 =

= P0 λd + ;

3) веpоятности P2.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахоäитü-ся в состоянии "2.1", коãäа отказаë у÷асток 2, у÷а-сток 1 pаботает, а бункеpный запас возpастает соскоpостüþ q1:

P2.1 = P0 λd h2 +

+ – .

Испоëüзуя соотноøение λ1P2/q1 = p1.1(zmaxτ2),опpеäеëиì веpоятностü P2 тоãо, ÷то АЛ буäет нахо-äитüся в состоянии "2", коãäа у÷асток 1 pаботает несо своей ноìинаëüной пpоизвоäитеëüностüþ, а спpоизвоäитеëüностüþ у÷астка 2, и бункеpный за-пас остается на ìаксиìаëüноì уpовне:

P2 = P0 λd + .

Пеpеписав уpавнение (13) в виäе P2.2 = P2 +

+ p2.1(zmaxτ2) и поäставëяя зна÷ение p2.1(zmaxτ1),

поëу÷иì фоpìуëу äëя опpеäеëения веpоятностиP2.2 тоãо, ÷то АЛ буäет нахоäитüся в состоянии от-

каза "2.2", коãäа отказаë у÷асток 2, а у÷асток 1 пpо-

λd q1 q2–( )h1

q2----

λ1

q2---- S

ω>-----– q1 q2–( )

λ2

q2----h1–

q1 q2–( )----------------------------------------------------------------------------

↔

λ2

q2----

q1 q2–( )

h2----------------

λ2

q2----

λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔

q1 q2–( )

h2----------------

λ2

q2----

T>q2-----

↔

ω>λ1-----↔

λ2

q2---- S

ω>-----↔

h1

q2----

⎩⎨⎧ ω>

λ1-----↔

⎝⎛ λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔ ⎠⎞ e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

λ2

q2----T

>

↔

eω>zτ2↔

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ S

q2---- e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔ λ2

q2---- e

ω>zτ2↔

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ω>

λ1-----↔ q2

q1---- e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

λ2

q2---- ⎝

⎛ q2

q1----

q1 q2–

q1-------------T

>

↔

⎠⎞ e

ω>zτ2↔

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ω>

λ1-----↔

⎝⎛ λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔ ⎠⎞

1 eψ>zmax τ2 τ1–( )–

–ψ>

-------------------------------------

↔

↔

λ2

q2----T

>

↔ eω>zmaxτ2 1–

ω>-------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ S

q2---- 1 e

ψ>zmax τ2 τ1–( )––

ψ>-------------------------------------

↔

↔

λ2

q2---- e

ω>zmaxτ2 1–ω>

-------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ω>

λ1-----↔ q2

q1---- 1 e

ψ>zmax τ2 τ1–( )––

ψ>-------------------------------------

↔

↔

λ2

q2---- ⎝

⎛ q2

q1----

q1 q2–

q1-------------T>

↔

⎠⎞ e

ω>zmaxτ2 1–ω>

-------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

q1

λ1----

⎩⎨⎧ S

q2---- e

ψ>zmax τ2 τ1–( )– ↔ λ2

q2---- e

ω>zmaxτ2↔

⎭⎬⎫

λ2

μ2----

q1

μ2----


стаивает, так как бункеp поëон и не пpиниìает äе-таëи, обpаботанные на у÷астке 1:

P2.2 = P2 + P0 +

+ – .

Пеpеписав уpавнение (10) в виäе P1.0 =

= P0 и поäставëяя зна÷ение λd, поëу÷иì

фоpìуëу äëя опpеäеëения веpоятности P1.0 тоãо,÷то АЛ буäет нахоäитüся в состоянии отказа "1.0",коãäа отказаë у÷асток 1, а у÷асток 2 пpостаивает,так как в бункеpе нет äетаëей:

P1.0 = P0 + .

Испоëüзуя уpавнения (4) ÷ (6) и интеãpиpуя вхо-äящие в них функöии p1, p1.1 и p2.1, поëу÷иì фоp-ìуëы äëя опpеäеëения:

1) веpоятности P1—2.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахо-äитüся в состоянии отказа "1—2.1", коãäа восста-навëиваþтся у÷астки 1 и 2, а бункеp пpостаивает:

P1—2.1 = P1.1 + P2.1;

2) веpоятности P0.1.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахо-äитüся в состоянии отказа "0.1.1", коãäа отказаëбункеp, а у÷астки 1 и 2 пpостаиваþт:

P0.1.1 = P1 + P1.1 + P2.1;

3) веpоятности P1.1.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахо-äитüся в состоянии отказа "1.1.1", коãäа отказаëсна÷аëа у÷асток 1, а затеì бункеp:

P1.1.1 = P0 λd +

+ ;

4) веpоятности P2.1.1 тоãо, ÷то АЛ буäет нахо-äитüся в состоянии отказа "2.1.1", коãäа отказаëсна÷аëа у÷асток 2, а затеì бункеp:

P2.1.1 = P0 λd h2 +

+ – .

Испоëüзуя усëовие поëноты систеìы

P0 + P1.0 + P1 + P1.1 + P2.1 + P2 + P2.2 ++ P1—2.1 + P0.1.1 + P1.1.1 + P2.1.1 = 1,

опpеäеëиì веpоятностü

P0 = →

→ ,

ãäе , , ..., — зна÷ения соответствуþщих

веpоятностей без соìножитеëя P0.Такиì обpазоì, поставëенная выøе заäа÷а pе-

øена. Анаëити÷еское pеøение соäеpжит фоpìуëыäëя опpеäеëения веpоятностей P0, P1.0, P1, P1.1,P2.1, P2, P2.2, P1—2.1, P0.1.1, P1.1.1 и P2.1.1 всех состоя-ний систеìы и функöий p1, p1.1 и p2.1 pаспpеäеëе-ния äетаëей по уpовняì пpи напоëнении и опо-pожнении бункеpа.

Пpактическое пpиложение полученных pезультатов

Поëу÷енные зна÷ения веpоятностей состоянийАЛ позвоëяþт опpеäеëитü:

1) коэффиöиент техни÷ескоãо испоëüзования АЛ

ηт.и = P0 + P1 + P1.1 + P2

иëи ηт.и = 1/ 1 +

+ ;

2) коэффиöиент наëоженных потеpü у÷астка 1на у÷асток 2

δ1 → 2 = P1.0/(P1.0 + P1.1 + P1.1.1)иëи δ1 → 2 = 1/(1 + P1.1/P1.0);

3) коэффиöиент наëоженных потеpü у÷астка 2на у÷асток 1

δ2 → 1 = P2.2/(P2.2 + P2.1 + P2.1.1) иëи δ2 → 1 = 1/(1 + P2.1/P2.2);

4) ãpани÷нуþ функöиþ äëя иссëеäования АЛстpуктуpы "3 Ѕ 2", испоëüзуя пpавиëо [1, с. 40]:в качестве гpаничной функции всегда следует выби-pать функцию pаспpеделения деталей по уpовнямглавного состояния центpального звена, котоpая со-хpаняет свою фоpму пpи любых условиях.Это буäет функöия p1, в котоpой опущены по-

стоянные общие ìножитеëи:

p1 = С + (21)

q1

μ2----

λ2

μ2----

⎩⎨⎧q1 q2–

q1-------------

λ2

q2----T

>

↔

eψ>zmax τ2 τ1–( )– ↔

λ2

q2---- ⎝

⎛ q2

q1----

q1 q2–

q1-------------T>

↔

⎠⎞ e

ω>zmaxτ2↔

⎭⎬⎫

λ1 λ2 λ3+ +

μ1-----------------------

⎩⎨⎧λ1 λ2+

μ1-------------

q1 q2–( )

μ1h2----------------

λ2

q2----

λ1

q2----

T>ω>-----

↔

↔

⎭⎬⎫

λ2

μ1 μ2+--------------

λ1

μ1 μ2+--------------

λ··

μ··--

q1 q2–

q1-------------

λ··μ1

μ·· μ·· μ1+( )------------------

λ··μ2

μ·· μ·· μ2+( )------------------

q2

q1---- λ··

μ·· μ1+-----------

⎩⎨⎧ S

q2---- 1 e

ψ>zmax τ2 τ1–( )––

ψ>-------------------------------------

↔

↔

λ2

q2---- e

ω>zmaxτ2 1–ω>

-------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

λ··

μ·· μ1+-----------

⎩⎨⎧ ω>

λ1-----↔ q2

q1---- 1 e

ψ>zmax τ2 τ1–( )––

ψ>-------------------------------------

↔

↔

λ2

q2---- ⎝

⎛ q2

q1----

q1 q2–

q1-------------T

>

↔

⎠⎞ e

ω>zmaxτ2 1–ω>

-------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

11 P1.0

* P1* P1.1

* P2.1* P2

* P2.2* P1—2.1

*+ + + + + + +-------------------------------------------------------------------------------------------

P0.1.1

* P1.1.1* P2.1.1

*+ + +------------------------------------------------

P1.0* P1

* P2.2*

⎝⎛

P1.0 P2.1 P2.2 P1—2.1 P0.1.1 P1.1.1 P2.1.1+ + + + + +

P0 P1 P1.1 P2+ + +------------------------------------------------------------------------------------------------- ⎠

⎞

⎩⎨⎧ q1 q2–( )

h2----------------

h1

q2---- e

ψ>z τ2 τ1–( )– ↔

eω>z1τ2↔

⎭⎬⎫


и äëя пpеобpазования ее в ãpани÷нуþ функöиþ ис-поëüзуþтся ãpани÷ные усëовия АЛ стpуктуpы"3 Ѕ 2" виäа: λ3P10/q2, λ1P21/q2, λ2P01/q1, λ2P12/q3.Кажäое ãpани÷ное усëовие пpеäставëяет собой

интеãpаë функöии , и äëя пеpвоãо ãpани÷ноãоусëовия λ3P10/q2 иìеет виä:

P10 = C +

+ .

Коэффиöиент C в поëу÷енной фоpìуëе опpеäе-ëяет то÷ку на÷аëа ãpани÷ной функöии такиì обpа-зоì, ÷тобы ãpани÷ная функöия отве÷аëа паpаìет-pаì АЛ стpуктуpы "3 Ѕ 2" а инäекс "1 – max" пpи zуказывает на ìаксиìаëüный уpовенü äетаëей в бун-кеpе 1.Пеpвое ãpани÷ное усëовие λ3P10/q2 указывает на

пëотностü веpоятности появëения пеpвой äетаëи вбункеpе 2 пpи отказе у÷астка 3, коãäа АЛ пеpехоäитиз ãëавноãо состояния "10" в состояние отказа"3.11", в котоpоì pаботаþт у÷астки 1 и 2, и поэтоìув саìой фоpìуëе и ее коэффиöиентах , , h1и h2 зна÷ения инäексов сохpаняþтся.Втоpое ãpани÷ное усëовие λ1P21/q2 указывает на

то, ÷то отказаë у÷асток 1 и ìаксиìаëüный запас äе-таëей в бункеpе на÷инает уìенüøатüся, а это соот-ветствует пëотности веpоятности тоãо, ÷то äетаëüпокинет ìаксиìаëüный уpовенü в бункеpе и АЛ пе-pейäет из ãëавноãо состояния "21" в состояние от-каза "1.11", в котоpоì pаботаþт у÷астки 2 и 3, по-этоìу инäексы соãëасно pаботе [3, с. 51] сëеäует за-ìенитü: 1 на 2; 2 на 3, тоãäа поëу÷иì:

P21 = C +

+ .

Опpеäеëяя из посëеäнеãо уpавнения C и поä-ставëяя еãо в уpавнение (21), поëу÷иì искоìуþãpани÷нуþ функöиþ:

p1 = P10 Ѕ

Ѕ .

Анаëоãи÷но опpеäеëяþтся ãpани÷ные функöиии äëя остаëüных ãpани÷ных усëовий. Такиì обpа-зоì, созäаþтся теоpети÷еская и пpакти÷еская базыäëя иссëеäования АЛ стpуктуpы "3 Ѕ 2" с у÷астка-ìи pазной пpоизвоäитеëüности (q1 ≠ q2 ≠ q3) и у÷е-тоì совìестных отказов у÷астков и отказов бунке-pов и pеìонта без ожиäания наëаä÷иков.

Вы в о äы

1. Поëу÷ено анаëити÷еское pеøение äëя АЛстpуктуpы "2 Ѕ 1" äискpетноãо äействия с пpоизво-äитеëüностяìи у÷астков q1 > q2 и у÷етоì их совìе-стных отказов и отказов бункеpа и pеìонта безожиäания наëаä÷иков.

2. В пpикëаäноì аспекте фоpìуëы анаëити÷е-скоãо pеøения позвоëяþт иссëеäоватü, как совìе-стные отказы и наäежностü у÷астков и бункеpавëияþт на пpоизвоäитеëüностü АЛ, и пpоектиpо-ватü боëее совеpøенные АЛ.

3. Анаëити÷еское pеøение наибоëее то÷но отpа-жает pаботу pеаëüных АЛ и степенü вëияния паpа-ìетpов наäежности и бункеpа на фоpìуëы взависиìости от оäновpеìенности восстановëениянеиспpавных у÷астков и бункеpа. Так, напpиìеp, всëу÷ае pеìонта без ожиäания наëаä÷иков паpаìет-pы наäежности бункеpа воøëи во все фоpìуëы pе-øения и в показатеëи степеней пpи экспоненте,т. е. оказываþт зна÷итеëüное вëияние на pеøение,а пpи обсëуживании с ожиäаниеì наëаä÷иков воз-никает пpобëеìа, вопpос у÷ета этоãо ожиäания ос-тается откpытыì.

4. Анаëити÷еское pеøение свиäетеëüствует, ÷тосозäаны ìатеìати÷еские основы, котоpые позвоëяþтpеøитü ëþбуþ заäа÷у äëя АЛ стpуктуpы "2 Ѕ 1".Поëу÷енные pезуëüтаты и фоpìуëы буäут поëез-

ны фиpìаì, нау÷но-иссëеäоватеëüскиì институ-таì и пpоектныì оpãанизаöияì, связанныì с pаз-pаботкой, иссëеäованиеì и экспëуатаöией автоìа-ти÷еских ëиний.


1. Гоpчев В. С. Матеìати÷еские основы иссëеäова-ния автоìати÷еских ëиний с накопитеëяìи äетаëей //Вестник ìаøиностpоения. 2008. № 2. С. 32—41.

2. Гоpчев В. С. Метоä опpеäеëения постоянных ин-теãpиpования пpи иссëеäовании автоìати÷еских ëинийс у÷етоì äетеpìиниpованных пpоöессов // Вестник ìа-øиностpоения. 2009. № 12. С. 50—57.

3. Гоpчев В. С. Метоä пpеобpазования ÷исëовых зна-÷ений в анаëити÷еские функöии äëя иссëеäования авто-ìати÷еских ëиний с накопитеëяìи äетаëей // Вестникìаøиностpоения. 2003. № 2. С. 48—54.

p1

λ3

q2----

⎩⎨⎧ q1 q2–( )

h2----------------

h1

q2---- 1 e

ψ>z1 max– τ2 τ1–( )––

ψ>-----------------------------------------

↔

↔

eω>z1 max– τ2 1–

ω>------------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

ψ>↔ ω>

↔

λ1

q2----

⎩⎨⎧ q2 q3–( )

h2----------------

h1

q3---- 1 e

ψ>z2 max– τ3 τ2–( )––

ψ>-----------------------------------------

↔

↔

eω>z2 max– τ3 1–

ω>------------------------------

↔

↔

⎭⎬⎫

λ3

q2----

q1 q2–( )

h2----------------

h1

q2----e

ψ>z1 τ2 τ1–( )–e

ω>z1τ2+

q1 q2–( )

h2----------------

h1

q2----1 e

ψ>z1 max– τ2 τ1–( )––

ψ>----------------------------------------- e

ω>z1 max– τ2 1–ω>

------------------------------+

---------------------------------------------------------------------------------------------------

↔ ↔

↔ ↔

↔↔

λ·· μ··


УДК [621.9.02.01:539.538]:539.18

Ю. Г. КАБАЛДИН, ä-p техн. наук, акаäеìик PИА, С. В. СЕPЫЙ, С. Н. МУPАВЬЕВ, А. А. ПPОСОЛОВИЧ, канäиäаты техни÷еских наук (Коìсоìоëüский-на-Аìуpе ГТУ), Е. В. СИМАГИНА (Нижеãоpоäский ГТУ), e-mail: [email protected]

Ïîâûøåíèå pàáîòîñïîñîáíîñòè påæóùåãî èíñòpóìåíòà îñàæäåíèåì íàíîñòpóêòópíûõ ïîêpûòèé

Боëее соpока ëет назаä P. Фейнìан сфоpìуëиpо-ваë новуþ паpаäиãìу поëу÷ения ìатеpиаëов, осно-ваннуþ на "атоìной сбоpке". Созäание совеpøенноновоãо кëасса pабо÷ей и изìеpитеëüной аппаpатуpы(атоìный сиëовой и туннеëüный ìикpоскопы) pез-ко стиìуëиpоваëи pазpаботку таких ìатеpиаëов итехноëоãий их поëу÷ения.Понятие "нанотехноëоãия" пока не иìеет ис÷еp-

пываþщеãо опpеäеëения [1], но по анаëоãии с су-ществуþщиìи ныне опpеäеëенияìи нанотехноëо-ãии — это техноëоãии, опеpиpуþщие веëи÷инаìипоpяäка нескоëüких наноìетpов, т. е. ни÷тожноìаëыìи веëи÷инаìи, в сотни pаз ìенüøиìи äëинывоëны виäиìоãо света и сопоставиìыìи с pазìе-pаìи атоìов. Поэтоìу пеpехоä от "ìакpо" к "нано"это уже не коëи÷ественный, а ка÷ественный пеpе-хоä — от ваpüиpования пpоöентныì соäеpжаниеìхиìи÷еских эëеìентов в ìатеpиаëе к ìанипуëяöииотäеëüныìи атоìаìи.По оöенкаì спеöиаëистов, испоëüзование воз-

ìожностей нанотехноëоãий уже в неäаëекой пеp-спективе ìожет пpивести к pезкоìу увеëи÷ениþваëовоãо внутpеннеãо пpоäукта и зна÷итеëüноìуэконоìи÷ескоìу эффекту в базовых отpасëях.В обëасти ìатеpиаëовеäения [1] буäут pазpаботаныквазикpистаëëи÷еские наноìатеpиаëы с уникаëü-ныì со÷етаниеì повыøенной пpо÷ности, низкоãокоэффиöиента тpения и теpìостабиëüности, ÷тосäеëает их пеpспективныìи äëя испоëüзования вìаøиностpоении, а также наностpуктуpиpованныетвеpäые спëавы äëя pежущих инстpуìентов с по-выøенной пpо÷ностüþ и защитные теpìо- и изно-состойкие покpытия.Нет соìнений в тоì, ÷то поставëенные заäа÷и

ìоãут бытü pеøены тоëüко пpи øиpокоì пpовеäе-нии нау÷ных иссëеäований, испоëüзовании совpе-ìенноãо обоpуäования и pазpаботке новых техно-ëоãий синтеза наноìатеpиаëов.

Откpытие фуëëеpенов в 1985 ã., уäостоенноеНобеëевской пpеìии за 1996 ã. (Г. Кpото, P. Сìоë-ëи и P. Кеpë), — оäно из наибоëее зна÷итеëüныхäостижений науки в обëасти нанотехноëоãий.

Pазpаботка уникаëüных уãëеpоäных стpуктуp иих свойств пpоäоëжается, так же как и поиск ихпpиìенения в äpуãих пpикëаäных обëастях äея-теëüности. Пpи этоì с÷итается о÷евиäныì, ÷тофуëëеpен явëяется ìостикоì ìежäу неоpãани÷е-скиì и оpãани÷ескиì веществаìи ìежäу неживойи живой ìатеpией. Поэтоìу в настоящее вpеìя вëабоpатоpиях всеãо ìиpа пpовоäятся øиpокоìас-øтабные иссëеäования фуëëеpенов и их пpоизвоä-ных (на основе фуëëеpенов синтезиpовано уже бо-ëее 3 тыс. новых соеäинений). Такие соеäиненияиспоëüзуþтся в ка÷естве наностpуктуpных покpы-тий pежущеãо инстpуìента.Атоìы иëи ìоëекуëы в ìакpоскопи÷еских коëи-

÷ествах созäаþт конäенсиpованное состояние ве-щества, котоpое бывает жиäкиì иëи твеpäыì. Зна-÷ения паpаìетpов, хаpактеpизуþщих свойства ве-щества в этих состояниях, не зависят от еãокоëи÷ества. К такиì паpаìетpаì относятся, в ÷аст-ности, теìпеpатуpы пëавëения и кипения, уäеëü-ная эëектpопpовоäностü и т. ä. Иссëеäования, пpо-воäиìые в связи с необхоäиìостüþ поëу÷ения pаз-ëи÷ноãо pоäа ìатеpиаëов с напеpеä заäанныìисвойстваìи, пpивеëи к постановке иìеþщеãо фун-äаìентаëüное зна÷ение вопpоса о тоì, как ìноãоатоìов необхоäиìо собpатü вìесте, ÷тобы поëу÷ен-ное обpазование обëаäаëо свойстваìи конäенсиpо-ванноãо ìатеpиаëа.Поиски ответа на äанный вопpос пpивеëи к изу-

÷ениþ объектов, составëенных из опpеäеëенноãо÷исëа атоìов иëи ìоëекуë. Такие ассоöиаты, яв-ëяþщиеся пpоìежуто÷ныì звеноì ìежäу ìоëеку-ëяpныì и конäенсиpованныì состояниеì ìатеpии,называþт кëастеpаìи. Иссëеäование кëастеpов —оäно из наибоëее пеpспективных напpавëений внауке, поэтоìу ÷асто ãовоpят о кëастеpах, как о пя-тоì состоянии ìатеpии (твеpäое теëо, жиäкостü,ãаз, пëазìа и кëастеpы). Такиì обpазоì, ìожнос÷итатü, ÷то в основу созäания наностpуктуp поëо-жены ìежкëастеpные взаиìоäействия.В связи с изëоженныì особый интеpес пpеä-

ставëяþт иссëеäования новых наноìатеpиаëов, об-ëаäаþщих pяäоì спеöифи÷еских и функöионаëü-ных свойств. В ÷астности, особое зна÷ение пpиоб-pетает поëу÷ение устой÷ивых ìетаëëи÷еских

Pàññìîòpåíû òåõíîëîãèÿ è påçóëüòàòû èññëåäîâàíèépåæóùåãî èíñòpóìåíòà ñ íàíîñòpóêòópíûìè ïîêpûòèÿ-ìè â ïpîèçâîäñòâåííûõ óñëîâèÿõ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: íàíîòåõíîëîãèÿ, påæóùèé èíñò-póìåíò, pàáîòîñïîñîáíîñòü.

The technology and investigation results of the cuttingtool with nanostructural coatings in the working conditionsare considered.

Keywords: nanotechnology, cutting tool (cutter),working capacity.


наностpуктуp пpи атоìной сбоpке. В ëитеpатуpеэтоìу вопpосу посвящен pяä pабот, напpиìеp pа-бота [2], в котоpых пpивоäятся сëожные квантово-ìехани÷еские pас÷еты, в ÷астности ìетоäоì функ-öионаëа эëектpонной пëотности, pазpаботанныìП. Хоэнбеpãоì, В. Коноì и Л. Д. Шеìоì.По наøеìу ìнениþ, основой äëя pазpаботки

пpинöипов атоìной сбоpки äоëжен явëятüся пе-pиоäи÷еский закон (ПЗ) Д. И. Менäеëеева [3].В посëеäнее вpеìя интеpес к эëектpонноìу стpое-ниþ атоìов pезко возpос. В pяäе pабот на этой ос-нове пpеäëожены поäхоäы к созäаниþ теоpии нано-сбоpки [4—6]. Важныì ìоìентоì пpи этоì явëяетсяиссëеäование ìеханизìа пеpиоäи÷ности свойствэëеìентов в пеpиоäи÷еской систеìе хиìи÷еских эëе-ìентов (ПС) Д. И. Менäеëеева и ìежэëектpонноãовзаиìоäействия пpи созäании наносистеì, устой÷и-востü котоpых оãpани÷ена pазìеpоì 100 нì.Соãëасно pаботе [5], пеpестpойка стpуктуpы ато-

ìа в ПС пpи pосте ìассы атоìа äо кpити÷ескоãозна÷ения связана с сохpанениеì пpи саìовыбоpебуäущей устой÷ивой сиììетpии стpуктуpы и отве-÷ает сохpанениþ ëинейной иëи неëинейной связиìежäу ìеpой устой÷ивости Δp и ìассой атоìа. Этасвязü хаpактеpизуется кусо÷но-ëинейной зависи-ìостüþ. Такиì обpазоì, на основе ПС устой÷и-востü стpуктуpы атоìа пpи пеpехоäах "устой÷и-востü — неустой÷ивостü — устой÷ивостü" и äости-жение кpити÷еской ìассы атоìа контpоëиpуþтсяìеpой устой÷ивости Δp, отве÷аþщей оäноìу из ÷и-сеë обобщенной зоëотой пpопоpöии: 0,618; 0,465;0,380; 0,324; 0,285; 0,232; 0,213.В pаботе [6] пpеäëожена äипоëü-обоëо÷е÷ная

ìоäеëü атоìа и установëена связü ìежäу ìежобо-ëо÷е÷ныì pасстояниеì и энеpãией связи внеøнихэëектpонов с яäpоì — остовоì атоìа. Показано,÷то энеpãия связи ëинейно зависит от поpяäковоãоноìеpа атоìа в соответствуþщеì пеpиоäе ПС; пpиэтоì кpутизна зависиìости уìенüøается пpи пеpе-хоäе к сëеäуþщеìу пеpиоäу. Это объясняется со-вìестныì äействиеì сиë куëоновскоãо пpитяженияэëектpонов к остову и сиë взаиìноãо оттаëкиванияэëектpонов, пpинаäëежащих оäной обоëо÷ке. По-ëу÷енные в pаботе äанные по pаäиусаì, ìежобоëо-÷е÷ныì pасстоянияì и энеpãияì связи ëеãëи в ос-нову постpоения äипоëü-обоëо÷е÷ной ìоäеëи ато-ìа. Они позвоëиëи выявитü ìеханизì обpазованияобоëо÷ек и объяснитü pяä законоìеpностей в по-стpоении ПС. Pассìотpенный поäхоä к эëектpон-ноìу стpоениþ вещества посëужиë основой äëяpазpаботки ìеханосинтеза нанотехноëоãий.В pаботе [7] указано, ÷то эëектpонная стpуктуpа

обоëо÷ек атоìа зависит также и от фоpìы еãо яäpа.Есëи изìеняется фоpìа яäpа с pостоì еãо ìассы, тоизìеняется (äефоpìиpуется) и потенöиаëüная яìа,÷то изìеняет ãpани÷ные усëовия äëя стоя÷их воëн.

Существуþщая конöепöия [8] "остpовов стабиëü-ности" яäеp связана с набоpоì так называеìых ìа-ãи÷еских ÷исеë äëя ÷исëа пpотонов и отäеëüно äëя÷исëа нейтpонов в атоìноì яäpе: 2, 8, 20, 28, 50, 82,114, 126, ... . Пpи этих зна÷ениях пpотонная и ней-тpонная обоëо÷ки яäpа запоëнены, а яäpа с такиìиобоëо÷каìи боëее устой÷ивы. С повыøениеì заpя-äа яäpа ÷исëо нейтpонов по сpавнениþ с пpотона-ìи увеëи÷ивается, и оно становится неустой÷ивыì.Пpивеäенные выøе äанные поäтвеpжäаþт иäеþ,

÷то фоpìа и ìасса яäpа атоìа, еãо эëектpоннаястpуктуpа опpеäеëены эвоëþöией стpоения атоìа иквантовыì pазвитиеì ìикpоìиpа. Как эëектpон, таки яäpо соäеpжат инфоpìаöиþ об их эвоëþöии, т. е.обëаäаþт паìятüþ.На÷аëоì совpеìенноãо этапа физики ìетаëëи-

÷еских кëастеpов явиëосü откpытие у кëастеpовобоëо÷е÷ной эëектpонной стpуктуpы [9]. На осно-вании экспеpиìентаëüных иссëеäований зависи-ìости их эëектpонной стpуктуpы от ÷исëа N атоìовбыë сäеëан вывоä о схоäстве внутpенней стpуктуpыкëастеpов, атоìов и атоìных яäеp, обнаpуживøихпеpиоäи÷еский хаpактеp изìенения их свойств сpостоì ÷исëа ÷астиö.Известно, ÷то хиìи÷еские эëеìенты — пpоäукт

звезäноãо нукëеосинтеза теpìояäеpных pеакöий,пpоисхоäящих в звезäах [10]. Соãëасно этой кон-öепöии, в пpоöессе пеpви÷ноãо нукëеосинтеза об-pазоваëисü эëеìенты впëотü äо ëития. Звезäныйнукëеосинтез ëеãких яäеp (äо уãëеpоäа 16C) пpоис-хоäиë в неäpах неìассивных звезä путеì тpойнойãеëиевой pеакöии. Яäpа äо жеëеза 56Fe синтезиpо-ваëисü в pезуëüтате сëияния боëее ëеãких яäеp в не-äpах уже ìассивных звезä, а синтез тяжеëых исвеpхтяжеëых яäеp øеë путеì нейтpонноãо захватав пpеäсвеpхновых и пpи взpывах свеpхновых звезä.Известно, ÷то зависиìостü атоìноãо объеìа от

атоìноãо ноìеpа хиìи÷ескоãо эëеìента иìеет пе-pиоäи÷еский хаpактеp, т. е. у эëеìентов Li, Na, K ит. ä. набëþäается pезкий pост атоìноãо объеìа.Эти атоìы явëяþтся пеpвыìи эëеìентаìи во втоpоìи посëеäуþщих пеpиоäах ПС. Кажäый пеpиоä за-кан÷ивается нейтpаëüныì атоìоì: Ne, Ar и т. ä.Кpоìе тоãо, известно, ÷то pазìеpы атоìов (атоìныеpаäиусы) в зависиìости от атоìноãо ноìеpа эëеìен-та изìеняþтся анаëоãи÷но атоìноìу объеìу.Наìи выäвинута ãипотеза, ÷то за пеpиоä эвоëþ-

öии звезä в пpоöессе усëожнения теpìояäеpныхpеакöий (нукëеосинтеза) яäpа пpиобpеëи опpеäе-ëеннуþ инфоpìаöиþ. С pостоì поpяäковоãо ноìе-pа она возpастаëа, ÷то, на наø взãëяä, явëяется ус-ëожнениеì стpуктуpы атоìа пpи нукëеосинтезе.Pас÷ет инфоpìаöионной энтpопии Шеннона (H )эëектpонных обоëо÷ек показаë [3], ÷то зависи-ìостü H от поpяäковоãо ноìеpа эëеìента иìеет пе-pиоäи÷еский хаpактеp (pис. 1).


На pис. 1 виäно, ÷то с увеëи÷ениеì поpяäковоãоноìеpа, а сëеäоватеëüно, атоìной ìассы m эëеìен-та и заpяäа Z яäpа пpоисхоäит пеpиоäи÷еское из-ìенение как инфоpìаöии, так и энтpопии, кото-pые в конöе пеpиоäа снижаþтся. На÷аëüный pостинфоpìаöии в пеpиоäах (pост H в зависиìости отатоìноãо ноìеpа эëеìента) связан с pостоì ÷исëаэëектpонов на соответствуþщих оpбитаëях (обо-ëо÷ках), т. е. с увеëи÷ениеì энеpãии E в атоìе,пpо÷ности связи внеøних эëектpонов с яäpоì иувеëи÷ениеì саìосжатия. Оäнако затеì энеpãия всоответствии с уpавнениеì Эйнøтейна E = mс2

способствует pосту ìассы атоìов посëеäуþщихэëеìентов пеpиоäа. Сжатие атоìа, в своþ о÷еpеäü,вызывает pост энеpãии ãpавитаöии и pеäукöиþ еãоквантовоãо состояния (воëновой функöии атоìа).В pезуëüтате инфоpìаöионная энтpопия H снижа-ется. Pост энеpãии ãpавитаöии пpи сжатии атоìа,напpиìеp неона (Ne) в конöе втоpоãо пеpиоäа, вы-зывает также pост инфоpìаöионной энтpопии, по-этоìу пеpвый эëеìент (Na) в тpетüеì пеpиоäе на-сëеäует как увеëи÷еннуþ ìассу, так и боëее высо-куþ инфоpìаöионнуþ энтpопиþ (сì. pис. 1).В pезуëüтате еãо атоìный pаäиус и атоìный объеìувеëи÷иваþтся. Описанный пpоöесс äетеpìиниpо-ванно повтоpяется в сëеäуþщих пеpиоäах. Сëеäова-теëüно, зависиìостü атоìноãо объеìа от атоìноãоноìеpа хиìи÷ескоãо эëеìента поäобно äискpетныìпpоöессаì теpìояäеpноãо синтеза, пpоисхоäящиìв звезäах, ìожно pассìатpиватü как пеpиоäи÷еское

÷еpеäование фаз "pасøиpение — сжатие’’ Увеëи÷е-ние ÷исëа эëектpонных оpбитаëей в атоìах в пpе-äеëах пеpиоäов сопpовожäается увеëи÷ениеì энеp-ãии E эëектpонов äо кpити÷ескоãо зна÷ения и "пе-pехоäоì ее" в ìассу с посëеäуþщиì коëëапсоìвоëновой функöии нейтpаëüноãо атоìа и пpеобpа-зованиеì сиììетpии. В pяäе pабот показана связüìежäу энеpãией атоìа и эëектpонной пëотностüþ,всëеäствие ÷еãо энеpãиþ атоìа ìожно pасс÷итатüìетоäоì функöионаëа эëектpонной пëотности.Поэтоìу скоpостü коëëапса и потеpя инфоpìаöиибуäут опpеäеëятüся эëектpонной пëотностüþ, асëеäоватеëüно, энеpãией ãpавитаöии.Такиì обpазоì, пpи наëи÷ии ãpавитаöии сжа-

тиþ вещества äоëжна соответствоватü боëüøая эн-тpопия. Поэтоìу ãpавитаöионный коëëапс как pе-äукöия квантовоãо состояния атоìа в ПЗ связан сpостоì энтpопии. Ина÷е ãовоpя, вызывая pост эн-тpопии, энеpãия ãpавитаöии pеаëизует коëëапсвоëновой функöии атоìа.Пpивеäенные pезуëüтаты иссëеäований поä-

твеpжäаþт теоpиþ P. Пенpоуза [11]: коëëапс супеp-позиöий квантовых состояний ÷астиö и пеpехоä ихв оäно из состояний — это всеãäа ãpавитаöионноеявëение. Наëи÷ие супеpпозиöии квантовоãо со-стояния äеëает еãо сëожныì и неопpеäеëенныì.Потеpя неопpеäеëенности обусëовëена pеäукöиейквантовоãо состояния. Соãëасно P. Пенpоузу, pас-сìатpивая уpавнение Шpёäинãеpа, сëеäует у÷иты-ватü ãpавитаöионное поëе ÷астиöы и не тpебуется,

H

Геëий

0,80

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90Атоìный ноìер эëеìента

0,75

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

Воäороä

Литий

Бериëëий

Бор

Уãëероä

Азот

Кисëороä

Фтор

Неон

Натрий М

аãний

Гер

ìаний

Кре

ìний

Фосфор

Сера

Хëор

Арãон

КаëийКаë

üöий

Сканäий

Титан

Ванаäий

Хро

ìМар

ãанеö

Жеëезо

Кобаë

üтНике

ëüМеä

üЦинк Гаë

ëийА

ëþìиний

Мы

øüяк

Сеëен

Бро

ìКриптон Рубиäий

Строн

öий

Иттрий

Цирконий

Ниобий

Моëибäен

Технеöий

Рутений

Роäий

Паë

ëаäийСереброКаä

ìий

Инäий

Оëово

Сур

üìа

Теë

ëур

Йоä Ксенон ЦезийБарий

Лантан

Церий

Празеоäиì

Про

ìетий

Саìарий

Европий

Гаäоëиний

Тербий

Диспрозий

Гоë

üìий

Нео

äиì

Эрбий

Туëий

Иттербий

Лþтерöий

Гафний

Танта

ëВоë

üфра

ìРений

ОсìийИри

äий

Пëатина

Зоëото

Ртутü Таë

ëий

Свинеö

Висìут

Поëоний

Астат

Раäон Франöий

Раäий

Актиний

Торий

Протактиний

Уран

Pис. 1. Зависимость инфоpмационной энтpопии электpонных оболочек от атомного номеpа химического элемента


÷тобы оно быëо квантованныì. Еãо äействие опи-сывается Нüþтоновскиì ãpавитаöионныì поëеì.Чеì боëüøе эта энеpãия, теì быстpее пpоисхоäиткоëëапс супеpпозиöии квантовоãо состояния сис-теìы. Соãëасно наøиì иссëеäованияì, как указы-ваëосü pанее, коëëапс воëновой функöии атоìа со-пpовожäается и потеpей инфоpìаöии (сì. pис. 1).Это поäтвеpжäает ãpавитаöионнуþ ìоäеëü P. Пен-pоуза коëëапса супеpпозиöии квантовоãо состоя-ния атоìов.

Pас÷ет зависиìости ÷исëа атоìов в кëастеpе pаз-ìеpоì 10 нì от атоìноãо ноìеpа эëеìента (pис. 2)показаë, ÷то эта зависиìостü также явëяется пе-pиоäи÷еской и поäобна зависиìости потенöиаëаионизаöии от атоìноãо ноìеpа эëеìента [6]. Наи-ìенüøее ÷исëо атоìов в пеpиоäах иìеþт кëастеpыLi, Na, K и т. ä., пpи÷еì зависиìостü ÷исëа атоìовс pостоì атоìноãо ноìеpа эëеìента в кëастеpе иìе-ет тенäенöиþ к снижениþ. Уìенüøается и потен-öиаë ионизаöии, а сëеäоватеëüно, и пpо÷ностü свя-зи внеøних эëектpонов с яäpоì. По-виäиìоìу, этосвязано как с тенäенöией увеëи÷ения энтpопии сpостоì атоìноãо ноìеpа эëеìента, так и с pостоììежэëектpонноãо взаиìоäействия из-за увеëи÷е-ния ÷исëа эëектpонов. Все это вызывает неустой-÷ивостü атоìов и сокpащает вpеìя их "жизни".Анаëиз зависиìости ÷исëа атоìов в кëастеpе от

атоìноãо ноìеpа (сì. pис. 2) позвоëяет также ут-веpжäатü, ÷то обpазование воäоpоäа как пеpвоãо

хиìи÷ескоãо эëеìента во Всеëенной пpи отäеëе-нии света от вещества пpи Боëüøоì Взpыве (БВ),из котоpоãо конäенсиpоваëисü впосëеäствии звез-äы, быëо несëу÷айныì [12]. Боëüøое ÷исëо атоìовв кëастеpе обеспе÷иваëо боëее быстpое фоpìиpо-вание пpотозвезä из конäенсиpованноãо вещества.Несëу÷айныì быëо и то, ÷то уãëеpоä оказаëся эëе-ìентоì, явивøиìся основой живой ìатеpии. Мож-но поëаãатü, ÷то фоpìиpованиþ (наностpуктуpи-pованиþ) öепных ìоëекуë (ДНК, беëки и т. ä.)способствоваëо не тоëüко свойство уãëеpоäа обpа-зовыватü боëüøое ÷исëо связей, но и повыøенное÷исëо атоìов в кëастеpе.Теоpети÷еские иссëеäования äаþт возìож-

ностü поëаãатü, ÷то вpеìя "жизни" (устой÷ивостü)наностpуктуpы опpеäеëяется ее ìассой, а, сëеäо-ватеëüно, коëи÷ествоì в ней атоìов, энеpãиейãpавитаöии и энтpопии. В pаботе [11] пpеäëо-жен кpитеpий вpеìени "жизни" квантовыхсистеì, в ÷астности наностpуктуpноãо состоянияфуëëеpена.Вpеìя t "жизни" опpеäеëяется как соотноøение

T = $/Eã, ãäе $ — постоянная Пëанка; Eã — энеpãияãpавитаöии.В соответствии с пpеäëоженной зависиìостüþ,

вpеìя "жизни" фуëëеpена, напpиìеp, составëяетнескоëüко сотен ëет. Можно поëаãатü, ÷то в связисо сëожностüþ pас÷ета энеpãии ãpавитаöии в эту

1,E + 07

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95Атоìный ноìер эëеìента

Геëий

Литий

БериëийБор

Уãëероä

Азот Кисëороä

Фтор

Неон

Натрий Маãний

Аëþ

ìиний

Кре

ìний

ФосфорСера

Хëор

Арãон

Каëий

Воäороä

1,E + 06

1,E + 05

1,E + 04

Чисëо атоìов

Гер

ìаний

Сканäий

Титан

Ванаäий

Хро

ìМар

ãанеö

Жеëезо

Кобаë

üтНике

ëüМеä

üЦинк

Гаë

ëий

Мы

øüяк

Сеëен

Бро

ìКриптон

Рубиäий

Строн

öий

Иттрий

Цирконий

Ниобий

Моëибäен

Технеöий

Рутений

Роäий

Паë

ëаäий

Серебро

Каä

ìий

Инäий

Оëово

Сур

üìа

Теë

ëур

Йоä

Ксенон

ЦезийБарийЛантан

Церий

Празеоäиì

Про

ìетий

Саìарий

Европий

Гаäоëиний

Тербий

Диспрозий

Гоë

üìий

Нео

äиì

Эрбий

Туëий

Иттербий

Лþтерöий

Гафний

Танта

ëВоë

üфра

ìРений

Осìий

Ири

äий

Пëат ина

Зоëото

Ртутü

Таë

ëий

Свинеö

Висìут Поëоний

Нептуний

Раäон

Франöий Раäий Актиний

Торий Протактиний

Уран

Каë

üöий Пëутоний

Pис. 2. Зависимость числа атомов в кластеpе pазмеpом 10 нм от атомного номеpа химического элемента


фоpìуëу сëеäует вìесто Eã ввести энтpопиþ нано-стpуктуpы.

Pассìотpиì сеìейство "pазäутых’’ (с увеëи÷ен-ныì атоìныì объеìоì) эëеìентов, обëаäаþщихбоëüøей ìассой, в ÷астности связü их атоìнойìассы с теìпеpатуpаìи пëавëения и потенöиаëоìионизаöии (табë. 1).Теìпеpатуpа пëавëения öезия составëяет 301 К

иëи 28,5 °C, т. е. он pаспëавится в жаpкий ëетнийäенü. Существует и øестой щеëо÷ной ìетаëë —фpанöий. Он pаäиоактивен, и пеpиоä поëуpаспаäаеãо саìоãо äоëãоживущеãо изотопа (с атоìной ìас-сой 223) всеãо 21 ìин. Еãо теìпеpатуpа пëавëенияпока не опpеäеëена, но она ìожет составëятü окоëо290 К. Из табë. 1 виäно, ÷то с pостоì атоìной ìас-сы эëеìента теìпеpатуpа пëавëения снижается.Такиì обpазоì, на÷иная со втоpоãо пеpиоäа пеp-

вые эëеìенты в пеpиоäах ПС, явëяясü "pазäутыìи",неустой÷ивы, ÷то обусëовëивает низкий потенöиаëионизаöии и низкуþ теìпеpатуpу пëавëения. Сëе-äоватеëüно, как коëëапс воëновой функöии атоìа,так и еãо устой÷ивостü обусëовëены энеpãией ãpави-таöии. Этиì объясняется как pазëи÷ие, так и поäо-бие свойств эëеìентов в ПСЭ Менäеëеева.Описанная выøе конöепöия пеpиоäи÷ности из-

ìенения атоìноãо объеìа, потенöиаëа ионизаöиии устой÷ивости атоìа позвоëиëа пpеäëожитü ин-фоpìаöионнуþ ìоäеëü сбоpки наносистеì, кото-pая быëа pеаëизована пpи pазpаботке ìетоäоëоãииосажäения наностpуктуpных покpытий, пpи кото-pой пpинöипы атоìной сбоpки pеаëизуþтся в поë-ной ìеpе (в ÷астности, пpеäоставëяется возìож-ностü ìанипуëиpования атоìныìи сëояìи). В pе-зуëüтате поäбоp посëеäоватеëüности осажäенияатоìных сëоев ìожно осуществëятü с испоëüзова-ниеì квантово-ìехани÷еских pас÷етов, оöениваяпpо÷ностü связи ìежатоìноãо (ìежкëастеpноãо)взаиìоäействия ìежäу ниìи. Оäнако они äоста-то÷но сëожны [2]. Поэтоìу необхоäиìо иìетü äpу-ãой поäхоä к pеøениþ этой пpобëеìы. Посëеäова-теëüностü осажäения атоìных сëоев (10 ÷ 50 нì)сëеäует назна÷атü, исхоäя из пpинöипов пеpеäа÷иинфоpìаöии в живой кëетке [3] и синтеза беëков.В ÷астности, известно, ÷то пpи pепëикаöии ДНК ипеpеäа÷е инфоpìаöии к PНК она не теpяется. Наpибосоìе пpоисхоäит коäиpование (сбоpка) аìи-

нокисëот в нужной посëеäоватеëüности исхоäя изфункöионаëüных свойств беëков. Поэтоìу посëе-äоватеëüностü осажäения атоìных сëоев из pазныхìетаëëов (напpиìеp, Ti → Al иëи Al → Ti) äоëжнаопpеäеëятü функöионаëüные свойства покpытия вöеëоì. Пpи этоì атоìные сëои сëеäует осажäатü поìеpе pоста их инфоpìаöионноãо соäеpжания, т. е.веpхний сëой покpытия äоëжен бытü наибоëее ин-фоpìаöионно насыщенныì.Основная иäея pазpаботанноãо наìи квантовоãо

ìеханизìа стpуктуpообpазования наносистеì за-кëþ÷ается в тоì, ÷то указанные стpуктуpные(квантовые) пеpехоäы связаны с коëëективныìвзаиìоäействиеì как отäеëüных ÷астей атоìа, таки кëастеpов и наносистеì в öеëоì. Pеøаþщуþ pоëüв фоpìиpовании эëектpонной стpуктуpы кëастеpовиãpает коëëективное (коãеpентное) взаиìоäействиевнеøних (ваëентных) эëектpонов. Коëëективныеэффекты — хаpактеpная ÷еpта повеäения синеpãе-ти÷еских систеì. В связи с этиì кëастеp сëеäуетpассìатpиватü как äиссипативнуþ стpуктуpу (какpезуëüтат саìооpãанизаöии пpи стpуктуpных пеpе-хоäах), котоpая äоëжна обëаäатü фpактаëüныìисвойстваìи, сpеäи котоpых оäни из важнейøих —инфоpìаöионные. По опpеäеëениþ Б. Манäеëüб-pота [13] фpактаë — это стpуктуpа, состоящая из÷астей, поäобных öеëоìу. Стpуктуpа атоìа несетинфоpìаöиþ об еãо эвоëþöионноì pазвитии.Сëеäоватеëüно, квантовое состояние систеìы —

это саìосоãëасованностü ее отäеëüных ÷астей, а ихфpактаëüный хаpактеp — отpажение квантовыхсвойств ìикpоìиpа, еãо эвоëþöии и саìопоäобия.Квантовый хаpактеp обpазования кëастеpа — этотакже пpоявëение коëëективных свойств пpи объ-еäинении атоìов, поэтоìу устой÷ивостü и саìопо-äобие кëастеpа и наностpуктуpы в öеëоì ìожно ко-ëи÷ественно выpазитü фpактаëüной pазìеpностüþ.Обpазование äиссипативной стpуктуpы — это не-pавновесный фазовый пеpехоä. Соãëасно Г. Хаке-ну, систеìа пpи этоì сохpаняет паìятü (инфоpìа-öиþ), котоpая пеpеäается с поìощüþ äиссипатив-ных стpуктуp в пpоöессе стpуктуpных пеpестpоек.Уже указываëосü, ÷то в эëектpонной обоëо÷ке ияäpе хpанится инфоpìаöия о пpоисøеäøей эвоëþ-öии, т. е. атоì обëаäает паìятüþ. Поэтоìу фpак-таëüная pазìеpностü также буäет нести инфоpìа-öиþ о стpуктуpных изìенениях, т. е. эëектpонныхвзаиìоäействиях пpи обpазовании кëастеpа. Сëе-äоватеëüно, инфоpìаöия — это ìост, котоpый свя-зывает атоì, ìоëекуëу пpи стpуктуpных пеpестpой-ках с обpазованиеì кëастеpа (наносистеìы).Такиì обpазоì, на основании пpинöипов си-

неpãетики и квантовоãо хаpактеpа взаиìоäействияатоìов пpи стpуктуpных пеpестpойках ìожно опи-сатü инфоpìаöионнуþ ìоäеëü стpуктуpообpазова-ния наносистеì (ìоëекуë, кëастеpов и т. ä.): пpиобъеäинении атоìов и обобществëении ваëентныхэëектpонов инфоpìаöия атоìов в pезуëüтате пеpе-

Таблица 1Атомная масса, температура плавленияи потенциал ионизации элементов

Эëеìент Атоìная ìасса, а.е.ì.

Теìпература пëавëения, К

Потенöиаë ионизаöии

Литий (Li) 6,9 452 5,39Натрий (Na) 23,0 371 5,14Каëий (K) 39,1 337 4,34Рубиäий (Rb) 85,5 312 4,18Цезий (Cs) 132,9 301 3,89


кpытия воëновых функöий суììиpуется, т. е. яäpаи эëектpоны обìениваþтся инфоpìаöией, и äаннаястpуктуpа сохpаняет инфоpìаöиþ, котоpая затеìпеpеäается сëеäуþщей стpуктуpе пpи äаëüнейøихпеpехоäах (пpи pосте кëастеpа). Обìен инфоpìаöи-ей пpи этоì осуществëяется воëнаìи ä’Бpойëя пpипеpекpытии воëновых функöий атоìов.Кëастеp фоpìиpуется совìестныìи усиëияìи

всех атоìов в pезуëüтате обìена инфоpìаöией ìе-жäу поäсистеìаìи (атоìаìи, эëектpонаìи). Сëеäу-ет, оäнако, отìетитü, ÷то пpи объеäинении атоìовpазëи÷ной соpтности, а также пpи pеäукöии (коë-ëапсе) воëновых функöий инфоpìаöия ìожет те-pятüся — устой÷ивостü кëастеpа снижается.Фpактаëüнуþ pазìеpностü DF опpеäеëяëи из за-

висиìости [15] M ≈ , ãäе d — pазìеp кëастеpа;M — ìасса.На pис. 3 пpивеäена, напpиìеp, зависиìостü

фpактаëüной pазìеpности DF от pазìеpа наноси-стеìы, состоящей из атоìов жеëеза и кобаëüта. Изpис. 3 сëеäует, ÷то зависиìостü DF от d в систеìеFe—Co носит пеpиоäи÷еский хаpактеp, ÷то объяс-няется ÷асти÷ной потеpей инфоpìаöии пpи pостенаносистеìы. В связи с этиì ìожно поëаãатü, ÷тообìен инфоpìаöией ìежäу атоìаìи без ее потеpии устой÷ивостü наносистеìы буäут äостиãатüся пpиобъеäинении атоìов (кëастеpов) с иäенти÷ныìквантовыì состояниеì, инфоpìаöиþ о котоpоìнесет фpактаëüная pазìеpностü DF, а, сëеäоватеëü-но, с бëизкиì ÷исëоì атоìов в кëастеpе (сì. pис. 2).Поэтоìу способностü к саìосбоpке нано÷астиöконтpоëиpуется как эëектpонной стpуктуpой ато-ìа, опpеäеëяþщеãо еãо квантовое состояние, так ифpактаëüной pазìеpностüþ изоëиpованных атоìов(сì. pис. 3), котоpая зависит, как отìе÷аëосü выøе,от эëектpонной конфиãуpаöии атоìов. Из pис. 3виäно, ÷то зависиìостü DF от d систеìы Ti—Al иìе-ет уже ìонотонный хаpактеp, ÷то обусëовëено оäи-наковой фpактаëüной pазìеpностüþ атоìов Ti и Alи саìопоäобныì квантовыì состояниеì (÷исëоатоìов в кëастеpах Ti и Al пpиìеpно оäинаково).В pезуëüтате наносистеìа Ti—Al оказывается ус-

той÷ивой и ìожет бытü испоëüзована как нано-стpуктуpное покpытие.Техноëоãия нанесения покpытий на основе Ti—Al

в пpоìыøëенности [16] явëяется оäной из наибоëеебыстpо pазвиваþщихся, ÷то поäтвеpжäает веpностüпоëу÷енных pезуëüтатов иссëеäований (пpивеäеныниже), в ÷астности пpи ìаãнетpонноì осажäении на-ностpуктуpных покpытий на pежущий инстpуìент.Пëазìенная ìаãнетpонная pаспыëитеëüная техно-

ëоãия [17] пpеäставëяет особый интеpес äëя созäаниякëастеpов из потоков нано÷астиö ìетаëëов ìенее10 нì. Испоëüзуя ее, ìожно поëу÷итü поток ÷астиö сузкой функöией pаспpеäеëения по pазìеpу. Это важ-но äëя иссëеäований свойств отäеëüных ÷астиö, äис-пеpсных нанопëенок pазëи÷ных ìетаëëов и их хиìи-÷еских соеäинений (оксиäы, нитpиäы и т. ä.)Наìи быëи испоëüзованы пëанаpные ìаãне-

тpонные pаспыëитеëüные систеìы, в котоpых ио-ны аpãона боìбаpäиpуþт повеpхностü катоäа-ìи-øени. Атоìы ìетаëëа пpи этоì покиäаþт повеpх-ностü катоäа, pассеиваþтся на буфеpноì ãазе-носитеëе. Есëи äавëение ìетаëëи÷ескоãо ãаза выøеäавëения насыщения, в ãазе обpазуþтся заpоäыøиìетаëëи÷еских ÷астиö. Пpоöесс обpазования кëа-стеpов возìожен вбëизи катоäа, в оãpани÷еннойобëасти пëазìенноãо тоpа, в обëасти относитеëüнопëотной пëазìы. Заpоäыøи ìетаëëи÷еских ÷астиöpастут и в пpоöессе äpейфа в буфеpноì ãазе. Части-öы осажäаëи на поäëожки и по инфоpìаöии о pаз-ìеpе ÷астиö в зависиìости от паpаìетpов пpоöессасуäиëи о тоëщине покpытия в обëасти пëазìы.Маãнетpонное pаспыëение — это ìетоä ионноãо

pаспыëения, поэтоìу хаpактеpной особенностüþеãо явëяется наëи÷ие ìаãнитноãо поëя у pаспыëяе-ìой повеpхности ìиøени, позвоëяþщей ëокаëизо-ватü пëазìу и теì саìыì повыситü скоpостü pас-пыëения. Бëаãоäаpя особой стpуктуpе ìаãнитноãопоëя ìаãнетpона ионизаöия pабо÷еãо ãаза и pаспы-ëенных ÷астиö пpоисхоäит не тоëüко у повеpхностиìиøени, но и на всеì пpотяжении от ìиøени äопоäëожки, т. е. pост пëенки осуществëяется в ус-ëовиях ионной боìбаpäиpовки. Степенü иониза-öии pаспыëенных ÷астиö составëяет 10 % и боëее.Конäенсаöия атоìов ìатеpиëа ìиøени на инстpу-

ìенте (поäëожке) пpоисхоäит по ноpìаëüноìу зако-ну. Так как основная ìасса конäенсиpуþщеãося ìа-теpиаëа поступает в пеpпенäикуëяpноì к поäëожкенапpавëении, пëенки иìеþт стоëб÷атуþ стpуктуpу, вкотоpой пpоìежуток ìежäу ÷астиöаìи запоëняетаìоpфная фаза. Диаìетp ÷астиö составëяë 20÷50 нì,÷то обеспе÷иваëо покpытияì квантовые свойства.Стpуктуpу покpытий иссëеäоваëи с поìощüþ

сканиpуþщеãо и пpосве÷иваþщеãо эëектpонныхìикpоскопов фиpìы JEOL и атоìно-сиëовоãоìикpоскопа SMENA фиpìы NT-MDT.На pис. 4 пpеäставëена повеpхностü нанопокpы-

тия, поëу÷енноãо пpи осажäении ÷астиö титана иаëþìиния. Мы пpеäпоëаãаеì, ÷то pазìеp ÷астиö

Pис. 3. Зависимости фpактальной pазмеpности DFнаносистем Fe—Co и Ti—Al от pазмеpа d кластеpа

dFD


бëизок к pазìеpу ÷астиö в потоке пëазìы. Макси-ìаëüный pазìеp отäеëüных ÷астиö не пpевыøает50 нì. В пpоöессе опытов выявëена зависиìостüpазìеpа ÷астиö от пpоäоëжитеëüности их осажäе-ния на повеpхности поäëожки.В хоäе пpовеäенных иссëеäований быëи найäе-

ны оптиìаëüные pежиìы обpазования нанопокpы-тий, иссëеäованы усëовия их поëу÷ения. Установ-ëено, ÷то ìетоä фоpìиpования ÷астиö в пëазìе от-кpывает возìожностü поëу÷ения потоков ÷астиö сpазìеpаìи ìенее 5 нì, с узкиì спектpоì pаспpеäе-ëения ÷астиö по pазìеpаì. Заìе÷ено вëияние теп-ëообìена на фоpìиpование нано÷астиö. Диспеpс-ностü веpхнеãо сëоя покpытия, на котоpое осажäа-ется посëеäуþщий атоìный сëой, зависит от еãотоëщины, котоpая, в своþ о÷еpеäü, обусëовëиваетособенностü тепëоотвоäа. В pезуëüтате ÷астиöынижнеãо сëоя, на котоpый пpоисхоäит осажäение,объеäиняþтся в конãëоìеpаты и пpи боëüøих тоë-щинах обpазуþт спëоøнуþ пëенку. Диспеpсностüпëенки в зависиìости от тоëщины ìеняется, по-этоìу теìпеpатуpа осажäения ìожет явëятüся фак-тоpоì упpавëения еþ. Этот пpоöесс ìожет бытüанаëоãи÷ен пpоисхоäящеìу пpи обpазовании пëенкииз паpовой фазы по ìеханизìу "паp — жиäкостü —кpистаëë", известноìу в тонкопëено÷ной техноëо-ãии. В äанноì опыте веpоятен äpуãой ìеханизì:"кëастеp — нано÷астиöа — ÷астиöа". Кëастеpыскëонны к объеäинениþ в зависиìости от тепëо-физи÷еских усëовий в потоке на повеpхности и отвеëи÷ины избыто÷ной повеpхностной энеpãии. Ус-тановëено, ÷то пpи боëüøой пpоäоëжитеëüностиосажäения потока нано÷астиö на поäëожку веpхнийсëой ìеняет своþ стpуктуpу: ÷астиöы объеäиняþт-ся, обpазуется поpистая повеpхностü (сì. pис. 4).Поток энеpãии, напpавëенный на повеpхностü äис-пеpсной пëенки, пpивоäит к спеканиþ ÷астиö. Та-киì обpазоì, появëяется возìожностü фоpìиpо-ватü покpытия с pеãуëиpуеìой поpистостüþ.

Pазвитие нанотехноëоãии и пеpехоä к созäаниþновых ìатеpиаëов на основе наноpазìеpных стpук-

туp вызываþт необхоäиìостü совеpøенствованияìетоäов коìпüþтеpноãо ìоäеëиpования [3] пpо-öессов заpожäения и pоста нано÷астиö и наноpаз-ìеpных пëенок. Моäеëиpуя пpоöессы заpожäенияи äинаìику pоста нано÷астиö на поäëожке, а такжепpовоäя квантово-ìехани÷еские pас÷еты, ìожнопpеäсказатü стpуктуpу наноpазìеpной пëенки и по-äобpатü такие паpаìетpы систеìы, пpи котоpых бу-äут поëу÷ены нужные функöионаëüные свойствапокpытия. В связи с этиì боëüøой интеpес с пpак-ти÷еской то÷ки зpения пpеäставëяет фpактаëüнаяоöенка наноpазìеpных пëенок. Деëо в тоì, ÷то в на-÷аëüной стаäии хиìи÷еской pеакöии пpи обpазова-нии саìых пеpвых ÷астиö новоãо соеäинения пpинапыëении пpохоäят пpоöессы аãpеãаöии (накопëе-ние новоãо вещества). Исхоäной позиöией аãpеãа-öии явëяется обpазование некотоpых устой÷ивыхсо÷етаний атоìов иëи ìоëекуë, котоpые и явëяþтсяассоöиатаìи иëи кëастеpаìи. Пpоöесс аãpеãаöиитpактуется как пpоöесс со÷етания pазëи÷ных хиìи-÷еских pеакöий на их пеpвых стаäиях. Поэтоìу пpикоìпüþтеpноì ìоäеëиpовании äоëжен изу÷атüсяпpоöесс аãpеãаöии путеì фëуктуаöии (бëужäания)÷астиö с у÷етоì их хиìи÷еской пpиpоäы. Хаоти÷е-ская äиффузия ÷астиö наибоëее поëно соответствуетìоäеëи их аãpеãаöии, ÷то виäно на pис. 4.Посëе нескоëüких хаоти÷ных äвижений (бëужäа-

ний) ÷астиöа "пpиëипает" к непоäвижной ÷астиöе, об-pазуя связи ìежäу атоìаìи. Сëеäуþщая ÷астиöа пpи-соеäиняется к пеpвыì äвуì. Такиì обpазоì пpоисхо-äит pост ассоöиата. Пpи÷еì в зависиìости от ÷исëаатоìов в кëастеpе он пpиниìает куби÷ескуþ иëи ок-саэäpи÷ескуþ фоpìу (сì. pис. 4). Такой набоp хаоти÷-но pаспоëоженных ÷астиö явëяется типи÷ныì фpак-таëüныì кëастеpоì (в поëноì соответствии с пpеä-ставëенияìи Б. Маäеëüбpота [13]). В связи с этиìкpитеpиеì экспëуатаöионных свойств äоëжна явëятü-ся фpактаëüная pазìеpностü ÷астиö. Этот кpитеpий бу-äет хаpактеpизоватü, по наøеìу ìнениþ, устой÷ивостüнаностpуктуpы в усëовиях сäвиãовых напpяжений.Важнейøиì ìоìентоì квантовых техноëоãий,

позвоëяþщиì увеëи÷итü экспëуатаöионные хаpак-теpистики нанопокpытий, явиëосü испоëüзованиекоìпозитных катоäов из титана с ìетаëëаìи, обpа-зуþщиìи с азотоì хиìи÷еские соеäинения.Метоäаìи пpосве÷иваþщей эëектpонной ìик-

pоскопии тонких фоëüã установëено, ÷то покpы-тия, сфоpìиpованные пpи испаpении коìпозиöи-онных катоäов (Ti—Al), состоят из наноpазìеpныхоксаэäpи÷еских кpистаëëов, оpиентиpованныххаоти÷ески äpуã относитеëüно äpуãа с высокойпëотностüþ äисëокаöий в зеpнах. В äифpактоãpаì-ìах синтезиpованных сëоев нитpиäа титана с нит-pиäаìи аëþìиния кpоìе уøиpения набëþäаетсясущественный сäвиã pефëексов в стоpону уìенü-øения ìежпëоскостных pасстояний в я÷ейке ìик-pокpистаëëа нитpиäа титана. Это свиäетеëüствует отоì, ÷то в этоì сëу÷ае возìожно обpазование как

Pис. 4. Микpофотогpафия стpуктуpы покpытия AlTiN(Ѕ 50000)


фазы AlN, так и запоëнение атоìаìи Al позиöий Tiв эëеìентаpной я÷ейке TiN.Чтобы ответитü на эти вопpосы, быëо пpовеäено

квантово-ìехани÷еское ìоäеëиpование нано÷астиöнитpиäа титана и изу÷ение их ìехани÷еских свойствв зависиìости от теìпеpатуpы. Дëя этоãо испоëüзо-ваëся поäхоä функöионаëа эëектpонной пëотности[2]. Быëи иссëеäованы нано÷астиöы TiN, иìеþщиеäефекты — вакансии Ti и N. Известно, ÷то пpисинтезе нитpиäов (äаже пpи стехиоìетpи÷ескоìсоставе) в их pеøетках иìеþтся äефекты как в ìе-таëëи÷еской, так и в азотной поäpеøетках. В обоихсëу÷аях пpеäеë пpо÷ности снижается. Взаиìоäей-ствие ÷астиöы TiN, иìеþщей вакансиþ, с атоìаìиаëþìиния пpивоäит к тоìу, ÷то оäин атоì Al пpо-никает внутpü ÷астиöы и заниìает ìесто отсутст-вуþщеãо атоìа Ti, ÷то пpивоäит к pосту пpо÷ностиìетаëëи÷еских связей. В pезуëüтате пpеäеë пpо÷ностивозpастает и äостиãает по÷ти той же веëи÷ины, кото-pая соответствует ÷астиöе со стехиоìетpи÷ескиì со-ставоì. Сëеäствиеì этоãо äоëжно явитüся возpаста-ние нанотвеpäости (табë. 2) покpытия, а, сëеäова-теëüно, повыøение еãо экспëуатаöионных свойств.В табë. 2 пpивеäены составы pяäа покpытий, пpи-

ìенявøихся в äанной pаботе, и некотоpые их свойства.Аäãезиþ покpытия с поäëожкой оöениваëи на твеp-

äоìеpе Pоквеëëа пpи внеäpении аëìазной пиpаìиäы сpеãистpаöией акусти÷еской эìиссии (АЭ). Оöенкупpовоäиëи по суììаpноìу ÷исëу иìпуëüсов АЭ.В табë. 3 пpивеäены pезуëüтаты оöенки фpак-

таëüной pазìеpности покpытий по ìикpофотоãpа-фияì [3] и их pаботоспособностü пpи обpаботке äе-таëей из сеpоãо ÷уãуна. Из табë. 3 виäно, ÷то иìея

пpакти÷ески оäинаковуþ пpо÷ностü аäãезии с поä-ëожкой, покpытия AlTiN обëаäаþт боëее высокойpаботоспособностüþ. Это, как показываþт оöенкафpактаëüной pазìеpности и квантово-ìехани÷е-ские pас÷еты, обусëовëено боëее высокой стpук-туpной устой÷ивостüþ покpытия AlTiN.Испоëüзоваëся pежущий инстpуìент, оснащен-

ный сìенныìи ìноãоãpанныìи пëастинаìиTNMG 220408 ВК8. Обоpуäование: токаpный ста-нок с ЧПУ ìоä. СВ-141. Заãотовка — кpыøка пеp-ви÷ноãо ваëа СЧ18 ГОСТ 1412—85 (твеpäостü от-ëивки 143 ÷ 229 НВ ).


1. Нанотехнология в бëижайøеì äесятиëетии. Пpо-ãноз напpавëения иссëеäований / Поä pеä. М. Pоко,P. М. Виëüяìса, П. Аëивисатоса. Пеp. с анãë. поä pеä.P. А. Анäpиевскоãо. М.: Миp. 2002. 292 с.

2. Заводинский В. Г. Коìпüþтеpное ìоäеëиpованиеатоìной и эëектpонной стpуктуpы наносистеì. У÷еб.пособие. Хабаpовск: ХГПУ, 2003. 72 с.

3. Инфоpмационные ìоäеëи саìосбоpки наносистеìи наностpуктуpиpование ìатеpиаëов пpи внеøнеì ìеха-ни÷ескиì возäействии / Ю. Г. Кабаëäин, С. Н. Муpавü-ев, С. В. Сеpый, А. А. Пpосоëови÷. Коìсоìоëüск-на-Аìуpе: КнАГТУ, 2009. 212 с.

4. Шевченко В. Я., Шедегов В. Е., Платэ Н. А. Кон-öепöия pазвития pабот по нанотехноëоãияì // Беëая книãапо нанотехноëоãияì. М.: Изä-во ЛКН, 2008. С. 28—41.

5. Иванова В. С. Ввеäение в ìежäисöипëинаpное ìа-теpиаëовеäение. М.: УPСС, 2005. 252 с.

6. Потапов А. А. Эëектpонное стpоение атоìов. М.Ижевск: Институт коìпüþтеpных иссëеäований. НИУ"Pеãуëяpная и хаоти÷еская äинаìика". 2009. 264 с.

7. Захаpова В. П. Еще pаз о атоìах и яäpах // Изв.вузов. Физика. 2003. № 1. С. 5—8.

8. Оганесян Ю. Ц. Синтез и иссëеäования новыхсвеpхтяжеëых эëеìентов. Internet, yandex.

9. Иванов В. К. Эëектpонные свойства ìетаëëи÷е-ских кëастеpов // Соpовский обpазоватеëüный жуpнаë.1999. № 8. С. 97—102.

10.Ишханов Б. С., Капитонов И. М., Юдин Н. П.Частиöа и атоìные яäpа. У÷ебник. 2-е изä. М.: Изä-воЛКН, 2007. 584 с.

11.Пенpоуз P. Путü к pеаëüности иëи законы, упpав-ëяþщие Всеëенной. Ижевск.: Институт коìпüþтеpныхтехноëоãий. НИЦ "Pеãуëяpная и хаоти÷еская äинаìика".2007. 912 с.

12.Инфоpмация. Наностpуктуpные пpоöессы во Все-ëенной и биоëоãии / Ю. Г. Кабаëäин, В. И. Деìентüев,С. В. Сеpый, А. А. Пpосоëови÷. Коìсоìоëüск-на-Аìуpе:КнАГТУ, 2009. 336 с.

13.Мандельбpот Б. Фpактаëüная ãеоìетpия пpиpоäы.Сан-Фpанöиско: Фpиìан, 1992. 490 с.

14. Хакен Г. Инфоpìаöия и саìооpãанизаöия. Макpо-скопи÷еский поäхоä к сëожныì систеìаì. 2-е изä., äоп.:Пеp. с анãë. Пpеäисë. Ю. Л. Кëиìонтови÷а. М.: Коì-Книãа. 248 с.

15.Смиpнов Б. М. Физика фpактаëüных кëастеpов.М.: Наука, 1991. 315 с.

16.Пеpспективные ìноãокоìпонентные нанокоìпо-зитные покpытия на основе TiN, поëу÷енные ионно-пëазìенныì напыëениеì // Тез. äокë. Пеpвоãо ìежäу-наpоäноãо фоpуìа по нанотехноëоãияì. Т. 1. С. 213, 214.

17.Каштанов П. В., Смиpнов Б. М., Хиплеp P. Маãне-тpонная пëазìа и нанотехноëоãия // УФН. Т. 177. 2007.№ 5. С. 503—517.

Таблица 2Состав и характеристики покрытий

Состав покры-тия

Цвет

Рас-÷етная тоëщи-на, ìì

Нано-ìикро-твер-äостü HV

Стой-костüк окис-ëениþ,

°С

Аä-ãезия

AlTiN Серо-фиоëе-товый

3,2 3727 800 Хоро-øая

AlSiTiN — 3,2 3574 800 —AlN—TiN Светëо-зо-

ëотистый3,2 3409 900 —

TiNbN Серо-÷ер-ный

4,0 3313 850 —

(TiC)N Зоëотисто- кори÷невый

1,8 3638 600 —

Таблица 3Состав, фрактальная размерность и работоспособность покрытий

Состав Фрактаëüная разìерностü Стойкостü T, ìин

AlTiN 1,497 152AlSiTiN 1,210 —AlN—TiN 1,63 45TiNbN 1,405 —(TiC)N 1,57 —Всухуþ — 45


УДК 621.833

А. Э. ВОЛКОВ, В. И. МЕДВЕДЕВ, äоктоpа техни÷еских наук, И. В. ЖУЧКОВ (МГТУ "Станкин"), e-mail: [email protected]

Èñïîëüçîâàíèå ýêñöåíòpèêîâîãî ìîäèôèêàòîpà äëÿ îápàáîòêè êîíè÷åñêèõ êîëåñ ñ êpóãîâûìè çóáüÿìè

Кони÷еские коëеса с кpуãовыìи зубüяìи øиpокоиспоëüзуþтся в pеäуктоpах и коpобках скоpостей вавиастpоении, автоìобиëестpоении, суäостpоении иäpуãих отpасëях пpоìыøëенности. Кони÷еские пе-pеäа÷и с кpуãовыìи зубüяìи иìеþт pяä пpеиìу-ществ по сpавнениþ с пpяìозубыìи кони÷ескиìипеpеäа÷аìи: они пpакти÷ески бесøуìны, ìенее ÷ув-ствитеëüны к поãpеøностяì сбоpки и ìонтажа, аввиäу ëу÷øеãо пpиëеãания контактиpуþщих повеpх-ностей обëаäаþт боëüøей наãpузо÷ной способно-стüþ. Кони÷еские коëеса с кpуãовыì зубоì наpеза-þт на спеöиаëüных зубоpезных станках. К наибоëееpаспpостpаненныì относятся станки ìоä. 525 и528С. Как пpавиëо, пpи обpаботке зубüев испоëüзу-þт ìетоä обкатки пpи соãëасованноì pавноìеpноìвpащении ëþëüки и заãотовки. На станках ìоä. 525и 528С ìожно pавноìеpное вpащение ëþëüки ìе-нятü на неpавноìеpное с поìощüþ эксöентpиковоãоìоäификатоpа, пpи вкëþ÷ении котоpоãо ëþëüка по-ëу÷ает äопоëнитеëüное уãëовое пеpеìещение, уско-pяþщее иëи заìеäëяþщее ее вpащение.Механизì ìоäификаöии обкатки ìожно ис-

поëüзоватü в сëеäуþщих сëу÷аях:1) пpи обpаботке зубüев øестеpен поëуобкатных

пеpеäа÷;2) есëи ноìинаëüный äиаìетp инстpуìента, не-

обхоäиìый äëя поëу÷ения заöепëения хоpоøеãо

ка÷ества, пpевосхоäит ìаксиìаëüно äопустиìоезна÷ение äëя иìеþщихся станков;

3) пpи обpаботке pавновысоких зубüев, коãäаäëя бëаãопpиятноãо пpоäоëüноãо сужения зубüевтpебуется испоëüзование инстpуìента ìаëоãо äиа-ìетpа, пpи котоpоì не уäается поëу÷итü повеpхно-сти зубüев, обеспе÷иваþщие ëокаëизованный ìаëо÷увствитеëüный к поãpеøностяì контакт с высо-кой наãpузо÷ной способностüþ;

4) пpи обpаботке øестеpен кони÷еских пеpеäа÷с ìаëыì ìежосевыì уãëоì и относитеëüно боëü-øой äëиной обpазуþщей äеëитеëüноãо конуса.В настоящее вpеìя на завоäах ìоäификатоp

пpакти÷ески не испоëüзуþт, несìотpя на то, ÷тобоëüøая ÷астü станков äëя обpаботки зубüев кони-÷еских коëес снабжена этиì устpойствоì. Этоìожно объяснитü сëеäуþщиì. Механизì ìоäифи-каöии, кинеìати÷еская схеìа котоpоãо поäpобноописана в pаботах [1, 2], пpеäставëяет собой сëож-ный эëеìент с тpеìя паpаìетpаìи наëаäки:пеpеäато÷ное отноøение iìоä ãитаpы ìоäифика-

тоpа;эксöентpиситет eì pоëика ìоäификатоpа;уãоë Φì фазы pоëика ìоäификатоpа (pас÷етный

уãоë фазы ìоäификатоpа, пpи котоpоì пpофиëиpу-ется pас÷етная то÷ка зуба, т. е. сеpеäина обкатки).В то же вpеìя степенü неpавноìеpности вpаще-

ния ëþëüки во всех известных ìетоäах [1, 2] опи-сываþт коэффиöиентоì Km ìоäификаöии, пеpе-с÷ет котоpоãо в паpаìетpы наëаäки ìоäификатоpанеоäнозна÷ен. Кpоìе тоãо, пpивеäенные в пубëи-каöиях ìетоäы pас÷ета коэффиöиента Km ìоäифи-каöии, паpаìетpов наëаäки ìоäификатоpа и накëа-äываеìые на них оãpани÷ения также не иìеþт оä-нозна÷ноãо pеøения.Поэтоìу быëи поставëены сëеäуþщие заäа÷и:

обосноватü оãpани÷ения на паpаìетpы наëаäки ìо-äификатоpа и коэффиöиент ìоäификаöии; пpиìе-няя ìоäификаöиþ обкато÷ноãо äвижения, обосно-ватü возìожностü уìенüøения ноìинаëüноãо äиа-ìетpа зубоpезной ãоëовки äëя обpаботки кpуãовыхзубüев кони÷еских коëес с öеëüþ испоëüзованиястанков с ìенüøиìи ãабаpитныìи pазìеpаìи.

Математическая модель фоpмообpазования боковой повеpхности кpуговых зубьев

конических колес

Пpи обpаботке кони÷еских коëес с кpуãовыìизубüяìи обкатных пеpеäа÷ пpоизвоäящей повеpх-ностüþ явëяется усе÷енный кpуãовой конус. В пpа-

Ïpîâåäåíî ñpàâíåíèå ìîäåëåé ôîpìîîápàçîâàíèÿáîêîâûõ ïîâåpõíîñòåé êpóãîâûõ çóáüåâ, òî÷íî è ïpè-áëèæåííî ó÷èòûâàþùèõ ìîäèôèêàöèþ îáêàòî÷íîãîäâèæåíèÿ ýêñöåíòpèêîâîãî ìîäèôèêàòîpà. Ïîëó÷åíûîãpàíè÷åíèÿ íà ïàpàìåòpû íàëàäêè ìîäèôèêàòîpà èêîýôôèöèåíò ìîäèôèêàöèè. Ïîêàçàíî, ÷òî ïpèìåíåíèåìîäèôèöèpîâàííîãî äâèæåíèÿ îáåñïå÷èâàåò ëîêàëè-çîâàííûé êîíòàêò, ìàëî÷óâñòâèòåëüíûé ê òåõíîëîãè÷å-ñêèì è ìîíòàæíûì ïîãpåøíîñòÿì ïpè èñïîëüçîâàíèèçóáîpåçíûõ ãîëîâîê ìåíüøåãî äèàìåòpà.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: êîíè÷åñêèå çóá÷àòûå êîëåñà, îá-êàòêà, ýêñöåíòpèêîâûé ìîäèôèêàòîp, îáêàòíîå äâèæå-íèå, ïîãpåøíîñòü.

A comparison of forming models of circular teeth sur-faces, considering precisely and approximately the modifi-cation of running-in motion of eccentric modifier, is ac-complished. The limitations on the modifier’s adjustmentparameters and modification coefficient were obtained. Itwas shown that application of the modified motion pro-vides the localized contact, which is low sensitive to man-ufacturing and assembly errors at use of the gear-shapingcutter heads with lesser diameter.

Keywords: cone gears, running, eccentric modifier,running-in motion, error.


вой äекаpтовой систеìе Σb, жестко связанной с за-ãотовкой, на÷аëо котоpой нахоäится в веpøине Oäеëитеëüноãо конуса, осü zb пpохоäит по оси вpа-щения заãотовки по напpавëениþ от боëüøеãо тоp-öа к ìенüøеìу, пëоскостü xbzb пеpпенäикуëяpнапëоскости веpøин pезöов инстpуìента, сеìействопpоизвоäящих повеpхностей иìеет виä [3]:

rb = [M(3, ϕ)][M(2, π/2 + Γ)] Ѕ

Ѕ , (1)

ãäе rb — pаäиус-вектоp то÷ки пpоизвоäящей по-веpхности; ϕ — уãоë повоpота заãотовки; ν, θ —кpивоëинейные кооpäинаты то÷ки пpоизвоäящейповеpхности; ψ —уãоë повоpота ëþëüки (сëужитпаpаìетpоì сеìейства пpоизвоäящих повеpхно-стей); [M(3, γ)], [M(2, γ)] — ìатpиöы повоpота век-тоpа на уãоë γ вокpуã тpетüей и второй кооpäинатныхосей соответственно. В выpажении (1) испоëüзова-ны сëеäуþщие унивеpсаëüные наëаäо÷ные паpаìет-pы: Rc — обpазуþщий pаäиус инстpуìента; αc —уãоë пpофиëя инстpуìента; U — pаäиаëüная уста-новка инстpуìента; ΔА, ΔE — осевое и ãипоиäноесìещения заãотовки; ΔВ — сìещение стоëа бабкиизäеëия; Γ — уãоë установки бабки изäеëия.В систеìе Σb ìожно описатü боковуþ повеpх-

ностü кpуãовоãо зуба как оãибаþщуþ сеìейства rb:

rb = rb(θ, ν, ψ)

= 0.

Пpи испоëüзовании эксöентpиковоãо ìоäифи-катоpа уãëы ϕ и ψ связаны сëеäуþщей то÷ной за-висиìостüþ [2]:

ψ = q – i0ϕ + [cosΦì – cos(Φì + iзäϕ)], (3)

ãäе i0 — пеpеäато÷ное отноøение öепи обката; iзä —пеpеäато÷ное отноøение от заãотовки к äиску ìо-äификатоpа; q — pас÷етная уãëовая установка ин-стpуìента; rë — pаäиус на÷аëüной окpужности ÷еp-вя÷ноãо коëеса ëþëüки станка (äëя станка ìоä.528С rë = 600 ìì).Пеpеäато÷ное отноøение iзä от заãотовки к äис-

ку ìоäификатоpа ìожно пpеäставитü так [1]:

iзä = iìоäi0ich, (4)

ãäе ich — пеpеäато÷ное отноøение кинеìати÷ескойöепи (искëþ÷ая ãитаpу ìоäификатоpа), связываþ-щей ëþëüку и äиск ìоäификатоpа, äëя станкаich = const (äëя станка ìоä. 528С ich = 25/12).

Синтез конических пеpедач с кpуговыми зубьями с использованием модификации

обкаточного движения

Пpи pас÷ете наëаäок (техноëоãи÷ескоì синтезе)испоëüзуþт, как пpавиëо, пpибëиженнуþ зависи-ìостü ìежäу уãëаìи ϕ и ψ [4], котоpуþ ìожно по-ëу÷итü из выpажения (3) путеì pазëожения функ-öии косинуса в степенной pяä по пеpеìенной ϕпpи Φì = 0 и посëеäуþщеãо pеøения кваäpатноãоуpавнения относитеëüно ϕ:

ϕ = – (ψ – q) – Km , (5)

ãäе Km — коэффиöиент ìоäификаöии äвиженияобкатки [2], связанный с паpаìетpаìи ìоäифика-тоpа pавенствоì

Km = (iìоäich)2. (6)

Уpавнение (5) спpавеäëиво и пpи Φì = π, пpи-÷еì знак Km ìеняется на обpатный.

Pас÷ет наëаäок с испоëüзованиеì ìоäификаöииобката ìожно пpовести с поìощüþ оäной из пpо-ãpаìì синтеза заöепëения, вхоäящих в пpоãpаìì-ный коìпëекс "Экспеpт", pазpаботанный на кафеä-pе "Теоpети÷еская ìеханика" ГОУ ВПО МГТУ"СТАНКИН" поä pуковоäствоì пpоф. Г. И. Шеве-ëевой [3]. Исхоäныìи äанныìи äëя синтеза явëя-þтся: ãеоìетpи÷еские паpаìетpы зуб÷атой паpы;ãеоìетpи÷еские паpаìетpы инстpуìента äëя обpа-ботки зуб÷атоãо коëеса; усëовия синтеза.В ка÷естве усëовий синтеза pассìатpиваþтся

сëеäуþщие тpебования.1. Сìещение pас÷етной то÷ки P (2) (öентp буäу-

щеãо пятна контакта) на боковой повеpхности зубакоëеса относитеëüно сpеäней то÷ки M (2) зуба, ëе-жащей на обpазуþщей äеëитеëüноãо конуса насpеäнеì конусноì pасстоянии Rm (pис. 1). Новоепоëожение pас÷етной то÷ки заäаþт с поìощüþäвух взаиìно пеpпенäикуëяpных сìещений Δr и Δνотноситеëüно сpеäней то÷ки.

2. Поëу÷ение заäанноãо отноøения σp = 2а/b äëи-ны 2а (pис. 2) ìãновенной контактной пëощаäки вpас÷етной то÷ке к øиpине b зуб÷атоãо венöа коëесапpи контакте зубüев в то÷ке P (2) пpи заäанной тоë-щине εp сëоя кpаски (пpи ìоäеëиpовании испытаниязуб÷атой паpы на контpоëüно-обкатноì станке).

3. Уãоë ìежäу тpаектоpией то÷ки касания по-веpхностей зубüев пpи ее äвижении по повеpхностизуба коëеса и пеpпенäикуëяpоì к ëинии зуба коëе-са в то÷ке P (2) äоëжен бытü pавен заäанноìу зна-÷ениþ λp (сì. pис. 2).

4. Максиìаëüное зна÷ение на интеpваëе пеpесо-пpяжения откëонения δt зуба веäоìоãо коëеса отпоëожения, соответствуþщеãо то÷ноìу заöепëе-

U ψcos ν αcsin θcos ΔA Γcos–+

U ψsin ν αcsin θsin ΔE–+

Rcctgαc ΔB– ν αccos–

(2)rb∂

θ∂-----

rb∂

ν∂-----

rb∂

ψ∂-----

eì

rë----

1i0--- ψ q–( )2

2---------------

eì

rë----


ниþ. Откëонение изìеpяется по äуãе äеëитеëüнойокpужности зуб÷атоãо коëеса от pеаëüноãо поëоже-ния сpеäней то÷ки зуба äо поëожения сpеäней то÷-ки пpи то÷ноì заöепëении.

5. Выбоp коэффиöиента Km ìоäификаöии äви-жения обкатки. Пpеäпоëаãается, ÷то уãоë ϕ пово-pота заãотовки, отс÷итываеìый от поëожения за-ãотовки в öентpе обката ψ = q, связан с уãëоì ψ по-воpота ëþëüки выpажениеì (5).Паpаìетpы синтеза: Δr, Δν, σp, εp, λp, δt и Km. Pе-

зуëüтат синтеза — зна÷ения паpаìетpов U, ΔA, ΔE,i0 äëя обpаботки зубüев øестеpни и зуб÷атоãо ко-ëеса и Rc äëя обpаботки pазных стоpон зубüев øес-теpни.В pаботе [4] äаны pекоìенäаöии по выбоpу всех

паpаìетpов синтеза, кpоìе коэффиöиента Km. Оã-pани÷ения пpеäëожены в pаботе [2]:

Km m eì.max/rë; (7)

iìоätch m 1,2. (8)

Дëя станка ìоä. 528С спpавеäëивы оãpани÷ения:

Km m 0,04, iìоä m 0,6. (9)

Оäнако иссëеäования показаëи, ÷то оãpани÷е-ния (7), (8) не явëяþтся обязатеëüныìи äëя поëу-÷ения заöепëения высокоãо ка÷ества. Они не свя-заны с констpукöией ìоäификатоpа. Боëее тоãо,

как буäет показано ниже, эти оãpани÷ения сëиø-коì жесткие и их собëþäение не всеãäа позвоëяетпоëу÷итü заöепëение, уäовëетвоpяþщее тpебуеìыìкpитеpияì ка÷ества.Кpитеpии качества зубчатой паpы. Как пpавиëо,

pаботоспособностü зуб÷атой паpы опpеäеëяþт äвакpитеpия: 1) ìакpоãеоìетpия зубüев; 2) фоpìа, pаз-ìеpы и поëожение пятна контакта. По пеpвоìукpитеpиþ пpовеpяþт отсутствие поäpезания зубü-ев, сиììетpи÷ностü пpофиëей зубüев в pазëи÷ныхсе÷ениях и коэффиöиент сужения зубüев.Коэффиöиент Kγ сужения ноpìаëüной тоëщины

зубüев, pавный отноøениþ ноpìаëüной внеøнейтоëщины Snae веpøинной ëенто÷ки к ее ноpìаëü-ной внутpенней тоëщине Snai, äоëжен уäовëетво-pятü тpебованияì ГОСТ 19326—73

0,7 m Kγ m 1,3. (10)

Втоpой кpитеpий хаpактеpизует контакт зубüевзуб÷атых коëес в пеpеäа÷е. Pабота зуб÷атой паpыс÷итается уäовëетвоpитеëüной, есëи пятно контак-та не выхоäит на кpоìки зубüев, т. е. контакт ëо-каëизован. Пpи÷еì пятно контакта не äоëжно вы-хоäитü на кpоìки äаже пpи наëи÷ии поãpеøностей,в тоì ÷исëе и пpи наибоëее небëаãопpиятноì со-отноøении поãpеøностей окpужных øаãов зубüевøестеpни и зуб÷атоãо коëеса.Дëя обеспе÷ения ëокаëизаöии контакта необхо-

äиìо оäновpеìенное выпоëнение сëеäуþщих тpехусëовий:

1) äостато÷но ìаëый уãоë накëона pабо÷ей ëи-нии (тpаектоpии äвижения öентpа ìãновенноãо эë-ëипса контакта) к ëинии зуба;

2) äостато÷но ìаëая äëина боëüøей поëуосиìãновенноãо эëëипса контакта;

3) äостато÷но ìаëая äëина pабо÷ей ëинии, ко-тоpая äостиãается путеì заäания пpи синтезе боëü-øоãо зна÷ения паpаìетpа δt, хаpактеpизуþщеãо за-зоp ìежäу зубüяìи коëеса и øестеpни пpи их pав-ноìеpноì вpащении с уãëовыìи скоpостяìи,обpатно пpопоpöионаëüныìи ÷исëаì зубüев коëес.Пpи этоì пpеäпоëаãается, ÷то коëеса установëенытакиì обpазоì, ÷то зазоp в сеpеäине интеpваëа пе-pесопpяжения зубüев pавен нуëþ.Лиøü пpи выпоëнении этих тpех усëовий ìожет

бытü поëу÷ен ëокаëизованный и устой÷ивый к тех-ноëоãи÷ескиì и ìонтажныì поãpеøностяì кон-такт зубüев.

Pекомендации по выбоpу значенийпаpаметpов модификации

Данные pекоìенäаöии основаны на сëеäуþщеìпоëожении: пpибëиженная ìоäеëü [фоpìуëа (5)]äоëжна äаватü пpакти÷ески такие же pезуëüтаты,как и то÷ная ìоäеëü [фоpìуëа (3)].

Rm

Ob

b/2

ΔrΔv

δ2

M(2)

P(2)

2a

v

P(2)

u

λр

Pис. 1. Pасчетные паpаметpы для точки P (2) на боковойповеpхности зуба колеса

Pис. 2. Pасположение мгновенной контактной площадки наpазличных фазах зацепления


Фоpìуëу (5) пpеäставиì в виäе, анаëоãи÷ноìpавенству (3), т. е. в виäе обpатной зависиìости уã-ëа ψ от уãëа ϕ:

ψ = q – i0ϕ + Km . (11)

Фоpìуëа (11) пpеäставëяет собой pазëожениефункöии ψ(ϕ), опpеäеëенной фоpìуëой (3), в pяäпо степеняì пеpеìенной: ΔΦ = iзäϕ. Допоëнитеëü-но у÷тены и фоpìуëы (4), (6).Кваäpати÷ное pазëожение y = 1 – x2/2 пpи

–0,5 m x m 0,5 ìаëо отëи÷ается от функöииy = cosx, поэтоìу усëовиеì спpавеäëивости фоp-ìуëы (11) явëяется неpавенство

|ΔΦ | = |iзäϕ| = |iìоäi0ichϕ | = |iìоäichψ| m 0,5

иëи

iìоä m 1/(2θich), (12)

ãäе θ — поëовина уãëа ка÷ания ëþëüки.Дëя вы÷исëения уãëа θ ìожно испоëüзоватü

пpибëиженные выpажения из pаботы [1] иëи боëеето÷ные ìетоäы из pабот [5, 6]. Уãоë θ ìожно выpа-зитü ÷еpез ÷исëо zпp зубüев, пpопускаеìых пpи äе-ëении, напpиìеp, äëя станка ìоä. 528С [1] поëу÷иì:

zпp = . (13)

Поëу÷енное зна÷ение zпp äоëжно бытü окpуãëе-но äо бëижайøеãо öеëоãо, не кpатноãо ÷исëу zзубüев наpезаеìоãо коëеса.Дëя Km, испоëüзуя фоpìуëы (6) и (12), поëу÷иì:

Km m eì/(4rëθ2). (14)

Такиì обpазоì, оãpани÷ения (12) и (14) ìожноpассìатpиватü как уто÷нения к оãpани÷енияì (7)и (8) соответственно.

Обpаботка кpуговых зубьев конических колес зубоpезными головками с малым номинальным

диаметpом

Испоëüзование ìоäифиöиpованноãо äвиженияобкатки во ìноãих сëу÷аях позвоëяет поëу÷итü пе-pеäа÷у с ëокаëизованныì контактоì, сëабо ÷увст-витеëüныì к поãpеøностяì, пpи обpаботке повеpх-ностей зубüев инстpуìентоì с ìенüøиì ноìинаëü-ныì äиаìетpоì, ÷еì пpи отсутствии ìоäификаöии.В pезуëüтате в некотоpых сëу÷аях появëяется воз-ìожностü испоëüзования станков ìенüøих ãаба-pитных pазìеpов.Пpимеp 1. Pассìотpиì синтез оpтоãонаëüной

кони÷еской пеpеäа÷и с ëевыì напpавëениеì спи-pаëи на øестеpне с паpаìетpаìи: пеpеäато÷ное от-ноøение 31:73; сpеäний ноpìаëüный ìоäуëümn = 5,95 ìì; øиpина зуб÷атоãо венöа 70 ìì; уãоë

накëона спиpаëи 30°, остаëüные констpуктивныепаpаìетpы указаны в табë. 1. Pас÷етный ìоìент наваëу зуб÷атоãо коëеса 1,53•107 Н•ìì, ìоäуëüЮнãа 2,1•105 Н/ìì2, коэффиöиент Пуассона 0,3,pабо÷ая стоpона зубüев øестеpни — воãнутая. Син-тез наëаäок, выпоëненный с поìощüþ пpоãpаìì-ноãо коìпëекса "Экспеpт" [4], пpи усëовии отсут-ствия ìоäификаöии пpивеë к тоìу, ÷то äëя изãо-товëения паpы, контакт котоpой устой÷ив кпоãpеøностяì, необхоäиì инстpуìент с ноìи-наëüныì äиаìетpоì не ìенее 550 ìì. Дëя обpабот-ки ìожно испоëüзоватü бëижайøуþ ãоëовку изстанäаpтноãо pяäа с ноìинаëüныì äиаìетpоìd0 = 630 ìì. На pис. 3 (сì. обëожку) пpивеäены пят-на контакта поä наãpузкой с у÷етоì поãpеøностиокpужных øаãов зубüев пpи Km = 0 и d0 = 630 ìì.Пpеäпоëаãается, ÷то зубüя øестеpни обpабатываþтоäностоpонниì способоì, а зубüя коëеса — пово-pотныì. Пpоäоëüное сужение веpøинных ëенто-÷ек зубüев (pис. 4), показанное спëоøныìи ëиния-ìи, уäовëетвоpяþт неpавенству (10): = 0,99;

= 1,15 (инäекс "1" относится к øестеpне, ин-äекс "2" — к коëесу). Се÷ения зубüев äеëитеëüныìиконусаìи показаны на pис. 4 øтpиховыìи ëиния-ìи. Отноøение внеøней äеëитеëüной тоëщины похоpäе зуба øестеpни к внутpенней äеëитеëüнойтоëщине pавно 1,20. Анаëоãи÷ное отноøение äëязуба коëеса составëяет 1,24.

i02ϕ2

2--------

θz80i0-------- 180

π-------

Таблица 1Конструктивные параметры зубчатой пары

Параìетр Шестерня Зуб÷атое коëесо

Чисëо зубüев n 31 73Уãоë δ äеëитеëüноãо конуса 23°00′31′′ 66°59′29′′Уãоë δf конуса впаäин 21°58′ 65°02′Уãоë δa конуса верøин зубüев 24°58′ 68°02′Коэффиöиент высоты ãоëовки зуба 0,954 0,954Коэффиöиент раäиаëüноãо зазора 0,245 0,245Коэффиöиент высотной коррекöии 0,37 –0,37Допуск на разностü окружных øа-ãов, ìì

0,02 0,02

Ноìер резöа 4,5 4,5

Pис. 4. Фоpма зубьев шестеpни (а) и колеса (б),обpаботанных pезцовой головкой d0 = 630 мм (пpимеp 1)

Kγ1( )

Kγ2( )


Анаëиз синтезиpованной пеpеäа÷и пpовеäен впpоãpаììе "Контактные äавëения по Геpöу" [7].Пятна контакта пpи наибоëее небëаãопpиятноì со-÷етании откëонений окpужных øаãов зубüев, ëежа-щих в пpеäеëах äопуска (сì. табë. 1), пpивеäены наpис. 3 (сì. обëожку): ввеpху спpава показана öи-ëинäpи÷еская пpоекöия зуба øестеpни на пëос-костü (сеpый ÷етыpехуãоëüник), вкëþ÷аþщуþ осüвpащения и сpеäнþþ то÷ку боковой повеpхности.Спpава внизу изобpажена анаëоãи÷ная пpоекöиязуба коëеса. Оси вpащения øестеpни и зуб÷атоãокоëеса ãоpизонтаëüны. Внеøние тоpöы зубüев øес-теpни и коëеса pаспоëожены сëева, внутpенние —спpава. Поëосы pазноãо öвета — наëоженные оäнана äpуãуþ ìãновенные пëощаäки контакта в pаз-ëи÷ных фазах заöепëения. Эти пëощаäки иìеþтфоpìу эëëипсов, оäна из поëуосей котоpых зна÷и-теëüно пpевыøает по äëине äpуãуþ поëуосü. Пpиäвижении в пpоöессе заöепëения öентpы эëëипсовописываþт pабо÷уþ ëиниþ. На pис. 3 pабо÷ая ëи-ния показана теìныì öветоì и пеpесекает всеìãновенные контактные эëëипсы. Объеäинениевсех ìãновенных контактных эëëипсов пpеäстав-ëяет собой пятно контакта. На pис. 3 сëева внизупpеäставëена кpивая неpавноìеpности пеpеäа÷ивpащения иëи кpивая Бакстеpа.Заìетиì, ÷то äëина pабо÷ей ëинии возpастает с

увеëи÷ениеì уãëовоãо интеpваëа заöепëения паpызубüев, котоpый, в своþ о÷еpеäü, увеëи÷ивается суìенüøениеì неpавноìеpности пеpеäа÷и вpаще-ния паpы (аìпëитуäы кpивой Бакстеpа). В pассìат-pиваеìоì сëу÷ае pас÷ет наëаäок уäаëосü пpовеститак, ÷тобы поëу÷итü ëокаëизованный контакт, т. е.ìãновенные контактные пëощаäки иìеþт отpыв отвеpхней кpоìки бëаãоäаpя тоìу, ÷то ëиния их äви-жения по÷ти паpаëëеëüна ëинии зуба, а äëина пëо-щаäок невеëика.Максиìаëüное в пpоöессе заöепëения контакт-

ное äавëение оказаëосü pавныì 1631 Н/ìì2. Соот-ветствуþщая этоìу äавëениþ ìãновенная контакт-ная пëощаäка pаспоëожена в öентpаëüной ÷астибоковой повеpхности зуба.Пpимеp 2. Установитü pезöовуþ ãоëовку äиаìет-

pоì 630 ìì на боëüøинстве иìеþщихся зубоpез-ных станков неëüзя. Дëя обpаботки зуб÷атых коëеспаpы пpеäпоëаãается испоëüзоватü станок ìоä.528С. Наибоëüøий ноìинаëüный äиаìетp инстpу-ìента äëя этоãо станка из äþйìовоãо pяäа 457,2 ìì.Оäнако как показаëи pас÷еты, без испоëüзованияìоäификаöии обката поëу÷итü пятно контакта, невыхоäящее на кpоìки зуба пpи заäанной (сì. табë. 1)поãpеøности окpужных øаãов, не пpеäставëяетсявозìожныì. Испоëüзование ìоäификаöии обкат-ки (Km = 0,07) позвоëиëо пpи d0 = 457,2 ìì поëу-÷итü наëаäки станка (табë. 2), обеспе÷иваþщиепpибëизитеëüно ту же степенü ëокаëизаöии кон-такта и ìаëуþ ÷увствитеëüностü к поãpеøностяì,÷то и пpи испоëüзовании инстpуìента äиаìетpоì

d0 = 630 ìì. Pазìеp и pаспоëожение пятен контак-та на зубüях øестеpни и коëеса, обpаботанных ãо-ëовкой с d0 = 457,2 ìì, пpакти÷ески не отëи÷аетсяот пятен, пpеäставëенных на pис. 3. Пpоäоëüноесужение зубüев — уäовëетвоpитеëüное: = 1,0;

= 0,94. Максиìаëüное контактное äавëениеувеëи÷иëосü äо 1675 Н/ìì2, оäнако поäобное из-ìенение (ìенее ÷еì на 3 %) нахоäится в пpеäеëахпоãpеøности pас÷ета с поìощüþ ПК "Экспеpт".Пpимеp 3. В пеpеäа÷ах с pавновысокиìи зубüя-

ìи ÷асто äëя ëокаëизаöии контакта тpебуется ин-стpуìент, ноìинаëüный äиаìетp котоpоãо веëик ине обеспе÷ивает äопустиìоãо пpоäоëüноãо сужениязуба. Pассìотpиì пеpеäа÷у с теìи же констpуктив-ныìи паpаìетpаìи, ÷то и у пpеäыäущей паpы (сì.табë. 1), но с pавновысокиìи зубüяìи. В этоì сëу-÷ае уãëы конусов впаäин и конусов веpøин øес-теpни и зуб÷атоãо коëеса pавны уãëаì их äеëитеëü-ных конусов.Дëя обpаботки зубüев äанной пеpеäа÷и с pавно-

высокиìи зубüяìи ГОСТ 19326—73 pекоìенäуетиспоëüзоватü pезöовуþ ãоëовку äиаìетpоì 315 ììиз ìетpи÷ескоãо pяäа, ëибо ãоëовку äиаìетpоì304,8 ìì из äþйìовоãо pяäа станäаpтных pезöовыхãоëовок. Эта pекоìенäаöия обусëовëена, по-виäи-ìоìу, тоëüко усëовиеì поëу÷ения ноpìаëüноãопpоäоëüноãо сужения зубüев коëеса. Как показы-вает анаëиз, пpовеäенный с поìощüþ ПК "Экс-пеpт", испоëüзование ãоëовки ноìинаëüныì äиа-ìетpоì 315 ìì äает уäовëетвоpитеëüное сужениезубüев как øестеpни, так и зуб÷атоãо коëеса( = 1,15; = 1,16). Оäнако äëя поëу÷енияëокаëизованноãо контакта, устой÷ивоãо к поãpеø-ностяì, без испоëüзования ìоäифиöиpованноãоäвижения обката необхоäиìа ãоëовка äиаìетpоìне ìенее 550 ìì. Пpи такоì äиаìетpе пpоäоëüноесужение зубüев коëеса неäопустиìо ( = 1,86).Отìетиì, ÷то пpи обpаботке коëес с pавновысоки-

Kγ1( )

Kγ2( )

Таблица 2Значения универсальных наладок для обработки рабочих сторон

зубьев головкой диаметром d0 = 457,2 мм (пример 2)

НаëаäкаВоãнутая сторона

øестерни

Выпукëая сторона зуб-÷атоãо коëеса

Образуþщий раäиус инструìен-та, ìì

234,60 227,10

Уãоë профиëя инструìента 19°15′ 20°45′Уãëовая установка инструìента 51°06′ 51°26′Уãоë бабки изäеëия 21°58′ 65°02′Раäиаëüная установка инстру-ìента, ìì

203,33 253,16

Сìещение стоëа, ìì 7,54 –0,02Осевое сìещение заãотовки, ìì –20,10 0Гипоиäное сìещение заãотов-ки, ìì

50,16 0

Переäато÷ное отноøение öепи обката

0,47637 0,92098

Коэффиöиент ìоäификаöии äвижения обката

0,07 0

Kγ1( ) Kγ

2( )

Kγ2( )


ìи зубüяìи äиаìетp инстpуìента оãpани÷ен на-стоëüко жестко, ÷то äаже обpаботка pезöовой ãо-ëовкой äиаìетpоì 400 ìì пpивоäит к неäопусти-ìоìу сужениþ веpøинной ëенто÷ки зубüев коëеса( = 1,48).Испоëüзование ìоäификаöии обкатки (Km = 0,23)

позвоëяет поëу÷итü уäовëетвоpитеëüные наëаäки(табë. 3) пpи испоëüзовании инстpуìента с ноìи-наëüныì äиаìетpоì 315 ìì и уãëоì пpофиëя 20°.На pис. 5 (сì. обëожку) пpеäставëены pезуëüта-

ты, поëу÷енные в пpоãpаììе "Неãеpöевское pеøе-ние контактной заäа÷и" [7] äëя pассìатpиваеìойпеpеäа÷и с у÷етоì откëонения ìежосевоãо pасстоя-ния far = –0,2 ìì. Спpава на pис. 5 веpхняя зави-сиìостü — кpивая неpавноìеpности пеpеäа÷и вpа-щения [по оси абсöисс отëожен уãоë повоpота øес-теpни в pаäианах, по оси оpäинат — оøибкауãëовоãо поëожения зуб÷атоãо коëеса (10–3 pаä)].Втоpая кpивая — ãpафик ìаксиìаëüноãо контакт-ноãо äавëения на интеpваëе pаботы оäной паpызубüев. Тpетüя кpивая — зависиìостü пеpеäаваеìо-ãо кpутящеãо ìоìента от уãëа повоpота øестеpни.Накëонные у÷астки соответствуþт äвухпаpноìуконтакту зубüев, ãоpизонтаëüный — оäнопаpноìу.Сëева показаны контуpы зубüев øестеpни (ввеpху) изуб÷атоãо коëеса (внизу) с пятнаìи контакта. Беëы-ìи то÷каìи отìе÷ены ìеста, ãäе äостиãается ìакси-ìаëüное контактное äавëение, pавное 1665 Н/ìì2.Заìетиì, ÷то контакт остается ëокаëизованныì

äаже пpи наëи÷ии поãpеøностей.Пеpесчет коэффициента модификации в паpа-

метpы наладки модификатоpа. Дëя обpаботки настанке ìоä. 528С зуб÷атых коëес пеpеäа÷ (пpи-ìеpы 2 и 3) необхоäиìо выпоëнитü пеpес÷ет коэф-фиöиента ìоäификаöии в паpаìетpы наëаäки ìо-äификатоpа. Дëя этоãо пpеäëаãается сëеäуþщийаëãоpитì:

Шаã 1. Выбоp уãëа Φì фазы pоëика ìоäифика-тоpа в ãpаäусах:

0, Km > 0180, Km < 0.

Шаã 2. Выбоp эксöентpиситета eì pоëика ìоäи-фикатоpа (сëеäует выбиpатü ìаксиìаëüно возìож-ныì äëя äанной ìоäеëи станка иëи бëизкиì к ìак-сиìаëüноìу зна÷ениþ):

0,8eì.max m eì m eì.max. (16)

Шаã 3. Выбоp пеpеäато÷ноãо отноøения iìоä ãи-таpы ìоäификатоpа. Дëя этоãо воспоëüзуеìся со-отноøениеì (3), из котоpоãо поëу÷иì:

iìоä = . (17)

Шаã 4. Пpовеpка возìожности поëу÷ения тpе-буеìоãо зна÷ения коэффиöиента Km с поìощüþнеpавенств (12) и (14). Есëи неpавенства не спpа-веäëивы, то сëеäует увеëи÷итü eì и повтоpитü pас-÷ет, на÷иная с øаãа 2.В тоì сëу÷ае, есëи eì = eì.max, а неpавенства

(12) и (14) не выпоëнены, сëеäует уìенüøитü абсо-ëþтное зна÷ение Km иëи выбpатü инстpуìент боëü-øеãо ноìинаëüноãо äиаìетpа.В пpиìеpах 2 и 3 с поìощüþ выpажений (15)

и (16) поëу÷иì сëеäуþщие зна÷ения паpаìетpовнаëаäки ìоäификатоpа станка ìоä. 528С:1) Φì = 0; 2) eì = 22,5 ìì.Фоpìуëа (17) äëя Km = 0,07 из пpиìеpа 2 äает

iìоä = 0,6558; пpи Km = 0,23 из пpиìеpа 3 иìееìiìоä = 1,192.Неpавенство (14) пpи пpинятоì зна÷ении eì

спpавеäëиво в обоих пpиìеpах. Напpиìеp, äëя па-pы с pавновысокиìи зубüяìи (пpиìеp 3) ìетоäикаpаботы [6] äает ìиниìаëüное зна÷ение поëовиныуãëа ка÷ания ëþëüки, необхоäиìое äëя обpаботкивоãнутой стоpоны зуба øестеpни, θ = 8° 17′. Вы-÷исëив по фоpìуëе (13) и окpуãëив pезуëüтат вбоëüøуþ стоpону, поëу÷иì ÷исëо zпp = 10, ÷то со-ответствует зна÷ениþ θ = 9° 23′ = 0,164 pаä. Тоãäанаибоëüøее возìожное зна÷ение коэффиöиентаìоäификаöии пpи заäанноì уãëе θ в соответствиис пpавой ÷астüþ неpавенства (14) pавно 0,39. Мак-сиìаëüное зна÷ение iìоä соãëасно неpавенству (12)pавно 1,47, ÷то боëüøе тpебуеìоãо зна÷ения 1,192.Такиì обpазоì, поëу÷енные зна÷ения паpаìет-

pов наëаäки ìоäификатоpа не соответствуþт пpеж-ниì неpавенстваì (9), но хоpоøо вписываþтся вновые оãpани÷ения (12) и (14). Обpатиì вниìание,÷то неpавенство (14) зна÷итеëüно pасøиpяет äиа-пазон возìожных зна÷ений коэффиöиента Km ìо-äификаöии äвижения обкатки.

Kγ2( )

Таблица 3Значения универсальных наладок для обработкирабочих сторон равновысоких зубьев пары 31:73головкой диаметром d0 = 315 мм (пример 3)

НаëаäкаВоãнутая сторона

øестерни

Выпукëая сторона зуб-÷атоãо коëеса

Образуþщий раäиус инструìен-та, ìì

157,26 156,00

Уãоë профиëя инструìента 20°00′ 20°00′Уãëовая установка инструìента 33°58′ 35°10′Уãоë бабки изäеëия 21°58′ 65°02′Раäиаëüная установка инстру-ìента, ìì

253,94 236,76

Сìещение стоëа, ìì –14,16 –9,33Осевое сìещение заãотовки, ìì 23,62 0Гипоиäное сìещение заãотов-ки, ìì

2,15 0

Переäато÷ное отноøение öепи обката

0,36341 0,92044

Коэффиöиент ìоäификаöии äвижения обката

0,23 0

Φì = (15)

1ich-----

Kmrëeì

----------


Заключение

На основании сpавнения то÷ной и пpибëижен-ной ìатеìати÷еских ìоäеëей, у÷итываþщих ìо-äификаöиþ обкато÷ноãо äвижения, поëу÷еныуто÷ненные оãpани÷ения паpаìетpов наëаäки ìо-äификатоpа. Теоpети÷еское обоснование новыхоãpани÷ений поäтвеpжäено пpиìеpаìи.Обоснована возìожностü испоëüзования ìоäи-

фикаöии обкатки äëя поëу÷ения ëокаëизованноãоконтакта в кони÷еских пеpеäа÷ах с кpуãовыìи зубü-яìи пpи обpаботке кpуãовых зубüев зубоpезныìи ãо-ëовкаìи с ìенüøиì ноìинаëüныì äиаìетpоì, ÷топозвоëяет во ìноãих сëу÷аях иëи испоëüзоватü ста-нок ìенüøих pазìеpов, иëи поëу÷итü боëее бëаãо-пpиятное пpоäоëüное сужение pавновысоких зубüев.

Pазpаботанная ìетоäика pас÷ета наëаäок зубо-обpабатываþщих станков, оснащенных ìеханиз-ìоì ìоäификаöии обкато÷ноãо äвижения, и пpеä-ëоженные оãpани÷ения зна÷ений паpаìетpов на-ëаäки ìоäификатоpа ìоãут бытü испоëüзованытехноëоãаìи äëя поëу÷ения кони÷еских пеpеäа÷ скpуãовыìи зубüяìи с ëокаëизованныì контактоì.Поëу÷енные pезуëüтаты ìоãут способствоватü

освоениþ ìеханизìа ìоäификаöии обкато÷ноãо

äвижения и еãо пpакти÷ескоìу испоëüзованиþ наоте÷ественных завоäах.


1. Кедpинский В. Н., Писманик К. М. Станки äëя об-pаботки кони÷еских зуб÷атых коëес. М.: Маøиностpое-ние, 1967. 584 с.

2. Лопато Г. А., Кабатов Н. Ф., Сегаль М. Г. Кони-÷еские и ãипоиäные пеpеäа÷и с кpуãовыìи зубüяìи. М.:Маøиностpоение, 1977. 423 с.

3. Шевелева Г. И. Теоpия фоpìообpазования и кон-такта äвижущихся теë: Моноãpафия. М.: Изä-во "Стан-кин", 1999. 494 с.

4. Волков А. Э., Медведев В. И. Пpоектиpово÷ные итехноëоãи÷еские pас÷еты кони÷еских пеpеäа÷ с кpуãо-выìи зубüяìи: у÷ебное пособие. М.: ГОУ ВПО МГТУ"Станкин", 2007. 151 с.

5. Волков А. Э., Лагутин С. А. Метоäика вы÷исëенияуãëа ка÷ания ëþëüки äëя обpаботки кони÷еских коëес скpуãовыìи зубüяìи // СТИН. 2005. № 1. С. 19—21.

6. Медведев В. И., Матвеенков Д. С. О постpоенииоптиìаëüных повеpхностей кpуãовых зубüев кони÷ескихпаp // Вестник МГТУ "Станкин". 2009. № 1. С. 59—64.

7. Шевелева Г. И., Волков А. Э., Медведев В. И.Пpоãpаììный коìпëекс äëя поäãотовки пpоизвоäстваспиpаëüно-кони÷еских зуб÷атых пеpеäа÷ // Вестник ìа-øиностpоения. 2005. № 9. С. 6—14.

УДК 621.923.1

Я. И. СОЛЕP, Д. Ю. КАЗИМИPОВ, канäиäаты техни÷еских наук (Иpкутский ГТУ), e-mail: [email protected]

Âûáîp àápàçèâíûõ êpóãîâ ïpè ïëîñêîì øëèôîâàíèè äåòàëåé ñèëîâîãî íàáîpà ëåòàòåëüíûõ àïïàpàòîâ ïî êpèòåpèþ øåpîõîâàòîñòè ïîâåpõíîñòè

Сиëовой набоp саìоëета обpазуþт высоконаãpу-женные и ответственные äетаëи, испытываþщие зна-копеpеìенные наãpузки. Наибоëее ÷асто äëя этих äе-таëей испоëüзуþт стаëи 30ХГСА (σв = 1000 МПа) и30ХГСН2А-ВД (σв = 1620 МПа) с оäинаковой пëа-сти÷ностüþ: относитеëüное уäëинение δ = 9 % иотноситеëüное сужение ψ = 45 %. На закëþ÷итеëü-ноì этапе их тpуäоеìкоãо изãотовëения пpиìеня-

þт øëифование с испоëüзованиеì тpаäиöионныхабpазивов, котоpое отëи÷ает низкая стоиìостü пpиуäовëетвоpитеëüных pежущих свойствах и ка÷ествеобpаботанной повеpхности. В саìоëетостpоениипpеäваpитеëüное и окон÷атеëüное øëифование äе-таëей ÷аще всеãо выпоëняþт оäной опеpаöией заäва пеpехоäа. Pазëи÷ные ìикpоpеëüефы повеpхно-стей обеспе÷иваþтся поäбоpоì техноëоãи÷ескихпаpаìетpов пpоöесса.В обеспе÷ении наäежности и äоëãове÷ности äе-

таëей и их соеäинений веäущуþ pоëü иãpает øеpо-ховатостü повеpхности [1]. Дëя автоìатизиpованно-ãо упpавëения ìикpоpеëüефоì äетаëей опеpаöион-ной паpтии на стаäии техноëоãи÷еской поäãотовкипpоизвоäства на станках с ЧПУ öеëесообpазно ис-поëüзоватü инфоpìаöионнуþ базу [2, 3]. Ее основусоставëяþт базовые ìоäеëи пpоöесса и попpаво÷-ные коэффиöиенты к ниì, у÷итываþщие особен-ности конкpетных опеpаöий и äетаëей. С этих по-зиöий быëо пpовеäено сопоставëение pаботоспо-собности абpазивных кpуãов пpи øëифованииäетаëей из указанных выøе стаëей. С öеëüþ повы-øения то÷ности попpаво÷ных коэффиöиентов с

Ïpîâåäåí àíàëèç îápàáàòûâàåìîñòè çàêàëåííûõñòàëåé ãpóïï Cr—Mr—Si, Cr—Mr—Si—Ni è ýôôåêòèâíî-ñòè àápàçèâíûõ êpóãîâ èç ÷èñëà òpàäèöèîííûõ àápàçè-âîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïàpàìåòpè÷åñêèõ è íåïàpàìåòpè-÷åñêèõ ñòàòèñòèê. Íàìå÷åíû îáëàñòè èõ èñïîëüçîâàíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñòàëü, øëèôîâàíèå, øåpîõîâà-òîñòü, ïàpàìåòpè÷åñêàÿ è íåïàpàìåòpè÷åñêàÿ ñòàòèñòè-êà, êpèòåpèé çíà÷èìîñòè.

A machinabillty analysis of hardened steels of Cr—Mr—Si,Cr—Mr—Si—Ni groups and of traditional abrasive wheelsefficiency with use of parametrical and non-parametricalstatistics is performed. Their application fields are outlined.

Keywords: steel, grinding, roughness, parametrical andnon-parametrical statistics, test of significance.


у÷етоì анизотpопности ìикpоpеëüефа øëифован-ной повеpхности äëя pеаëизаöии поставëенной за-äа÷и испоëüзоваëи теоpетико-веpоятностные ìето-äы [4], иìеþщие объективные пpи÷ины, пpепятст-вуþщие их боëее øиpокоìу испоëüзованиþ в наукеи технике. К ниì ìожно отнести высокуþ тpуäо-еìкостü pутинных вы÷исëений, неäостато÷ныйуpовенü знаний инженеpов-техноëоãов в обëастиìатеìати÷еской статистики. На совpеìенноì этапеpазвития коìпüþтеpной техники и пpоãpаììныхпpоäуктов пеpвая пpи÷ина ëеãко устpаниìа (в äан-ноì иссëеäовании испоëüзоваëи пpоãpаììу Statis-tica 6.0), втоpая ÷асти÷но pеøается ознакоìëениеìс настоящиì ìатеpиаëоì.

Статистические методы интеpпpетацииэкспеpиментальных данных

Важнейøиì напpавëениеì статисти÷еских ìе-тоäов анаëиза явëяется интеpпpетаöия äанных сощутиìой сëу÷айной изìен÷ивостüþ, котоpые äе-ëятся на äве ãpуппы: паpаìетpи÷еские и непаpа-ìетpи÷еские. Пеpвая ãpуппа pазpаботана на äоста-то÷но высокоì уpовне и ÷аще испоëüзуется напpактике, она базиpуется на äиспеpсионноì ана-ëизе (ДА), пpеäъявëяþщеì pяä оãpани÷ений к сëу-÷айныì веëи÷инаì (СВ). Сpеäи них наиважнейøи-ìи с÷итаþтся ноpìаëüностü и ãоìоскеäасти÷ностüpаспpеäеëения. Наибоëее ÷асто пëотностü pаспpе-äеëения поä÷иняется закону Гаусса, äëя котоpоãоpазpаботано наибоëüøее ÷исëо статистик. Дëя пpо-веpки ãипотезы о ноpìаëüноì pаспpеäеëении, какпpавиëо, испоëüзуþт кpитеpий D соãëасия Коëìо-ãоpова—Сìиpнова [5—7]. Пpи этоì зна÷ение кpи-теpия D äоëжно бытü ìенüøе кpити÷еской веëи÷и-ны Dкp. Но в pаботе [8] отìе÷ается, ÷то испоëüзуе-ìый кpитеpий D не обëаäает высокой ìощностüþ.Это показаë анаëиз выбоpки, поëу÷енной с поìощüþсëу÷айных ÷исеë, pавноìеpно pаспpеäеëенных на от-pезке [0; 100], в то вpеìя как кpитеpий Коëìоãоpова—Сìиpнова не обнаpужиë наpуøения ãипотезы о ноp-ìаëüности. Оäнако ìноãие статистики устой÷ивы,т. е. pобастны, пpи уìеpенных откëонениях pаспpе-äеëений от кpивой Гаусса, ÷еãо неëüзя утвеpжäатü от-носитеëüно оäноpоäности äиспеpсий.Гоìоãенностü äиспеpсий в пpоãpаììе Statistica 6.0

ìожно пpовеpятü с поìощüþ статистик [6, 7]:Хаpтëи

Fmax < Fкp = Fα, k, n – 1; (1)

Кохpена

Gmax < Gα, k, n – 1; (2)

Баpтëетта

χ2 < = , (3)

ãäе Fкp, Gкp, — кpити÷еские статистики;

— веpхняя обëастü äëя χ2-pаспpеäеëения;

α — пpинятый уpовенü зна÷иìости, α = 0,05; k —÷исëо сëу÷айных независиìых выбоpок; n — объеìвыбоpок (пpи пpовеäении иссëеäования n = const).Пpи pас÷ете в пpоãpаììе Statistica 6.0 неpеäко

скëаäываþтся ситуаöии, коãäа pезуëüтаты оöеноквыпоëнения нуëü-ãипотезы (1)—(3) уäобнее пpеä-ставëятü относитеëüно уpовня äостовеpности:

αp > α, (4)

ãäе αp — наäежностü пpинятия нуëü-ãипотезы.

В pаìках иссëеäования воспоëüзоваëисü оäно-ìеpныì äиспеpсионныì анаëизоì (ОДА) I с фик-сиpованныìи уpовняìи фактоpа. Еãо pеаëизаöиясвязана с вы÷исëениеì сëеäуþщих веëи÷ин [5—7]:SS и SSE — суìì кваäpатов (СК) соответственнофактоpа и оøибки; df, dfE — ÷исеë их степеней сво-боäы; MS, MSE — сpеäних кваäpатов. Из теоpии ДАизвестно, ÷то MS и MSE поëу÷аþт путеì äеëениясоответствуþщих СК на их ÷исëо степеней свобо-äы, а кpитеpиаëüные статистики F — ÷астное от äе-ëения MS/MSE. Пpи этоì вëияние фактоpа на ва-pиаöиþ сpеäних откëика с÷итаþт существенныìпpи выпоëнении неpавенств:

F > Fα(df, d fE) (5)

иëи

αp < α. (6)

Оäнако ОДА I позвоëяет выявитü тоëüко наëи÷иеäостовеpноãо pазëи÷ия ìежäу некотоpыìи уpовня-ìи фактоpа. Саìи зна÷иìые уpовни конкpетизиpу-þтся на втоpоì этапе паpаìетpи÷еских статистик,пpовоäиìых с поìощüþ кpитеpиев ìножественноãосpавнения сpеäних [5—7]. Дëя зна÷иìых pазностейсpеäних äоëжно выпоëнятüся усëовие (6).Непаpаìетpи÷еские ìетоäы фоpìиpуþт оäно из

наибоëее успеøных напpавëений совpеìенной ста-тистики [9]. Они не связаны с какиì-ëибо конкpет-ныì сеìействоì pаспpеäеëений и не испоëüзуþт еãосвойства. В усëовиях ноpìаëüноãо pаспpеäеëенияãенеpаëüной совокупности по эффективности ониìоãут уступатü своиì конкуpентаì, оäнако пpи на-pуøении ноpìаëüности и ãоìоскеäасти÷ности pас-пpеäеëения ("на своеì поëе" [9]) пpевосхоäят паpа-ìетpи÷еские статистики. Основу втоpоãо напpавëе-ния статистик составëяþт pяä кpитеpиев: пеpестано-вок, pанäоìизаöии, pасстояния, pанãовые. В äанноìиссëеäовании испоëüзоваëи тоëüко pанãовые ста-тистики, котоpые явëяþтся инваpиантныìи отно-ситеëüно пpоизвоëüноãо ìонотонноãо пpеобpазо-вания øкаëы изìеpений. В настоящее вpеìя инже-неpаì-пpоизвоäственникаì эти ìетоäы ìаëо из-вестны, поэтоìу pассìотpиì их поäpобнее.Пpеäпоëожиì, ÷то анаëизиpуþтся выбоpки на-

бëþäений yeυ, e = , υ = , в кажäой из котоpойсäвиã pаспpеäеëения хаpактеpизуется ìеäианой:

, e = . (7)

χкр2 χk 1– α,

2

χкр2

χk 1– α,2

1 k, 1 n,

yef 1 k,


На пеpвоì этапе непаpаìетpи÷ескоãо ДА вос-поëüзуеìся кpитеpиеì Кpаскеëа—Уоëëиса, аëãо-pитì pеаëизаöии котоpоãо äëя поиска зна÷иìыхìеäиан (7) сëеäуþщий [6, 7, 9]:

1. Pаспоëаãаеì иìеþщиеся по всеì выбоpкаìнабëþäения ype, p = , e = , N = kn в воз-pастаþщеì поpяäке.

2. Pанжиpуеì посëеäоватеëüностü с поìощüþ rpeот 1 äо N.

3. Опpеäеëяеì тpебуеìые pанãи:суììаpный по выбоpке е:

Re = rpe; (8)

сpеäний äëя ее ìножества:

R e = Re/n; (9)

общий сpеäний äëя сеìейства выбоpок:R = (N + 1)/2.

4. Нахоäиì кpитеpиаëüнуþ статистику

H = (R e – R )2, котоpуþ äëя повы-

øения то÷ности вы÷исëений пpеобpазуþт к виäу:

H = – 3(N + 1). (10)

5. На уpовне зна÷иìости α пpиниìаеì нуëü-ãи-потезу H0: = = ... = , есëи

H < ; (11)

в пpотивноì сëу÷ае ее откëоняеì:

H l . (12)

Пpи усëовии (11) выбоpки pавнозна÷ны, т. е.извëе÷ены из оäной ãенеpаëüной совокупности (се-ìейства) с общей ìеäианой . По выpажениþ (12)ìожно тоëüко утвеpжäатü, ÷то не все ìеäианы (7)pавнозна÷ны, в ÷астности пpи k = 2 этоãо äоста-то÷но. В общеì сëу÷ае (k l 3) остается откpытыìвопpос: какие иìенно из ìеäиан (7) существенноpазнятся ìежäу собой. В этоì сëу÷ае äëя боëüøойвыбоpки сëеäует воспоëüзоватüся консеpвативныììетоäоì, пpеäëоженныì Миëëеpоì: ìеäианы ≠≠ , (u, υ) ∈ [1, k], u ≠ υ, есëи иìеет ìесто стpоãоенеpавенство [9]

|R u – R υ| > q(α, k, ∞) , (13)

ãäе q(α, k, ∞) — веpхняя то÷ка pазìаха k независи-ìых веëи÷ин N(0; 1) на пpинятоì уpовне α äосто-веpности.В pаìках пpовеäенноãо иссëеäования оãpани÷и-

ëисü тоëüко öентpаìи pаспpеäеëения СВ. С постав-ëенной заäа÷ей, как буäет показано ниже, непаpа-

ìетpи÷еские статистики успеøно спpавиëисü. Оä-нако во ìноãих äpуãих сëу÷аях, в ÷астности, пpипоиске ìоäеëей äëя иäентификаöии техноëоãи÷е-скоãо пpоöесса, нет pазpаботанной теоpети÷ескойбазы и ìаëовеpоятно, ÷то она буäет сфоpìиpованав бëижайøеì буäущеì.

Методика исследования

Опыты пpовоäиëи пpи сëеäуþщих неизìенныхусëовиях: пëоскоøëифоваëüный станок ìоä.3Г71М; кpуãи фоpìы 1 с pазìеpаìи 250 Ѕ 25 Ѕ 76по ГОСТ 2424—83; скоpостü pезания υк = 35 ì/с;пpоäоëüная поäа÷а Sпp = 1 ì/ìин; попеpе÷ная поäа-÷а Sпоп = 1 ìì/äв. хоä; ãëубина pезания t = 0,015 ìì;опеpаöионный пpипуск z = = 0,15 ìì; СОЖ —5 %-я эìуëüсия Аквоë-6 (ТУ 0258-00148843—98),поäается поëивоì на äетаëü (7 ÷ 40 ë/ìин); ÷исëопаpаëëеëüных набëþäений n = 30; äиаìетp обpазöаD = 40 ìì, äëина L = 30 ìì. Шëифование выпоë-няëи по тоpöу кpуãëой заãотовки, закpепëеннойпpизìаìи на пëите пpиспособëения, котоpое уста-навëиваëосü на ìаãнитноì стоëе станка. В хоäеэкспеpиìента ваpüиpоваëи ìатеpиаë äетаëи(i = ) и хаpактеpистику кpуãов по ГОСТ P52781—2007 (j = ). Коä i озна÷ает ìатеpиаëы: 1 —30ХГСА, 2 — 30ХГСН2А-ВД; коä j — круãи: 1 —24WAF40K6V11, 2 —24WAF60K6V11, 3 —25WAF40K6V20, 4 — 25WAF60K6V20.В выpажениях (7)—(10) инäекс e ∈ [1, k] пpеоб-

pазован к виäу ij.Повеpхностü äетаëей оöениваëи показатеëяìи

øеpоховатости (ГОСТ 25142—82): Ra, Rz и Rmax вäвух взаиìно оpтоãонаëüных напpавëениях, совпа-äаþщих с вектоpаìи поäа÷ (d = ): Ra1, Rz1,Rmax1 äëя Sп; Ra2, Rz2, Rmax2 äëя Sпp. Пpи паpа-ìетpи÷еских ìетоäах иссëеäования повеpхности вка÷естве ìатеìати÷еских ожиäаний СВ pассìатpи-ваëи äва виäа сpеäних и , поëу÷енных со-ответственно по pезуëüтатаì опытов и пpоãнозиpо-вания с испоëüзованиеì кpитеpиев ìножественно-ãо сpавнения сpеäних (ω = ): 1 —наиìенüøейсущественной pазности (НСP), 2 — Тüþки, 3 —Шеффе, 4 —Нüþìена-Кеуëса, 5 — Дункана [4—6].Пpи непаpаìетpи÷еских статистиках за öентp pас-пpеäеëения СВ пpиняты оöенки ìеäиан: и( )dij ω, соответствуþщие опытныì и пpеäсказан-ныì по кpитеpияì (ω = ): 6 —Кpаскеëа—Уоë-ëиса; 7 — Миëëеpа. Дëя ожиäаеìых ìеäиан пеpеäзависиìыìи пеpеìенныìи äописана буква m (me-dian), ÷то позвоëиëо сохpанитü знак "кpыøа" наäпpоãнозиpуеìой функöией.

Pезультаты исследования и их обсуждение

Сpеäние набëþäения , d = i = , j =äëя всех паpаìетpов øеpоховатости пpивеäеныв табë. 1.

1 N, 1 k,

p 1=

n

∑

12nN N 1+( )------------------

e 1=

k

∑

⎝⎛ 12kN 2 N 1+( )--------------------

e 1=

k

∑ Re2

⎠⎞

y1f y2

f ykf

χk 1– α,2

χk 1– α,2

yf

yuf

yυf

k kn 1+( )12

------------------0,5

1 2;1 4;

1 2;

ydij ydijωf

1 5;

ydijf

my˜

6 7;

ydij 1 2; 1 4;


На пеpвоì этапе интеpпpетаöии экспеpиìен-таëüных äанных оãpани÷иëисü паpаìетpи÷ескиìистатистикаìи. Иссëеäуеìые стаëи иìеþт о÷енüбëизкие хиìи÷еские составы. Поэтоìу ìожнопpеäпоëожитü, ÷то они хаpактеpизуþтся оäинако-выìи свойстваìи øëифования. Дëя пpовеpки этойãипотезы пpовеëи ОДА I по всеì иссëеäуеìыì кpу-ãаì. В табë. 2 пpивеäены pезуëüтаты анаëиза пpиøëифовании кpуãоì 24WAF60K6V11 ( j = 2), кото-pые указываþт на то, ÷то неpавенства (5) и (6) на-pуøены, поэтоìу на 5 %-оì уpовне сpеäние и

, d = существенно не pазëи÷аþтся. В связи

с этиì их ìожно хаpактеpизоватü общей веëи÷иной

äëя кpуãа 2 (сì. табë. 1): = 0,1380 (0,16);

= 0,7714 (0,8); = 1,2147 (1,25);

= 0,0885 (0,10); = 0,2035 (0,20);

= 0,4593 (0,50), в скобках пpивеäены ка-

теãоpиаëüные веëи÷ины øеpоховатостей по ГОСТ25142—82.Поäобные pезуëüтаты установëены паpаìетpи-

÷ескиìи статистикаìи äëя остаëüных кpуãов пpиøëифовании äетаëей из стаëей 30ХГСА и30ХГСН2А-вä.Дëя поäтвеpжäения наäежности pезуëüтатов

ОДА I пpовеëи тест на ãоìоãенностü äиспеpсий пофоpìуëаì (1)—(3) (табë. 3). Дëя сокpащения ин-фоpìаöии пpивеäены тоëüко αp, pасс÷итанные пофоpìуëе (4). Установëено, ÷то на 5 %-оì уpовнеäëя ìеëкозеpнистых кpуãов F60 pаспpеäеëение зна-÷ений показатеëей øеpоховатости обëаäает свойст-воì ãоìоскеäасти÷ности äëя всех без искëþ÷енияпаpаìетpов. Испоëüзование кpупнозеpнистых кpу-ãов F40 вызваëо ãетеpоскеäасти÷ностü pаспpеäеëе-ний СВ по сëеäуþщиì паpаìетpаì: Ra1, Rz2, Rmax2 —äëя инстpуìента 1; Ra2, Rz2 — äëя кpуãа 3, ÷то пpи-веëо к необхоäиìости äопоëнитеëüноãо анаëизанабëþäений по кpитеpиþ Кpаскеëа—Уоëëиса(ω = 6). Дëя этоãо по фоpìуëе (8) найäены суììаp-ные pанãи и по выpажениþ (10) пpос÷итаны кpи-теpиаëüные статистики Н. Допоëнитеëüно в по-сëеäней ãpафе табë. 4 пpоставëены оøибки α в сëу-÷ае пpинятия нуëü-ãипотезы (11).Совпаäение ìеäиан поäтвеpжäено äëя всех ис-

сëеäуеìых паpаìетpов (сì. табë. 4), за искëþ÷ени-еì Rz2i1, i = , иìеþщих ìесто пpи øëифованиистаëей 30ХГСА и 30ХГСН2-ВД кpуãоì24WAF40K6V11. Теì не ìенее, по совокупностианаëизиpуеìых pезуëüтатов быëо pеøено на 5 %-оì уpовне зна÷иìости пpинятü нуëü-ãипотезу (11)об иäенти÷ности ìикpоpеëüефа повеpхности äета-ëей из обеих ìаpок стаëи по кажäоìу кpуãу в от-äеëüности.

Таблица 1Средние арифметические шероховатостей при шлифовании сталей 30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД различными абразивными кругами

Параìетр, ìкì, äëя круãов ( j)

1 2 3 4

—

0,1380 0,1380 0,1310 0,1718 — 0,1447

—

0,8245 0,7714 0,7732 0,9376 — 0,8267

—

1,1034 1,2147 1,0874 1,2640 — 1,1674

—

0,1085 0,0886 0,0838 0,1035 — 0,0961

—

0,3965 0,2035 0,2047 0,2145 — 0,2548

—

0,6940 0,4593 0,4406 0,5146 — 0,5271

ydijydi yd

Ra11j

Ra12j------------

0,14170,1343-------------

0,13730,1387-------------

0,13300,1290-------------

0,15970,1840-------------

0,14290,1465-------------

Ra1 j

Rz11 j

Rz12 j

----------0,81000,8390-------------

0,76600,7767-------------

0,79070,7557-------------

0,88130,9940-------------

0,81200,8414-------------

Rz1 j

Rmax11 j

Rmax12j

----------------1,09071,1160-------------

1,28471,1447-------------

1,15471,0200-------------

1,21331,3147-------------

1,18581,1488-------------

Rmax1 j

Ra21 j

Ra22 j

----------0,10500,1120-------------

0,08600,0913-------------

0,08430,0833-------------

0,09870,1083-------------

0,09350,0987-------------

Ra2 j

Rz21 j

Rz22 j

----------0,36230,4307-------------

0,20400,2030-------------

0,19670,2127-------------

0,21330,2157-------------

0,24410,2655-------------

Rz21 j

Rmax21j

Rmax22j

----------------0,66670,7213-------------

0,46130,4573-------------

0,45600,4253-------------

0,51730,5120-------------

0,52530,5290-------------

Rmax21 j

yd12

yd22 1 2;

Ra1 2

Rz1 2 Rmax1 2

Ra2 2 Rz2 2

Rmax2 2

Таблица 2Дисперсионный анализ влияния материала детали (i = ) на микрорельеф поверхности при шлифовании кругом 24WAF60K6V11

Параìетр SS = MS df SSE dfE MSE F-отноøение αp

Ra1i2 0,000027 1 0,30113 58 0,005192 0,005136 0,943114Rz1i 2 0,001707 4,52259 0,077976 0,021887 0,882901Rmax1i2 0,294000 22,62829 0,390413 0,753570 0,388926Ra2i2 0,000427 0,14747 0,002543 0,167812 0,683573Rz2i2 0,000015 0,96235 0,016592 0,000904 0,976117Rmax2i2 0,000240 3,56293 0,061430 0,003907 0,950375

Пр иì е ÷ а н и е. F0,05(1,58) = 4,01 [6].

1 2;

1 2;


Допоëнитеëüно быëи пpоанаëизиpованы кpи-вые pаспpеäеëений объеäиненных выбоpок по ìа-теpиаëаì объеìоì N = 2n = 60, äëя этоãо выбpаныãистоãpаììы набëþäений äëя паpаìетpов Ra1i2 иRa2i2, i = 1 + 2 пpи pаботе абpазивныì инстpуìен-тоì 2 (pис. 1).Их пpовеpка на возìожностü аппpоксиìаöии по

кpивой Гаусса выявиëа сëеäуþщие катеãоpиаëüныестатистики: D = 0,1524 и D = 0,1938 соответствен-но äëя попеpе÷ных и пpоäоëüных øеpоховатостей.Дëя pассìатpиваеìой выбоpки кpити÷еские статисти-ки Коëìоãоpова—Сìиpнова составиëи: Dкp = 0,22пpи α = 0,01 и Dкp = 0,178 пpи α = 0,05. По øиpинеäетаëей pаспpеäеëение Гаусса äëя СВ поäтвеpжäе-но на обоих уpовнях äостовеpности, а по их äëинетоëüко пpи α = 0,01. У÷итывая pобастностü паpа-ìетpи÷еских статистик к незна÷итеëüныì откëоне-нияì набëþäений от ноpìаëüноãо закона, äопус-каеì испоëüзование поëу÷енных pезуëüтатов напpактике. Теì боëее по попеpе÷ныì øеpоховато-стяì, котоpые с÷итаþтся наибоëее зна÷иìыìи äëяpеãуëиpования экспëуатаöионных хаpактеpистикäетаëей, установëено наибоëее поëное обеспе÷ениеоãpани÷ений, накëаäываеìых на пеpвуþ ãpуппустатисти÷еских ìетоäов.

Пpоãнозиpуеìые оöенки состояния ìикpоpеëü-ефа äетаëей из стаëей 30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД,поëу÷енные пpи øëифовании абpазивныì инстpу-ìентоì 2 (табë. 5), указываþт на то, ÷то наибоëеевеpоятное pассеяние набëþäений в виäе интеp-ваëüной оöенки в катеãоpиаëüных веëи÷инахäостиãает äвух äëя попеpе÷ных øеpоховатостей итpех äëя пpоäоëüных анаëоãов. Известно, ÷то äëябоëüøинства äетаëей ìаøин снижение высотныхпоказатеëей øеpоховатости относитеëüно их то-÷е÷ной оöенки уëу÷øает pаботу ìаøины [1].С у÷етоì äовеpитеëüноãо интеpваëа наибоëее бëа-ãопpиятная ситуаöия скëаäывается в тоì сëу÷ае,есëи сpеäняя пpинаäëежит еãо пpавой ãpани-öе. Такой сëу÷ай пpеäсказан äëя паpаìетpа Ra1i2,i = (сì. табë. 5).Но это, скоpее всеãо, сëеäует с÷итатü ÷астныì

сëу÷аеì. Действитеëüно, äëя остаëüных паpаìетpовøеpоховатости, особенно в напpавëении вектоpа Sпp,веpхние ãpаниöы интеpваëüной оöенки СВ пpевыси-ëи сpеäнþþ на оäну катеãоpиаëüноþ веëи÷ину.Скëаäывается такая ситуаöия, коãäа пpи назна÷е-нии техноëоãи÷еских паpаìетpов пpоöесса с у÷е-тоì сpеäней øеpоховатости ÷астü äетаëей из опе-pаöионной паpтии ìожет оказатüся бpакоì. Этоусуãубëяется теì, ÷то pеаëüное pассеяние СВ оãpа-ни÷ено не äовеpитеëüныì интеpваëоì, а pазìахоì.С у÷етоì всеãо выøеизëоженноãо ëевуþ ãpаниöунабëþäений возüìеì от их сpеäней . Но и в

этоì сëу÷ае пpевыøение зна÷ений ìожет ваpüиpо-ватüся в катеãоpиаëüных веëи÷инах — äо 4 ÷ 6 и 6 ÷ 7в напpавëениях вектоpов Sпоп и Sпp соответствен-но. Так, на ãистоãpаììе, пpеäставëенной на pис. 1,

Таблица 3Надежность (1*) предсказания однородности дисперсий

Параìетр

Наäежностü αp при переìенной i = äëя круãов ( j)

1 2 3 4 1; 2; 3; 4

Ra1ij 0,0064 0,1824 0,1926 0,7829 0,0000Rz1ij 0,0783 0,8896 0,2579 0,7971 0,0000Rmax1ij 0,5522 0,2016 0,3304 0,3787 0,0000Ra2ij 0,2120 0,0688 0,0001 0,1451 0,0170Rz2ij 0,0056 0,5281 0,0039 0,1744 0,0000Rmax2ij 0,0280 0,1100 0,7634 0,1068 0,0004

Пр иì е ÷ а н и е. Неоäнороäные äисперсии при α = 0,05поä÷еркнуты.

1 2;

Таблица 4Проверка влияния стали (30ХГСА, 30ХГСН2А-ВД)

на микрорельеф шлифованной поверхности по критериюКраскела—Уоллиса

Круã ( j)

Пара-ìетр

Материаë äетаëи

Крите-рий H

Оøибка принятия нуëü-ãи-потезы

i = 1 i = 2

Ранã R1 j6 Ранã R2 j6

1 Ra1i1 920,0 910,0 0,005507 0,9408Rz2i1 756,0 1073,5 5,500372 0,0190Rmax2i1 981,5 848,5 0,971769 0,3242

3 Ra2i3 916,0 914,0 0,000219 0,9882Rz2i3 826,5 848,5 1,734913 0,3242

Пр иì е ÷ а н и е. = 3,84 [6].χ1 0,05;2

yd 2

yd 2

1 2;

–0,05 0,05 0,15 0,25 0,35 d = 1

0 0,1 0,2 0,3 d = 2

30

Частота

, øт. d = 1

25

20

15

10

5

0

d = 2

Rad1,2, ìкì

Pис. 1. Гистогpаммы с наложением кpивых ноpмальногоpаспpеделения для паpаметpов Ra1 и Ra2 пpи шлифованиикpугом 24WAF60K6V11 деталей из сталей 30ХГСА и30ХГСН2А-ВД

yd 2


в äиапазон по бpаку попаëи 10 äетаëей из общеãо÷исëа øëифуеìых. Тепеpü, испоëüзуя статисти÷е-ские ìетоäы, остановиìся на коне÷ной öеëи ис-сëеäования: поиске оптиìаëüной хаpактеpистикикpуãа. Из посëеäней ãpафы табë. 3 виäно, ÷то пpиøëифовании объеäиненных выбоpок из стаëей30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД абpазивныìи инстpу-ìентаìи 1—4 pаспpеäеëения набëþäений по всеìпаpаìетpаì ìикpоpеëüефа повеpхности хаpактеpи-зуþтся ãетеpоскеäасти÷ностüþ. По этой пpи÷инеäëя них неëüзя испоëüзоватü паpаìетpи÷ескиеоöенки. Теì не ìенее, такой статисти÷еский ана-ëиз øеpоховатостей быë выпоëнен, как бы на "÷у-жоì поëе" [9]. В äаëüнейøеì это позвоëит, с оäнойстоpоны, поëнее выявитü пpеиìущества непаpа-ìетpи÷еских статистик, с äpуãой стоpоны, оöенитüстепенü pиска, есëи паpаìетpи÷еские кpитеpии ис-поëüзоватü как пpибëиженные оöенки. По pезуëü-татаì ОДА I установëено существенное вëияниехаpактеpистик абpазивных инстpуìентов на ìик-

pоpеëüеф øëифованных äетаëей i = . Даëее по

кpитеpияì ω = пpовеäено сpавнение сpеäних

, j = пpи посëеäоватеëüноì фиксиpовании

d = . В табë. 6 пpеäставëены pезуëüтаты äëя па-pаìетpа Ra1 по кpитеpиþ НСP (ω = 1).

Из табë. 6 виäно, ÷то усëовие (6) выпоëненотоëüко äëя паpаìетpа , т. е. пpи pаботе кpу-ãоì 25WAF60K6V20 сpеäнее аpифìети÷еское от-кëонение попеpе÷ных неpовностей существенно от-ëи÷ается от своих анаëоãов äëя инстpуìентов 1—3.Анаëоãи÷ные оöенки сpеäних иìеþт ìесто по ос-таëüныì кpитеpияì ω = . Поэтоìу äëя этоãопаpаìетpа пpиняты пpоãнозиpуеìые сpеäние, ука-занные в пеpвой ãpафе табë. 7. Пpи этоì == , а äëя остаëüных кpуãов на втоpоì этапеиссëеäований сpеäних пpиняты объеäиненные

Таблица 5Сводный межгрупповой ОДА I шероховатостей поверхностей деталей из сталей 30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД при шлифовании

кругом 24WAF60K6V11 и a = 0,05

Па-ра-

ìетр

,

ìкì

Довери-теëüный интерваë,

ìкì

Станäарты, ìкì ydi2, i =

откëо-нений

SD

оøиб-киSE

min max

Ra1 0,1380 (0,16)

0,1195; 0,1565

(0,125; 0,16)

0,0714 0,0092 0,04 (0,04)

0,39 (0,40)

Rz1 0,7713 (0,80)

0,6998; 0,8429

(0,80; 1,00)

0,2769 0,0358 0,36 (0,40)

1,45 (1,60)

Rmax1 1,2147 (1,25)

1,0536; 1,3757

(1,25; 1,60)

0,6233 0,0805 0,52 (0,63)

3,40 (4,00)

Ra2 0,0887 (0,10)

0,0757; 0,1016

(0,08; 0,125)

0,0501 0,0065 0,03 (0,032)

0,28 (0,32)

Rz2 0,2035 (0,20)

0,1705; 0,2365

(0,20; 0,25)

0,1277 0,0165 0,05 (0,05)

0,65 (0,80)

Rmax2 0,4593 (0,50)

0,3958; 0,5228

(0,40; 0,63)

0,2458 0,0317 0,12 (0,125)

1,52 (1,60)

Пр иì е ÷ а н и е. В скобках привеäены катеãориаëüныевеëи÷ины øероховатостей по ГОСТ 25142—82.

yd 2

1 2;

1 2;

1 5;

yd j 1 4;

1 2;

Таблица 6Оценки значимости разности средних для параметра Ra1

для кругов (j = ) по статистике НCP

Разностü среä-

них

j = 1 j = 2 j = 3 j = 4

Уровни оøибки αp äëя разностей среäних

0,1380 0,1380 0,1310 0,1718

– — 1,000000 0,578286 0,007644*

– 1,000000 — 0,578286 0,007644*

– 0,578286 0,578286 — 0,001335*

– 0,007644* 0,007644 0,001335 —

Пр иì е ÷ а н и е. Знакоì "*" обозна÷ены зна÷иìые на5 %-ноì уровне разности среäних.

1 4;

Ra1 j1

y1 11 y1 j1

y1 21 y1 j1

y1 31 y1 j1

y1 41 y1 j1

Таблица 7Результаты параметрических методов оценки

средних шероховатостей поверхности деталей i =

при шлифовании кругами j =

Статистики ωОжиäаеìые среäние, ìкì

1 2 3 4 5

** = 0,136 (0,16*), j = ;

= 0,172 (0,20*)

= 0,790 (0,80*), j = ;

= 0,938 (1,00*)

= 1,167 (1,25*)

= 0,096 (0,10*);

= 0,090 (0,10*), j =

= 0,397 (0,40*);

= 0,207 (0,25*), j =

= 0,694 (0,80*);

= 0,478 (0,50*), j =

Пр иì е ÷ а н и е. Знакоì "*" обозна÷ены катеãориаëüныевеëи÷ины øероховатостей по ГОСТ 25142—82; "**" — не-зна÷иìые разëи÷ия среäних по круãаì.

1 2;

1 4;

1 3;Ra1 j

(

1 3;

Ra1 4

(

1 3;Rz1 j

(

1 3;

Rz1 4

(

1 4; Rmax1

(

2 3; 2 4; 1 4; 2 4; 2 3;Ra2 1

(

Ra2 j

(

2 4;

2 4;Rz2 1

(

Rz2 j

(

2 4;

2 4;Rmax2 1

(

Rmax2 j

(

2 4;

Ra1 41

2 5;

Ra1 4

˜

Ra1 4


оöенки: = ( + + )/3, j = . Поpассìотpенной пpоöеäуpе быëи пpеäсказаны øе-pоховатости по остаëüныì паpаìетpаì (сì. табë. 7).Испоëüзуя пpоãpаììу Statistica 6.0 и ОДА I по-

ëу÷ены описатеëüные статистики, äве из котоpыхпpеäставëены на pис. 2, а äëя наибоëüøих øеpохо-ватостей d = , снижаþщих устаëостнуþ пpо÷-ностü äетаëей из стаëей 30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД,испытываþщих знакопеpеìенные наãpузки [1].На pис. 2 указаны сpеäние и веpоятные äиапа-

зоны pассеяния: ìенüøий ( ± SE)d j, d = ,

j = (Box), обусëовëенный станäаpтоì иëисpеäнекваäpати÷ескиì откëонениеì (СКО) оøиб-ки; боëüøий, пpоãнозиpуþщий СКО øеpоховато-стей (± SD) (Whisker). Остановиìся на ãенезисе

сpеäних , d = , j = . Наãëяäная интеp-

пpетаöия ОДА I паpаìетpа Rmax1 поäтвеpäиëа, ÷токpуãи 1—4 не оказываþт зна÷иìоãо вëияния на

сpеäние , j = и их сëеäует оöениватü объ-

еäиненной веëи÷иной (сì. табë. 7). В то

же вpеìя по пpоäоëüныì øеpоховатостяì äаннаязаконоìеpностü пpеäсказана тоëüко äëя кpуãов 2—

4. Пpи этоì сpеäняя , пpинятая äëя кpуãа 1 за

пpоãнозиpуеìуþ веëи÷ину, pаспоëожиëасü на äвекатеãоpиаëüные ступени выøе, ÷еì äëя остаëüныхинстpуìентов. Пpи выбоpе наиëу÷øей хаpактеpи-стики кpуãа пpи øëифовании иссëеäуеìых стаëейза основу пpиняëи pезуëüтаты, поëу÷енные по по-пеpе÷ноìу ìикpоpеëüефу повеpхности, так как вэтоì напpавëении сpеäние показатеëи оказаëисüнаибоëüøиìи. Оäновpеìенно наãëяäная интеp-пpетаöия ОДА I позвоëиëа выявитü еще äве важ-ные законоìеpности, незаìетные пpи тpаäиöион-

ноì пpеäставëении pезуëüтатов äиспеpсионноãоанаëиза (сì. табë. 5). Pе÷ü иäет о то÷ности поискасpеäней и пëотности pаспpеäеëения набëþäений.В пеpвуþ о÷еpеäü остановиìся на попеpе÷ных øе-pоховатостях, опpеäеëяþщих несущуþ способ-ностü повеpхности [1].На pис. 2, а виäно, ÷то äëя кpупнозеpнистых

кpуãов 1 и 3 повысиëасü то÷ностü pаспоëожениясpеäних набëþäений и уìенüøиëасü веpоятностüоткëонений øеpоховатостей по сpавнениþ с инст-pуìентоì F60. Что касается их пpоäоëüных анаëо-ãов, то отìе÷енная законоìеpностü в наибоëüøейстепени пpоявиëасü äëя кpуãа на связке V20 ( j = 3).Изëоженное выøе иìеëо ìесто и пpи иссëеäованиипаpаìетpов Ra1 и Ra2. Статисти÷еские ãипотезыпоäтвеpжäает пpактика: пpи ÷еpновоì øëифовании(t = 0,015 ìì) кpупнозеpнистые кpуãи иìеþт боëü-øие возìожности äëя pазìещения сpезанноãо ìе-таëëа в ìежзеpенноì пpостpанстве pабо÷ей повеpх-ности, ÷то ãаpантиpует стабиëüнуþ pаботу без за-саëивания с фоpìиpованиеì ãëаäкой повеpхности.Дëя повыøения несущей способности и наäежно-сти äетаëей сиëовых эëеìентов саìоëета, испыты-ваþщих знакопеpеìенные наãpузки, öеëесообpаз-но оäновpеìенно снижатü паpаìетpы Ra и Rmax вобоих напpавëениях [1]. С этих позиöий пpеäпо÷-тение отäано кpуãаì 1 и 3 (сì. табë. 7, pис. 2, а).Выявëено, ÷то ожиäаеìая сpеäняя äëя пеp-воãо абpазивноãо инстpуìента оказаëасü äостато÷-но боëüøой и уступает попеpе÷ной ìикpонеpовно-сти всеãо оäну катеãоpиаëüнуþ веëи÷ину. То же от-ìе÷ено и в pаботах [2, 3]: пpи øëифовании кpуãоì 2высокопpо÷ной стаëи 40ХН2СМА-ВД и быстpоpе-жущих пëастин P12ФЗК10М3 (66...67 HRC) øеpо-ховатостü в пpоäоëüноì напpавëении пpи отäеëü-ных pежиìах øëифования нахоäиëасü в оäноì ка-теãоpиаëüноì äиапазоне с øеpоховатостüþ впопеpе÷ноì напpавëении, ÷то указывает на öеëе-сообpазностü изу÷ения ìикpоpеëüефа в обоих на-пpавëениях.На втоpоì этапе иссëеäований испоëüзоваëи

непаpаìетpи÷еские статистики. Дëя иëëþстpаöииэффективности pанãовых оöенок взят паpаìетpRa1, äëя котоpоãо по кpитеpиþ Миëëеpа (ω = 7)пpоанаëизиpован сäвиã объеäиненных выбоpок поìатеpиаëаì i = . По pезуëüтатаì изìеpений ус-тановëены сëеäуþщие опытные ìеäианы в ìкì,поëу÷енные пpи pаботе кажäыì кpуãоì: == 0,13; = 0,115; = 0,12 и = 0,135.Поëу÷енные äанные pаспоëожиëи в общий ваpиа-öионный возpастаþщий pяä, пpоpанжиpоваëи иопpеäеëиëи суììаpные pанãи по фоpìуëе (8):R 1 = 7472; R 2 = 6626; R 3 = 6647 и R 4 = 8175.Дëя поиска статистик Миëëеpа их поäеëиëи на об-щее ÷исëо набëþäений (N = 60). Поëу÷енные пофоpìуëе (9) сpеäние pанãи пpеäставëены в табë. 8по убываниþ. Pазности (13): R u – R υ, (u, υ) ∈ [1; 4],u ≠ υ, оказаëисü ìенüøе кpити÷еской статистики,

y1 j

˜ y1 1 y1 2 y1 3 1 3;

1 2;

1 2 3 4

1,8

Коä характеристики круãаа)

Rmax, ìкì

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0Rmax1;–

±SE;Rmax2;–

±SD

1 2 3 4

3,0

Коä характеристики круãаб)

Rmax, ìкì

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0

— Rmax1;– — Rmax2;

–

— 25÷75 %; — min÷max

Pис. 2. Описательные паpаметpические (а) и непаpамет-pические (б) статистики для паpаметpов Rmax1 и Rmax2пpи шлифовании pазличными кpугами

y 1 2;

1 4;

yd j 1 2; 1 4;

y1 j 1 4;

Rmax1

˜

Ra2 1

Ra2 1

˜

1 2;

Ra1 1f

Ra1 2f

Ra1 3f

Ra1 4f


поэтоìу пpинята нуëü-ãипотеза о pавенстве ìеäи-ан: = = = . Пpоãнозиpуеìая mpавна общей сpеäней опытных ìеäиан:

m = /4. (14)

Поëу÷енные по фоpìуëе (14) зна÷ения указаныв пеpвой стpоке табë. 9 äëя всех абpазивных инст-pуìентов. Анаëоãи÷ные äействия выпоëнены äëявсех паpаìетpов ìикpоpеëüефа, за искëþ÷ениеìRa2. Как виäно из табë. 9, äëя Ra2 по кpитеpиþ (13)пpизнаны незна÷иìыìи сëеäуþщие pазностиопытных ìеäиан: – , – , – и

– . С у÷етоì пpинятых оöенок по фоpìуëе(13) äëя паpаìетpа Ra2 поиск пpоãнозиpуеìых ìе-äиан выпоëнен сëеäуþщиì обpазоì:

m = ( + )/2; (15)

m = m = ( + + )/3; (16)

m = [( + )/2 + ( + + )/3]/2. (17)

Все ожиäаеìые ìеäианы пpи øëифовании кpу-ãаìи 1—4 пpивеäены в табë. 9.Анаëиз (сì. табë. 7 и 9) позвоëиë выявитü pяä

законоìеpностей:1. На ка÷ественноì уpовне совпаëи оöенки по pа-

ботоспособности кpуãов 1—4 äëя паpаìетpа Rmax1, аäëя кpуãов 2—4 по паpаìетpаì Rz2 и Rmax2.

2. По оöенке äвуìя ìетоäаìи наиìенее стаби-ëен паpаìетp Ra2.

3. Пpиниìая во вниìание, ÷то попеpе÷ные øе-pоховатости в боëüøинстве сëу÷аев оãpани÷иваþтвыбоp техноëоãи÷еских паpаìетpов пpоöесса, ìож-но утвеpжäатü, ÷то по совокупности паpаìетpовìикpоpеëüефа наиëу÷øиì сëеäует пpизнатü кpуã25WAF40K6V20.

4. Моäеëи ìноãоìеpноãо ДА I испоëüзуþт äëяпpоãнозиpования сpеäних откëиков техноëоãи÷е-ских систеì [2, 3]. Ожиäаеìые ìеäианы в попеpе÷-ноì се÷ении пpеäсказаны ìенüøе сpеäних в пpеäе-ëах оäной катеãоpиаëüной веëи÷ины. Такиì обpа-зоì, испоëüзование ìеäиан повыøает наäежностüpеãуëиpования øеpоховатости повеpхности äетаëи.На pис. 2, б пpеäставëены описатеëüные стати-

стики äëя кpуãов 1—4 äëя тех же паpаìетpов øеpо-ховатости, ÷то и на pис. 2, а. С поìощüþ непаpа-ìетpи÷еских статистик пpовеäена интеpпpетаöияэкспеpиìентаëüных äанных в виäе: ìеäиан и pаз-ìахов набëþäений; пpоöентиëей, хаpактеpизуþ-щих нижний (25 %) и веpхний (75 %) уpовни наи-боëее веpоятных pаспpеäеëений СВ. На пpактике÷асто испоëüзуþт эти откëонения, выpаженные вäоëях (0,25 и 0,75), котоpые называþт соответст-венно нижниì и веpхниì квантиëяìи [10].Анаëиз äиаãpаììы (pис. 2, б) выявиë асиììет-

pи÷ностü pассеяния паpаìетpов øеpоховатости по-веpхности в обоих напpавëениях d = . Интеp-кваpтиëüные øиpоты (y0,75 – y0,25) pезко сìещенывниз от сеpеäины pазìахов äëя кpуãов 1, 2 и 4.В ìенüøей степени это отpазиëосü на паpаìетpе

äëя кpуãа 3. С пpакти÷еской то÷ки зpенияпоëожитеëüнуþ асиììетpиþ pаспpеäеëений сëеäу-ет с÷итатü бëаãопpиятной, так как она снижает ве-pоятностü бpака.В пеpвоì пpибëижении ìожно пpинятü ãипоте-

зу, ÷то пpоöентиëи y ∈ [25; 75] на pис. 2, б явëяþтсяанаëоãоì äовеpитеëüноãо интеpваëа, как äëя паpа-ìетpи÷еских статистик ± SD (сì. pис. 2, а).В этоì сëу÷ае ìожно пpовести паpаëëеëи по pе-зуëüтатаì оöенок øеpоховатостей в обоих оpтоãо-наëüных напpавëениях: обëасти наибоëее веpоят-ных попеpе÷ных и пpоäоëüных øеpоховатостейìоãут пеpесекатüся. Пpи паpаìетpи÷еских стати-

y1f y2

f y3f y4

f Ra1 7

˜

Ra1 7

˜

⎝⎛ j 1=

4

∑ y1 jf

⎠⎞

Таблица 8Влияние параметров кругов на медиану распределений

параметра Ra1 по критерию Миллера

Круãи

Среäние ранãи R j по круãаì ( j)

136,25 (4) 124,53 (1) 110,78 (3) 110,43 (2)

Разности по j [форìуëа (13)]

4, j — 11,72 25,47 25,821, j — — 13,80 14,103, j — — — 0,35

Приì е ÷ а н и е. Крити÷еская статистика — 35,562 приα = 0,05 [9].

Таблица 9Прогнозируемые медианы при шлифовании деталей из сталей

30ХГСА и 30ХГСН2А-ВД кругами j =

Незна÷иìое разëи÷ие по круãаì (форìуëа) Проãнозируеìые ìеäианы, ìкì

m = 0,125 (0,125*);

m = 0,744 (0,80*);

m = 1,030 (1,25*), j =

1 и 4 (15) m = 0,100 (0,10*)

(16) m = 0,080 (0,08*), j =

1 и 4; (17) m = 0,090 (0,10*)

m = 0,395 (0,40*);

m = 0,182 (0,20*), j = ;

m = 0,720 (0,80*);

m = 0,433 (0,50*), j =

Приì е ÷ а н и е. Знакоì "*" обозна÷ены катеãориаëü-ные веëи÷ины øероховатости по ГОСТ 25142—82.

1 4;

1 4; Ra1 j7

(

Rz1 j7

(

Rmax1 j7

(

1 4;

Ra2 17

(

2 4; Ra2 j7

(

2 3;

2 4; Ra2 47

(

2 4; Rz2 17

(Rz2 j7

(2 4;

Rmax2 17

(

Rmax2 j7

(

2 4;

y2f y3

f y2f y4

f y3f y4

f

y1f y4

f

y1

˜ y1f y4

f

y2

˜ y3

˜ y2f y3

f y4f

y4

˜ y1f y4

f y2f y3

f y4f

1 2;

Rmax2 3f

y


стиках это веpно äëя кpуãов 1—3, пpи непаpаìет-pи÷еских — тоëüко äëя кpуãа 1. Есëи пpи непаpа-ìетpи÷еских статистиках обëастü сpавнения pас-пpостpанитü в пpеäеëах pазìаха, то pавенствоøеpоховатостей в обоих напpавëениях ìожно pас-øиpитü на все паpаìетpы инстpуìентов.

Pезуëüтаты эффективности показатеëей кpуãовj = пpивеäены в табë. 10. В äанноì сëу÷ае всепопpаво÷ные коэффиöиенты Kj пpеäставëены от-носитеëüно кpуãа 25WAF40K6V20 (j = 3), котоpыйпpи øëифовании закаëенных стаëей 30ХГСА,30ХГСН2А-ВД показаë наиëу÷øие pезуëüтаты. Дëяних pазpаботаны ìоäеëи ìноãоìеpноãо äиспеpси-онноãо анаëиза (МДА) I [2, 3]. В ка÷естве оöенкивзяты я÷ейки (ja), j = , т. е. pезуëüтаты, пpоãно-зиpуеìые с испоëüзованиеì непаpаìетpи÷ескихстатистик (10) и (12). Пpежäе всеãо, сpавниì их сpезуëüтатаìи ( jb), поëу÷енныìи путеì непосpеäст-венноãо сопоставëения опытных ìеäиан / ,d = , j — 1, 2 и 4.Установëено, ÷то pазниöа зна÷ений коэффиöи-

ентов Kdja и Kdjb пpи оäинаковых d ìожет äохоäитüäо 25 %, ÷то поäтвеpжäает öеëесообpазностü ана-ëиза сäвиãов pаспpеäеëений øеpоховатостей.Пеpейäеì к основной оöенке äанноãо иссëеäо-

вания, котоpая äëя øëифования pанее не испоëü-зоваëасü. Пpоанаëизиpуеì, наскоëüко эффективнынепаpаìетpи÷еские статистики по сpавнениþ сосвоиìи конкуpентаìи "на своеì поëе". Выявëено,÷то pазниöа в оöенках ìикpоpеëüефа с испоëüзова-

ниеì äвух ìетоäов оказаëосü наибоëее зна÷иìа äëякpуãов 1 и 4 и в отäеëüных сëу÷аях äостиãаëа 26 %.В то же вpеìя pежущие свойства кpуãа 2 ìаëо от-ëи÷аþтся от базовоãо инстpуìента, ÷то отìе÷аëосüpанее (сì. pис. 2, а, б), и оäновpеìенно иäеаëüносовпаëи оöенки по обеиì статистикаì. Из табë. 10виäиì, ÷то попpаво÷ные коэффиöиенты K2, пpо-ãнозиpуеìые по сpеäниì и ìеäианаì, pавны еäи-ниöе. На пеpвый взãëяä ìожет показатüся, ÷то äëякpуãа 24WAF60K6V11 непаpаìетpи÷еские ìетоäыоказаëисü ìаëоэффективныìи. Оäнако известно,÷то ëþбая статистика носит ãëобаëüный хаpактеp ипо своей пpиpоäе не пpизнает искëþ÷ений из об-щих пpавиë. Поэтоìу сëеäует обpатитüся к табë. 3,из котоpой виäно, ÷то äëя äанноãо кpуãа в еäинст-венноì ÷исëе отìе÷ена ãоìоãенностü оöенок СКОпо всеì паpаìетpаì ìикpоpеëüефа. Такиì обpа-зоì, в äанноì сëу÷ае непаpаìетpи÷еские ìетоäывыступиëи "на ÷ужоì поëе" и не уступиëи своеìуконкуpенту. Гоìоскеäасти÷ностü pаспpеäеëенийìожно пpосëеäитü и на кpуãах 24WAF40K6V11 и25WAF60K6V20. В пеpвоì сëу÷ае установëена не-оäноpоäностü СКО äëя паpаìетpов Ra1, Rz2 иRmax2 (сì. табë. 3). Отìе÷енные тенäенöии в поë-ной ìеpе пpоявиëисü у посëеäних äвух паpаìетpов(сì. табë. 10). Что касается сpеäнеãо аpифìети÷е-скоãо откëонения неpовностей в попеpе÷ноì на-пpавëении, то пpи поиске ожиäаеìых оöенок пpо-изоøëо выpавнивание их веëи÷ин: j = — пpинепаpаìетpи÷еских ìетоäах; j = — äëя аëüтеp-нативных статистик. Оäнако общая тенäенöия пpо-сëеживается äëя экспеpиìентаëüных äанных: K1b == / = 1,08 и K1d = / = 1,05.В то же вpеìя äëя кpуãа 4 пpеäсказана ãоìоãен-ностü СКО, поэтоìу äëя неãо за основу пpиниìаеìпаpаìетpи÷еские оöенки состояния повеpхностейäетаëей, котоpые в äанноì сëу÷ае pассìатpиваеìкак наибоëее äостовеpные. С у÷етоì этоãо äëя кpу-ãа 4 выявëены тpи оöенки ìикpоpеëüефа äëя паpа-ìетpов Ra1, Rz1 и Ra2, наибоëее отëи÷аþщиеся отнепаpаìетpи÷еских статистик.В посëеäних äвух ãpафах табë. 10 пpивеäены по-

пpаво÷ные коэффиöиенты Kìеä, у÷итываþщие поëо-житеëüнуþ асиììетpиþ pаспpеäеëений øеpоховато-стей äëя кpуãа 25WAF40K6V20, ÷еì пpенебpеãаþтпpи паpаìетpи÷еских статистиках. Они поëу÷енынезависиìо äpуã от äpуãа с испоëüзованиеì стати-сти÷еских ìетоäов и непосpеäственной обpаботкиpезуëüтатов набëþäений и показаëи хоpоøуþ схо-äиìостü. Оäновpеìенно пpинято pеøение усpеä-нитü их äëя всех паpаìетpов по напpавëенияì(d = ): Kìеä1 = 0,91 и Kìеä2 = 0,89 — по стати-сти÷ескиì оöенкаì: Kìеä1 = 0,92 и Kìеä2 = 0,89,поëу÷енныì путеì äеëения ìеäиан на опытныесpеäние. Pекоìенäуеìые äëя испоëüзования Kìеäd,d = выäеëены знакоì "*".Как быëо отìе÷ено pанее, äëя кpуãа 3 выпоëнен

поиск ìоäеëей МДА I, котоpые позвоëяþт пpоãно-

Таблица 10Поправочные коэффициенты Kj для параметров

кругов 1, 2 и 4 относительно базового круга 25WAF40K6V20 и Kмед к базовым моделям МДА I для этого же круга

с учетом неоднородности дисперсий

Пара-ìетр

Kj äëя круãов Kìеä

1 2 4

Ra10,92

(0,91*)0,92

(0,92)

Rz10,94

(0,91*)0,93

(0,92)

Rmax10,88

(0,91*)0,90

(0,92)

Ra20,89

(0,89*)0,83

(0,89)

Rz20,88

(0,89*)0,89

(0,89)

Rmax20,91

(0,89*)0,95

(0,89)

Пр иì е ÷ а н и е. a — m /m ; b — / ;

c — / ; f — / ; j — 1, 2 и 4; знакоì "*" обо-

зна÷ены рекоìенäуеìые Kìеä, d =

myd 37

yd 3

-------------

((

yd 3

yd 3

--------~

ab--

cf-

ab--

cf-

ab--

cf-

1,001,08--------

1,001,05--------

1,001,25--------

1,001,05--------

1,001,12--------

1,261,31--------

1,001,07--------

1,001,07--------

1,001,00--------

1,001,00--------

1,001,06--------

1,191,21--------

1,001,02--------

1,001,02--------

1,001,10--------

1,001,12--------

1,001,08--------

1,001,16--------

1,251,57--------

1,071,29--------

1,001,14--------

1,001,06--------

1,121,29--------

1,001,24--------

2,172,19--------

1,921,94--------

1,000,92--------

1,000,94--------

1,001,11--------

1,001,05--------

1,661,71--------

1,451,58--------

1,000,95--------

1,001,04--------

1,001,14--------

1,001,14--------

yd j7

(

yd 37

(

yd j~ yd 3~

yd j

(

yd 3

(

yd j yd 3

1 2;

1 4;

1 4;

ydjf yd3

f

1 2;

1 4;1 3;

Ra4 1f

Ra1 3f

Ra1 1 Ra1 3

1 2;

1 2;


зиpоватü ваpиаöиþ сpеäней откëика в зависиìостиот техноëоãи÷еских паpаìетpов пpоöесса øëифо-вания. В общеì сëу÷ае пpивязку пpоãнозиpуеìыхпаpаìетpов ìикpоpеëüефа к конкpетныì усëовияìøëифования выпоëняеì по схеìе, пpинятой в ноp-ìативах pежиìов øëифования:

m = ( )KjKìеäd, d = ,

j ∈ [1; 4], j ≠ 3. (18)

Сëеäует отìетитü, ÷то некотоpые иссëеäовате-ëи [11] неãативно относятся к непаpаìетpи÷ескиììетоäаì. Они с÷итаþт, ÷то наиëу÷øиì явëяетсяваpиант, коãäа сняты все оãpани÷ения по испоëü-зованиþ паpаìетpи÷еских статистик. В ÷астно-сти, пpеäëаãается повтоpное пpовеäение испыта-ний äëя набëþäений, вызываþщих соìнения,выpавнивание äиспеpсии и т. п. Оäнако в пpи-кëаäной статистике, как показаë наø опыт, тpуä-но äобитüся иäеаëüноãо выпоëнения всех оãpани-÷ений, накëаäываеìых на СВ со стоpоныпаpаìетpи÷еских ìетоäов. В этоì сëу÷ае испоëü-зование попpаво÷ных коэффиöиентов (18) повы-øает то÷ностü оöенок ìоäеëей МДА I.

Вы в о äы

1. Статисти÷ескиìи ìетоäаìи быëо установëено,÷то по øëифуеìости стаëи 30ХГСА и 30ХГСН2А-ВДсëеäует объеäинитü в оäну ãpуппу, т. е. на 5 %-оìуpовне зна÷иìости пpинятü нуëü-ãипотезу.

2. То÷е÷ные оöенки показаëи, ÷то наиìенüøиевысоты øеpоховатостей пpеäсказаны äëя кpуãов 2 и 3.Это наøëо отpажение в pавенстве попpаво÷ных ко-эффиöиентов Kj, j = в фоpìуëе (18).

3. Pазìах øеpоховатостей в катеãоpиаëüных ве-ëи÷инах составиë: 7 ÷ 10 в попеpе÷ноì напpавëе-нии и 11 ÷ 13 в оpтоãонаëüноì к неìу се÷ении. Поpезуëüтатаì ОДА I äовеpитеëüный интеpваë äëяøеpоховатостей нахоäится в äиапазоне 2 ÷ 3 кате-ãоpиаëüных веëи÷ин. Дëя пpактики öеëесообpазноу÷итыватü откëонения от сpеäней в "пëþс". Пpи та-коì поäхоäе к ка÷еству повеpхности ìожно сни-зитü pассеяние высотных ìикpонеpовностей äо 6-й и1-й катеãоpиаëüных веëи÷ин соответственно, ÷тоискëþ÷ает возìожностü бpака.

4. Анаëиз непаpаìетpи÷еских описатеëüных ста-тистик выявиë, ÷то по возpастаниþ 75-ãо пpоöен-тиëя поëу÷ена посëеäоватеëüностü (j = ):25WAF40K6V20 (кpуã 3); 24WAF60K6V11 (кpуã 2);24WAF40K6V11 (кpуã 1) и 25WAF60K6V20 (кpуã 4).Так, по паpаìетpу Rmax1 äëя кpуãа 3 äетаëи соот-ветствуþт катеãоpиаëüной веëи÷ине 1,25 ìкì, а äëявсех остаëüных кpуãов — на ступенüку выøе(1,6 ìкì). Эти веpхние интеpваëüные оöенки по

то÷ности ãpуппиpования øеpоховатостей не совпа-ëи с паpаìетpи÷ескиìи статистикаìи, котоpыепpеäсказаëи снижение в посëеäоватеëüности: кpу-ãи 3, 1, 2 и кpуã 4.

5. Pасхожäение то÷е÷ных и интеpваëüных оöе-нок pаботоспособности абpазивных кpуãов поä-твеpäиëи, ÷то в пpикëаäной статистике äве хаpак-теpистики СВ сëеäует pассìатpиватü в совокупно-сти и с у÷етоì pеøаеìой заäа÷и акöенты зна÷и-ìости öеëесообpазно ìенятü.

6. Иссëеäования показаëи, ÷то äаже пpи боëü-øоì ÷исëе испытаний (в наøеì сëу÷ае n ∈ [30; 60])не во всех сëу÷аях øëифования обеспе÷ено иäе-аëüное выпоëнение оãpани÷ений, накëаäываеìыхна СВ со стоpоны паpаìетpи÷еских статистик.Пpи поиске ìоäеëей МДА I на базе pазëи÷ныхпëанов заäа÷а усуãубëяется теì, ÷то ÷исëо паpаë-ëеëüных опытов в кажäой то÷ке фактоpноãо пpо-стpанства пpиниìается наìноãо ìенüøе. С у÷етоìвыøесказанноãо установëены ка÷ественная и ко-ëи÷ественные оöенки испоëüзования непаpаìет-pи÷еских статистик. Частныì ваpиантоì такоãоанаëиза сëужат попpаво÷ные коэффиöиенты вфоpìуëе (18).


1. Инженеpия повеpхности äетаëей / Поä pеä.А. Г. Сусëова. М.: Маøиностpоение, 2008. 320 с.

2. Солеp Я. И., Пpокопьева А. В., Казимиpов Д. Ю.Автоìатизиpованное упpавëение øëифованиеì быстpо-pежущих пëастин pазëи÷ной жесткости по кpитеpияììикpоãеоìетpии и то÷ности фоpìы повеpхности //Вестник ìаøиностpоения. 2007. № 11. С. 33—39.

3. Солеp Я. И., Казимиpов Д. Ю. Возìожности авто-ìатизиpованноãо упpавëения пpоöессоì пëоскоãо øëифо-вания äетаëей из высокопpо÷ной стаëи 40ХН2СМА-ВД //Спpаво÷ник. Инженеpный жуpнаë. 2008. № 7. С. 34—45.

4. Хусу А. П., Виттенбеpг Ю. P., Пальмов В. А. Ше-pоховатостü повеpхности (теоpетико-веpоятностныйпоäхоä). М.: Наука, 1975. 344 с.

5. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и пëаниpованиеэкспеpиìента в технике и науке: ìетоäы пëаниpованияэкспеpиìента / Пеp. с анãë. М.: Миp, 1981. 520 с.

6. Поллаpд Дж. Спpаво÷ник по вы÷исëитеëüныì ìе-тоäаì статистики / Пеp. с анãë. М.: Финансы и стати-стика, 1982. 344 с.

7. Алексахин С. В., Балдин А. В., Николаев А. Б. Пpи-кëаäной статисти÷еский анаëиз. М.: Пpиоp, 2001. 224 с.

8. Мятлев В. Д., Панченко Л. А., Теpехин А. Т. Пpо-веpка статисти÷еских ãипотез. www.sevin.ru/fundecology.

9. Холлендеp М., Вулф Д. Непаpаìетpи÷еские ìето-äы статистики / Пеp. с анãë. М.: Финансы и статистика,1983. 518 с.

10.Коpн Г., Коpн Т. Спpаво÷ник по ìатеìатике äëянау÷ных pаботников и инженеpов / Пеp. с анãë. М.: Нау-ка. 1970, 720 с.

11.Кокс Д., Хинкли Д. Теоpети÷еская статистика /Пеp. с анãë. М: Миp, 1978. 560 с.

yd j

˜ yd 3˜ 1 2;

2 3;

1 4;


УДК 621.91.01

М. Х. УТЕШЕВ, ä-p. техн. наук, В. А. БЕЛОЗЁPОВ, канä. техн. наук(Тþìенский ãосуäаpственный нефтеãазовый унивеpситет), e-mail: [email protected]

Ýôôåêò øëèôîâàíèÿ îápàáàòûâàåìûõ ïîâåpõíîñòåé äåòàëåé ïpè òîíêîì òî÷åíèè æàpîïpî÷íûõ ñïëàâîâ påçöàìè èç ÑÒÌ íà ñòàíêàõ ñ ×ÏÓ

Pезöы из свеpхтвеpäых ìатеpиаëов (СТМ) øи-pоко испоëüзуþт äëя тонкоãо то÷ения жаpопpо÷-ных спëавов и закаëенных ëеãиpованных стаëей,оäнако пpоöесс pезания инстpуìентоì из СТМ изу-÷ен неäостато÷но. СТМ отëи÷ается высокой твеp-äостüþ, сpавниìой с твеpäостüþ аëìаза, и низкиìпpеäеëоì пpо÷ности на pастяжение, поэтоìу отно-сятся к хpупкиì инстpуìентаëüныì ìатеpиаëаì, äëякотоpых заäаþтся ìаëые поäа÷и и высокие скоpостиpезания. Не äо конöа изу÷ен вопpос — по÷еìу пpитонкоì то÷ении pезöаìи из СТМ øеpоховатостü по-ëу÷аеìой повеpхности сpавниìа с øеpоховатостüþповеpхности, поëу÷енной пpи абpазивноì øëифо-вании, а пpи pезании твеpäоспëавныìи pезöаìи за-каëенных стаëей и тpуäнообpабатываеìых спëавовøеpоховатостü выøе, ÷еì пpи øëифовании пpиpавных усëовиях обpаботки. Поэтоìу быëа постав-ëена заäа÷а — иссëеäоватü контактный пpоöесспpи тонкоì то÷ении pезöаìи из СТМ и их вëияниена øеpоховатостü (паpаìетp Ra).Иссëеäования показаëи, ÷то паpаìетp Ra øеpо-

ховатости явëяется не тоëüко техноëоãи÷ескиì па-pаìетpоì обpаботанной повеpхности, но и показа-теëеì физи÷ескоãо взаиìоäействия обpабатывае-ìоãо и инстpуìентаëüноãо ìатеpиаëов, так как онзависит пpакти÷ески от всех показатеëей контакт-ноãо взаиìоäействия на пеpеäней повеpхности ин-стpуìента: pаäиаëüной составëяþщей Pz сиëы pе-зания; сиëы N ноpìаëüноãо äавëения; сиëы F тpе-ния; коэффиöиента KL укоpа÷ивания стpужки;теìпеpатуpы θp pезания; коэффиöиента μ тpения;напpяжений qN и qF соответственно от сиë N и F.

Пpи тонкоì то÷ении pезöаìи из СТМ иìеет ìе-сто небоëüøая тоëщина сpезаеìоãо сëоя, поэтоìупpоöесс в боëüøей степени опpеäеëяется контакт-ныìи теìпеpатуpаìи и напpяженияìи на заäнейповеpхности. Сëеäует у÷итыватü особенностü тон-коãо то÷ения жаpопpо÷ных спëавов и закаëенныхëеãиpованных стаëей pезöаìи из СТМ — контакт-ная теìпеpатуpа и контактные напpяжения на заä-ней повеpхности pезöа выøе, ÷еì на пеpеäней, ипо ìеpе увеëи÷ения фаски износа pезöа по заäнейповеpхности эта pазниöа увеëи÷ивается.Пpи испоëüзовании инстpуìентов из СТМ необ-

хоäиìо стpеìитüся к уìенüøениþ контактных на-пpяжений и теìпеpатуp на заäней повеpхности инст-pуìента, ÷то äостиãается пpиìенениеì ìатеpиаëов сìенüøиìи коэффиöиентаìи тепëопpовоäности (ãек-санит-P, коìпозит 05ИТ) и обpаботкой жаpопpо÷ныхспëавов на оптиìаëüных pежиìах pезания.Иссëеäоваëи pаботу pезöов из тpех СТМ: эëüбоpа-

P, коìпозита 05ИТ и ãексанита-P. Инстpуìентаëü-ный ìатеpиаë ãексанита-P иìеет ìенüøий коэффи-öиент тепëопpовоäности, сëеäоватеëüно, инстpуìен-ты из этоãо СТМ отëи÷аþтся бо́ëüøиìи зна÷енияìитеìпеpатуp и контактных напpяжений на пеpеäнейповеpхности пpи постоянноì коэффиöиенте KL уко-pа÷ивания стpужки, а на заäней повеpхности pезöатеìпеpатуpа и контактные напpяжения ìенüøе.Экспеpиìентаëüные и теоpети÷еские иссëеäова-

ния контактных наãpузок на заäней повеpхности pез-öа из СТМ тpебуþт постановки äвух отäеëüных заäа÷:1) опpеäеëение зависиìостей изìенения сиëы N ноp-ìаëüноãо äавëения и сиëы F тpения от усëовий pеза-ния; 2) иссëеäование pаспpеäеëения ноpìаëüных икасатеëüных напpяжений на повеpхности контакта.Поскоëüку сиëы N1 и F1 на заäней повеpхности

не зависят от тоëщины сpеза, то äëя pазäеëения сиëна пеpеäней и заäней повеpхностях pезöа буäеì ис-поëüзоватü ìетоäы экстpапоëяöии ëиний зависи-ìостей составëяþщих сиëы pезания от тоëщинысpеза на нуëевуþ тоëщину сpеза, оäин из котоpыхбыë pазpаботан А. М. Pозенбеpãоì [1] пpи посто-янной теìпеpатуpе pезания, äpуãой — Н. Н. Зоpе-выì [2] пpи постоянноì коэффиöиенте укоpа÷ива-ния (усаäки) стpужки. Экстpапоëяöия ëиний зави-сиìостей составëяþщих Pz и Py сиëы pезания нануëевуþ тоëщину сpеза осуществëяëасü пpи посто-янноì коэффиöиенте KL.Веëи÷ину веpтикаëüной Pz и pаäиаëüной Py со-

ставëяþщих сиëы pезания осуществëяëосü äина-

Èññëåäóåòñÿ ýôôåêò øëèôîâàíèÿ ïîâåpõíîñòåé, îá-pàáàòûâàåìûõ ïpè òîíêîì òî÷åíèè äåòàëåé èç æàpî-ïpî÷íûõ ñïëàâîâ påçöàìè èç ÑÒÌ. Óñòàíîâëåíî óñèëå-íèå äàííîãî ýôôåêòà íà ýêîíîìè÷íûõ påæèìàõ påçàíèÿíà ñòàíêàõ ñ ×ÏÓ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: òî÷åíèå, ñòàíîê ñ ×ÏÓ, æàpîïpî÷-íûå ñïëàâû, øåpîõîâàòîñòü ïîâåpõíîñòè, ýôôåêò øëè-ôîâàíèÿ.

Grinding effect of surfaces being machined at fineturning of details from heat-resistant alloys by cutters fromextra-hard materials is investigated. It is stated that giveneffect becomes stronger on the economy-type cutting onthe NC machine tool.

Keywords: turning, NC machine tool, heat-resistant al-loys, surface roughness, grinding effect.


ìоìетpоì УДМ-100 пpи тонкоì то÷ении жаpо-пpо÷ных спëавов. Метоäоì экстpапоëяöии на ну-ëевуþ тоëщину сpеза пpи постоянноìкоэффиöиенте KL быëи опpеäеëены сиëы N1 и F1на заäней повеpхности. Дëя экспеpиìентаëüноãоопpеäеëения сиë N1 и F1 найäены зависиìостиPy = f1(a) и Pz = f2(a) (a — тоëщина сpезаеìоãосëоя). Пpи экстpапоëяöии Py = f1(a) на нуëевуþтоëщину сpеза то÷ка пеpесе÷ения с осüþ y äает зна-÷ение сиëы N1, а то÷ка пеpесе÷ения зависиìостиPz = f2(a) с осüþ z — зна÷ение сиëы F1.Пpи изу÷ении особенностей наãpужения pежущей

÷асти инстpуìента из СТМ иссëеäоваëи вëияние фас-ки hз износа pезöа на контактные показатеëи инстpу-ìента äëя заäней повеpхности: N1, F1, напpяжения

, , а также коэффиöиент μ1 тpения.Пpи увеëи÷ении паpаìетpа hз сиëы N и F на пе-

pеäней повеpхности пpи пpо÷их pавных усëовиях впеpвоì пpибëижении остаþтся постоянныìи, а си-ëы N1 и F1 на заäней повеpхности возpастаþт. Пpито÷ении спëава ХН62МВКЮ-ВД (37...39 HRC) пpипоäа÷е S = 0,02 ìì/об, скоpости v = 0,33 ì/с иãëубине pезания t = 0,05 ìì остpыì pезöоì из эëü-боpа-P (hз = 0,03 ìì) на заäней повеpхности сиëаноpìаëüноãо äавëения составиëа N1 = 4,2 Н, а сиëатpения — F1 = 3 Н. Пpи hз = 0,1 ìì поëу÷иëи:N1 = 17,7 Н, F1 = 13,3 Н.Такиì обpазоì, установëено, ÷то в зависиìости

от hз напpяжения и ìоãут как увеëи÷иватü-

ся, так и уìенüøатüся. Пpи hз = 0,1 ìì напpяжения

и возpастаþт по сpавнениþ с обpаботкой

остpыì pезöоì, а в посëеäствии (пpи hз > 0,1 ìì) —уìенüøаþтся. Коэффиöиент μ1 тpения ìеняется в за-

висиìости от hз анаëоãи÷но показатеëяì и .

Сëеäоватеëüно, наибоëее эффективныì (с пози-öии пpо÷ности) из тpех pассìотpенных СТМ явëя-ется ãексанит-P, так как всëеäствие пеpеpаспpеäе-ëения сpеäних контактных напpяжений на пеpеä-ней и заäней повеpхностях pезöа напpяжения qNи qF на пеpеäней повеpхности увеëи÷иваþтся, а на

заäней повеpхности напpяжение уìенüøается

в 1,1 ÷ 1,5 pаза, а напpяжение уìенüøается в

1,2 ÷ 1,64 pаза по сpавнениþ, соответственно, с на-пpяженияìи äëя pезöов из эëüбоpа-P äëя pассìат-pиваеìых pежиìов pезания.Эффект øëифования обpабатываеìых повеpх-

ностей (поäøëифовка) äетаëей из закаëенных ëе-ãиpованных стаëей пpи тонкоì то÷ении pезöаìи изСТМ pассìотpен в pаботах [3, 4]. В статüе [5] опи-сан пpоöесс поäøëифовывания повеpхности äета-ëи из закаëенной стаëи пpи тонкоì то÷ении pезöа-ìи из эëüбоpа: "...хаpактеpной особенностüþ тон-коãо то÷ения pезöаìи из эëüбоpа явëяется то, ÷то

пpи pезании с увеëи÷ениеì износа pезöа äоhз = 0,2 ìì высота ìикpонеpовностей обpаботан-ной повеpхности не тоëüко не увеëи÷ивается, а äа-же уìенüøается, нахоäясü в пpеäеëах оäноãо кëассаøеpоховатости. Это äостиãается бëаãоäаpя тоìу,÷то пëощаäка износа pезöа из эëüбоpа пpеäставëяетсобой pазвитуþ повеpхностü изëоìа с ìножествоìостpых ìикpокpоìок, котоpые в пpоöессе pезанияпоäøëифовываþт обpаботаннуþ повеpхностü".Такиì обpазоì, пpи тонкоì то÷ении жаpопpо÷-

ных спëавов и закаëенных ëеãиpованных стаëейpезöаìи из СТМ пpи абpазивно-ìехани÷ескоì из-наøивании по заäней повеpхности инстpуìентаиìеет ìесто поäøëифовывание.Пpи то÷ении спëава ХН62МВКЮ-ВД (37...39 HRC)

в pежиìе: t = 0,05 ìì; S = 0,04 ìì/об;

= 0,584 ì/с; = 1,46; теìпеpатуpа pезания

= 673 К; = 785 МПа, пpи оптиìизаöии

пpоöесса по ìетоäу А. Д. Макаpова [6] и стабиëи-

заöии контактных показатеëей , , на

пеpеäней повеpхности в зоне контакта стpужки иинстpуìента из ãексанита-P пpи увеëи÷ении фаскиhз износа от 0,1 äо 0,4 ìì уìенüøается и стабиëи-

зиpуется напpяжение с 1095 äо 1030 МПа, а на-

пpяжение уìенüøается с 620 äо 554 МПа (pис. 1).

Коэффиöиент μ1 тpения пëавно уìенüøается в за-висиìости от hз от 0,565 äо 0,538, так как сиëа N1pезко возpастает с 24,1 äо 90,5 Н, т. е. в 3,75 pаз,а сиëа F1 возpастает с 13,6 äо 48,6 Н (в 3,58 pаза).Такиì обpазоì, изìеняþтся контактные усëовияна заäней повеpхности и показатеëи , и μ1

стабиëизиpуþтся.Кpоìе тоãо, теìпеpатуpа заäней повеpхности

pезöа выøе теìпеpатуpы пеpеäней повеpхности, ивыступы ìикpонеpовностей на обpабатываеìойповеpхности сìинаþтся интенсивнее, ка÷ество об-pабатываеìой повеpхности повыøается.Анаëоãи÷но изìеняþтся показатеëи äëя заäней

повеpхности pезöа из коìпозита 05ИТ пpи то÷енииспëава ХН62МВКЮ-ВД (37...39 HRC) пpи pежиìе

pезания: t = 0,05 ìì; S = 0,04 ìì/об; = 0,665 ì/спpи оптиìизаöии пpоöесса pезания. Увеëи÷ение hзс 0,1 äо 0,4 ìì пpивоäит к пëавноìу уìенüøениþи стабиëизаöии напpяжения с 1100 äо 1045 МПа,

т. е. в 1,05 pаза, а напpяжения с 630 äо 572 МПа.

Сиëовые и теìпеpатуpные возäействия на заäнþþповеpхностü pезöа пpивоäят к тоìу, ÷то остpые ìик-pокpоìки pезöа поäøëифовываþт повеpхностü äета-ëи, выступы ìикpонеpовностей уìенüøаþтся.Дëя поëу÷ения эффекта øëифования äетаëей из

жаpопpо÷ных спëавов и стаëей pезöаìи из СТМ

qN1qF1

qN1qF1

qN1qF1

qN1qF1

qN1

qF1

vhоп KL

оп

θpоп qN

оп

KLоп θp

оп qNоп

qN1

qF1

qN1qF1

vhоп

qN1

qF1


необхоäиìо обеспе÷итü по заäней повеpхности па-pаìетp hз l 0,1 ìì.Усиëение эффекта øëифования пpи то÷ении

спëава ХН62МВКЮ-ВД (37...39 HRC) на станке сЧПУ pезöоì из ãексанита-P поëу÷ено на оптиìаëü-ноì pежиìе pезания: t = 0,05 ìì, S = 0,04 ìì/об,

vоп = 1,46 ì/с. Пpи увеëи÷ении hз с 0,1 äо 0,4 ììсиëа N1 на заäней повеpхности возpастает в 3,94pаза (с 20,9 äо 82,1 Н), сиëа F1 — в 3,75 pаза (с 11,5äо 43,1 Н), сpеäние ноpìаëüные контактные на-пpяжения пpакти÷ески становятся постоянны-

ìи, уìенüøаþтся с 950 äо 934 МПа, т. е. в 1,015 pаза(pис. 2). Интенсификаöия pежиìов pезания пpиво-äит к усиëениþ эффекта øëифования и уëу÷øе-ниþ ка÷ества обpабатываеìой повеpхности.С у÷етоì усëовий pезания на станке с ЧПУ жа-

pопpо÷ноãо спëава pезöоì из СТМ поëу÷ены сëе-äуþщие оптиìаëüные показатеëи пpоöесса обpа-ботки: наибоëüøая эконоìи÷еская эффективностüобpаботки повеpхности äетаëи — пpибыëüЭmax = 1,2 pуб./с; оптиìаëüная постоянная веpоят-ностü безотказной pаботы pезöа из СТМ Pоп = 94 %;nоп = 1,43; = 915 МПа; = 1,3; θоп = 773 К;vоп = 1,46 ì/с.Эффект øëифования обpабатываеìой повеpх-

ности и стабиëизаöия ноpìаëüных контактных на-пpяжений на заäней повеpхности pезöа в pезуëüта-те интенсификаöии pежиìа обpаботки позвоëяетпоëу÷итü повеpхностü с показатеëеì øеpоховато-сти Ra = 0,2÷0,4. Кpоìе тоãо, иìеет ìесто стабиëи-заöия показатеëя øеpоховатости по äëине обpабаты-ваеìой повеpхности пpи испоëüзовании pезöов изãексанита-P и коìпозита 05ИТ, сpавниìых с анаëо-ãи÷ныìи показатеëяìи пpи ìноãопpохоäноì абpа-зивноì øëифовании, ÷то явëяется пpеäпосыëкой купpавëениþ пpоöессоì наãpужения pежущей ÷астиинстpуìента из СТМ со стоpоны пеpеäней и заäнейповеpхностей путеì обеспе÷ения оптиìаëüноãо зна-÷ения коэффиöиента укоpа÷ивания стpужки икоэффиöиента nоп запаса пpо÷ности pежущей кpоì-ки у веpøины инстpуìента. Пpи этоì ãëубина накëе-па составëяет hн = 15÷20 ìкì, пpеäеë выносëивостиσ–1 = 800 МПа, тоãäа как пpи ìноãопpохоäноì абpа-зивноì øëифовании пpеäеë выносëивости обpабо-танных повеpхностей составëяет 530 МПа.


1. Pозенбеpг А. М., Еpемин А. Н. Эëеìенты теоpиипpоöесса pезания ìетаëëов. М.: Маøãиз, 1956. 320 с.

2. Зоpев Н. Н. Иссëеäования эëеìентов ìеханикипpоöесса pезания. М.: Маøãиз, 1956. 367 с.

3. Веpетенников В. Е. Паpаìетpы øеpоховатости по-веpхности закаëенных стаëей пpи тонкоì то÷ении поëи-кpистаëëаìи эëüбоpа // Межвуз. сб. нау÷. тp. Обpаботкавысокопpо÷ных стаëей и спëавов инстpуìентаìи изсвеpхтвеpäых синтети÷еских ìатеpиаëов. Куйбыøев:1980. Вып. 2. С. 8—13.

4. Гаpтфельдеp В. А. Физико-техноëоãи÷еские осо-бенности пpоöесса то÷ения констpукöионных ìатеpиа-ëов инстpуìентаìи из СТМ / Автоpеф. äисс. ... канä.техн. наук. Куйбыøев: 1990. 23 с.

5. Остpовский В. И., Маpкова Л. Г. Стpужкообpазо-вание пpи то÷ении эëüбоpоì // Сб. нау÷. тp. Л.: ВНИИ-АШ.1975. С. 113—123.

6. Макаpов А. Д. Оптиìизаöия пpоöессов pезания.М.: Маøиностpоение, 1967. 278 с.

70N1, Н

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0,28 0,32 hз, ìì

503010

3010

F1, Н

N1

F1

qN1, МПа

qN1

qF1

μ1μ1

800600400

480380280

0,550,530,51

qF1, МПа

Pис. 1. Зависимости изменения сил N1 и F1, показателей, , m1 для задней повеpхности pезца из гексанита-P

от фаски hз износа пpи точении сплава ХН62МВКЮ-ВД:

pежиì pезания: t = 0,05 ìì; S = 0,04 ìì/об; = =

= 0,584 ì/с; = 1,46; θоп = 673 К; = 785 МПа

qN1qF1

vKL

оп vhоп

KLоп qN

оп

70N1, Н

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0,28 0,32 hз, ìì

503010

3010

F1, Н

N1

F1

qN1, МПа

qN1

qF1

μ1μ1

800600400

4803802800,550,530,51

qF1, МПа

Pис. 2. Зависимости изменения сил N1 и F1, показателей, , m1 для задней повеpхности pезца из гексанита-P

от фаски hз износа пpи точении сплава ХН62МВКЮ-ВД:

pежиì pезания: t = 0,05 ìì, S = 0,04 ìì/об, = 1,46 ì/с;

= 1,46; θоп = 673 К; = 785 МПа

qN1qF1

vhоп

KLоп qN

оп

qN1

qNоп KL

оп

KLоп


УДК 541.138

Из совpеìенных коìпозиöион-ных ìатеpиаëов боëüøой интеpеспpеäставëяþт ìатеpиаëы эëектpо-хиìи÷ескоãо назна÷ения, в ÷астно-сти аноäные коìпозиты систеìы"уãëеpоä—наноäиспеpсный кpеì-ний" [1—3]. В посëеäние ãоäы всебоëüøее вниìание пpивëекаþтаноäные ìатpиöы из уãëеpоäа икpеìния как боëее äеøевый и эф-фективный аëüтеpнативный ìате-pиаë аëìазныì ìатpиöаì. Коì-позиты, соäеpжащие нано÷асти-öы ìетаëëов и неìетаëëов, иìе-þт о÷енü ìаëый pазìеp ÷астиö(10÷20 нì) в узкоì äиапазоне pас-пpеäеëения этоãо паpаìетpа [4].В äанной pаботе pассìатpивает-

ся поëу÷ение аноäных ìатpиöкоìпозиöионноãо ìатеpиаëа сис-теìы "уãëеpоä—наноäиспеpсныйкpеìний" äëя ëитий-ионных (по-ëиìеpных) аккуìуëятоpов поpазpаботанной и запатентован-ной энеpãосбеpеãаþщей техноëо-ãии [5—7]. Экспеpиìенты пpово-äиëи в Даëüневосто÷ноì ГТУ иì.В. В. Куйбыøева в ëабоpатоpии"Синтез неоpãани÷еских веществ".Пpоöесс вкëþ÷аë этапы pазìоëа,пиpоëиза, ìеханоактиваöии.В ка÷естве исхоäных коìпо-

нентов испоëüзоваëи ìоäифика-öии уãëеpоäа, поëу÷енные пиpо-ëизоì в вакууìной пе÷и из во-

зобновëяеìоãо pаститеëüноãосыpüя (тpостниковоãо сахаpа ипобеãов баìбука) [8], и наноäис-пеpсный кpеìний ÷истотой ≈ 96 %,поëу÷енный ìетоäоì ìеханоакти-ваöии ìаãнетеpìи÷ескоãо SiO2.Уãëеpоä äопиpоваëи наноäис-пеpсныì кpеìниеì (pазìеp ÷ас-тиö ≈ 15 ÷ 20 нì) в сëеäуþщихпpоöентных соотноøениях: 0,1 и1 ìас. %.Поëу÷еннуþ сìесü уãëеpоäа и

наноäиспеpсноãо кpеìния поä-веpãаëи ìеханоактиваöии äëя по-ëу÷ения коìпозитноãо ìатеpиаëасистеìы "уãëеpоä — кpеìний", вкотоpоì уãëеpоä явëяется ìатpи-öей, а кpеìний —напоëнитеëеì(активной фазой). Механоакти-ваöиþ осуществëяëи в энеpãона-пpяженной вибpоìеëüниöе кон-стpукöии ДВГТУ. Дëя pазìахаиспоëüзоваëи øаpы äиаìетpоì15 ìì из стаëи ШХ15. Механоpе-актоp пpеäставëяет собой ãеpìе-ти÷ный контейнеp äиаìетpоì50 ìì и высотой 125 ìì. Экспеpи-ìент пpовоäиëи в pежиìе: ÷астотакоëебаний pеактоpа — 12 Гö, их аì-пëитуäа — 90 ìì, атìосфеpа —возäух, отноøение ìассы исхоä-ных ìатеpиаëов к ìассе pазìа-ëываþщих øаpов 1:20; степенüзапоëнения pеактоpа стаëüныìиøаpаìи — 30 % от еãо объеìа.

Вpеìя синтеза устанавëиваëосüэкспеpиìентаëüно и составиëо18 ìин. Испоëüзование в ка÷ест-ве pазìоëüных теë øаpов из стаëиШХ15 объясняется теì, ÷то пpибоëüøих скоpостях соуäаpенияøаpов обpазуþтся пpоäукты из-носа — ìикpо÷астиöы жеëеза ихpоìа особой ãëобуëяpной фоp-ìы, котоpые оказываþт поëожи-теëüное вëияние на эëектpохиìи-÷еские свойства аноäноãо (коì-позитноãо) ìатеpиаëа.

Методика исследований

Фазовый состав поëу÷енныхìоäификаöий уãëеpоäа опpеäе-ëяëи ìетоäоì pентãенофазовоãоанаëиза на äифpактоìетpе D8ADVANCE (Геpìания) в CuKα-изëу÷ении по станäаpтной ìето-äике. Иäентификаöия соеäине-ний, вхоäящих в состав иссëеäуе-ìых обpазöов, выпоëнена в авто-ìати÷ескоì pежиìе поиска EVAс испоëüзованиеì банка äанныхPDF-2. Стpуктуpу повеpхности,фоpìу и pазìеp ÷астиö иссëеäо-ваëи с поìощüþ эëектpонно-ска-ниpуþщеãо ìикpоскопа EVO-50XVP фиpìы Carl Zeiss (Геpìа-ния) в ëабоpатоpии "Анаëиза бëа-ãоpоäных ìетаëëов" анаëити÷е-скоãо öентpа института ãеоëоãииДВО PАН. Pаспpеäеëение ÷астиöпо pазìеpаì устанавëиваëи с по-ìощüþ ëазеpноãо анаëизатоpа÷астиö "Анаëизетте 22" NanoTec/MikroTec/XT фиpìы Fritsch (Геp-ìания) в ëабоpатоpии "Матеpиаëо-веäение и наноìатеpиаëы" ДВГТУ.Зна÷ение уäеëüной повеpхностиустанавëиваëи по теpìоäесоpб-öии азота с поìощüþ анаëизато-pа сеpии "Соpбтоìетp"-М, ЗАО"КАТАКОН" (ã. Новосибиpск).Зоëüностü поëу÷енных коìпо-

зитных ìатеpиаëов опpеäеëяëипо станäаpтной ìетоäике [9], äëя÷еãо навески наãpеваëи в кеpаìи-÷ескоì тиãëе на откpытоì возäу-хе пpи теìпеpатуpе 1100 °C äо по-ëу÷ения несãоpаеìоãо ìинеpаëü-ноãо остатка. Вpеìя сжиãания,установëенное экспеpиìентаëü-

Ю. Н. БОЙКО, Д. В. ОНИЩЕНКО, канä. техн. наук, А. А. ПОПОВИЧ, ä-p техн. наук,(ДВГТУ иì. В. В. Куйбыøева, ã. Вëаäивосток), e-mail: [email protected]

Ïîëó÷åíèå àíîäíûõ íàíîêîìïîçèòîâñ ïîìîùüþ ýíåpãîñáåpåãàþùåé òåõíîëîãèè

Ìåòîäîì ìåõàíîàêòèâàöèè ïîëó÷åíû ïåpñïåêòèâíûå àíîäíûå êîìïîçèò-íûå ìàòpèöû ñèñòåìû "óãëåpîä — íàíîäèñïåpñíûé êpåìíèé" äëÿ ëèòèéèîííûõàêêóìóëÿòîpîâ, äîñòèãíóòû âûñîêàÿ äèñïåpñíîñòü è óäåëüíàÿ ïîâåpõíîñòüêîìïîçèòíûõ ïîpîøêîâ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: àíîäíûå íàíîêîìïîçèòû, ýíåpãîñáåpåãàþùàÿ òåõíîëî-ãèÿ, íàñûïíàÿ è ôèçè÷åñêàÿ ïëîòíîñòè, çîëüíîñòü, ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ.

The perspective anode composite female moulds of the "carbon-nano-dispers-ible silicon" system for the lithium-ion batteries were obtained. At that high dis-persibility and specific surface area of composite powders were provided.

Keywords: anode nano-composites, energy-saving technology, packet andphysical densities, ash level (ash value), investigation methods.


но, составëяëо от 79 äо 97 ìин.Насыпнуþ и физи÷ескуþ пëот-ности опpеäеëяëи по станäаpт-ныì ìетоäикаì [10] на анаëизато-pе AUTOTAP канаäской фиpìыQuantachrome. Объеì ãpаäуиpо-ванноãо öиëинäpа составëяë100 ìë, ÷исëо ìехани÷еских воз-äействий — 260 в ìинуту.Соäеpжание и pаспpеäеëение

хиìи÷еских эëеìентов в поëу-÷енных коìпозитных ìатеpиаëахопpеäеëяëи ìетоäоì поëукоëи÷е-ственноãо эìиссионноãо спек-тpаëüноãо анаëиза на спектpоãpа-фе PGS-2 (Геpìания) и pентãе-новскиì энеpãоäиспеpсионныììикpоанаëизоì с поìощüþ эëек-тpонно-сканиpуþщеãо ìикpоско-па EXO-50XVP фиpìы Carl Zeiss,совìещенноãо с pентãеновскиìэнеpãоäиспеpсионныì спектpо-ìетpоì INCA Energy-350 (Анãëия).Эëектpохиìи÷еское иссëеäо-

вание коìпозитных ìатеpиаëовпpовоäиëи на установке Cell TestSystem 1470 ("Solartron MobreyLtd", Анãëия).

Pезультаты и их обсуждение

На энеpãонапpяженной ìеëü-ниöе с пpиìенениеì ìеханоакти-ваöии быëи поëу÷ены экспеpи-ìентаëüные коìпозитные аноä-ные ìатpиöы систеìы "уãëеpоä—наноäиспеpсный кpеìний" äëяëитий-ионных (поëиìеpных) ак-куìуëятоpов [11].Метоäоì эëектpонно-скани-

pуþщей ìикpоскопии и ëазеpноãоанаëиза ÷астиö быëо установëено,÷то поëу÷енные коìпозитные по-pоøки явëяþтся пpеиìуществен-но поëиäиспеpсныìи, пpи÷еì вовсех коìпозитных ìоäификаöияхнабëþäаþтся ÷астиöы непpа-виëüных фоpì и отäеëüные аãëо-ìеpаты, состоящие из ãëаäких исфеpи÷еских ÷астиö, ÷то, веpоят-нее всеãо, связано с поëу÷ениеìуãëеpоäных ìоäификаöий и на-ноäиспеpсноãо кpеìния и pежи-ìоì ìеханоактиваöии, котоpыйпpиìеняëся пpи поëу÷ении äан-ных коìпозитов. Быëо установ-ëено, ÷то ÷астиöы коìпозитноãоìатеpиаëа систеìы "ìоäифика-

öия уãëеpоäа из тpостниковоãосахаpа + кpеìний (99,9 % + 0,1 %)"иìеþт непpавиëüнуþ фоpìу, на-бëþäаþтся также ÷астиöы оско-ëо÷ной и сфеpи÷еской фоpì pаз-ìеpаìи 0,2÷8 ìкì, пpеваëиpуþ-щее ÷исëо ÷астиö (окоëо 85 ìас. %)иìеþт pазìеpы 0,9 ÷ 2,5 ìкì.Частиöы коìпозитноãо ìатеpиа-ëа систеìы "ìоäификаöия уãëе-pоäа из тpостниковоãо сахаpа +кpеìний (99 % + 1 %)" (pис. 1, а)иìеþт пpеиìущественно оскоëü-÷ато-кpупен÷атуþ фоpìу pазìе-pаìи 0,8 ÷ 7 ìкì, пpеваëиpуþщее÷исëо ÷астиö (окоëо 70 ìас. %)иìеþт pазìеpы 0,8 ÷ 2,3 ìкì, на-бëþäаþтся также ÷астиöы сфе-pи÷еской фоpìы pазìеpаìи0,12 ÷ 0,45 ìкì. Частиöы коìпо-зитноãо ìатеpиаëа систеìы "ìо-äификаöия уãëеpоäа из побеãовбаìбука + кpеìний (99,9 % + 0,1 %)"иìеþт кpупен÷атуþ фоpìу pаз-ìеpаìи 0,22 ÷ 7 ìкì, основное÷исëо ÷астиö (окоëо 70 ìас. %)иìеþт pазìеpы 0,25 ÷ 2 ìкì, пpибоëüøих увеëи÷ениях (в 20 000pаз) набëþäаþтся ÷астиöы зеp-нистой фоpìы pазìеpаìи0,8 ÷ 1,5 ìкì. Частиöы коìпозит-ноãо ìатеpиаëа систеìы "ìоäи-фикаöия уãëеpоäа из побеãовбаìбука + кpеìний (99 % + 1 %)"(pис. 1, б) иìеþт кpупен÷ато-ос-коëо÷нуþ фоpìу pазìеpаìи0,11 ÷ 8 ìкì, пpи÷еì пpеваëиpуþт÷астиöы pазìеpаìи 0,25 ÷ 1,4 ìкì(окоëо 80 ìас. %).По äанныì pентãенофазовоãо

анаëиза все ìоäификаöии коì-позитных поpоøков иìеþт пpе-иìущественно pентãеноаìоpф-

нуþ стpуктуpу с вкëþ÷енияìиFe, NaCl, KCl, Si, наëи÷ие кото-pых обусëовëено пpоöессаìи по-ëу÷ения составëяþщих коìпозит-ноãо ìатеpиаëа. Метоäоì поëуко-ëи÷ественноãо эìиссионноãоспектpаëüноãо анаëиза быëо уста-новëено, ÷то поëу÷енные высоко-äиспеpсные коìпозитные поpоø-ки соäеpжат вкëþ÷ения pазëи÷-ных хиìи÷еских эëеìентов: Cr,Fe, Al, Ti, Cu, Ni, Zi, Mg, Mr, K,Na, а также P и Si.Наëи÷ие ìетаëëов в коìпо-

зитных систеìах обусëовëенотехноëоãией их поëу÷ения. Такиеìетаëëы, как Fe и Cr, ìоãëи по-пастü в øихту в pезуëüтате изна-øивания ìатеpиаëов pеактоpа иpазìоëüных øаpов.

Pентãеновскиì энеpãоäиспеp-сионныì ìикpоанаëизоì быëоустановëено, ÷то в коìпозитныхсистеìах "ìоäификаöия уãëеpоäаиз тpостниковоãо сахаpа + кpеì-ний (99 % + 1 %)" (pис. 2, а) и"ìоäификаöия уãëеpоäа из побеãовбаìбука + кpеìний (99 % + 1 %)"(pис. 2, б), Si pавноìеpно pаспpе-äеëен в уãëеpоäной ìатpиöе повсеìу ее объеìу в pазных пpо-öентных соотноøениях, ÷то поä-твеpжäает коìпозитный хаpактеpпоëу÷енных систеì. Кpоìе тоãо,быëо установëено, ÷то в äанныхсистеìах по отäеëüныì у÷асткаìи в pазных пpоöентных соотно-øениях pаспpеäеëены такие хи-ìи÷еские эëеìенты, как Fe, Na,K, Cl, Ti, Cu.В коìпозитных систеìах "ìо-

äификаöия уãëеpоäа из тpостни-ковоãо сахаpа + кpеìний (99,9 % +

Pис. 1


+ 0,1 %)" и "ìоäификаöия уãëе-pоäа из побеãов баìбука + кpеì-ний (99,9 % + 0,1 %)" пpисутствиекpеìния установëено не быëо,÷то, веpоятнее всеãо, связано снизкиì еãо соäеpжаниеì в уãëе-pоäной ìатpиöе. Быëо установ-ëено тоëüко pаспpеäеëение Fe иCu по некотоpыì у÷асткаì уãëе-pоäной ìатpиöы.Иссëеäования уäеëüной по-

веpхности поpоøка и стpуктуpыповеpхностей ÷астиö позвоëяþтãовоpитü о тоì, ÷то поëу÷енныекоìпозитные поpоøки иìеþтвысокоpазвитые повеpхности(Sуä ≈ 300 ì2/ã) и ìоãут бытü эф-фективныìи аноäныìи ìатpиöа-ìи äëя ëитий-ионных (поëиìеp-ных) аккуìуëятоpов.Изìеpение насыпной и физи-

÷еской (пикноìетpи÷еской) пëот-ностей (табë. 1) показаëо, ÷то син-тезиpованные коìпозитные ìо-äификаöии иìеþт бëизкиезна÷ения веëи÷ин с коììеp÷е-скиìи аноäныìи ìатеpиаëаìи(табë. 2): зна÷ения насыпнойпëотности нахоäятся в пpеäеëах от0,94 äо 0,99 ã/сì2, физи÷еской —от 2,05 äо 2,12 ã/сì2 и зависят отвиäа исхоäных коìпонентов и ихпpоöентноãо соотноøения. Зоëü-ностü ìоäификаöий уãëеpоäа нахо-äится в пpеäеëах 0,47÷0,51 ìас. %,сëеäоватеëüно, поëу÷енные коì-позитные систеìы иìеþт высо-кий выхоä уãëеpоäа, ÷то явëяетсяважныì показатеëеì äëя аноä-ных ìатpиö.Поëу÷енные аноäные коìпо-

зиты поäвеpãаëисü эëектpохи-ìи÷ескоìу иссëеäованиþ на ус-тановке Cell Test System 1470("Solartron Mobrey Ltd", Анãëия)в Институте хиìии ДВО PАН в"Лабоpатоpии нестаöионаpныхповеpхностных пpоöессов". Pе-зуëüтаты иссëеäований показа-ëи, ÷то изãотовëенные коìпо-зиты ìоãут сëужитü эффектив-ныìи аноäныìи ìатpиöаìипpи pаботе в эëектpохиìи÷е-ских систеìах ëитий-ионных(поëиìеpных) аккуìуëятоpов,но нужäаþтся в äаëüнейøеìусовеpøенствовании.

Pис. 2

Spectrum 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Full Scale 1197 cts Cursor: 0.000 keV keV

KCa

ClC

Ti

OFe

Na Si

а)

Cl K CaK Ca Ti Ti Fe Fe

Spectrum 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Full Scale 1197 cts Cursor: 0.000 keV keV

б)

Cl

K

O

Fe

Fe

Fe

Cr

C

Cr CrK

KCl

SiNa

Таблица 1

Коìпозиöионная систеìа "уãëероä + креìний"

Пëотностü, ã/сì3

Зоëüностü, %

насыпная физи÷еская

Моäификаöия уãëероäа из тростни-ковоãо сахара + креìний

0,96/0,98 2,12/2,12 0,49/0,50

Моäификаöия уãëероäа из баìбука 0,94/0,99 2,05/2,06 0,47/0,51

Приì е ÷ а н и е. В ÷исëитеëе привеäены äанные äëя систеìы "уãëероä—креì-ний" в составе 99,9 % + 0,1 %, в знаìенатеëе — 99 % + 1 %.

Таблица 2

Марка коììер÷ескоãо аноäноãо ìатериаëа

Пëотностü, ã/сì3

Зоëüностü, %насыпная физи÷еская

CMP1 0,91 2,22 0,20÷0,40

CMP2 1,19 2,21 0,12÷0,45

MGS 1,17 2,06 0,02÷0,20

CGS 1,28 2,13 0,03÷0,20

CMS 1,40 2,22 0,04÷0,20


Вы в о äы

С поìощüþ pазpаботанной изапатентованной энеpãосбеpеãаþ-щей техноëоãии поëу÷ены аноä-ные нанокоìпозиты систеìы "уã-ëеpоä — кpеìний" äëя ëитий-ион-ных (поëиìеpных) аккуìуëятоpов;äостиãнуты высокая äиспеpсностüи высокоpазвитая повеpхностüкоìпозитных поpоøков.Поëу÷енные коìпозитные по-

pоøки (аноäные ìатpиöы) иìеþтвысокие насыпнуþ и физи÷е-скуþ пëотности, низкуþ зоëü-ностü, зна÷ения котоpых бëизкик зна÷енияì коììеp÷еских аноä-ных ìатpиö.Стpуктуpы коìпозитных по-

pоøков явëяþтся pентãеноаìоpф-ныìи.Показано, ÷то пpи соотноøе-

нии 99 ìас. % уãëеpоäа + 1 ìас. %наноäиспеpсноãо кpеìния нано-äиспеpсный кpеìний pавноìеp-но pаспpеäеëен по всеìу объеìууãëеpоäной ìатpиöы.Метоäоì эëектpонно-скани-

pуþщей ìикpоскопии (ЭСМ) ус-тановëено, ÷то поëу÷енные коìпо-зитные поpоøки явëяþтся поëи-äиспеpсныìи с pазìеpаìи ÷астиö

0,09 ÷ 8 ìкì, пpеваëиpуþщее ÷ис-ëо ÷астиö (окоëо 80 ìас. %) иìе-þт pазìеpы 0,15 ÷ 3 ìкì. Фоpìа,pазìеp и äиспеpсностü ÷астиö за-висят от пpиpоäы и способа по-ëу÷ения исхоäных коìпонентов,а также саìоãо коìпозитноãо ìа-теpиаëа.Изãотовëенные коìпозиты ìо-

ãут сëужитü эффективныìи аноä-ныìи ìатpиöаìи пpи pаботе вэëектpохиìи÷еских систеìах ëи-тий-ионных (поëиìеpных) акку-ìуëятоpов, но нужäаþтся в äаëü-нейøеì усовеpøенствовании.


1. Churikov A. V., Nimon E. S.,Lvov A. L. J. Electrochim. Acta. 1997.V. 42. P. 179.

2. Кедpинский И. А., Яковлев В. Г.Литий-ионные аккуìуëятоpы. Кpас-нояpск: Пëатина, 2002. С. 150—278.

3. Получение наноäиспеpсноãокpеìния äëя созäания аноäных коì-позиöионных ìатpиö систеìы: уãëе-pоä — кpеìний / А. А. Попови÷,П. А. Никифоpов, Д. В. Онищенкои äр. // Хиìи÷еская техноëоãия.2007. № 11. Т. 8. С. 481—484.

4. Электpоды из нанокоìпозита"кpеìний—уãëеpоäная ìатpиöа—на-

нофаза титана" / Ю. В. Пëесков,М. Д. Кpотова, М. Л. Шупеãин и äp. //Эëектpохиìия. 2006. № 8. Т. 42.С. 1002—1006.

5. Пат. 67777 Pос. Федеpации напоëезнуþ ìоäеëü. Устpойство äëяизãотовëения аноäноãо ìатеpиаëа.

6. Пат. 72358 Pос. Федеpации напоëезнуþ ìоäеëü. Устpойство äëяизãотовëения аноäноãо ìатеpиаëа.

7. Пат. 2327255 Pос. Федеpации.Способ поëу÷ения аноäноãо ìате-pиаëа.

8. Онищенко Д. В., Попович А. А.Техноëоãия поëу÷ения уãëеpоäныхпоpоøков äëя созäания аноäных ìа-теpиаëов ëитий-ионных (поëиìеp-ных) аккуìуëятоpов // Изв. вузов.Поpоøковая ìетаëëуpãия и функ-öионаëüные покpытия. 2008. № 2.С. 9—11.

9. Бок P. Метоäы pазëожения ванаëити÷еской хиìии. М.: Хиìия,1984. С. 131—133.

10.Ивков А. Г. Pазpаботка и атте-стаöия ìетоäик анаëити÷ескоãо кон-тpоëя на пpеäпpиятии // Метpоëоãи-÷еское обеспе÷ение анаëити÷ескоãоконтpоëя на пpеäпpиятиях основнойхиìи÷еской пpоìыøëенности:Сбоpник. Деп. в Чеpкасскоì отäеëе-нии НИИТЭХИМа, № 544хп-Д 82.С. 25—45.

11.Попович А. А. Механохиìи÷е-ский синтез туãопëавких соеäине-ний: Моноãpафия. Вëаäивосток:Изä-во ДВГТУ, 2003. 201 с.

УДК 669.14.018:539.4.011.24

Е. И. ФPАДКИН (Москва), Г. А. ЖУPАВЛЕВ, канä. техн. наук, О. В. ТВАPИЛИДЗЕ(Южный Феäеpаëüный Унивеpситет, ã. Pостов-на-Дону), e-mail: [email protected]

Çàâèñèìîñòü ïpåäåëà òåêó÷åñòè ñòàëè îò ñîäåpæàíèÿ óãëåpîäà, õpîìà è íèêåëÿ

Статüя посвящена объяснениþ боëüøоãо pаз-бpоса зна÷ений пpеäеëа теку÷ести стаëи коëебани-еì соäеpжания в ней pяäа хиìи÷еских эëеìентов

на пpиìеpе анаëиза вëияния соäеpжания тpех эëе-ìентов (C, Cr, Ni) на пpеäеë теку÷ести σт стаëи12Х2Н4А.Пpеäеë теку÷ести σт стаëи во ìноãоì опpеäе-

ëяет ее пpо÷ностные свойства, äопускаеìые на-пpяжения (контактные, ãëубинные и изãибныеи т. ä.) pазëи÷ных äетаëей и узëов ìаøин, выбоppежиìов äефоpìаöионноãо (повеpхностноãо [1]иëи объеìноãо [2, 3]) упpо÷нения. Напpиìеp, äëязубüев зуб÷атых коëес, поäвеpãнутых ноpìаëи-заöии, уëу÷øениþ иëи объеìной закаëке с низ-киì отпускоì (в тоì ÷исëе и посëе наãpева ТВЧ),известна зависиìостü [4] σHP max = 2,8σт, ãäеσHP max — äопускаеìое пpеäеëüное контактное на-пpяжение, МПа; σт — пpеäеë теку÷ести ìатеpиаëапpи pастяжении.

Äàíî îáúÿñíåíèå áîëüøîãî pàçápîñà çíà÷åíèé ïpåäå-ëà òåêó÷åñòè ñòàëè êîëåáàíèåì ñîäåpæàíèÿ â íåé pÿäà õè-ìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Âûÿâëåíà çàìåòíàÿ çàâèñèìîñòü ïpå-äåëà òåêó÷åñòè ñòàëè 12Õ2Í4À îò ñîäåpæàíèÿ Ñ, Cr, Ni.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïpåäåë òåêó÷åñòè ñòàëè, ñîäåpæà-íèå õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.

It was shown that wide spacing of a steel’s yield pointmeanings is explained by presence in its structure of dif-ferent chemical elements. It has been revealed particularlythat the yield point of steel 12X2H4A depends noticeableupon C, Cr, Ni content.

Keywords: steel’s yield point, chemical elements content.


Соãëасно ГОСТ 21354—87 [4], усëовие контакт-ной пpо÷ности иìеет виä: σHmax m σHPmax, ãäеσHmax — pас÷етное контактное напpяжение, созäа-ваеìое наибоëüøей наãpузкой T1max из ÷исëа поä-воäиìых к пеpеäа÷е, äаже пpи оäнокpатноì ее äей-ствии.Пpи этоì (напpиìеp, соãëасно [4]) äопускаеìый

кpутящий ìоìент T1P на ваëу веäущеãо коëеса ëи-нейно зависит от кваäpата äопускаеìых напpяже-нии, ÷то позвоëяет записатü:

T1P = c . (1)

О÷евиäно, ÷то в äействитеëüности это вëияниесущественно сëожнее. Но уже и такая упpощеннаязависиìостü (1) показывает, ÷то оно весüìа веëико.Напpиìеp, коëебание пpеäеëа теку÷ести в äиапазо-не σт ≈ 920 ÷ 1100 МПа (табë. 1) пpивоäит, соãëасноpавенству (1), к изìенениþ äопускаеìоãо кpутяще-ãо ìоìента боëее ÷еì на 40 %. С увеëи÷ениеì ве-pоятности отсутствия отказа степенü этоãо вëияниявозpастает.Хоpоøо известно [4] боëüøое вëияние твеpäо-

сти повеpхности стаëüных зубüев, зависящей отпpеäеëа теку÷ести стаëи, на пpиpабатываеìостüзуб÷атых коëес:

KHβ = 1 + ( – 1)KHW,

ãäе KHW = 2•10–3HHB + aHV;

KFβ = 1 + ( – 1)KFW,

ãäе KFW = 2•10–3HHB + aFV; aFV = aFV(vо).

Зäесü KHβ, KFβ — коэффиöиенты, у÷итываþщиепpиpаботку зубüев в pас÷етах на контактнуþ и из-ãибнуþ пpо÷ностü соответственно; , —коэффиöиенты, у÷итываþщие неpавноìеpностüpаспpеäеëения наãpузки по øиpине зуб÷атоãо вен-öа в на÷аëüный пеpиоä pаботы пеpеäа÷и пpи тех жеpас÷етах; aHV, aFV — коэффиöиенты, у÷итываþщиевëияние окpужной скоpости vо зуб÷атых коëес наих пpиpабатываеìостü.Боëее тоãо, вëияние пpиpабатываеìости зубüев

зна÷итеëüно сëожнее и øиpе тpаäиöионных пpеä-ставëений. В pаботах [5, 6] показано, ÷то уpовенüпpиpабатываеìости пеpеäа÷и с на÷аëüно ëиней-ныì (иëи бëизкиì к неìу) касаниеì зубüев опpе-äеëяет степенü вëияния ãеоìетpи÷еских фактоpовна возìожности увеëи÷ения несущей способностии выбоp напpавëения совеpøенствования зуб÷атыхзаöепëений. У÷ет этих особенностей уже пpивеë ксозäаниþ зуб÷атых пеpеäа÷ с каpäинаëüно уëу÷-øенныìи показатеëяìи [7]. Особое вëияние уpов-

Таблица 1Экспериментальные значения , предела текучести стали

12Х2Н4А при разном содержании в ней углерода, хрома и никеля

Ноìер пëавки C, % Cr, % Ni, % , МПа

1 0,14 1,4 3,34 1108,532 0,11 1,33 3,38 931,953 0,1 1,3 3,37 922,144 0,12 1,44 3,3 1020,245 0,12 1,4 3,5 931,956 0,1 1,34 3,32 922,147 0,12 1,31 3,3 990,818 0,13 1,43 3,3 1137,969 0,13 1,35 3,35 971,19

10 0,11 1,3 3,29 1069,2911 0,14 1,7 3,25 1167,3912 0,12 1,34 3,42 1079,113 0,11 1,28 3,36 1048,68914 0,11 1,4 3,4 1030,0515 0,12 1,39 3,44 1071,25216 0,1 1,49 3,29 982,96217 0,11 1,42 3,35 1062,42318 0,13 1,31 3,34 1048,68919 0,14 1,39 3,3 1108,5320 0,15 1,33 3,3 1098,7221 0,11 1,46 3,33 951,5722 0,12 1,5 3,46 931,9523 0,12 1,32 3,29 971,1924 0,11 1,37 3,22 951,5725 0,12 1,37 3,38 1000,6226 0,14 1,4 3,34 1000,6227 0,1 1,25 3,25 941,76

sтэ

σтэ

σт2

KHβ°

KFβ°

KHβ° KFβ°

1150

1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Cr, %

1100

σт, σтэ, МПа

1050

1000

950

900

б )

1150

3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45

1100


1050

1000

950

900

в)

1150

0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 C, %

1100


1050

1000

950

900

а)

Ni, %

Pис. 1. Зависимость пpедела текучести sт от содеpжанияв стали 12Х2Н4А углеpода (а), хpома (б), никеля (в):то÷ки — экспеpиìент; ëинии — уpавнение pеãpессии (2)


ня пpиpабатываеìости зуб÷атых коëес на напpав-ëение pазвития зуб÷атых заöепëений свиäетеëüст-вует о тоì, ÷то коëебание пpеäеëа теку÷естиìатеpиаëа зубüев еще боëüøе увеëи÷ивает pазбpоспоказатеëей pаботоспособности пеpеäа÷ и снижаетих наäежностü.Дëя анаëиза вëияния на σт соäеpжания в стаëи

12Х2Н4А уãëеpоäа, хpоìа и никеëя быëи выбpаныäанные 27 пëавок на pазных ìетаëëуpãи÷еских за-воäах, свеäенные в табë. 1. Экспеpиìентаëüныезна÷ения , быëи опpеäеëены с то÷ностüþ äо

1 кãс/ìì2. Коppеëяöионный анаëиз выпоëнен пе-pес÷етоì зна÷ений с то÷ностüþ äо 10 МПа.

Пpинято, ÷то pаспpеäеëение веëи÷ины , поä÷и-

няется ноpìаëüноìу закону Гаусса.Заìетиì, ÷то коëебание пpеäеëа теку÷ести σт ста-

ëей 45ХН и 20Х2Н4А из pазных пëавок боëüøе, ÷еìстаëи 12Х2Н4А. Соãëасно äанныì pабот [8, 9] это ко-ëебание составëяет 40 %, тоãäа как у стаëи 12Х2Н4Аоно pавно 20 %. Останавëиваясü на анаëизе иìенностаëи 12Х2Н4А, ìожно показатü, ÷то äаже пpи боëеестабиëüноì, ÷еì у стаëей некотоpых äpуãих ìаpок,показатеëе σт pазбpос еãо зна÷ений вызывает ìноãопpобëеì, тpебуþщих pеøения.Дëя стаëи 12Х2Н4А по äанныì 27 пëавок быëи

опpеäеëены коэффиöиент коppеëяöии, коppеëяöи-онное отноøение и уpавнение pеãpессии äëя тpех(отäеëüно äëя кажäоãо) эëеìентов: уãëеpоäа (pис. 1, а),

хpоìа (pис. 1, б), никеëя (pис. 1, в). В pезуëüтатебыëа поëу÷ена пpибëиженная фоpìуëа

σт = 758,2610218926 + 60,78e(% C) –

– 7,5975e(% Cr) + 0,5065e(% Ni) + 2904,271(% C) +

+ 1,291575[(% Cr)8 + (% Ni)4]. (2)

Фоpìуëа (2) äает ìаксиìаëüный (из äpуãих оöе-ниваеìых зависиìостей) коэффиöиент коppеëя-öии r = 0,6825 (pис. 2). Так, напpиìеp, упpощеннаяфоpìуëа (pис. 3).

σт = 627,336 + 3259 (% C), (3)

у÷итываþщая вëияние тоëüко уãëеpоäа, äает коэф-фиöиент коppеëяöии r = 0,632.С÷итается, ÷то коppеëяöионная связü веëи÷ин

äостато÷на äëя ее у÷ета в пpакти÷еских öеëях (на-пpиìеp, пpи pеøении заäа÷ ìаøиностpоения), ес-ëи коэффиöиент их коppеëяöии r l 0,6. Поэтоìуобе фоpìуëы (2) и (3) в той иëи иной степени от-ве÷аþт тpебованиþ пpакти÷ескоãо испоëüзования.Оäнако ìожно с÷итатü о÷евиäныì и то обстоятеëü-ство, ÷то обе они нужäаþтся в существенноì уто÷-нении. На наø взãëяä, такое уто÷нение öеëесооб-pазно осуществитü на базе выявëения физи÷ескихоснов вëияния соäеpжания в стаëи оöениваеìыхэëеìентов на пpеäеë теку÷ести, а также — выявëе-ния и у÷ета äопоëнитеëüных фактоpов, опpеäеëяþ-щих степенü этоãо вëияния (табë. 2).

1150

950 1000 1050 1100

1100

σтэ, МПа

1050

1000

950

900

а) σт, МПа

900 950 1000 1050 1100 1150

δ, МПа

50

0

–50

–100

б)σт, МПа

960 980 1000 1020 1040 1060 1080

1100

σтэ, МПа

1050

1000

950

900

а) σт, МПа

900 950 1000 1050 1100 1150

δ, МПа

50

0

–50

–100

б)σт, МПа

Pис. 2. Веpоятностная оценка фоpмулы (2):а — pеãpессия (то÷ки — ); б — äиапазон поãpеøностей

pас÷етных äанных относитеëüно экспеpиìентаëüных (стан-äаpтная поãpеøностü δ = 53,702 МПа)

σтэ

Pис. 3. Веpоятностная оценка фоpмулы (3):а — pеãpессия; б — äиапазон поãpеøностей pас÷етных äанныхотноситеëüно экспеpиìентаëüных (станäаpтная поãpеøностüδ = 56,944 МПа)

σтэ

σтэσтэ


Пpи анаëизе вëияния σт (а зна÷ит, и оöенивае-ìых зäесü фактоpов) на пpо÷ностные свойства кон-стpукöий особенно важно испоëüзоватü боëее äос-товеpный аппаpат, напpиìеp на базе то÷е÷ной кон-öепöии контактных pас÷етов [10] с пеpехоäоì оттеоpии пpо÷ности по ìаксиìаëüныì ноpìаëüныìнапpяженияì к боëее унивеpсаëüныì теоpияìпpо÷ности, напpиìеp по октаэäpи÷ескиì напpяже-нияì [11]. Это позвоëит существенно уто÷нитüвëияние пpеäеëа теку÷ести стаëи (и еãо коëебаний)на показатеëи наäежности äетаëей ìаøин.

Вы в о äы

1. Несìотpя на сpавнитеëüно низкий коэффи-öиент коppеëяöии, анаëиз показаë наëи÷ие заìет-ноãо вëияния на пpеäеë теку÷ести соäеpжания встаëи 12Х2Н4А уãëеpоäа и в ìенüøей степени —соäеpжания хpоìа и никеëя.

2. Вëияние соäеpжания в стаëи 12Х2Н4А уãëе-pоäа наибоëее зна÷итеëüно, а еãо pазбpос (äëя pаз-ных пëавок) в пpеäеëах 0,1 ÷ 0,15 % пpивоäит к за-ìетноìу коëебаниþ пpеäеëа теку÷ести (σт ≈

≈ 920 ÷ 1100 МПа) и äопускаеìых ноpìаëüных кон-тактных напpяжений (σHPmax ≈ 2600 ÷ 3100 МПа).

3. Оöенка вëияния соäеpжания хpоìа и никеëятpебует уто÷нения. Оäнако уже пpосëеживаþтсяопpеäеëенные тенäенöии к уìенüøениþ пpеäеëатеку÷ести стаëи с увеëи÷ениеì соäеpжания в неìникеëя и с уìенüøениеì соäеpжания хpоìа.

4. Дëя выявëения боëее то÷ных зависиìостейпpеäеëа теку÷ести σт öеëесообpазно пpовести äо-поëнитеëüные иссëеäования, в тоì ÷исëе с уто÷не-ниеì экспеpиìентаëüноãо опpеäеëения зна÷енийσт и описаниеì физи÷еских основ вëияния pас-сìотpенных и äpуãих фактоpов.

5. Коëебание пpеäеëа теку÷ести пpивоäит к из-ìенениþ äопускаеìоãо кpутящеãо ìоìента (пpивеpоятности отсутствия отказа 50 %) не ìенее ÷еìна 35 %. С увеëи÷ениеì веpоятности отсутствия от-каза степенü этоãо вëияния возpастает.

6. Pезуëüтаты иссëеäования показываþт необхо-äиìостü ãëубокоãо анаëиза фактоpов, опpеäеëяþ-щих паpаìетpы стаëи pазных поставок, на их пpе-äеë теку÷ести.


1. Балтеp М. А. Упpо÷нение äетаëей ìаøин. М.: Ма-øиностpоение, 1978. С. 184.

2. Жуpавлев Г. А. О констpуктивной пpо÷ности äета-ëей с наãpуженныìи выступаìи // Механика спëоøнойсpеäы. Pостов н/Д.: PГУ, 1981. С. 83—89.

3. Жуpавлев Г. А., Онишкова В. М., Никулинская Л. К.Метоäика иссëеäования пëоскоãо упpуãопëасти÷ескоãоäефоpìиpования зуб÷атых коëес // Маøиновеäение.1977. № 1. С. 76—82.

4. ГОСТ 21354—87. Пеpеäа÷и зуб÷атые öиëинäpи÷е-ские эвоëüвентные. Pас÷ет на пpо÷ностü. М.: Изä-востанäаpтов, 1987. 61 с.

5. Zhuravlev G. A. About Influence of HydrodynamicFactors to Choice of a Pressure Angle // International Conf."Mechanical Transmissions and Mechanisms", 1—4 July,Tianjin. China. 1997. P. 554—558.

6. Жуpавлев Г. А. Усëовия тpибосопpяжения зубüев ипути совеpøенствования зуб÷атых заöепëений // Тpениеи износ. Т. 20. 1999. № 2. С. 175—188.

7. Евpазийский пат. 011706: МПК7 В1. Зуб÷атая пеpе-äа÷а. Заявë. 05.06.2005; опубë. 04.08.2009. Бþë. № 2. С. 13.

8. Фpадкин Е. И. То÷ностü кpупноìоäуëüных øëи-фованных зуб÷атых коëес из pазных стаëей // Вестникìаøиностpоения. 2003. № 4. С. 58—63.

9. Фpадкин Е. И. Пpоизвоäственный опыт øëифова-ния кpупноìоäуëüных зуб÷атых коëес на станках с ко-ни÷ескиì кpуãоì // Вестник ìаøиностpоения. 2002.№ 11. С. 58—64.

10.Жуpавлев Г. А. Оöенка пpиìениìости pеøенияГеpöа в заäа÷ах о контакте зубüев коëес // Техника ìа-øиностpоения. 2001. № 2. С. 82—90.

11.Ковальский Б. С. Pас÷ет äетаëей на ìестное сжа-тие. Хаpüков: Изä-во ХВКИУ. 1967. 222 с.

Таблица 2Сравнение результатов расчета предела текучести sт

с экспериментальными значениями

Ноìер пëавки , МПа

σт, МПа, рас÷ет по фор-ìуëе

(2) (3)

1 1108,53 1076,6 1082,32 931,95 975,8 984,843 922,14 946,66 952,344 1020,24 1027,7 1017,35 931,95 986,51 1017,36 922,14 957,36 952,347 990,81 1018,9 1017,38 1137,96 1056,4 1049,89 971,19 1041,7 1049,8

10 1069,29 990,51 984,8411 1167,39 1152,2 1082,312 1079,1 998,5 1017,313 1048,689 977,52 984,8414 1030,05 976,41 984,8415 1071,252 997,73 1017,316 982,962 975,8 952,3417 1062,423 987,27 984,8418 1048,689 1041,6 1049,819 1108,53 1082,8 1082,320 1098,72 1109 1114,821 951,57 994,86 984,8422 931,95 1005,4 1017,323 971,19 1021 1017,324 951,57 1005,5 984,8425 1000,62 1007,7 1017,326 1000,62 1076,6 1082,327 941,76 966,01 952,34

sтэ

σтэ


Сеpия статей "Пpоблемы теоpии и пpактики pезания матеpиалов"

УДК 629.9.01

А. Л. ВОPОНЦОВ, ä-p техн. наук (МГТУ иì. Н. Э. Бауìана), Н. М. СУЛТАН-ЗАДЕ, ä-p техн. наук (МГИУ), А. Ю. АЛБАГАЧИЕВ, ä-p техн. наук (МГУПИ), А. И. САВКИН, e-mail:vestmash @ mashin.ru

Pàçpàáîòêà íîâîé òåîpèè òåïëîâûõ ïpîöåññîâ påçàíèÿ. 3. Âëèÿíèå ïåpåäíåãî óãëà påçöà íà òåìïåpàòópó påçàíèÿ è òåìïåpàòópû èñêóññòâåííîãî ïîäîãpåâà îápàáàòûâàåìîãî ìàòåpèàëà íà ñèëó påçàíèÿ*

Набëþäаеìое пpи пpовеäении экспеpиìентовуìенüøение теìпеpатуpы pезания пpи увеëи÷ениипеpеäнеãо уãëа γ äо настоящеãо вpеìени объясняëина основании известной экспеpиìентаëüной зако-ноìеpности уìенüøения сиëы pезания пpи увеëи-÷ении упоìянутоãо уãëа.Выпоëненный наìи анаëиз äефоpìиpованноãо

состояния позвоëяет äатü боëее ãëубокое, ìатеìа-ти÷ески обоснованное объяснение уìенüøениятеìпеpатуpы pезания (т. е. теìпеpатуpы контакт-ных сëоев pежущеãо и обpабатываеìоãо ìатеpиа-ëов) пpи увеëи÷ении пеpеäнеãо уãëа γ [1, с. 36].В соответствии с выpажениеì (9) [В. М. 2, с. 60]

увеëи÷ение накопëенной äефоpìаöии ei буäет пpи-воäитü к увеëи÷ениþ тепëовоãо эффекта äефоpìа-öии сpазу по äвуì пpи÷инаì: из-за увеëи÷ения вто-pоãо соìножитеëя, а также из-за увеëи÷ения на-пpяжения теку÷ести σs [т. е. пеpвоãо соìножитеëя,÷то наãëяäно показывает фоpìуëа (10) [В. М. 2,с. 60] всëеäствие боëüøеãо упpо÷нения, обусëов-ëенноãо боëüøей веëи÷иной накопëенной äефоp-ìаöии ei. А из фоpìуëы (197) pаботы [2, с. 67], оп-pеäеëяþщей веëи÷ину накопëенной äефоpìаöии вконтактной зоне, виäно, ÷то с увеëи÷ениеì пеpеä-неãо уãëа γ накопëенная äефоpìаöия в зоне кон-такта с pежущиì инстpуìентоì буäет уìенüøатüся,

÷то и пpивоäит к соответствуþщеìу уìенüøениþтеìпеpатуpноãо эффекта pезания.Пpи опpеäеëенных усëовиях пpеäваpитеëüный

поäоãpев обpабатываеìоãо ìатеpиаëа повыøаетстойкостü pежущеãо инстpуìента и пpоизвоäитеëü-ностü pазëи÷ных виäов обpаботки pезаниеì [1].Пpи поäоãpеве сpезаеìоãо сëоя уìенüøается еãосопpотивëение пëасти÷еской äефоpìаöии в зонеpезания, а также снижаþтся контактные напpяже-ния, äействуþщие на инстpуìент. В связи с этиìобы÷но повыøается коэффиöиент запаса пpо÷но-сти инстpуìента и, как сëеäствие, появëяется воз-ìожностü увеëи÷итü тоëщину и øиpину сpезаеìоãосëоя. Оäновpеìенно ìожет снижатüся и интенсив-ностü аäãезионноãо и устаëостноãо износов. В pе-зуëüтате в усëовиях обpаботки с поäоãpевоì появ-ëяется возìожностü повыситü pежиìы pезания ипpоизвоäитеëüностü обpаботки. Пpи pезании с по-äоãpевоì, пpиìеняя боëüøие поäа÷и и ìаëые ско-pости, ìожно во ìноãих сëу÷аях поäобpатü такоесо÷етание теìпеpатуpы поäоãpева и pежиìа pеза-ния, пpи котоpоì зна÷итеëüно повысится пpоизво-äитеëüностü обpаботки пpи äостато÷ной стойкостиинстpуìента. Иìенно в этоì закëþ÷ается поëожи-теëüный эффект pезания ìатеpиаëов с искусствен-ныì поäоãpевоì.Зäесü сëеäует pассìотpетü оäно интеpесное яв-

ëение, котоpое неëüзя объяснитü на основе тpаäи-öионных теоpети÷еских схеì пpоöесса pезания, ноìожно описатü с поìощüþ новой pас÷етной схеìы.В книãе [3, с. 142] указано, ÷то соãëасно экспеpи-ìентаëüныì äанныì пpи pезании стаëüной заãо-товки, наãpетой внеøниì исто÷никоì äо теìпеpа-туpы 700 °C, сиëа pезания снижается в 3 pаза посpавнениþ с обы÷ныìи усëовияìи обpаботки. В тоже вpеìя пpи увеëи÷ении теìпеpатуpы pезания äо700 ÷ 800 °C в pезуëüтате повыøения скоpости pе-зания без поäоãpева сиëа pезания снижается всеãона 10 ÷ 30 %.Но соãëасно тpаäиöионной схеìе (pис. 5, а)

пpоöесс pезания пpеäставëяет собой сäвиã в пpеäе-ëах узкой пëоскости ОВ с оäинаковыì ìãновен-ныì упpо÷нениеì и, соответственно, оäинаковыì

Äàíî íîâîå îáúÿñíåíèå âëèÿíèþ ïåpåäíåãî óãëàpåçöà íà òåìïåpàòópó påçàíèÿ è âëèÿíèþ òåìïåpàòópûèñêóññòâåííîãî ïîäîãpåâà îápàáàòûâàåìîãî ìàòåpèàëàíà ñèëó påçàíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: òåîpèÿ påçàíèÿ, òåìïåpàòópà èñèëà påçàíèÿ, ïåpåäíèé óãîë påçöà, èñêóññòâåííûé ïî-äîãpåâ.

A new explanation of influence of the cutter’s face angleupon the cutting temperature and of artificial preheatingtemperature of work material upon the cutting force is done.

Key words: cutting theory, temperature and cuttingforce, cutter’s face angle, artificial preheating.

* Пpоäоëжение. На÷аëо сì. "Вестник ìаøиностpоения"№ 1, 2 за 2010 ã. (äаëее В. М. 1, В. М. 2), пpоäоëжение — № 4за 2010 ã.


тепëовыäеëениеì по всей äëине пëоскости сäвиãа.Пpи такоì пpеäставëении совеpøенно неважно,снизится ëи напpяжение теку÷ести в пëоскостисäвиãа всëеäствие теìпеpатуpноãо эффекта äефоp-ìаöии в этой пëоскости иëи же оно буäет сниженов этой пëоскости äо той же веëи÷ины пpеäваpи-теëüныì поäоãpевоì. В обоих сëу÷аях pас÷етнаявеëи÷ина напpяжения сäвиãа буäет оäной и той же.Это же относится и к схеìаì типа пpеäставëенныхна pис. 15, 21—23 в pаботе [4] и хаpактеpизуþщиì-ся боëее пpотяженныì о÷аãоì пëасти÷еской äе-фоpìаöии, pаспоëоженных выøе на÷аëüной пëос-кости сäвиãа ОВ (веpхняя ãpаниöа такоãо о÷аãа по-казана øтpихпунктиpной ëинией на pис. 5, а). Дëяэтих схеì также неважно, буäет ëи обpабатывае-ìый ìатеpиаë пpоãpет заpанее иëи же наãpеется äотой же теìпеpатуpы pезкиì ска÷коì в ìоìент äос-тижения на÷аëüной ëинии сäвиãа, явëяþщейсянижней ãpаниöей о÷аãа пëасти÷еской äефоpìаöии.Поэтоìу соãëасно тpаäиöионныì схеìаì сиëа

pезания äоëжна бытü оäной и той же независиìоот способа äостижения опpеäеëенной теìпеpату-pы в зоне pезания. Но вопpеки этоìу экспеpиìен-таëüные сиëы pезания пpи оäной и той же теìпе-pатуpе pезания, äостиãаеìой в оäноì сëу÷ае в pе-зуëüтате поäоãpева, а в äpуãоì — теìпеpатуpноãоэффекта äефоpìаöии, буäут отëи÷атüся в нескоëü-ко pаз. В связи с этиì автоp книãи [3] назваë этиэкспеpиìентаëüные pезуëüтаты "стpанныì явëе-ниеì".В отëи÷ие от тpаäиöионных схеì соãëасно но-

вой pас÷етной схеìе (pис. 5, б) на сиëу pезания за-ìетно вëияет не тоëüко состояние обpабатываеìо-ãо ìатеpиаëа на узкой ëинии сäвиãа иëи вбëизиконтактной повеpхности с пеpеäней ãpанüþ pезöа,но и боëüøой объеì äефоpìиpуеìоãо ìатеpиаëа(обëастü ОАВС), pаспоëоженноãо на äостато÷ноìуäаëении как от этой ãpани, так и от усëовнойпëоскости сäвиãа.Есëи теìпеpатуpа повыøается ëокаëüно всëеä-

ствие эффекта äефоpìаöии и повеpхностноãо тpе-ния, то ее эпþpа иìеет бëизкий к тpеуãоëüникувиä, показанный на pис. 3, б [В. М. 2, с. 60], с у÷е-тоì котоpоãо ìы пpи вы÷исëении сpеäнеãо напpя-жения теку÷ести во всеì о÷аãе пëасти÷еской äе-фоpìаöии пpовоäиëи осpеäнение по фоpìуëе (294)

из pаботы [5, с. 68], ÷то затеì быëо отpажено в pас-÷етной фоpìуëе (297) [5, с. 69]. Напpиìеp, äëя ìа-теpиаëа с напpяжениеì теку÷ести σs пpи ноpìаëü-ной теìпеpатуpе по фоpìуëе (298) из pаботы[5, с. 69] пpи теìпеpатуpе pезания 700 °C поëу÷иìσst = 0,8σs. Это озна÷ает, ÷то сиëа pезания уìенü-øится всëеäствие теìпеpатуpноãо эффекта саìоãопpоöесса всеãо на 20 %.Есëи же весü объеì о÷аãа пëасти÷еской äефоp-

ìаöии буäет искусственно наãpет äо оäинаковойтеìпеpатуpы, pавной 700 °C, то усpеäнятü теìпеpа-туpу не тpебуется, т. е. в фоpìуëе (297) pаботы [5]наäо убpатü äвойку из знаìенатеëя. В этоì сëу÷аепоëу÷иì σst = 0,5σs, т. е. пpи испоëüзовании поäо-ãpева сиëа pезания уìенüøится уже в 2 pаза. В кон-кpетных pас÷етах, пpовеäенных äëя сопоставëенияс экспеpиìентаëüныìи äанныìи [6, с. 71, пpиìеp 6],это быëо у÷тено. Поëу÷енные pезуëüтаты äостато÷-но хоpоøо соãëасуþтся с пpивеäенныìи выøе из-вестныìи опытныìи äанныìи.Из тоãо, ÷то на сиëу pезания вëияþт напpяже-

ние теку÷ести и теìпеpатуpа зна÷итеëüноãо объ-еìа ìетаëëа, pаспоëоженноãо в обëасти OABC,сëеäует важный äëя пpактики вывоä: ìожно сни-зитü теìпеpатуpу на пеpеäней повеpхности pезöа(теìпеpатуpу pезания) интенсивныì внутpенниìохëажäениеì еãо пpото÷ной воäой, но пpи этоìсоответствуþщиì повыøениеì теìпеpатуpыпpеäваpитеëüноãо поäоãpева остаëüноãо объеìаäефоpìиpуеìоãо ìатеpиаëа все же уìенüøитü си-ëу pезания в pезуëüтате общеãо уìенüøения сpеä-ней веëи÷ины напpяжения теку÷ести в о÷аãе пëа-сти÷еской äефоpìаöии. Такиì обpазоì, появëя-ется возìожностü существенноãо увеëи÷енияпpоизвоäитеëüности пpи äостато÷ной стойкостиpежущеãо инстpуìента, ÷то хоpоøо поäтвеpжäа-ется пpактикой [1, с. 291].


1. Лоладзе Т. Н. Пpо÷ностü и износостойкостü pежу-щеãо инстpуìента. М.: Маøиностpоение, 1982. 320 с.

2. Воpонцов А. Л., Султан-заде Н. М., Албагачиев А. Ю.Pазpаботка новой теоpии pезания. 5. Опpеäеëение кине-ìати÷ескоãо, напpяженноãо и äефоpìиpованноãо со-стояний обpабатываеìой заãотовки // Вестник ìаøино-стpоения. 2008. № 5. С. 61—69.

3. Вульф А. М. Pезание ìетаëëов. Л.: Маøиностpое-ние, 1973. 496 с.

4. Воpонцов А. Л., Султан-заде Н. М., Албагачиев А. Ю.Pазpаботка новой теоpии pезания. 2. Состояние вопpоса //Вестник ìаøиностpоения. 2008. № 2. С. 56—66.

5. Воpонцов А. Л., Султан-заде Н. М., Албагачиев А. Ю.Pазpаботка новой теоpии pезания. 9. Пpакти÷еские pас-÷еты паpаìетpов pезания пpи то÷ении // Вестник ìаøи-ностpоения. 2008. № 9. С. 67—76.

6. Воpонцов А. Л., Султан-заде Н. М., Албагачиев А. Ю.Pазpаботка новой теоpии pезания. 13. Pас÷ет паpаìетpовтоpöевоãо фpезеpования // Вестник ìаøиностpоения.2008. № 12. С. 65—73.

B

O

C

а) б )

B

A O

Pис. 5. Области влияния пpедваpительного подогpева пpитpадиционной (а) и новой (б) pасчетных схемах pезания


ÎPÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÝÊÎÍÎÌÈÊÀ ÏPÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ

УДК 621.002.6"4013"

А. Е. БPОМ, канä. техн. наук, О. О. ШАТОХИНА (МТГУ иì. Н. Э. Бауìана), e-mail: [email protected]

Ñîâpåìåííàÿ èíäóñòpèàëüíàÿ ìîäåëü óïpàâëåíèÿ æèçíåííûì öèêëîì ìàøèíîñòpîèòåëüíîé ïpîäóêöèè

Истоpи÷ески сëожиëосü так, ÷то боëüøинствоpоссийских ìаøиностpоитеëüных пpеäпpиятий внастоящее вpеìя иìеет заìкнутый пpоизвоäствен-ный öикë, ÷то веäет к необоснованноìу завыøе-ниþ стоиìости выпускаеìой пpоäукöии. Есëи такоепоëожение вещей быëо опpавäанныì нескоëüко äе-сятиëетий назаä (такие пpеäпpиятия пpакти÷ескине зависеëи от внеøних поставщиков и сбоя поста-вок), то на сеãоäняøний äенü в усëовиях откpытойpыно÷ной эконоìики pоссийскиì ìаøиностpои-теëüныì пpеäпpиятияì необхоäиì пpинöипиаëüноновый поäхоä к хозяйствованиþ. Такие пpеäпpиятияпpакти÷ески pаботаþт в "вакууìе", ÷то поpожäаетсëеäуþщие пpобëеìы: 1) высокая стоиìостü коне÷-ной пpоäукöии; 2) äëитеëüный пpоизвоäственныйöикë; 3) как пpавиëо, высокий уpовенü запасов.Такиì обpазоì, пpоизвоäственная конöепöия

заìкнутоãо öикëа не сìоãëа аäаптиpоватüся к изìе-няþщиìся öеëяì и pесуpсныì усëовияì, теì саìыìис÷еpпав себя. Такая ìоäеëü быëа pасс÷итана на оã-pоìные ìатеpиаëüные и ÷еëове÷еские pесуpсы, из-быто÷ные и непpофиëüные активы, стоиìостü кото-pых и пpивоäит к уäоpожаниþ коне÷ной пpоäукöии.В связи с этиì необхоäиìо сконöентpиpоватüся напpоизвоäстве, котоpое явëяется наибоëее эффектив-ныì и составëяет основу конкуpентноãо пpеиìуще-

ства; остаëüные же пpоизвоäства ìоãут и äоëжныбытü пеpеäаны пpеäпpиятияì, спеöиаëизиpуþщиì-ся на выпоëнении опpеäеëенноãо виäа pабот.Такиì обpазоì, пpиоpитетное напpавëение се-

ãоäня — поиск инстpуìентов äëя созäания такойпpоизвоäственно-ëоãисти÷еской öепи, котоpая pа-зомкнет пpоизводственный цикл и позвоëит pеаãи-pоватü на ìеняþщиеся усëовия и пpиспосабëи-ватüся к ниì, а также упpавëятü пpоöессаìи пеpе-хоäных пеpиоäов: в связи с изìенениеì состоянийpынка, появëениеì новых техноëоãий и pазëи÷ныхтpебований, пpеäъявëяеìых на pазных этапах жиз-ненноãо öикëа изäеëия (ЖЦИ).Вìесто упpавëения заìкнутыì пpоизвоäствен-

ныì öикëоì автоpы пpеäëаãаþт испоëüзоватü новуþìоäеëü, основаннуþ на ìежзавоäской коопеpаöии испеöиаëизаöии, котоpая закëþ÷ается в постpоениипpоизвоäственно-ëоãисти÷еской öепи на основестpатеãи÷ескоãо взаиìоäействия öентpов кëþ÷евыхкоìпетенöий. Усиëение спеöиаëизаöии пpоизвоäст-ва и конöентpаöия вниìания на кëþ÷евых коìпе-тенöиях пpеäпpиятия в pаìках пpоизвоäственно-ëо-ãисти÷еской öепи явëяется оäниì из наибоëее äей-ственных способов обеспе÷ения необхоäиìоãоуpовня эконоìи÷еской эффективности функöиони-pования ìаøиностpоитеëüноãо пpеäпpиятия. В опи-сываеìой ìоäеëи пpоисхоäит ка÷ественный пеpехоäот упpавëения поставкаìи к упpавëениþ öепяìисозäания стоиìости на пpинöипах ëоãистизаöии.Факти÷ески pе÷ü иäет о выбоpе наибоëее эф-

фективной ìоäеëи, котоpуþ с у÷етоì ее хаpактеpи-стик ìожно обозна÷итü как совpеìеннуþ инäуст-pиаëüнуþ ìоäеëü.Автоpаìи ввоäится сëеäуþщее опpеäеëение со-

вpеìенной инäустpиаëüной ìоäеëи (СИМ) — кон-öептуаëüное пpеäставëение пpоизвоäственно-ëоãи-сти÷еской öепи, постpоенной на взаиìоäействииöентpов кëþ÷евых коìпетенöий. Такое взаиìоäейст-вие строится на äопоëнении коìпетенöий у÷аст-вуþщих орãанизаöий.В соответствии с пpеäëоженныì поäхоäоì за

кажäый этап ЖЦИ отве÷ает опpеäеëенный öентpкоìпетенöии. В pаìках pассìатpиваеìой ìоäеëи у

Ïpåäëàãàåòñÿ èíäóñòpèàëüíàÿ ìîäåëü óïpàâëåíèåæèçíåííûì öèêëîì ïpîäóêöèè ìàøèíîñòpîèòåëüíîãîïpîèçâîäñòâà, îñíîâàííàÿ íà êîíöåïöèè êëþ÷åâûõ êîì-ïåòåíöèé, êîòîpàÿ ïîçâîëÿåò âûñòpîèòü ïpîèçâîäñòâåí-íî-ëîãèñòè÷åñêóþ öåïü íà îñíîâå öåíòpîâ òåõíîëîãè÷å-ñêîé ñïåöèàëèçàöèè ïpîèçâîäñòâà.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: èíäóñòpèàëüíàÿ ìîäåëü, öåíòpûêîìïåòåíöèé, æèçíåííûé öèêë, ïpîèçâîäñòâåííî-ëîãè-ñòè÷åñêàÿ öåïü.

An industrial controlling model by the engineering pro-duction life cycle based on the key competence concept isproposed. The model enables to organize industrial-logisti-cal chain on the basis of production technological special-ization centers.

Keywords: industrial model, competence centers, lifecycle, industrial-logistical chain.


кажäоãо бизнес-пpоöесса появëяется свой "хозя-ин", котоpый буäет стpеìитüся снижатü затpаты иповыøатü еãо ка÷ество.Поä öентpоì техноëоãи÷еских коìпетенöий

(ЦТК) поäpазуìеваþтся пpеäпpиятия ìаëоãо исpеäнеãо бизнеса, спеöиаëизиpуþщиеся на опpеäе-ëенной техноëоãии [1]: 1) заãотовитеëüные пpоиз-воäства (ëитüе, сваpка, обpаботка äавëениеì);2) обpабатываþщие пpоизвоäства (ìехани÷еская,эëектpохиìи÷еская, отäеëо÷ная обpаботки); 3) сбо-pо÷ные пpоизвоäства (пpоìежуто÷ная сбоpка, а об-щая сбоpка веäется на ãоëовноì пpеäпpиятии).

Pезуëüтатоì интеãpаöии коìпаний на основекëþ÷евых коìпетенöий явëяþтся [2]: сокpащениеäëитеëüности пpоизвоäственноãо öикëа в pезуëüта-те устpанения äубëиpуþщих опеpаöий и непpоäук-тивных затpат вpеìени и pесуpсов; низкий уpовенüзапасов; высокая наäежностü сpоков поставок; бы-стpая pеакöия и ãибкостü пpоизвоäства.

Pазвитие сети таких пpеäпpиятий, основанных натехноëоãи÷еской спеöиаëизаöии, котоpые выпуска-þт коìпëектуþщие изäеëия с ìенüøиìи затpатаìипо сpавнениþ с завоäаìи, позвоëит pазоpватü заìк-нутый пpоизвоäственный öикë и äаст возìожностü

пpеäпpиятиþ сосpеäото÷итüся на основноì пpоиз-воäстве. Оäнако на pынке по-пpежнеìу неäоста-то÷но небоëüøих и сpеäних коìпаний, оpãанизо-ванных по пpинöипу техноëоãи÷еской спеöиаëи-заöии. Это связано, во-пеpвых, с теì, ÷тоãосуäаpственная поëитика не быëа напpавëена настиìуëиpование их созäания и pазвития. Во-втоpых,существует pяä таких фактоpов [3], как отсутствиенаäежных аëüтеpнативных поставщиков, возìожнаяìонопоëия поставщика, снижение опеpативности,высокие сpоки пpоизвоäства на стоpоне, непpиеì-ëеìые äëя пpоöесса основноãо пpоизвоäства.Сëоживøаяся стpуктуpа pоссийской эконоìики

остается сеpüезной пpеãpаäой на пути созäания спе-öиаëизиpованных коìпаний — öентpов техноëоãи÷е-ских коìпетенöий. Пpеобëаäаþщая оpиентаöия pос-сийских ìаøиностpоитеëüных пpеäпpиятий на соб-ственные пpоизвоäственные поäpазäеëения и öехасущественно оãpани÷ивает pынок спеöиаëизиpован-ных поставщиков и pазìывает иìеþщиеся у пpеä-пpиятия pесуpсы. Пpиìенение пpеäëоженной ìоäеëипозвоëит изìенитü схеìы взаиìоäействия ìаøино-стpоитеëüных пpеäпpиятий и пеpейти к новой стpук-туpе, пpеäставëенной на pисунке.


Дëя тоãо ÷тобы упpавëятü пpеäставëенной стpук-туpой, необхоäиìо синхpонизиpоватü пpоизвоäствои скооpäиниpоватü ëоãисти÷еские потоки. Обеспе-÷ение эффективноãо пpоäвижения ëоãисти÷ескихпотоков (ìатеpиаëüных, финансовых, инфоpìаöи-онных) в сети pаспpеäеëения тpебует ìежоpãаниза-öионной ëоãисти÷еской кооpäинаöии, затpаãиваþ-щей соãëасование в pаботе всех звенüев интеãpиpо-ванной пpоизвоäственно-ëоãисти÷еской öепи.Взаиìоäействие и кооpäинаöия ЦТК с ãоëов-

ныì пpоизвоäствоì в pаìках пpоизвоäственно-ëо-ãисти÷еской öепи äоëжны осуществëятüся в еäи-ноì инфоpìаöионноì пpостpанстве (ЕИП), кото-pое с поìощüþ эëектpонноãо обìена äанныìипозвоëяет обеспе÷итü синхpонизаöиþ бизнес-пpо-öессов pазëи÷ных пpеäпpиятий и совìестное пëа-ниpование спpоса и закупок. Эëектpонный обìенäанныìи (Electronic Data Interchange) как техноëо-ãия, котоpая в зна÷итеëüной степени способствуетpазвитиþ коопеpаöии внутpи пpоизвоäственно-ëо-ãисти÷еской öепи, уже заниìает важное ìесто в об-щеì объеìе пеpеäаваеìой инфоpìаöии (напpиìеp,инфоpìаöия о pас÷етах, заказах и скëаäских запа-сах). Зäесü испоëüзуþтся такие ëоãисти÷еские кон-öепöии, как упpавëение скëаäоì сиëаìи постав-щика (Vendor Managed Inventory — VMI), статисти-÷еское упpавëение скëаäскиìи запасаìи (StatisticalInventory Control — SIC), совìестное пëаниpование,пpоãноз и попоëнение скëаäа (Collaborative Plan-ning, Forecasting and Replenishment — CPFaR) [4].Основной эффект ЕИП состоит в возìожности

быстpоãо нахожäения поставщика пpоäукта иëи ус-ëуãи. В ЕИП также естü возìожностü на основеввеäенных паpаìетpов заказа и существуþщей ба-зы техноëоãи÷еских опеpаöий опpеäеëитü техноëо-ãиþ изãотовëения конкpетноãо пpоäукта, посëе ÷е-ãо с у÷етоì баз äанных поставщиков установитüтехноëоãи÷еские возìожности выпоëнения кажäойопеpаöии техноëоãи÷ескоãо пëана пpоизвоäстватоãо иëи иноãо изäеëия иëи коìпонента. Затеìсpавнитü pазные ваpианты, выстpоитü наиëу÷øуþконфиãуpаöиþ пpоизвоäственно-ëоãисти÷ескойöепи в соответствии с паpаìетpаìи заказа и pас-пpеäеëитü pаботы по отäеëüныì испоëнитеëяì —öентpаì кëþ÷евых коìпетенöий.Такое взаиìоäействие позвоëяет сконöентpиpо-

ватü pесуpсы и усиëия на у÷астках (кëþ÷евых коì-петенöиях), опpеäеëяþщих конкуpентоспособ-ностü отäеëüноãо пpеäпpиятия и пpоизвоäственно-ëоãисти÷еской öепи в öеëоì.Внеäpение совpеìенной инäустpиаëüной ìоäе-

ëи упpавëения жизненныì öикëоì ìаøиностpои-теëüной пpоäукöии позвоëит pеøитü pяä сëеäуþ-щих основных пpакти÷еских заäа÷:

1) пëаниpование пpоизвоäства наукоеìкой ìа-øиностpоитеëüной пpоäукöии (опpеäеëение по-тенöиаëüных у÷астников и выбоp стpуктуpы пpо-извоäственно-ëоãисти÷еской öепи);

2) ìонитоpинã выпоëнения пëана пpоизвоäстваìаøиностpоитеëüной пpоäукöии;

3) pеконфиãуpиpование пpоивоäственно-ëоãи-сти÷еской öепи (в сëу÷ае изìенений состава у÷аст-ников пpоизвоäственно-ëоãисти÷еской öепи, из-ìенения сpоков, усëовий опëаты и т. ä.) [5];

4) фоpìиpование еäиной инфоpìаöионной сpе-äы взаиìоäействия ìаëых, сpеäних и кpупныхпpеäпpиятий;

5) усиëение связей нау÷но-техни÷еской и пpо-извоäственной сфеp эконоìики;

6) ускоpение появëения и устой÷ивоãо pостатехноëоãи÷ески оpиентиpованных инноваöион-ных спеöиаëизиpованных ìаëых и сpеäних пpеä-пpиятий;

7) внеäpение эффективных ìеханизìов pесуpс-ноãо обеспе÷ения и упpавëения pазäеëениеì pис-ков äëя ìаëых и сpеäних пpоизвоäственных пpеä-пpиятий, öепо÷ек коопеpиpованных поставок иинноваöионных пpоöессов;

8) pазвитие конкуpентоспособных пpоизвоäст-венных пpеäпpиятий, спеöиаëизиpованных по ос-новныì техноëоãи÷ескиì пеpеäеëаì;

9) уãëубëение спеöиаëизаöии и pасøиpениекоопеpаöии пpоìыøëенных пpеäпpиятий, усиëе-ние связи пpеäпpиятий ìаëоãо и кpупноãо нау÷но-пpоизвоäственноãо бизнеса.Совpеìенная инäустpиаëüная ìоäеëü иìеет

÷pезвы÷айно важное зна÷ение как äëя кpупныхпpеäпpиятий, так и äëя ìаëоãо и сpеäнеãо бизнеса.Дëя ìаëоãо пpеäпpиятия у÷астие в пpоизвоäствен-но-ëоãисти÷еской öепи — оäин из pеøаþщих фак-тоpов сохpанения и повыøения уpовня äохоäностии конкуpентоспособности на совpеìенных и буäу-щих pынках. Дëя кpупноãо пpеäпpиятия пpиìене-ние пpеäëоженной ìоäеëи озна÷ает выäеëение

Наиìе-нование статüи

Преиìущества Неäостатки

Риск Распреäеëение рисков ìежäу у÷астникаìи про-извоäственно-ëоãисти-÷еской öепи

Зависиìостü от парт-неров: риски срыва поставок, повыøения öен, закупки заãото-вок ненаäëежащеãо ка-÷ества; опасностü по-тери "ноу-хау"

Затраты Снижение операöион-ных изäержек

Расхоäы на инфорìа-öионные техноëоãии. Дëитеëüный срок при-нятия реøений. Расхо-äы на интеãраöиþ, в тоì ÷исëе вреìенные

Дохоä Возìожная прибыëü от проäажи непрофиëüных активов

Опасностü не найти покупатеëя

Резуëüтат Расøирение возìожнос-тей в пëане освоения рынка. Повыøение эф-фективности коìпании

Необхоäиìостü коëëе-ãиаëüноãо соãëасова-ния реøений

Ресурсы Конöентраöия ресурсов на основноì бизнесе (приоритетноì)

Закупка заãотовок на стороне требует жест-коãо пëанирования


ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÈÍÔÎPÌÀÖÈß

УДК 621.974.4

Спеöиаëистаìи ФГУП "Коì-бинат "Эëектpохиìпpибоp" спpо-ектиpован, изãотовëен и внеäpенв опытно-пpоìыøëеннуþ экс-пëуатаöиþ ãиäpавëи÷еский пpессс äвуpукиì упpавëениеì, пpеäна-зна÷енный äëя пpессования pе-зинотехни÷еских изäеëий [1].Необхоäиìостü созäания такоãопpесса вызвана теì, ÷то оте÷ест-венная пpоìыøëенностü не вы-

пускает äостато÷но пpостых ìа-ëоãабаpитных пpессов, обеспе÷и-ваþщих выäеpжку пpесс-фоpìпоä äавëениеì с собëþäениеìтpебований безопасности [2].Известные пpивоäы с äвуpу-

киì упpавëениеì, pаботаþщиепpи оäновpеìенноì нажатииäвух pукояток, не обеспе÷иваþтpеãуëиpования скоpости pабо÷еãооpãана, а также выäеpжки еãо поä

äавëениеì пpи откëþ÷ении исто÷-ника питания [3]. Сpеäи извест-ных констpукöий ãиäpопpивоäовнаибоëее техни÷ески бëизкиì кпpеäпоëаãаеìоìу pеøениþ явëя-ется ãиäpопpивоä, обеспе÷иваþ-щий выäеpжку поä äавëениеì [4].Описанный ãиäpопpивоä иìе-

ет pяä неäостатков. Во-пеpвых,он не обеспе÷ивает пëавноãо pе-ãуëиpования скоpости pабо÷еãооpãана. Во-втоpых, наëи÷ие эëек-тpи÷еской схеìы упpавëенияэëектpоìаãнитаìи ãиäpоpаспpе-äеëитеëей и обеспе÷ение эëек-тpи÷еской бëокиpовки кнопокупpавëения усëожняет систеìуупpавëения пpессов в öеëоì.В-тpетüих, äанный ãиäpопpивоäне обеспе÷ивает возìожностиаваpийноãо отвоäа pабо÷еãо оpãа-на пpи откëþ÷ении поäа÷и pабо-÷ей жиäкости поä äавëениеì, на-пpиìеp пpи отказе насоса, иëиэëектpи÷еских эëеìентов систе-ìы упpавëения.На pис. 1 пpеäставëен общий

виä пpеäëаãаеìоãо ãиäpавëи÷еско-ãо пpесса с äвуpукиì упpавëениеì.

зна÷итеëüной ÷асти избыто÷ных и непpофиëüныхактивов как основных (техноëоãи÷еских), так иобеспе÷иваþщих (сеpвисных) в отäеëüный бизнесна äоëãовpеìенной основе.Основные пpеиìущества и неäостатки коопеpа-

öии пpивеäены в табëиöе.


1. Оpганизация и пëаниpование ìаøиностpоитеëüно-ãо пpоизвоäства (пpоизвоäственный ìенеäжìент) /К. А. Гpа÷ева, М. К. Захаpова, Л. А. Оäинöова и äp. М.:Высøая øкоëа, 2005. 470 с.

2. Иванов Д. А. Лоãистика. Стpатеãи÷еская коопеpа-öия. М.: Веpøина, 2006. 176 с.

3. Белов А. Выäеëение непpофиëüных активов и соз-äание спеöиаëизиpованных коìпаний пpоìыøëенноãосеpвиса // Тp. ìежpеã. конф.: "Пpеäпpиниìатеëüство впpоìыøëенности: Пути pазвития. Оpãанизаöия пpо-ìыøëенных кëастеpов на основе pестpуктуpизаöиипpеäпpиятий ìаøиностpоитеëüноãо коìпëекса". М.:Центpаëüный äоì пpеäпpиниìатеëя, 2002. С. 9—12.

4. Сеpгеев В. И. Коpпоpативная ëоãистика. 300 ответовна вопpосы пpофессионаëов. М.: Инфpа-М, 2008. 976 с.

5. Иванов Д. А. Тенäенöии pазвития фоpì оpãаниза-öии и систеì инфоpìаöионной поääеpжки субконтpак-тинãа. [Эëектpонный pесуpс]. http://www.subcontract.ru/Conf2004/Disk/section1/section1_22.htm.

6. Федосов Б. Т. Кëассификаöия ìоäеëей физи÷е-ских и техни÷еских систеì и устpойств. [Эëектpонныйpесуpс]. http://model.exponenta.ru/bt/bt_0001.html.


Ю. М. ОСОКИН, С. В. КОЗЛОВ (ФГУП "Коìбинат "Эäектpохиìпpибоp", ã. Лесной Свеpäëовской обë.), e-mail: [email protected]

Ãèäpàâëè÷åñêèé ïpåññ ñ äâópóêèì óïpàâëåíèåì

Pàññìàòpèâàþòñÿ ïpèíöèï pàáîòû è êîíñòpóêöèÿ ìàëîãàáàpèòíîãî ïpåññàñ äâópóêèì óïpàâëåíèåì äëÿ ïpåññîâàíèÿ èçäåëèé, òpåáóþùèõ äîñòàòî÷íîáîëüøîé âûäåpæêè ïîä äàâëåíèåì. Ïpåññ îòëè÷àåòñÿ ïpîñòîòîé êîíñòpóêöèèáëàãîäàpÿ èñêëþ÷åíèþ ýëåêòpè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ óïpàâëåíèÿ è óìåíüøåíèþ÷èñëà óïpàâëÿþùèõ è påãóëèpóþùèõ ýëåìåíòîâ ãèäpîñõåìû.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãèäpàâëè÷åñêèé ïpåññ ñ äâópóêèì óïpàâëåíèåì, ãèä-pîïpèâîä.

Principle of operation and design of small-size press with two-handed controlfor pressing of items demanding sufficiently large postpressing stage are consid-ered. The press has simple construction owing to absence of electrical controllingelements and low count of controlling and regulating elements of the hydraulicscheme.

Keywords: hydraulic press with two-handed control, hydraulic circuit.


Техническая хаpактеpистика пpесса

Техническая хаpактеpистикагидpостанции

Сиëовой аãpеãат пpесса (сì.pис. 1) вкëþ÷ает в себя äве щеки1, соеäиненные в нижней ÷асти сöиëинäpоì 2, øток котоpоãо свя-зан с поäвижной тpавеpсой (сто-ëоì) 3. В веpхней ÷асти обе щекисоеäинены непоäвижной тpавеp-сой 4. Сиëовой аãpеãат сìонтиpо-ван на поäставке 5, к стоëу котоpойкpепятся ãиäpоpаспpеäеëитеëи сpукояткаìи упpавëения скоpостüþпpессования (6) и напpавëениеìäвижения пëунжеpа (7).С у÷етоì возìожности поä-

кëþ÷ения нескоëüких пpессов коäной ãиäpостанöии она выпоë-нена в виäе отäеëüноãо бака, со-еäиненноãо с сиëовыì аãpеãатоìтpубопpовоäаìи. Пpинöипиаëü-ная схеìа ãиäpопpивоäа пpеä-ставëена на pис. 2. Pабота ãиäpо-пpивоäа осуществëяется по сëе-äуþщеìу öикëу.В исхоäноì поëожении поp-

øенü ãиäpоöиëинäpа 1 нахоäитсяв нижнеì поëожении, ãиäpоpас-пpеäеëитеëи 3 и 8 поä äействиеìпpужинных ìеханизìов — в по-

ëожении, показанноì на схеìе,pукоятки 4 и 9 упpавëения зани-ìаþт нейтpаëüное поëожение I.Пpеäохpанитеëüный кëапан 12настpаивается на веëи÷ину pабо-÷еãо äавëения äëя äанной опеpа-öии. В pабо÷ее пpостpанствопpесса устанавëивается оснастка(напpиìеp, пpесс-фоpìа с пpес-суеìыì ìатеpиаëоì), и пpи оä-новpеìенноì вкëþ÷ении pуко-яток 4 и 9 в поëожении II pабо÷аяжиäкостü поä äавëениеì от ис-то÷ника 5 ÷еpез ãиäpоpаспpеäе-ëитеëи 3 и 8 и ãиäpозаìок 7 посту-пает в поpøневуþ поëостü ãиäpо-öиëинäpа 1. Штоковая поëостü÷еpез ãиäpоpаспpеäеëитеëü 3 со-еäиняется со сëивоì. Шток öи-ëинäpа 1 пеpеìещается ввеpх,пpи÷еì скоpостü øтока пpяìопpопоpöионаëüна уãëу откëоне-ния pукоятки 9 от нейтpаëüноãопоëожения в pезуëüтате äpоссе-ëиpования pабо÷ей жиäкостиãиäpоpаспpеäеëитеëеì 8. Опеpа-тоp по ìаноìетpу 11 контpоëиpу-ет веëи÷ину äавëения в поpøне-вой поëости, соответствуþщуþусиëиþ пpессования.Пpи äостижении усиëия, за-

äанноãо техноëоãи÷ескиì пpоöес-соì, опеpатоp отпускает pукоятки4 и 9, котоpые поä äействиеì пpу-жинных ìеханизìов возвpаща-þтся в исхоäное поëожение I.Пpи этоì поpøневая поëостü ãиä-pоöиëинäpа 1 запиpается заìкоì 7,а øтоковая поëостü соеäиняется сосëивоì. В соответствии с техноëо-ãи÷ескиì пpоöессоì пpессуеìоеизäеëие выäеpживается поä нуж-ныì äавëениеì (усиëиеì) в те÷е-ние заäанноãо вpеìени.По окон÷ании вpеìени вы-

äеpжки опеpатоp оäновpеìеннопеpевоäит pукоятку 4 из ней-тpаëüноãо поëожения I в поëоже-ние III, а pукоятку 9 — в поëоже-ние II. Пеpекëþ÷ениеì pаспpеäе-ëитеëя 3 äавëение поäается вøтоковуþ поëостü ãиäpоöиëинä-pа 1, а поpøневая поëостü соеäи-няется со сëивоì ÷еpез ãиäpоза-ìок 7, котоpый откpывается со-вìестныì äействиеì äавëения,поäвоäиìоãо в поëостü упpавëения

ãиäpозаìка и pы÷аãа 10, взаиìо-äействуþщеãо с pукояткой 9. Штокãиäpоöиëинäpа 1 пеpеìещаетсявниз поä äействиеì äавëения вøтоковой поëости и усиëия пpу-жины 2. Скоpостü отвоäа pеãуëи-pуется за с÷ет äpоссеëиpованияpабо÷ей жиäкости äpоссеëиpуþ-щиì ãиäpоpаспpеäеëитеëеì 8. Поокон÷ании отвоäа øтока ãиäpо-öиëинäpа 1 pукоятки 4 и 9 воз-вpащаþтся пpужинныì ìеханиз-

Усиëие пpессования, кН . . . . . . . . . . . . . 250

Pазìеp стоëа (поäвиж-ной тpавеpсы), ìì . . . .300 Ѕ 300

Откpытая высота pа-бо÷еãо пpостpанства, ìì . . . . . . . . . . . . . . .340

Хоä поäвижной тpавеp-сы, ìì . . . . . . . . . . . . .180

Скоpостü пpессования, ìì/с . . . . . . . . . . . . . .0÷10

Габаpитные pазìеpы пpесса (L Ѕ B Ѕ H), ìì . . . . . . . . . . . . . . .800 Ѕ 708 Ѕ 1670

Масса, кã (без ãиäpо-станöии) . . . . . . . . . . .250

Мощностü эëектpоäвиãа-теëя, кВт . . . . . . . . . . . . 5,5

Частота вpащения эëек-тpоäвиãатеëя, ìин–1. . . . 1500

Поäа÷а насоса, ë/ìин . . 14

Габаpитные pазìеpы (L Ѕ B Ѕ H), ìì. . . . . . . 708 Ѕ 405 Ѕ 891

Еìкостü бака, äì3 . . . . . 125

Масса ãиäpостанöии, кã 200

1

3

4

27

5

6

12

11

12

4

6538

109

7

I II II IIII

Pис. 1

Pис. 2


ìоì в нейтpаëüное поëожение ипpесс останавëивается.В сëу÷ае возникновения ава-

pийной ситуаöии, напpиìеp отка-за насоса пpи выäеpжке пpесс-фоpìы поä äавëениеì, пеpевоäоìpукоятки 9 из поëожения I в по-ëожение II обеспе÷ивается соеäи-нение поpøневой поëости ãиäpо-öиëинäpа 1 со сëивоì ÷еpез ãиä-pозаìок 7, котоpый откpываетсяpы÷аãоì 10. Поä äействиеì пpу-жины 2 øток отвоäится и пpесс-фоpìа освобожäается. Усиëие,пpиëаãаеìое к pукоятке 9 пpиаваpийноì отвоäе øтока ãиäpо-öиëинäpа пpи отсутствии äавëе-ния, буäет нескоëüко боëüøе,÷еì пpи pаботе в øтатноì pежи-ìе äвуìя pукояткаìи, так как впоëостü упpавëения ãиäpозаìка 7не поäается äавëение pазãpузки.Пpи вкëþ÷ении тоëüко pуко-

ятки 4 øток ãиäpоöиëинäpа 1äвиãатüся не буäет, так как ãиä-pоpаспpеäеëитеëü 8 нахоäится внейтpаëüноì поëожении, соот-

ветствуþщеì поëожениþ I pуко-ятки 9, и пеpекpывает поäа÷у äав-ëения в поpøневуþ поëостü ãиä-pоöиëинäpа 1. Есëи вкëþ÷аетсятоëüко pукоятка 9 ãиäpоpаспpе-äеëитеëя 8, а pукоятка 4 ãиäpо-pаспpеäеëитеëя 3 нахоäится внейтpаëüноì поëожении I, тоøток ãиäpоöиëинäpа 1 äвиãатüсятакже не буäет, так как обе по-ëости ãиäpоöиëинäpа 1 буäут со-еäинены со сëивоì ÷еpез ãиäpо-pаспpеäеëитеëü 3.Такиì обpазоì, pассìотpен-

ный пpесс отëи÷ается пpостойконстpукöией всëеäствие искëþ-÷ения эëектpи÷еских эëеìентовупpавëения ãиäpоpаспpеäеëите-ëяìи и обеспе÷ивает безопасноевыпоëнение pабот в pезуëüтатеäвуpукоãо упpавëения. Поäобныепpессы наибоëее öеëесообpазноиспоëüзоватü в ìеëкосеpийноìпpоизвоäстве пpи усиëиях пpес-сования äо 25 т äëя изäеëий, тpе-буþщих пpи пpессовании вы-äеpжки поä äавëениеì.


1. Пат. 2240919 Pос. Федеpации.Гиäpавëи÷еский пpесс с äвуpукиìупpавëениеì.

2. ГОСТ 12.2.017—93. Обоpуäо-вание кузне÷но-пpессовое. Общиетpебования безопасности. Ввеäен01.01.1995. М.: ИПК Изä-во станäаp-тов, 1997. 22 с.

3. А. с. 1171639 СССP. Пневìо-пpивоä с äвуpукиì упpавëениеì.

4. Добpинский И. С. Гиäpавëи÷е-ский пpивоä пpессов. М.: Маøино-стpоение, 1975. С. 145, 146.

Инфоpìаöионная сëужба ФГУП"Коìбинат "Эëектpохиìпpибоp" ãото-ва на äоãовоpной основе pеаëизоватüкоìпëект констpуктоpской äокуìен-таöии на пpесс, а также pассìотpетü сзаинтеpесованныìи пpеäпpиятияìивозìожностü изãотовëения поäобныхпpессов.

Наøи pеквизиты:ã. Лесной Свеpäëовской обë.,

"Коìбинат "Эëектpохиìпpибоp",теë./факс (34342) 3-73-56,

e-mail: [email protected].

УДК 629.114.4

PУСТАМОВ ЗАКИP АЛИ АГА ОГЛЫ, канä. техн. наук (Азеpбайäжанский ТУ, ã. Баку), e-mail: [email protected]

Íîâûé póëåâîé ìåõàíèçì, óëó÷øàþùèé ìàíåâpåííîñòü àâòîìîáèëÿ

Pуëевое упpавëение (PУ) автотpанспоpтныхсpеäств, вкëþ÷аþщее в себя pуëевой ìеханизì(PМ), pуëевой пpивоä и, как пpавиëо, pуëевой уси-ëитеëü, пpеäназна÷ен äëя изìенения напpавëенияи обеспе÷ения безопасноãо äвижения автоìобиëя в

заäанноì напpавëении. Поэтоìу к неìу пpеäъяв-ëяется pяä тpебований, к котоpыì, в ÷астности, от-носятся: ìиниìаëüное зна÷ение pаäиуса повоpотаавтоìобиëя и пpавиëüное соотноøение уãëов по-воpота упpавëяеìых коëес, обеспе÷иваеìое pуëе-выì пpивоäоì и напpавëенное на искëþ÷ение бо-ковоãо скоëüжения [1, 2] (pис. 1).Спеöифика экспëуатаöии ìусоpовоза, обусëов-

ëенная стесненныìи усëовияìи pаботы в ãоpоäе,тpебует уëу÷øенных показатеëей по ìаневpенно-сти и упpавëяеìости. Созäанные спеöиаëизиpо-ванные автотpанспоpтные сpеäства (САТС) — ìу-соpовозы на базе сеpийно выпускаеìых боëüøе-ãpузных автоìобиëей, иìеþт äве иëи тpи оси. Ихìаpøpут, как пpавиëо, пpохоäит по поäъезäныìäоpоãаì и во äвоpах насеëенных пунктов. А так какìаpøpут ìожет вкëþ÷атü в себя äо 20 ìусоpосбо-pо÷ных пунктов, то уëу÷øение ìаневpенностиСАТС ìожет существенно уìенüøитü еãо пpоäоë-житеëüностü, сëеäоватеëüно, увеëи÷итü пpоизвоäи-теëüностü автотpанспоpтноãо сpеäства.

Â ñòàòüå èññëåäóåòñÿ âëèÿíèå ìàíåâpåííîñòè íàòpàíñïîpòíûé ïpîöåññ ñïåöèàëèçèpîâàííîãî àâòîòpàíñ-ïîpòíîãî ñpåäñòâà ìóñîpîâîç (ÑÀÒÑÌ). Äàëåå ñ öåëüþïîâûøåíèÿ ïpîèçâîäèòåëüíîñòè ïóòåì óëó÷øåíèÿ ìà-íåâpåííîñòè ÑÀÒÑÌ, ïpåäëîæåíû íîâûé póëåâîé ìåõà-íèçì, óëó÷øàþùèé ìàíåâpåííîñòü àâòîìîáèëÿ, è ìåòî-äèêà îïpåäåëåíèÿ åãî êîíñòpóêòèâíûõ ïàpàìåòpîâ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: Póëåâîé ìåõàíèçì, óïpàâëÿåìîñòü,ìàíåâpåííîñòü, ýêñöåíòpè÷åñêàÿ øåñòåpíÿ, påéêà.

The mobility influence upon the transport process ofsuch specialized vehicle as the sanitation car is investigated.Purposely the car’s productivity enhancement a new steer-ing gear improving the vehicle’s mobility and the determi-nation technique of its design factors are proposed.

Keywords: steering gear, controllability, mobility, ec-centric gear wheel, rack.


Дëя уëу÷øения ìаневpенности боëüøеãpузныхи ìноãоосных автоìобиëей, пpиìеняþт äоpоãо-стоящие констpуктивные pеøения. Цеëесообpаз-ныì с÷итается усовеpøенствование pуëевоãо ìеха-низìа базовоãо автоìобиëя путеì обеспе÷ения оп-тиìаëüных уãëов повоpота упpавëяеìых коëес äëяискëþ÷ения боковоãо скоëüжения.Пpовеäеì сpавнитеëüный анаëиз ìаневpенности

автоìобиëей. Заäаäиì уãоë повоpота äëя наpужноãоупpавëяеìоãо коëеса: θн = 17°, опpеäеëиì pаäиус r2повоpота автоìобиëя по внутpеннеìу коëесу:

äëя автоìобиëя с θн = θв = θс = 17° поëу÷иì:

r2 = = = 11,63 ì, (1)

ãäе L — база автоìобиëя;

äëя автоìобиëей с pазниöей уãëов повоpотаупpавëяеìых коëес

ctgθн – ctgθв = = 2,01/3,4, θв = 20,4°, (2)

ãäе K — коëея автоìобиëя, тоãäа

r2 = = 9,75 ì. (3)

Такиì обpазоì, из выpажений (1) и (3) виäно,÷то пpи pазниöе уãëов упpавëяеìых коëес ìанев-pенностü автоìобиëя увеëи÷ивается на 20 %.Сìещение оси вpащения зуб÷атоãо коëеса, как

показано на pис. 2, изìеняет уãоë повоpота: ÷еìбëиже осü вpащения к венöу зуб÷атоãо коëеса, теìбоëüøе уãоë повоpота. Этот пpинöип ëеã в основуновоãо констpуктивноãо pеøения PУ, обеспе÷и-ваþщеãо поëу÷ение pазниöы уãëов повоpота упpав-ëяеìых коëес.Быëа пpеäëожена новая констpукöия pуëевоãо

ìеханизìа (pис. 3, а) с äвуìя сиììетpи÷но pаспо-ëоженныìи эксöентpи÷ныìи зуб÷атыìи коëесаìи,оси котоpых пеpеìещаëисü по ãоpизонтаëи [3, 4].Необхоäиìая pазниöа уãëов повоpота ваëов äости-ãается опеpежениеì зуб÷атоãо коëеса 1 и опозäа-ниеì зуб÷атоãо коëеса 2 иëи пpи pавноìеpноì пе-pеìещении pейки 3 (pис. 3, б).Напpавëяþщая зуб÷атой pейки иìеет синусои-

äаëüнуþ фоpìу, ÷то äеëает эксöентpи÷ные зуб÷а-тые коëеса поëноповоpотныìи. С у÷етоì тоãо, ÷тоупpавëяеìые коëеса повоpа÷иваþтся в äвух на-пpавëениях (на ± 38°), pейка ìожет пеpеìещатüсятоже в äвух напpавëениях. Максиìаëüное pасстоя-ние от öентpа a = 100 ìì (pис. 4, 5).В pуëевоì ìеханизìе зазоpы ìежäу зубüяìи зуб-

÷атых коëес и pейки неäопустиìы. Это обеспе÷и-вается фоpìой напpавëяþщей повеpхности pейкии äопоëнитеëüныì устpойствоì.С изìенениеì таких констpуктивных паpаìет-

pов автоìобиëя, как pасстояния ìежäу öентpаìи

SL

D

A

O

R2r2r1

R1

B

B

θсθнθв

rс

Cl

KO1

α

а) б) в)

βγ

OO2

OO

Pис. 1. Схема повоpота автомобиля

Pис. 2. Возможные ваpианты pасположения осей вpащениязубчатых колес для получения pазницы углов повоpотаупpавляемых колес

θн

1 2

3

α

θн < θс < θв

а) б )

θв

α

Pис. 3. Схема устpойства (а) и pаботы (б) PУ "RZAO"

Lθвsin

---------- 3,40,2924-------------

KL---

Lθвsin

----------


осей повоpота упpавëяеìых коëес и осей ìостовавтоìобиëя, изìеняется pазностü котанãенсов уã-ëов упpавëяеìых коëес [1, 2, 5]. С у÷етоì паpаìет-pов автоìобиëя найäеì констpуктивные паpаìет-pы новоãо pуëевоãо ìеханизìа (сì. pис. 5), т. е. на-кëон pейки и pасстояние е [6, 7]. Опpеäеëивпеpви÷ные паpаìетpы поëожения (I1 и II1) эксöен-тpи÷ных зуб÷атых коëес, по втоpоìу их поëожениþ(I2 и II2) из Δ и Δ запиøеì:

|AB |2 = | A |2 + | B |2 – 2| A| | B |cosβ; (4)

|A1B1|2 = | 1A1|

2 + | 1B1|2 – 2| 1A1| | 1B1|cosδ. (5)

Из фоpìуë (4) и (5) поëу÷иì:

2| A| [| B |cosβ – | 1B1|cosδ] = | B |2 – | 1B1|2. (6)

Такиì обpазоì, систеìа из уpавнений (2) и (6)позвоëяет опpеäеëитü констpуктивные паpаìетpыpуëевоãо ìеханизìа с тpебуеìой pазниöей уãëов βи δ повоpота осей эксöентpи÷ных зуб÷атых коëес исоответствуþщих иì уãëов θн и θв повоpота упpав-ëяеìых коëес:

2| A |•[| B |cosβ – | 1B1|cosδ] = | B |2 – | 1B1|2;

ctgθн – ctgθв = . (7)


1. Геслеp В. М., Яуpе В. В. Книãа саìоäеятеëüноãоконстpуктоpа автоìобиëей. М.: ДОСААФ, 1989.278 с.

2. Осепчков В. В., Фpумкин А. К. Автоìобиëü: Ана-ëиз констpукöий, эëеìенты pас÷ета. М.: Маøиностpое-ние, 1989. 304 с.

3. Пат. № 2142893 Pос. Федеpации: Pуëевое упpавëе-ние "RZAO".

4. Pat. PCT/AZ99/ 00001, WO 01/25071 А2. "RZAO"Steribg and variants. Notice informing the applicant of thecommunication of the International application to the desig-nated offices. Geneva: 2001. P. 6.

5. Pустамов З. А. Анаëиз и синтез соотноøения уã-ëов повоpота упpавëяеìых коëес // Межäунаp. конф.Ваpøава: 1999. С. 545—551.

6. Rystamov Z. A. Steering and steadiness of vehicles//International Conference on Machine Design and Produc-tion. Ankara: 2000. P. 315—321.

7. Pустамов З. А. Стpуктуpный синтез новоãо pуëево-ãо ìеханизìа // Межäунаp. нау÷.-пpакт. конф. Вëаäи-ìиp: 2006. С. 152—155.

а)

CO

e

I1

O1

O~

A~

e

E

Ma

β

δ

E

A

O~

I2

O

FK

NB

D

NA

a

α

α

C

C1

A1~

A1

O1~

II1

λ

A1

η

C1 II2

O1

E1

M E1O1~

B1

D1

K1

F1

б )

–100

1

C

O

E

J1

J2

J3

+100

O

O

O~O~ O~e

e

e

E

E

Ca a

C

0

2

δ δ

Pис. 4. Pасчетная схема для постpоения пpофиля pейки:1 — pейка; 2 — эксöентpи÷ное зуб÷атое коëесо

Pис. 5. Пеpемещение эксцентpичных зубчатых колес поpейке на pасстояние a

AOBf

A1O1B1f

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

Of

KL---

Вниманию читателейВ ноìере 1 за 2010 ã. быëа äопущена опе÷атка: на с. 2 обëожки вìесто "Рис. 3. Развитие ОСН (эквиваëентных

напряжений), распреäеëенных вäоëü верхнеãо øва (у = 5,2 ì)" äоëжно бытü "Рис. 4. Распреäеëение асиììетрииöикëа (äва ëевых рисунка) и преäеëüной поврежäаеìости (äва правых рисунка) соответственно в зонах 1 и 2 ",на с. 29 вìесто "Распреäеëение асиììетрии öикëа (а, б) и преäеëüной поврежäаеìости (в, г) соответственнов зонах 1 и 2 " äоëжно бытü "Рис. 3. Эвоëþöия ОСН, распреäеëенных вäоëü верхнеãо øва (у = 5,2 ì)".


УДК 621.9

О. Г. КОКОPЕВА, канä. техн. наук (Муpоìский институт — фиëиаë Вëаäиìиpскоãо ГУ), [email protected]

Påçóëüòàòû ïpîèçâîäñòâåííûõ èñïûòàíèé ïî óïpî÷íåíèþ ñåpäå÷íèêîâ êpåñòîâèí ñòpåëî÷íûõ ïåpåâîäîâ

Известно, ÷то пpи÷иной изнаøивания сеpäе÷-ников кpестовин стpеëо÷ных пеpевоäов в зоне пе-pекатывания явëяется öикëи÷еское сиëовое воз-äействие, котоpое пpивоäит к контактноìу устаëо-стноìу выкpаøиваниþ [1—3]. Износ сеpäе÷ника ввеpтикаëüноì напpавëении составëяет 4 ÷ 6 ìì,øиpина пëощаäки износа ≈ 30 ìì. Поэтоìу äëя то-ãо, ÷тобы повыситü износостойкостü наибоëее на-ãpуженных ÷астей сеpäе÷ника, упpо÷ненный по-веpхностный сëой этих у÷астков äоëжен пpевыøатüãëубину износа, т. е. составëятü не ìенее 5÷6 ìì.Пpи этоì ìикpотвеpäостü упpо÷ненноãо сëояäоëжна бытü не ìенее 3500 МПа, остато÷ные на-пpяжения пеpвоãо pоäа — ìакpонапpяжения,äоëжны иìетü отpиöатеëüные зна÷ения по всейãëубине упpо÷ненноãо сëоя. Кpоìе тоãо, зна÷енияэтих показатеëей äоëжны бытü оäинаковыìи повсей упpо÷няеìой повеpхности. Шиpина повеpх-ности, упpо÷няеìая за оäин пpохоä, äоëжна со-ставëятü 15 ÷ 40 ìì. Гëубина пëасти÷еской вìяти-ны не äоëжна пpевыøатü 0,1 ÷ 0,12 ìì.Испоëüзуя статико-иìпуëüснуþ обpаботку (СИО),

паpаìетpы øеpоховатости обpабатываеìой повеpх-ности ìожно снизитü в 5 ÷ 6 pаз.Техноëоãи÷еские показатеëи пpи СИО: уäеëü-

ная энеpãия a уäаpа, стати÷еская наãpузка Pст, äиа-ìетp Dp стеpжневоãо pоëика, ÷астота f уäаpа, поäа-÷а s, ÷исëо i пpохоäов.С поìощüþ ãенеpатоpа ìехани÷еских иìпуëüсов

ìожно pеаëизоватü уäаpы, энеpãия котоpых буäетсоставëятü 100÷400 Дж, а ÷астота f — от 3 äо 40 Гö.Пpоизвоäственные испытания показаëи, ÷то

äëя стаëи 110Г13Л äиаìетp d вìятин пpи äиаìетpеpоëика Dp = 10 ÷ 30 ìì ìожет составëятü от 2 äо4 ìì. Пpи испытаниях поäа÷у s изìеняëи за оäинпpохоä от 70 äо 800 ìì/ìин, за äва пpохоäа от 140äо 1600 ìì/ìин.

Пpи СИО оптиìаëüное соотноøение äинаìи÷е-ской и стати÷еской наãpузок Pä/Pст > 0,01. Пpификсиpованной пpоäоëжитеëüности созäаваеìоãоуäаpноãо иìпуëüса äëя поëу÷ения уäаpа опpеäеëен-ной энеpãии ìожно установитü стати÷ескуþ на-ãpузку Pст. Дëя pазpаботанной констpукöии ãене-pатоpа ìехани÷еских иìпуëüсов (ГМИ) с бойкоìäиаìетpоì d1 = 0,0485 ìì, äëиной L1 = 480 ìì пpисоотноøении пëощаäей попеpе÷ных се÷ений бой-ка и воëновоäа r = 10 ìì, скоpости уäаpа v == 7 ÷ 11,5 ì/с, энеpãии уäаpа A = 150 ÷ 400 Дж äи-наìи÷еская составëяþщая наãpузки pасс÷итывает-ся по фоpìуëе

Pä = vC1/2 = 255 ÷ 401 кН.

Зäесü C1 = ρ1a1π /4, ãäе ρ1 — пëотностü ìатеpиа-

ëа бойка, кã/ì3; a1 — скоpостü воëны äефоpìаöиив воëновоäе, ì/с; d1 — äиаìетp бойка, ì.Сëеäоватеëüно, öеëесообpазно пpиниìатü

Pст > 25 ÷ 40 кН.На pис. 1 и 2 пpеäставëены зависиìости изìе-

нения ìикpотвеpäости Hμ0 по ãëубине упpо÷нен-ноãо сëоя пpи СИО от øиpины и äиаìетpа инäен-тоpа. Наãpужение осуществëяëосü стеpжневыìи pо-ëикаìи, энеpãия уäаpа ГМИ составëяëа A = 150 Дж,÷то соответствует уäеëüной энеpãии a = 4÷11 Дж/ìì,÷астота уäаpов f = 3,5 Гö, поäа÷а s = 70 ìì/ìин. Ус-тановëено, ÷то ìаксиìаëüная ãëубина упpо÷нениясоставиëа 7 ÷ 8 ìì, а показатеëü ìикpотвеpäости —3000 МПа на ãëубине 4 ìì.

Ïpåäëîæåí ìåòîä óïpî÷íåíèÿ ñòpåëî÷íûõ ïåpåâî-äîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñòàòèêî-èìïóëüñíîé îápàáîòêè,íå òpåáóþùèé áîëüøèõ ìàòåpèàëüíûõ çàòpàò.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: óïpî÷íåíèå, ïîâåpõíîñòíûé ñëîé,ïëàñòè÷åñêîå äåôîpìèpîâàíèå, ìèêpîñòpóêòópà, ñòàòè-êî-èìïóëüíàÿ îápàáîòêà.

A hardening technique of point frog cores with use ofstatic-pulse working, characterized by low material expens-es, is proposed.

Key words: hardening, surface layer, plastic forming,microstructure, static-pulse working.

d12

2000

Hμ0, МПа

3000

4000

5000

0 2 4 6 8

123

h, ìì

Pис. 1. Зависимости изменения микpотвеpдости Hm0 поглубине упpочненного слоя пpи СИО от шиpины bиндентоpа пpи Dp = 20 мм:1 — b = 15 ìì; 2 — b = 25 ìì; 3 — b = 40 ìì


Пpи øиpине упpо÷ненной повеpхности 30÷35 ììи энеpãии уäаpа A = 150 Дж упpо÷нение öеëесооб-pазно пpовоäитü pоëикаìи øиpиной b = 15 ìì вäва pяäа. Дëя поëу÷ения повеpхности тpебуеìойøеpоховатости в попеpе÷ноì напpавëении обpа-ботки окон÷атеëüный пpохоä сëеäует выпоëнятüpоëикоì øиpиной 40 ìì. Это позвоëит сpавнятüвыступы ìежäу äоpожкаìи от pоëиков øиpинойb = 15 ìì.Микpостpуктуpа обpазöов, пpоøеäøих упpо÷-

нение СИО, иссëеäоваëасü на pазìеp зеpен поГОСТ 5639—82. Установëено, ÷то поëу÷ена ÷истоаустенитная ìикpостpуктуpа без каpбиäов, зеpна по-веpхностноãо сëоя äефоpìиpованы, поëосы äефоp-ìаöии набëþäаþтся на ãëубине 8÷9 ìì, в се÷енияхобнаpужены отäеëüные ìикpоскоëы усаäо÷ноãопpоисхожäения. Стpуктуpа иссëеäуеìых обpазöовpазнозеpнистая: у повеpхности зеpно ìеëкое — типаА4 и А5, на ãëубине 4,5÷7,5 ìì — А2, А1.Кpоìе тоãо, ìетаëëоãpафи÷еские иссëеäования

пpеäусìатpиваëи анаëиз поëос äефоpìаöии пpиСИО, котоpый показаë, ÷то äефоpìаöия пpеäстав-ëяет собой узкие поëосы с остpыìи конöаìи pаз-ëи÷ной äëины и øиpины. Наибоëüøее ÷исëо поëосpаспоëаãается в обëасти наибоëüøеãо äефоpìиpо-вания. Изу÷ение поëос äефоpìиpования позвоëяетсäеëатü вывоä о тоì, ÷то они явëяþтся обëастяìи

äвойникования. Pазìеpы äвойников зависят отуpовня наãpужения и pежиìов обpаботки. Увеëи-÷ение энеpãии уäаpа пpивоäит к увеëи÷ениþ ÷исëаäвойников, ÷то повыøает упpо÷нение. Анаëиз об-pазöов из стаëи 110Г13Л, упpо÷ненных СИО, по-казаë вëияние pежиìов СИО на основные показа-теëи ìикpостpуктуp.На основе поëнофактоpноãо экспеpиìента и об-

pаботки äанных в пpоãpаììе Statistica 5.1 поëу÷енаìатеìати÷еская ìоäеëü хаpактеpистик ìикpо-стpуктуpы в зависиìости от pежиìов СИО, пpеä-ставëенная поëиноìоì втоpой степени.

Pассìатpиваëисü такие показатеëи ìикpостpук-туpы, как äиаìетp зеpна dm, пëощаäü S, ÷исëо N зе-pен на еäиниöе пëощаäи, ìикpотвеpäостü повеpх-ности. Иссëеäоваëи äанные паpаìетpы пpи незави-сиìых показатеëях: энеpãии E уäаpа — фактоp XI,пpеäваpитеëüноì стати÷ескоì усиëии Fст — фактоpX2, äиаìетpе Dp pоëика — фактоp Х3, øиpине b pо-ëика — фактоp Х4, ãëубины h упpо÷нения — фак-тоp Х5 (табëиöа).

Pезуëüтаты экспеpиìента пpеäставëены в виäеìатpиöы пëаниpования. Испоëüзуя пpоãpаììу Sta-tistica 5.1, составиëа уpавнение pеãpессии:

y = b0 + b1X1 + b2X2 + ... +bkXK + b12X1X2 ++ b13X1X3 + ... + bk – 1X(k – 1)XK.

Опpеäеëив коэффиöиенты b0, b1, ..., bk pеãpес-сии, поëу÷иì зависиìости:пpи X3 = 20, X4 = 15, X5 = 0÷8

Y2x4, x5 = 0,009403X3 + 0,000104X42 +

+ 0,002243X52;

пpи X3 = 10÷20, X5 = 0÷8

Y1x3, x5 = 0,016823X5 + 0,002438X3;

пpи X3 = 10÷20, X5 = 0

Y3x3, x5 = 0,126098 + 0,002243X52 – 0,003475X3;

пpи X3 = 10÷20, X4 = 15, X5 = 0÷8

Y4x3, x5 = 4293,39X3 + 0,83X3X5 + 284,11X52 –– 3567,07X5 – 2138X4.

Pяä сëаãаеìых ìоäеëи отpажает вëияние как от-äеëüных фактоpов, так и сìеøанных эффектоввзаиìоäействия: энеpãии уäаpа, стати÷еской со-ставëяþщей наãpузки, ãеоìетpи÷еских паpаìетpовинäентоpа, ãëубины упpо÷ненноãо сëоя. Анаëизìатеìати÷еской ìоäеëи показаë, ÷то наибоëеесëожный виä иìеет зависиìостü изìенения pазìе-pа зеpна стаëи 110Г13Л от äиаìетpа инäентоpа. Ис-сëеäования также поäтвеpäиëи необхоäиìостü оп-тиìизаöии этоãо показатеëя. Такиì обpазоì, быëоустановëено, ÷то ìеëкое зеpно фиксиpуется на по-

2000

Hμ0, МПа

3000

4000

5000

0 2 4 6 8

1

2

3

6000

h, ìì

3

2

Фактор

Диапазон изìенения факторов

ìиниìаëüное зна÷ение (–) 0 ìаксиìаëüное

зна÷ение (+)

X1 150 250 350X2 20 30 40X3 10 15 20X4 15 25 35

Pис. 2. Pаспpеделение микpотвеpдости Hm0 по глубинеупpочненного слоя пpи СИО от диаметpа Dp индентоpа пpиb = 15 мм:1 — Dp = 10 ìì; 2 — Dp = 15 ìì; 3 — Dp = 20 ìì


веpхности обpазöов из стаëи 110Г13Л, упpо÷нен-ных СИО.Пpовеpку зна÷иìости коэффиöиентов пpовоäи-

ëи по кpитеpиþ Стüþäента: S{bj} = 2,57 пpи зна-÷иìости 0,05, äовеpитеëüноì интеpваëе Δbj = 2,5 иS{b} = 1,05. По коэффиöиенту pеãpессии ясно, ÷тонаибоëее зна÷иìыì фактоpоì явëяется äиаìетppоëика. Пpи этоì äиспеpсия воспpоизвоäиìостиpезуëüтатов S2(y) составëяет 0,28; äиспеpсия аäек-ватности — = 1,0; зна÷ение усиëия Fэкс, уста-новëенное экспеpиìентаëüно, составиëо 3,4 кН;pасс÷итанное усиëие Fp = 10,5 кН. Сëеäоватеëüно,поëу÷ена аäекватная ìоäеëü, äëя котоpой уpовенüзна÷иìости pавен 0,05.Такиì обpазоì, установëено, ÷то упpо÷нение

высокоìаpãанöовистой стаëи (ВМС) пpи СИО

пpоисхоäит в pезуëüтате äpобëения зеpен аустенитана ìеëкие бëоки и бëокиpования пëоскостейскоëüжения.


1. Амелин С. В. Стpеëо÷ные пеpевоäы äëя высоко-скоpостной ëинии // Путü и путевое хозяйство. № 1.1993. С. 12.

2. Волошко Ю. Д., Оpловский А. Н. Как pаботаþтстpеëо÷ные пеpевоäы поä поезäаìи. М.: Тpанспоpт,1987. 112 с.

3. Кац P. З. Пеpспективные ìетоäы повыøения из-носостойкости жеëезноäоpожных кpестовин // ВестникВНИИЖТ. 1967. № 2. С. 42, 43.

Âíèìàíèþ ÷èòàòåëåé!

Êîìïëåêñíîå påøåíèå âîïpîñîâ ýíåpãîñáåpåæåíèÿ è påñópñîñáåpåæåíèÿ äëÿ èííîâàöèîííîãî pàçâèòèÿîòpàñëåé ýêîíîìèêè1

Цеëü äанной pаботы — повыøение эффективности ис-сëеäований в pаìках ФЦП "Иссëеäования и pазpаботкипо пpиоpитетныì напpавëенияì pазвития нау÷но-техно-ëоãи÷ескоãо коìпëекса Pоссии на 2007—2012 ãоäы" (äаëееФЦП) и соöиаëüно-эконоìи÷еской зна÷иìости испоëü-зования их pезуëüтатов, pазвитие ãосуäаpственно-÷астноãопаpтнеpства в сфеpе энеpãо- и pесуpсосбеpежения.

В pаìках pеаëизаöии öеëи выпоëнения НИP äоëжныбытü pеøены сëеäуþщие основные заäа÷и:

1. Pазpаботаны ìетоäи÷еские ìатеpиаëы по пpеäстав-ëениþ инфоpìаöии äëя потpебитеëей нау÷но-техни÷е-ских pазpаботок и пpовеäены пиëотные пpеäставëенияpазpаботок в сфеpе энеpãо- и pесуpсосбеpежения заин-теpесованныì потpебитеëяì. На основе поëу÷енноãоопыта буäут pазpаботаны пpеäëожения по äаëüнейøейоpãанизаöии pабот по пpоäвижениþ pазpаботок, выпоë-ненных в pаìках ФЦП.

2. Pазpаботаны ìетоäики сбоpа инфоpìаöии по запpо-саì пpоìыøëенности на нау÷но-техни÷еские pазpаботки.

3. Pазpаботаны ìетоäики пpеäставëения инфоpìаöиипо спpосу на pезуëüтаты нау÷ных иссëеäований äëя на-у÷но-иссëеäоватеëüских оpãанизаöий.

Выбоp в ка÷естве пиëотных пpоектов пpоäвиженияэнеpãо- и pесуpсосбеpежения связан с теì, ÷то они на-званы Пpезиäентоì Д. А. Меäвеäевыì в ка÷естве оäноãоиз пpиоpитетов по ìоäеpнизаöии и техноëоãи÷ескоìуpазвитиþ эконоìики.

Актуаëüностü äанной pаботы связана с теì, ÷то с оäнойстоpоны в Pоссийской Феäеpаöии накопëен зна÷итеëü-ный нау÷ный потенöиаë, а с äpуãой еãо испоëüзование вотpасëях пpоìыøëенности неäостато÷но эффективно.

По äанныì Феäеpаëüной сëужбы ãосуäаpственнойстатистики2 общее коëи÷ество оpãанизаöий, выпоëняþ-щих иссëеäования и pазpаботки, в 2006 ãоäу составиëо3641 еä., из них наибоëüøее ÷исëо оpãанизаöий pаспо-ëожены в Нижеãоpоäской (111), Свеpäëовской (114),Московской (243) обëастях, ãоpоäах Санкт-Петеpбуpãе(369), Москве (785). Общая ÷исëенностü пеpсонаëа, за-ниìаþщеãося иссëеäованияìи и pазpаботкаìи, состави-ëа 809136 ÷еë. в 2006 ã.

В то же вpеìя, в Pоссийской Феäеpаöии уpовенü ин-новаöионной активности пpоìыøëенных пpеäпpиятийсущественно ниже, ÷еì в заpубежных стpанах (Иpëан-äия — 75 %, Канаäа, Геpìания, Австpаëия — 60 %, Мек-сика — 46 %, Эстония — 38 %, Латвия — 35 %).

Боëüøая ÷астü инноваöионных пpеäпpиятий (54 %)сконöентpиpована в ÷етыpех отpасëях, связанных с пpоиз-воäствоì эëектpообоpуäования, эëектpонноãо и опти÷е-скоãо обоpуäования (17,8 %), пищевых пpоäуктов (16,1 %),ìаøин и обоpуäования (11,3 %), пpоизвоäствоì и pас-пpеäеëениеì эëектpоэнеpãии, ãаза, воäы (8,8 %).

Наивысøеãо уpовня инноваöионной активности,пpибëижаþщеãося к сpеäниì евpопейскиì зна÷енияìäанноãо инäикатоpа, в 2005 ã. äостиãаëи тоëüко äве от-pасëи: пpоизвоäство аппаpатуpы äëя pаäио, теëевиäенияи связи (38,4 %), а также пpоизвоäство кокса и нефте-пpоäуктов (31,4 %). В öеëоì по отpасëяì наибоëее вы-сокие показатеëи уpовня инноваöионной активности ха-

Sаä2

1 Данная pабота выпоëняется Автоноìной некоì-ìеp÷еской оpãанизаöией "Центp инфоpìаöионно-ана-ëити÷еской и пpавовой поääеpжки оpãанов испоëнитеëüнойвëасти и пpавоохpанитеëüных стpуктуp" в pаìках ãосуäаpст-венноãо контpакта, финансиpуеìоãо Феäеpаëüныì аãентст-воì по науке и инноваöияì (Pоснаука). 2 Матеpиаëы с сайта www.gks.ru.


pактеpны äëя высокотехноëоãи÷ных отpасëей, ãäе пятая÷астü (20,6 %) пpеäпpиятий осуществëяëа инноваöион-нуþ äеятеëüностü, сpеäи них, поìиìо уже пpивеäенной,такие отpасëи, как пpоизвоäство офисноãо обоpуäованияи вы÷исëитеëüной техники (26,9 %), пpоизвоäство авто-ìобиëей, пpиöепов и поëупpиöепов (25,9 %), пpоизвоä-ство изäеëий ìеäиöинской техники, сpеäств изìеpений,опти÷еских пpибоpов и аппаpатуpы, ÷асов (24,8 %).

В боëüøинстве отpасëей äеятеëüностü по созäаниþ ин-новаöионных заäеëов утpатиëа äëя пpеäпpиятий пpиоpи-тетный хаpактеp: есëи pанее наибоëüøее их ÷исëо быëо за-нято выпоëнениеì иссëеäований и pазpаботок (57,9 % в1995 ã.), то к 2005 ã. эта äоëя pезко сокpатиëасü — äо 31,6 %.Поäобная ситуаöия оказывает отpиöатеëüное возäействиена весü инноваöионный пpоöесс, веäет к äеãpаäаöии нау÷-но-техни÷ескоãо потенöиаëа пpоìыøëенности, снижениþка÷ества и новизны инноваöий, утpате пpеäпpиятияìи са-ìостоятеëüности в созäании нововвеäений и, как pезуëüтат,потеpе конкуpентоспособности в пpоизвоäстве пpинöипи-аëüно новой высокотехноëоãи÷ной пpоäукöии.

Тpаäиöионно невеëика äоëя пpеäпpиятий, пpиобpе-тавøих новые техноëоãии (ìенее 15 %), и в ÷астности,пpава на патенты и патентные ëиöензии (8,7 %). Боëееактивно пpиобpетаëисü пpоãpаììные сpеäства, хотя запосëеäние ãоäы зäесü наìетиëасü опpеäеëенная тенäен-öия к снижениþ (с 28,3 % в 1999 ã. äо 25,0 % в 2003 ã.и 27,2 % в 2005 ã.).

Анаëиз стpуктуpы инноваöионной äеятеëüности по от-pасëяì эконоìики позвоëяет выäеëитü pяä особенностей.В наибоëüøей ìеpе äивеpсифиöиpована инноваöионнаяäеятеëüностü на пpеäпpиятиях, связанных с ìетаëëуpãи÷е-скиì и хиìи÷ескиì пpоизвоäствоì, а также пpоизвоäствоìэëектpи÷еских ìаøин и эëектpообоpуäования, отëи÷аþ-щихся, как пpавиëо, высокиì уpовнеì инноваöионной ак-тивности. Зäесü интенсивно осваиваþтся пpакти÷ески всевиäы инноваöионной äеятеëüности. Даëее сëеäуþт нефте-пеpеpабатываþщие коìпании, котоpые нескоëüко отстаþтв пpиобpетении ìаøин и обоpуäования, а также в пpовеäе-нии ìаpкетинãовых иссëеäований. Оäнако иìи уäеëяетсязна÷итеëüное вниìание выпоëнениþ нау÷ных иссëеäова-ний и pазpаботок, пpиобpетениþ новых техноëоãий, а так-же пpоãpаììных сpеäств. К ÷исëу отpасëей — аутсайäеpовотносятся, пpежäе всеãо, öеëëþëозно-буìажное пpоизвоä-ство и пpоизвоäство пpо÷их неìетаëëи÷еских ìинеpаëü-ных пpоäуктов, котоpые по степени у÷астия по÷ти во всехвиäах инноваöионной äеятеëüности заìетно уступаþт исpеäниì показатеëяì, и äpуãиì обсëеäуеìыì отpасëяì.

Возìожности обеспе÷ения äинаìи÷ноãо устой÷ивоãоэконоìи÷ескоãо pоста путеì äивеpсификаöии pоссий-ской эконоìики, усиëения фактоpов инноваöионноãоpоста оãpани÷ены низкой воспpииì÷ивостüþ бизнеса кëþбыì нововвеäенияì, особенно техноëоãи÷ескоãо ха-pактеpа. Анаëиз äинаìики инноваöионных пpоöессов впpоìыøëенности и pяäе отpасëей сфеpы усëуã Pоссиисвиäетеëüствует о наìетивøихся тенäенöиях к стаãнаöиив pассìатpиваеìой сфеpе.

Pеøениþ этой пpобëеìы посвящена äанная pабота.Пpеäпоëаãается пpоpаботка по сëеäуþщиì напpавëенияì.

Во-пеpвых, тpебуþт анаëиза существуþщие ìеханиз-ìы пpеäставëения инфоpìаöии нау÷ныìи оpãанизаöияìи

потенöиаëüныì потpебитеëяì pазpаботок. По иìеþщиì-ся äанныì äо тpети пpоизвоäственных оpãанизаöий невëаäеþт инфоpìаöией о состоянии pазpаботок в сфеpесвоей äеятеëüности.

В то же вpеìя боëüøая ÷астü нау÷ных оpãанизаöий необëаäает øтатоì спеöиаëистов, способных äохоä÷ивопpеäставитü инфоpìаöиþ äëя пpоизвоäственных пpеä-пpиятий, фокусиpуясü на нау÷ных äетаëях, а не на по-тенöиаëüной выãоäности pазpаботки äëя потpебитеëя.

Кpоìе тоãо, нау÷ные оpãанизаöии сëабо вëаäеþт во-пpосоì о потpебностях пpоизвоäственноãо сектоpа, по-скоëüку такая инфоpìаöия никеì не собиpается и неанаëизиpуется.

Поэтоìу в pаìках äанной pаботы буäут pазpаботаныìетоäи÷еские ìатеpиаëы по сбоpу инфоpìаöии о по-тpебностях пpоизвоäственных оpãанизаöий в нау÷ныхpазpаботках.

В усëовиях финансовоãо кpизиса наибоëее пëатеже-способный спpос ìоãут пpеäъявëятü кpупные оpãаниза-öии, поэтоìу основное вниìание буäет уäеëено pаботе скpупныìи пpоизвоäственныìи пpеäпpиятияìи. Пpеäпо-ëаãается пpивëе÷ение к pаботе в pаìках äанноãо пpоектане ìенее 50 кpупнейøих pоссийских коìпаний.

Кpоìе этоãо буäут пpивëе÷ены к pаботе pеãионы Pос-сии, ãäе пpеäпоëаãается пpовести не ìенее ÷етыpех пpе-зентаöий совpеìенных pазpаботок äëя pеãионаëüныхпpеäпpиятий, вкëþ÷ая пpеäпpиятия сpеäнеãо и ìаëоãобизнеса. Дëя pеаëизаöии ìеpопpиятий в pеãионах Pос-сии АНО "Центp инфоpìаöионно-анаëити÷еской и пpа-вовой поääеpжки оpãанов испоëнитеëüной вëасти и пpа-воохpанитеëüных стpуктуp" обëаäает øиpокиìи связяìив pеãионах, в ÷астности, пpи соäействии Упpавëения Де-ëаìи Пpезиäента Pоссийской Феäеpаöии и Сëужбы Ко-ìенäанта Московскоãо Кpеìëя в pаìках пpоãpаììы"Pоссия сеãоäня" постоянно пpовоäит теìати÷еские вы-ставки, котоpые отpажаþт наибоëее зна÷иìые äостиже-ния в эконоìи÷еской, соöиаëüной и поëити÷еской жиз-ни стpаны, иëëþстpиpуþт pаботу по наöионаëüныì пpо-ектаì, pаскpываþт сутü и заäа÷и пpоãpессивныхìоëоäежных äвижений, äеятеëüностü pеëиãиозных оpãа-низаöий и ìноãое äpуãое.

По pезуëüтатаì pеаëизаöии пеpе÷исëенных ìеpопpия-тий буäут pазpаботаны ìетоäики пpеäставëения инфоp-ìаöии по спpосу на pезуëüтаты нау÷ных иссëеäованийäëя нау÷но-иссëеäоватеëüских оpãанизаöий, а такжепpеäëожения по оpãанизаöии pабот по пpоäвижениþpазpаботок, выпоëненных в pаìках ФЦП в сфеpе энеpãо-и pесуpсосбеpежения на 2011—2012 ãã.

Боëее поäpобнуþ инфоpìаöиþ о пpоекте «Комплекс-ное pешение вопpосов энеpгосбеpежения и pесуpсосбеpе-жения для инновационного pазвития отpаслей экономики»вы ìожете узнатü в Автоноìной некоììеp÷еской оpãа-низаöии "Центp инфоpìаöионно-анаëити÷еской и пpа-вовой поääеpжки оpãанов испоëнитеëüной вëасти и пpа-воохpанитеëüных стpуктуp":

Pоссия, 129110, ã. Москва, пp-т Миpа, ä. 106, а/я 42,теë. (495) 682-38-94, теë./факс (495) 687-63-01,E-mail: [email protected],а также на сайте www.ano-info.ru

Documents

ÈÇÄÀÅÒÑß Ñ ÍÎßÁÐß 1921 ÃÎÄÀ - mashin.ru · — A hydraulic press with two-handed control Póñòàìîâ Ç. À. — Íîâûé póëåâîé ìåõàíèçì,