ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 62-1
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-3-101-112
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Несмотря на явное негативное влияние параметра волнистости на эксплуатационные свойства деталей, существуют передачи, для которых волнистость имеет положительное влияние. К таким передачам можно отнести фрикционные, в частности ремённую передачу вариатора. Наличие дополнительных волн оказывает влияние на коэффициент трения, что снижает проскальзывание ремня при высоких моментах, а также позволяет управлять этим явлением путём структурирования пятен контактного взаимодействия. Предварительное моделирование и исследование эксплуатационных характеристик и свойств волнистых текстур позволит уменьшить материальные и временные затраты на проведение натурных экспериментов. Однако в настоящее время в открытой научно-технической литературе не встречаются адекватные и детально проработанные аналитические подходы для моделирования текстуры волнистости поверхности. В этой связи разработка математических моделей и аналитических подходов для моделирования 3D-текстур волнистости является актуальной задачей. Цель работы. Разработать аналитический подход для моделирования трёхмерных текстур волнистой поверхности шкива бесступенчатой трансмиссии при чистовом точении на основе функционального геометрического описания режущей кромки инструмента. Используемые методы. В данной работе теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения и математического анализа. Новизна. Предложена математическая зависимость волнистости поверхности шкива клиноремённой трансмиссии в виде системы кусочных функций, которая описывает геометрию режущей кромки резца. Предложена математическая модель формирования волнистости в процессе точения при условии отсутствий колебаний, в которой смещение резца рассматривается исключительно с геометрической точки зрения, обусловленной динамикой подачи резца, геометрией резца и глубиной резания. Результат. Предложен алгоритм геометрического моделирования текстуры волнистости шкива для дальнейшей реализации как в автоматизированной среде, так и аналитических расчётах, и получены модели волнистости для некоторых параметров режущего инструмента. Практическая значимость. Исследование направлено на повышение качества обработки и создание на поверхности шкивов клиноремённой трансмиссии микропрофиля с необходимой текстурой, что позволит уменьшить время обработки путём снижения количества технологических операций.
Ключевые слова
текстура поверхности, точение, волнистость, шкив, резец, математическая модель
Для цитирования
Генералова А.А., Никулин А.А., Бычков Д.С. Моделирование текстуры волнистости поверхности при токарной обработке шкивов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №3. С. 101-112. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-3-101-112
1. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.
2. Абрамов А.Д., Носов Н.В., Ладягин Р.В. Разработка методики построения трехмерного изображения структуры поверхности деталей по их профилограммам // iPolytech Journal. 2023. Т. 27. №2. С. 230-240.
3. Демкин Н.Б., Измайлов В.В. Зависимость эксплуатационных свойств фрикционного контакта от микрогеометрии контактирующих поверхностей // Трение и износ. 2010. Т. 31. №1. С. 68-77.
4. Рачишкин А.А., Сутягин О.В., Болотов А.Н. Компьютерное моделирование структуры технических поверхностей на микроуровне // Программные продукты и системы. 2018. №4. С. 829-832. DOI: 10.15827/ 0236-235X.031.4.829-832
5. Multi scale modal decomposition of primary form, waviness and roughness of surfaces / Goic GL, Favrelière H, Samper S, Formosa F. // Scanning. 2011, vol. 33, pp. 332-41. DOI: 10.1002/sca.20253
6. Dynamic characterization of machining systems / Zapciu M. et al. // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011, no. 57, pp. 73-83. DOI: 10.1007/s00170-011-3277-7
7. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения. М.; Л.: Изд. и 1-я тип. Машгиза в Лгр., 1946. 207 с.
8. Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение. М.: Изд-во стандартов, 1973. 184 с.
9. Витвинов М.К. Технологическое наследование волнистости на операциях механической обработки на примере фрезерования и плоского шлифования: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.07. Новосибирск, 2015.
10. Белов Е.Б. Уменьшение волнистости поверхности при точении за счет прогнозирования и снижения уровня автоколебаний: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.07. Севастополь, 2017.
11. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1978. 199 с.
12. Генералова А.А., Зверовщиков А.Е., Никулин А.А. Влияние автоколебаний в процессе токарной обработки на формирование волнистости шкивов автомобильных вариаторов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. №4. С. 108-121. DOI: 10.21685/ 2072-3059-2022-4-9
13. Displacements Analysis of Self-Excited Vibrations inTurning / Bisu C.D. et al. // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2009, vol. 44, no. 1-2, pp. 1-16.
14. Experimental Investigation of Tool Lifespan Evolution During Turning Operation Based on the New Spectral Indicator OLmod. / Babouri M.K., Ouelaa N., Djamaa M.C. et al. // J. Vib. Eng. Technol. 2024, no. 12, pp. 5455–5473. https://doi.org/10.1007/s42417-023-01175-1
15. Шелковой А.Н., Мироненко Е.В., Клочко А.А. Критерии формирования структур и параметров систем обработки, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства закаленных крупномодульных зубчатых колес // Сучасні технології в машинобудуванні. 2013. №8. С. 185-200.
16. Research on Improvement of Transmission Efficiency by Improving Friction Coefficient Between Elements and Pulleys of a Belt CVT / Yamazaki M., Kato Y., Nakahara T., Ichihashi T. // Review of automotive engineering. 2008, vol. 29, pp. 485-492.
17. Yagyaev E., Shron L., Meniuk D. Increasing the operational reliability of car variators due to creating regular surface microrelief by laser ablation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020, vol. 889, 012007.
18. Generalova A., Zverovshchikov A., Nikulin A. Surface undulation parameters of continuously variable transmission friction during turning // Journal of King Saud University – Engineering Sciences. 2022. https://doi.org/10.1016/j.jksues.2022.06.001.
19. Generalova A.A., Nikulin A.A. Increasing the Vehicle’s Dynamic Performance by Developing a Continuously Variable Transmission // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019, vol. 14, no. 18, pp. 6866-6875.
20. Zverovshchikov A.E., Generalova A.A., Nikulin A.A. Ensuring the performance characteristics of a friction V-belt variator // Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 16979, 042079.
21. Генералова А.А., Никулин А.А. Разработка процесса изготовления шкива бесступенчатой трансмиссии легкового автомобиля // Наука и бизнес: Пути развития. 2019. №1. С. 21-26.
22. Генералова А.А., Зверовщиков А.Е., Никулин А.А. Исследование влияния микропрофиля фрикционных элементов вариатора на коэффициент трения в зоне контакта и коэффициент полезного действия передачи // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2023. №3. С. 154-172. DOI: 10.21685/2072-3059-2023-3-12
23. Генералова А.А., Никулин А.А., Бычков Д.С. Аналитическое исследование характеристик стойкости инструмента и автоколебаний при токарной обработке шкивов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №1. С. 61-75. https://doi.org/ 10.18503/1995-2732-2024-22-1-61-75
24. Исследование плазменно-дуговой резки низколегированной стали 09Г2С / Михайлицын С.В., Шекшеев М.А, Аюбашев О.М., Стеблянко В.Л., Федосеев С.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Но¬сова. 2017. Т. 15. №2. С. 48-53. https://doi.org/10.18503/ 1995-2732-2017-15-2-48-53
25. Тихомиров В.П., Измеров М.А. Влияние волнистости и шероховатости поверхности на нормальную контактную жесткость плоского стыка // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. №12. С. 4-12. DOI: 10.30987/1999-8775-2019-2019-12-4-12
26. Уменьшение теплового сопротивления между корпусом силового полупроводникового прибора и его радиатором / Тихомиров В.П., Воробьев В.И., Измеров М.А., Стрекалов Н.Н., Пугачев А.А. // Вестник Брянского государственного технического университета. 2017. №2. С. 104-113. DOI: 10.12737/ article_59353e29a48eb2.21116479 (дата обращения: 31.05.2023).
27. Мирошниченко И.В. Формирование математической модели волнистости по результатам вычисления шероховатости протяженных изделий // Технологический аудит и резервы производства. 2014. Т. 2. №1(16). С. 11-15.