Методы обеспечения заданных параметров контакта сопряжений технологического оборудования

Повышение качества функционирования сопряжений технологического оборудования наиболее полно можно реализовать, основываясь на принципах функционального подхода к удовлетворению требуемого уровня показателей назначения контактных пар, абстрагируясь от их реальной конструкции [1].

Большинство известных в настоящее время методов формирования эксплуатационных свойств основывается на предметном подходе, предполагающем совершенствование отдельных показателей качества сопряжений: износостойкости, контактной жесткости, виброустойчивости и так далее для конкретных конструкций пар трения и неподвижных сопряжений [2]. Использование функционального подхода при важности других принципов означает, что объект рационализации совершенствуется, как комплекс функций, которые он выполняет. Применительно к сопряжениям технологического оборудования реализация функционального подхода заключается в удовлетворении требуемого уровня их показателей назначения - функций пар трения и неподвижных стыков, определяемым условиями надежной эксплуатации машины. Поэтому, помимо абстрагирования от конструктивных форм сопряжений, для реализации функционального подхода в обеспечении качественного функционирования сопряжений, необходимо выявление управляемых параметров контактной системы и решение вопросов о рациональных методах воздействия на них, не приводящих к существенному усложнению и удорожанию технологии изготовления деталей, образующих сопряжения технологического оборудования.

Для управления контактными перемещениями стыков технологического оборудования можно использовать конструктивные и технологические методы, позволяющие целенаправленно изменять параметры, определяющие контактное взаимодействие - размеры областей контакта {О}, закон распределения контактных давлений {Р(ху)} и их интенсивность {Ртах(^У)'}, находящиеся в функциональной связи с характеристиками контактной жесткости зазорами (натягами), от величины которых зависят изменения относительного положения поверхностей элементов технологической системы. Существенно, что конструктивные методы позволяют регулировать определяющие параметры контакта на макроуровне, характеризуемом контурной площадью технических поверхностей стыков [3]. Технологические методы дают возможность изменять площадь (размеры) единичных пятен контакта в пределах контурной площади (в некоторых случаях и величину контурной площади), а также поверхностных слоев, в значительной мере определяющих важнейшие триботехнические свойства: контактную жесткость, интенсивность изнашивания, коэффициенты трения, совместимость трущихся поверхностей.

Иерархично задачи конструкторско-технологического формирования заданных эксплуатационных свойств представлены в таблице 1. Трудности теоретических и численных решений конструкционных контактных задач в значительной степени могут быть преодолены использованием экспериментальных методов и, прежде всего, оптических, позволяющих регистрировать поля контактных напряжений и перемещений на моделях из оптически активных материалов в проходящем свете и моделях из натурных материалов в отраженном свете [4].

Таблица 1. Задачи конструкторско-технологического формирования заданных эксплуа- тационных свойств стыков технологического оборудования

Корректное моделирование упругих, упруго-пластических и вязкоупругих конструкционных контактных задач основывается на условиях моделирования физически линейных и нелинейных контактных задач и установленных функциональных зависимостях пересчета компонент - полей напряжений, деформаций и перемеще- ний с модели на натуру [5]. Установленные условия моделирования апробированы на решениях целого ряда статических конструкционных задач, рассмотренных в настоящей работе.

Для неподвижных разъемных соединений, образованных стыкующимися деталями приспособлений машин и технологи- ческого оборудования, обеспечение показателей назначения: контактной прочности, герметичности, сдвигоустойчивости, сопротивления фреттинг-коррозии, сохранения точности позиционирования, несущей способности целесообразно проводить на этапах изготовления деталей и сборки сопряжений.

При этом возможно получение заданных свойств контактирующих деталей технологическими методами, например, метод избирательной лазерной закалки для повышения сдвигоустойчивости плоских и круглых сопрягаемых деталей и конструктивными методами - метод принудительного деформирования втулки для управления контактными напряжениями в цилиндрическом соединении с зазором.

Использование рационального расположения и последовательности затяжки стыкуемых поверхностей при сборке разъемных соединений позволят повысить контактную жесткость и сдвигоустойчи-вость элементов приспособлений технологического оборудования. Такой подход, имеющий целью дальнейшее усовершенствование элементов машины и основывающийся на использовании данных о предстоящих условиях эксплуатации объ- екта, либо не предусматривает корректировку управляемых параметров контакта {D}, {Р(ху)} и {Ртах(^У)} при изменении режимов эксплуатации, либо допускает их дискретную корректировку.

Промежуточным между активными и пассивными конструктивными методами обеспечения заданных функциональных свойств сопряжений технологического оборудования является метод разгрузки контактных систем, реализующий принципы (механической, частичной) системы автоматического регулирования (САР) по поддержанию деформационных и динамических характеристик плоских стыков при изменении режимов их нагружения.

В таблице 2 показаны факторы, влияющие на функциональную взаимосвязь управляемых параметров контакта - {D^, {Р(ху)} и {Р_та х (^хУ)"}, а также показателей качества и назначения сопряжений, реализующих рациональные конструктивные методы использования собственных и контактных деформаций для получения заданных эксплуатационных свойств неподвижных стыков технологического оборудования.

Таблица 2. Факторы, влияющие на упругие перемещения, зазоры (натяги) в стыках и погрешности

Используя приведенную классификацию конструктивных методов управления параметрами контакта, можно исследовать в дальнейшем эффективность применения разработанных методов и устройств по обеспечению показателей назначения некоторых узлов и сопряжений технологического оборудования.