Способ контроля прочности соединений при механической запрессовке

 

Использование: в механосборочном производстве для автоматической сборки ответственных продольно прессовых цилиндрических соединений. Сущность изобретения: бракованные соединения выявляются путем сравнения с предельно допустимыми значениями значений контактного давления, определенных для каждого из элементарных участков поверхности контакта собираемого прессового соединения. Причем для определения значений контактного давления на всех элементарных участках поверхности контакта соединения используют производную сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, определяемую для каждого элементарного этапа запрессовки, и разности диаметров цилиндрической посадочной поверхности одной из деталей соединения, измеряемых для каждого из элементарных участков этой поверхности. 3 ил.

Предлагаемый способ относится к машиностроению и может быть использован в механосборочном производстве для автоматической сборки ответственных продольно-прессовых цилиндрических соединений, к прочности и надежности которых предъявляются повышенные требования.

Известен способ сборки гусениц дорожных машин [1] при использовании которого непрерывно измеряются перемещение и сила запрессовки, а прочность собираемого соединения контролируется по результатам сравнения текущего значения силы запрессовки с ее предельно допустимыми значениями в контрольных точках идеализированной экспериментальной диаграммы сила перемещение. Причем одна контрольная точка соответствует окончанию процесса напрессовки щек на ось, а другая окончанию процесса напрессовки щек на ось и втулку.

Используемый в данном способе контроль прочности продольно-прессового цилиндрического соединения по значению силы запрессовки в конце процесса запрессовки имеет существенный недостаток, заключающийся в отсутствии возможности обнаружения и оценки неравномерности распределения контактного давления по поверхности контакта собираемого соединения. Значение силы запрессовки в конце процесса запрессовки позволяет однозначно определить лишь среднее значение контактного давления по всей сформированной поверхности контакта. Однако среднее значение контактного давления может складываться из давлений на отдельных участках поверхности контакта, значительно отличающихся от среднего значения как в сторону завышения, так и занижения. После сборки на перегруженных участках идет ускоренный процесс самопроизвольного снятия избыточных напряжений, приводящий к потере необходимой прочности прессового соединения в целом, а следовательно к преждевременному разрушению его в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности является взятый за прототип способ управления процессом запрессовки на механическом прессе [2] при применении которого непрерывно измеряемые значения сборочного усилия и перемещения рабочего органа пресса на этапе запрессовки с увеличением номинальной площади поверхности контакта используются для осуществления контроля прочности и равномерности распределения контактного давления по результатам сравнения непрерывно определяемого значения производной сборочного усилия по перемещению рабочего органа с ее предельно допустимыми значениями, а на этапе запрессовки без изменения номинальной площади поверхности контакта используются для осуществления контроля прочности собираемого соединения по результатам сравнения сборочного усилия с его предельно допустимыми значениями для этого этапа.

Однако контроль прочности и равномерности распределения контактного давления, основанный на том, что о значении контактного давления на каком-либо микроучастке поверхности контакта судят лишь по значению производной сборочного усилия по перемещению рабочего органа в момент образования этого микроучастка поверхности контакта, и что распределение контактного давления по всей поверхности контакта не претерпевает значимых изменений на этапе запрессовки с неизменной номинальной площадью поверхности контакта, имеет следующий недостаток. Данный контроль справедлив только в том случае, если форма цилиндрической посадочной поверхности близка к идеальной у детали соединения, у которой эта поверхность длиннее. При этом учитываются отклонения продольного профиля цилиндрической посадочной поверхности только у одной детали соединения, а именно у которой посадочная поверхность короче. Следовательно, точность контроля прочности и равномерности распределения контактного давления, предложенного в данном способе управления процессом запрессовки тем больше, чем меньше отклонения продольного профиля цилиндрической посадочной поверхности детали, у которой эта поверхность более длинная, и наоборот, погрешность контроля значительна в той мере, в какой посадочная поверхность этой детали отличается от идеальной цилиндрической формы. Невысокая точность контроля делает его недостаточно качественным, т. к. приводит к ошибкам разбраковки собранных прессовых соединений.

Задачей изобретения является повышение качества контроля прочности прессового соединения за счет учета влияния отклонений продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения на величину и характер распределения контактного давления по поверхности контакта в осевом направлении.

Эта задача решается за счет того, что при применении способа контроля прочности соединений при механической запрессовке, заключающегося в непрерывном измерении значений сборочной силы и перемещения рабочего органа пресса во время всего процесса сборки, а на этапе запрессовки с увеличением номинальной площади поверхности контакта в определении производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, дополнительно определяют производную сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса на этапе запрессовки без изменения номинальной площади поверхности контакта, разбивают весь этап запрессовки, при котором происходит формирование несущей поверхности контакта соединения, на равные по глубине запрессовки элементарные этапы. При этом значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса определяют для каждого элементарного этапа запрессовки. По всей длине цилиндрическую посадочную поверхность одной из деталей соединения разбивают на элементарные участки одинаковой длины. Причем длину элементарного участка перед сборкой устанавливают из условия возможности пренебрегать отклонениями продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения в пределах этой длины, а глубину элементарного этапа запрессовки принимают равной длине элементарного участка. Кроме того, на каждом элементарном участке измеряют диаметр цилиндрической посадочной поверхности одной из деталей соединения, определяют разности диаметров для различных сочетаний элементарных участков. Для каждого элементарного участка поверхности контакта соединения, соответствующего определенному элементарному участку посадочной поверхности одной из деталей соединения, определяют значение контактного давления и по результатам сравнения всех полученных значений контактного давления с его предельно допустимыми значениями, установленными предварительно, выявляют бракованные соединения.

Предлагаемый способ характеризуется новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающих технический результат. Разбиение посадочной поверхности по всей ее длине у одной из деталей соединения на элементарные участки одинаковой длины, в пределах которой можно пренебречь отклонениями продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей, и разбиение всего этапа запрессовки, на котором происходит сопряжение деталей соединения по цилиндрическим посадочным поверхностям, на элементарные этапы с одинаковой глубиной запрессовки, равной длине элементарного участка, позволяют считать идеальной форму цилиндрических посадочных поверхностей деталей соединения в пределах длины элементарного участка, а следовательно идеализировать процесс запрессовки в пределах элементарного этапа, т. е. считать линейной зависимость силы сборки от перемещения рабочего органа пресса в пределах каждого из элементарных этапов запрессовки.

Такие признаки, как определение значения производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса для каждого элементарного этапа запрессовки на протяжении всего этапа запрессовки, измерение диаметра цилиндрической посадочной поверхности одной из деталей соединения на каждом из ее элементарных участков и определение разностей диаметров для различных сочетаний элементарных участков, позволяют во время сборки определить значение контактного давления для каждого элементарного участка поверхности контакта, в пределах каждого из которых равномерность распределения контактного давления считается идеальной вследствие допущения идеальности формы цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения в пределах длины элементарного участка.

Следует отметить, что в прототипе также с целью контроля прочности собираемых соединений определяют значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, но лишь на первой части этапа запрессовки, а точнее на этапе запрессовки с увеличением номинальной площади поверхности контакта. Однако из-за того, что процесс образования несущей поверхности контакта осуществляется на всем этапе запрессовки, то формирование такой характеристики качества прессового соединения как прочность продолжается и на второй части этого этапа, т. е. и на этапе запрессовки без изменения номинальной площади поверхности контакта. Поэтому определение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса на этапе запрессовки без изменения номинальной площади поверхности контакта также необходимо для определения контактного давления.

На фиг. 1 показана идеализированная диаграмма зависимости сборочной силы F от перемещения l рабочего органа пресса (или глубины запрессовки); на фиг. 2 продольный разрез ловителя с датчиком диаметра и деталей соединения со схематическим изображением цилиндрических посадочных поверхностей перед запрессовкой; на фиг. 3 структурная схема автоматического пресса.

Способ заключается в следующем.

Перед пуском производства прессовых соединений данной конструкции выполняют статистическую обработку параметров отклонений продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей прессового соединения. По результатам статистической обработки и на основании требований к точности контроля прочности соединения определяют длину Δl элементарного участка посадочной поверхности из условия пренебрежимо малого влияния отклонений продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения в пределах длины Δl элементарного участка на значение контактного давления. Причем минимальное значение длины элементарного участка ограничено возможностями технических средств, величиной дискреты используемого датчика перемещения.

Процесс изготовления цилиндрического продольно прессового соединения условно разбит на пять этапов I V сборки (фиг. 1).

На этапе I сборки осуществляется подвод деталей соединения друг к другу из точки с координатой L_н в точку L_к. Так как на этом этапе происходит сближение деталей без контакта друг с другом, то сборочная сила F должна удовлетворять условию F 0. Если значение сборочной силы F будет отлично от нуля, то процесс сборки прерывается.

На этапе II сборки, начинающегося от точки L_к и заканчивающегося в точке с координатой L_о, происходит центрирование деталей собираемого соединения за счет взаимодействия их друг с другом фасками. В результате этого на этапе II текущее значение сборочной силы F будет отличаться от нуля и должно удовлетворять условию F ≅ F_к, где F_к максимально допустимое значение силы сборки, которое может возникнуть при взаимном скольжении деталей соединения по поверхности фасок. В случае несоблюдения данного условия сборочный процесс прерывается, а детали собираемого прессового соединения отбраковываются.

На этапе III сборки осуществляется запрессовка на глубину, равную длине цилиндрической посадочной поверхности той детали соединения, у которой эта поверхность менее длинная. В процессе запрессовки происходит формирование несущей поверхности контакта за счет сопряжения деталей соединения по цилиндрическим посадочным поверхностям. Запрессовка на данном этапе характеризуется увеличением номинальной площади поверхности контакта.

На этапе IV сборки запрессовка продолжается, но без изменения номинальной площади поверхности контакта, равной номинальной площади посадочной поверхности той детали соединения, у которой эта поверхность менее длинная. Запрессовка на этом этапе осуществляется на глубину, равную разности длин более и менее длинной цилиндрических посадочных поверхностей деталей соединения, и завершается образованием несущей поверхности контакта.

Таким образом, этап запрессовки, ограниченный точками с координатами L_o и L₁, состоит из этапов III и IV сборки. На данном этапе производят синхронные измерения диаметра цилиндрической посадочной поверхности детали соединения, у которой эта поверхность короче, и производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса. В том, что эти измерения выполняют через одинаковые интервалы перемещения рабочего органа пресса, равные длине Δl элементарного участка, заключается разбиение менее длинной цилиндрической поверхности на элементарные участки одинаковой длины Δl, а этапа запрессовки на элементарные этапы, глубина запрессовки на каждом из которых одинакова и равна длине Δl элементарного участка.

Для простоты понимания способа он рассматривается на примере процесса сборки, у которого этап запрессовки разбит на пять элементарных этапов 1 5 с одинаковой глубиной Δl запрессовки, а менее длинная цилиндрическая посадочная поверхность втулки 6 разбита на три элементарных участка одинаковой длины Δl (фиг. 2). Следовательно, более длинную цилиндрическую посадочную поверхность вала 7 можно также представить разбитой на элементарные участки одинаковой длины Δl, число которых равно числу элементарных этапов запрессовки, т. е. пяти. При таких составах этапа запрессовки и цилиндрической посадочной поверхности втулки 6 этап III сборки состоит из трех элементарных этапов 1 3, этап IV сборки из двух элементарных этапов 4 и 5 (фиг. 1).

До начала элементарного этапа 1 в точке с координатой L_и измеряют диаметр D₁ первого элементарного участка цилиндрической посадочной поверхности втулки 6 (фиг. 1 и 2).

На элементарном этапе 1 запрессовки, ограниченном точками с координатами L_o и l₁, происходит сопряжение элементарных участков с диаметрами d₁ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6. Изменение сборочной силы ΔF₁ на этом элементарном этапе возникает только за счет увеличения номинальной площади поверхности контакта: ΔF₁=πDΔlk_трq₁₁ где D номинальный диаметр посадочных поверхностей деталей соединения; Δl глубина запрессовки на каждом из элементарных этапов; k_тр коэффициент трения; q₁₁ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения первых элементарных участков с диаметрами d₁ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6 соединения: где с жесткостной параметр деталей соединения; где E₁ и E₂ модули упругости материалов соответственно вала 7 и втулки 6;
μ₁ и μ₂ коэффициенты Пуассона материалов соответственно вала 7 и втулки 6;
d_o диаметр внутренней поверхности вала 7;
D_o диаметр наружной поверхности втулки 6.

Ввиду возможности предположения об идеальной цилиндрической форме посадочных поверхностей деталей соединения в пределах длины Δl их элементарных участков допустимо для каждого элементарного этапа запрессовки приравнивать отношение ΔF/Δl к значению производной dF/dl сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса. С учетом этого контактное давление определяют при помощи следующего выражения:

где значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, которое определяют на элементарном этапе 1 запрессовки.

На данном элементарном этапе измеряют диаметр D₂ второго элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 и определяют разность Δ₁₂=D₁-D₂ между значениями диаметров D₁ и D₂ соответственно первого и второго элементарных участков посадочной поверхности втулки 6. Кроме того, определяют значение контактного давления q₁₂ на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 2 запрессовки в результате сопряжения первого элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₁ и второго элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₂:

Значения q₁₁ и q₁₂ сравнивают с верхней границей Q_max поля допуска на контактное давление. Если эти значения контактного давления q не удовлетворяют условию q ≅ Q_max, то процесс сборки прерывают, а собираемое соединение отбраковывают.

На элементарном этапе 2 запрессовки, ограниченном точками с координатами l₁ и l₂, происходит сопряжение элементарных участков с диаметрами d₁ и D₂, d₂ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6. Изменение сборочной силы ΔF₂ на этом элементарном этапе возникает за счет увеличения номинальной площади поверхности контакта давления на элементарном участке поверхности контакта, соответствующем первому элементарному участку посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₁, со значения q₁₁ на значение q₂₁:

где q₂₁ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения второго элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₂ и первого элементарного участка посадочной поверхности втулки с диаметром D₁:

q₂₂ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 3 запресcовки в результате сопряжения вторых элементарных участков с диаметрами d₂ и D₂ посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6:

На данном элементарном этапе определяют значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, измеряют диаметр D₃ третьего элементарного участка посадочной поверхности втулки 6, который используют для определения разностей Δ₁₃ и Δ₂₃ между его значением и значениями диаметров D₁ и D₂ соответственно первого и второго элементарных участков посадочной поверхности втулки 6:
Δ₂₃=D₂-D₃;
Δ₁₃=D₁-D₃=Δ₁₂+Δ₂₃.
Затем определяют следующие значения контактного давления:



где q₁₃ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 3 запрессовки в результате сопряжения первого элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₁ и третьего элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₃:

где q₂₃ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 4 запрессовки в результате сопряжения второго элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₂ и третьего элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₃.

Значения q₂₂, q₂₁, q₁₃, q₂₃ контактного давления q должны удовлетворять условию q ≅ Q_max. В случае невыполнения этого условия процесс сборки прерывается, а собираемое соединение отбраковывается.

На элементарном этапе 3 запрессовки, ограниченном точками с координатами l₂ и l₃, происходит сопряжение элементарных участков с диаметрами d₁ и D₃, d₂ и D₂, d₃ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6. Изменение сборочной силы ΔF₃ на этом элементарном этапе возникает за счет увеличения номинальной площади поверхности контакта и изменения контактного давления на элементарных участках поверхности контакта, соответствующих первому и второму элементарным участкам посадочной поверхности втулки 6, со значения q₂₁ на q₃₁ и со значениями q₁₂ и q₂₂ соответственно:

где q₃₁ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения третьего элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₃ и первого элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₁:

q₃₃ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 5 запрессовки в результате сопряжения третьих элементарных участков с диаметрами d₃ и D₃ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6:

На данном элементарном этапе определяют значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса, которое используют для определения следующих значений контактного давления:



где q₃₂ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 4 запрессовки в результате сопряжения третьего элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₃ и второго элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₂.

Значения q₃₃, q₃₁, q₃₂ контактного давления q должны удовлетворять условию q ≅ Q_max. Кроме того, значение q₃₃ сравнивается еще с нижней границей Q_min поля допуска на контактное давление и должно удовлетворять условию q₃₃ ≥ Q_min. В случае невыполнения этих условий процесс сборки прерывают, а собираемое соединение отбраковывают.

На элементарном этапе 4 запрессовки, ограниченном точками с координатами l₃ и l₄, происходит сопряжение элементарных участков с диаметрами d₂ и D₃, d₃ и D₂, d₄ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6. Изменение сборочной силы ΔF₄ на этом элементарном этапе возникает только за счет изменения контактного давления на элементарных участках поверхности контакта, соответствующих первому, второму и третьему элементарным участкам посадочной поверхности втулки 6, со значения q₃₁ на q₁₁, со значения q₂₂ на q₃₂ и со значения q₁₃ на q₂₃ соответственно:

или

где q₄₁ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения четвертого элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₄ и первого элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₁:

значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса на элементарном этапе 4 запрессовки.

Определяемое на данном элементарном этапе значение производной используют для определения следующих значений контактного давления:


где q₄₂ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, который будет образован на элементарном этапе 5 запрессовки в результате сопряжения четвертого элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d₄ и второго элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₂.

Значение контактного давления q₄₁ должно удовлетворять условию q₄₁ ≅ Q_max, а значение q₄₂ условию Q_min ≅ q₄₂ ≅ Q_max. В случае невыполнения этих условий процесс сборки прерывают, а собираемое соединение отбраковывают.

На элементарном этапе 5 запрессовки, ограниченном точками с координатами l₄ и L₁, происходит сопряжение элементарных участков с диаметрами d₃ и D₃, d₄ и D₂, d₅ и D₁ цилиндрических посадочных поверхностей соответственно вала 7 и втулки 6. Изменение сборочной силы ΔF₅ на этом элементарном этапе возникает только за счет изменения контактного давления на элементарных участках поверхности контакта, соответствующих первому, второму и третьему элементарным участкам посадочной поверхности втулки 6 со значения q₄₁ на q₅₁, со значения q₃₂ на q₄₂ и со значения q₂₃ на q₃₃.

или

где q₅₁ контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения пятого элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром и первого элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D₁:

значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса на элементарном этапе 5 запрессовки.

Определяемое на данном элементарном этапе значение производной используют для определения значения контактного давления q₅₁:

Значение контактного давления q₅₁ должно удовлетворять условию Q_min ≅ q₅₁ ≅ Q_max. В случае невыполнения этого условия процесс сборки прерывают, а собираемое соединение отбраковывают.

Таким образом, для определения значений контактного давления на всех элементарных этапах запрессовки используют следующую математическую зависимость, записанную в общем виде:

где q_ij значение контактного давления на элементарном участке поверхности контакта, соответствующем j-му элементарному участку посадочной поверхности втулки 6 и образованном в результате сопряжения этого участка втулки 6 и i-го элементарного участка посадочной поверхности вала 7 на (i+j-1)-м элементарном этапе запрессовки;
значение производной сборочной силы по перемещению рабочего органа пресса на i-м элементарном этапе запрессовки;
B_ij значение вспомогательной величины, соответствующее значению контактного давления q_ij;
индексы;
n количество элементарных этапов запрессовки или количество элементарных участков на цилиндрической посадочной поверхности вала 7;
m количество элементарных участков на цилиндрической посадочной поверхности втулки 6.

Вспомогательная величина определяется при помощи одной из следующих зависимостей:

где Δ_ij=D_i-D_j разность между диаметрами соответственно i-го и j-го элементарных участков посадочной поверхности втулки 6;
q_(i-m)j контактное давление на элементарном участке поверхности контакта, образованном в результате сопряжения (i m)-го элементарного участка посадочной поверхности вала 7 с диаметром d_(i-m) и j-го элементарного участка посадочной поверхности втулки 6 с диаметром D_j.

Все значения контактного давления сравнивают с верхней границей Q_max поля допуска на него. Значения контактного давления q_ij, для индексов которых справедливо равенство i + j n + 1, т. е. соответствующие элементарным участкам поверхности контакта, образованным на последнем n-м элементарном этапе запрессовки, дополнительно сравнивают и с нижней границей Q_min поля допуска на контактное давление. Если значения контактного давления не выходят за установленные для них границы, то процесс сборки продолжают.

На V этапе сборки, расположенном между точками с координатами L₁ и L₂, осуществляется допрессовка, которая из-за взаимодействия собираемых деталей 6 и 7 торцами характеризуется резким увеличением сборочной силы F до ее максимально допустимого значения F_max. Как только сборочная сила достигнет своего максимально допустимого значения F_max для запрессовки, процесс сборки заканчивается. При этом рабочий орган пресса должен находиться в пределах данного этапа сборки, т. е. должно выполняться следующее условие:

Если это условие не выполняется, то собранные прессовые соединения отбраковывают.

Предложенный способ может быть реализован, например, при помощи автоматического пресса. Автоматический пресс (фиг. 3) состоит из блока 8 задания положения, блока 9 задания интервала, блока 10 задания силы, блока 11 задания давления, четырех блоков 12 15 сравнения, блока 16 дифференцирования, счетного блока 17, блока 18 управления, которые можно реализовать программно при помощи устройства ЧПУ, например устройства 2С 42, оснащенного ЭВМ "Электроника 60" (см. Устройство 2С 42. Техническое описание 1 ЯЗ. 035.080. ТО; ЭВМ "Электроника 60" 15 ВМ 16. Техническое описание 2.791.004. ТО), электропривода 19, например ЗТ6, двигателя 20 постоянного тока, например ПБВ 112L, датчика 21 перемещения, например электрооптического ротационного датчика IRC 111, механизма 22 перемещения, например передачи винт-гайка качения, рабочего органа пресса в виде пуансона 23, датчика 24 диаметра, например преобразователя с двумя щупами (см. Кругломер типа КД, модель 290. Техническое описание 290.0.00.00. ПС; Преобразователь. Техническое описание 290.7.00.0.00. ТО), датчика 25 силы, например магнитоупругого датчика сжимающих усилий ДМУ-1, преобразователя 26, например крейта "САМАС", ловителя 27, воспринимающего элемента 28 датчика силы (фиг. 2).

Датчик 24 диаметра неподвижно смонтирован в ловителе 27, который подпружинен и подвижен в осевом направлении относительно воспринимающего элемента 28 датчика силы. Выходы датчика 24 диаметра и датчика 25 силы подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя 26. Первый выход преобразователя 26 соединен с третьим входом счетного блока 17, а второй вход со вторыми входами второго блока 13 сравнения и блока 16 дифференцирования. Выход датчика 21 перемещения соединен с первыми входами первого блока 12 сравнения и блока 16 дифференцирования и с третьим входом третьего блока 14 сравнения. Выход блока 8 задания положения соединен с вторым входом первого блока 12 сравнения. Выход блока 9 задания интервала соединен с вторым входом третьего блока 14 сравнения. Первый выход первого блока 12 сравнения соединен с первым входом блока 18 управления, второй выход с входом блока 10 задания силы, третий выход с первым входом третьего блока 14 сравнения, выход которого соединен с первым входом счетного блока 17. Выход блока 10 задания силы соединен с первым входом второго блока 13 сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока 18 управления. Выходы счетного блока 17 и блока 11 задания давления соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого блока 15 сравнения, выход которого соединен с третьим блоком 18 управления. Выход блока 18 управления соединен со входом электропривода 19. К выходу электропривода 19 подключен двигатель 20 постоянного тока. Вал двигателя 20 кинематически связан с валом датчика 21 перемещения и механизмом 22 перемещения, на линейно перемещающемся элементе которого неподвижно смонтирован пуансон 23. Через вал 7 и втулку 6 собираемого соединения пуансон 23 кинетически связан с воспринимающим элементом 28 датчика 25 силы, а через вал 7 с ловителем 27. Посадочная поверхность втулки 6 кинематически связана с датчиком 24 диаметра через его щупы.

Автоматический пресс работает следующим образом.

После подачи команды о начале сборки электропривод 19 включает двигатель 20, вращение вала которого передается на вал датчика 21 перемещения и преобразуется механизмом 22 перемещения в поступательное движение пуансона 23 с установленным в нем валом 7 собираемого соединения. В процессе сборки вал 7 своим торцом воздействует на торец подпружиненного ловителя 27, перемещая его вместе со смонтированным в нем датчиком 24 диаметра относительно втулки 6 соединения в осевом направлении. При этом щупы датчика 24 диаметра скользят по цилиндрической посадочной поверхности втулки 6 от одного поперечного сечения к другому. Кроме того, с момента начала контактирования вала 7 и втулки 6 сборочная сила F, развиваемая на пуансоне 23 пресса через вал 7 и втулку 6, предварительно установленную на воспринимающий элемент 28 датчика 25 силы, воздействует на упругий элемент этого датчика 25. Аналоговые сигналы с датчика 24 диаметра и датчика 25 силы переводятся преобразователем 26 в цифровой вид, поступая на его первый и второй выходы соответственно. Вращение вала датчика 21 перемещения вызывает появление на его выходе сигнала, несущего информацию о текущем значении координаты положения l пуансона 23 пресса. В первом блоке 12 сравнения поступающий из датчика 21 перемещения сигнал в процессе сборки поочередно сравнивается со всеми установками положения пуансона 23, соответствующими координатам точек L_н, L_к, L_o, L₁, L₂ границ этапов сборки и точки L_н начала измерения диаметра втулки 6 (фиг. 1). Информация о значении этих уставок вводится в блок 8 задания положения перед сборкой. В моменты равенства сигнала датчика 21 положения с уставками положения пуансона 23 первый блок 12 сравнения формирует управляющие сигналы. Сигнал, поступающий с второго выхода блока 12 в блок 10 задания силы, задействует одну из трех уставок максимально допустимого значения сборочной силы. На этапе I процесса сборки задействуется уставка с нулевым значением, на этапе II сборки со значением F_к, на вместе взятых этапах II, IV и V сборки со значением F_max. Во втором блоке 13 сравнения текущее значение сборочной силы F, информация о котором поступает со второго выхода преобразователя 26, сравнивается с задействованной в данное время уставкой максимально допустимого значения сборочной силы. Когда задействованная уставка становится меньше, второй блок 13 сравнения посылает сигнал в блок 18 управления, который в свою очередь сигнализирует о наличии брака и подает электроприводу 19 команду остановки и реверса двигателя 20. В момент равенства сигнала датчика 21 перемещения с уставкой L_н на положение пуансона 23, при котором необходимо начать измерение внутреннего диаметра втулки 6, из первого блока 12 сравнения в третий блок 14 сравнения поступает разрешающая его работу команда. В свою очередь третий блок 14 сравнения посылает в счетный блок 17 сигнал записи информации о значении внутреннего диаметра, поступающей в счетный блок 17 с первого выхода преобразователя 26. Предварительно введенная в блок 9 задания интервала уставка, соответствующая значению интервала Δl перемещения пуансона 23, в третьем блоке 14 сравнения сравниваются с сигналом датчика 21 перемещения. При равенстве этой уставки со значением изменения сигнала датчика 21 перемещения с момента начала работы третьего блока 14 сравнения он подает сигнал, который разрешает запись информации о значениях внутреннего диаметра втулки 6 и производной сборочной силы по перемещению пуансона 23. В дальнейшем аналогичный сигнал посылается в счетный блок 17 при равенстве уставки интервала Δl перемещения пуансона 23 с изменением сигнала датчика 21 перемещения с момента подачи предыдущего сигнала третьим блоком 14 сравнения. Текущее значение производной dF/dl определяется в блоке 16 дифференцирования на основании информации о перемещении l пуансона 23 и текущем значении сборочной силы F, поступающих в этот блок 16 соответственно из датчика 21 перемещения и преобразователя 26. Информация о текущем значении производной dF/dl поступает в счетный блок 17. В счетном блоке 17 определяются все разности значений внутреннего диаметра втулки 6 и значения контактного давления, которые можно рассчитать, используя информацию, записанную в этот блок 17 к данному моменту времени. В четвертом блоке 15 сравнения каждое из определенных значений контактного давления сравнивается с уставками, соответствующими граничным значениям Q_min и Q_max поля допуска на контактное давление и введенными в блок 11 задания давления до начала сборки. Если значение контактного давления выйдет за границы допуска на него, четвертый блок 15 сравнения посылает сигнал в блок 18 управления, а он в свою очередь сигнализирует о наличии брака и подает электроприводу 19 команду остановки и реверса двигателя 20. Аналогичная команда подается блоком 18 управления после поступления в этот блок 18 из первого блока 12 сравнения в момент равенства сигнала датчика 21 перемещения с уставкой, соответствующей координате крайней точки L₂ рабочего положения пуансона 23. Причем блок 18 управления сигнализирует о годности собранного соединения только в том случае, если сигнал из второго блока 13 сравнения о превышении текущего значения сборочной силы F над максимально допустимым значением F_max сопровождается приходящим из первого блока 12 сравнения сигналом о нахождении пуансона 23 пресса в границах L₁ и L₂ этапа V сборки.

При реверсивном вращении вала двигателя 20 и отводе пуансона 23 в исходное положение в первом блоке 12 сравнения сигнал датчика 21 положения сравнивается с уставкой, соответствующей координате L_н исходного положения пуансона 23, и в момент их равенства из первого блока 12 сравнения в блок 18 управления поступает сигнал. На основании этого сигнала блок 18 управления подает команду электроприводу 19 на остановку двигателя 20. В процессе сборки следующего соединения цикл работы автоматического пресса повторяется.

Использование предлагаемого способа контроля прочности соединений при механической запрессовке по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения контактного давления за счет учета влияния на его величину и характер распределения по длине поверхности контакта отклонений продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения. Вследствие чего повышается качество контроля прочности продольно прессовых цилиндрических соединений, т. к. уменьшается количество случаев их неправильной разработки в виде выпускаемого брака и ошибочно забракованных годных соединений. Кроме того, данный способ расширяет технологические возможности контроля прочности прессовых соединений, делая возможным применение его и для тех соединений, у которых обе детали, а не одна, имеют цилиндрические посадочные поверхности с отклонениями продольного профиля, существенно влияющими на контактное давление. Следовательно, способ позволяет не затрачивать средства и время на предварительную высокоточную механическую обработку детали с более длинной цилиндрической посадочной поверхностью для получения этой поверхности с незначительными отклонениями продольного профиля.

Формула изобретения

Способ контроля прочности соединений при механической запрессовке деталей с цилиндрической посадочной поверхностью, заключающийся в том, что в процессе сборки непрерывно измеряют значения сборочного усилия и перемещения рабочего органа пресса, отличающийся тем, что дополнительно цилиндрическую посадочную поверхность одной из соединяемых деталей по всей ее длине разбивают на элементарные участки одинаковой длины, которую предварительно устанавливают из условия возможности пренебрежения отклонениями продольного профиля цилиндрических посадочных поверхностей обеих деталей соединения в пределах этой длины, измеряют диаметр каждого из элементарных участков цилиндрической посадочной поверхности, определяют разности диаметров для различных сочетаний элементарных участков, весь этап формирования поверхности контакта соединения разбивают на равные по глубине запрессовки элементарные этапы, глубину запрессовки каждого из которых принимают равной длине элементарного участка цилиндрической посадочной поверхности, производную сборочного усилия по перемещению рабочего органа пресса определяют для каждого из элементарных этапов запрессовки, для каждого элементарного участка поверхности контакта, соответствующего определенному элементарному участку цилиндрической посадочной поверхности детали соединения, и по производной определяют контактное давление, которое сравнивают с его предельно допустимыми значениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3