WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2

Transkrypt

1 WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2 Wykorzystanie symulacji komputerowych do określenia odkształceń otworów w korpusie przekładni walcowej wielostopniowej podczas procesu obróbki skrawaniem WSTĘP Właściwa praca reduktora wymaga szeregu działań w zakresie konstrukcji, technologii i sposobu montażu, w celu zachowania odpowiedniego luzu poszczególnych, współpracujących podzespołów zwłaszcza dotyczy to podzespołów trakcyjnych w transporcie. Wszystkie wymienione elementy pozwalają na zapewnienie wysokiej sprawności eksploatacyjnej przekładni. Część z nich dzieje się już na etapie przygotowania do projektu, zbierania danych czy opisu warunków brzegowych pozwalających w odpowiedni sposób ją zaprojektować. Współczesne programy inżynierskie posiadają szereg modułów symulacyjnych. Są to narzędzia, których celem jest ograniczenie ryzyka popełnienia błędu. Pozwalają technologowi prześledzić zachowania odporności korpusów na odkształcalność w przypadku elementów podatnych na siły skrawania lub sposób zamocowania. Ma on również możliwość opracowania właściwego oprzyrządowania. Dobrać w odpowiedni sposób tolerancje wykonania otworów w celu poprawnego osadzenia łożysk tocznych. Obszar stosowania przekładni jest bardzo szeroki. Od przekładni jednostopniowych, po wielostopniowe składające się z przekładni walcowych i stożkowych lub układów ślimakowo - walcowych. Na rysunku 1 przedstawiono korpus wielostopniowego reduktora MB 26.00, konstrukcję firmy MOBEX, z którą autorzy współpracują. Przykładem programu wspomagającego konstruktorów i technologów jest program Autodesk Inventor Professional Rys. 1. Widok izometryczny korpusu przekładni walcowej wielostopniowej, 1 ANALIZA Analizy dokonano dla różnych wariantów pięciu ustawień i mocowań, ostatecznie do analizy wybrano dwa sposoby zamocowań aby prześledzić odkształcenia otworów korpusu w zależności do rodzaju zamocowania sposobu bazowania. Pierwszy przypadek: za pomocą wkrętów i kołków ustalających na nogach korpusu, drugi: za pomocą wkrętów i kołków ustalających na kołnierzu korpusu. Na rysunku 2 przedstawiono oba sposoby zamocowania podczas obróbki za pomocą śrub i kołków ustalających dla rozważanych rozwiązań konstrukcyjnych korpusów reduktorów. Są to 1 Dr hab. inż. R. Wójcik, Politechnika Łódzka, Wydział Mechaniczny, Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn, Zakład Obróbki Skrawaniem i Narzędzi. Tel: , ryszard.wojcik@p.lodz.pl 2 Mgr inż. N. Kępczak, Politechnika Łódzka, Wydział Mechaniczny, Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn, Zakład Obrabiarek. norbert.kepczak@p.lodz.pl 11331

2 specyficzne rozwiązania ustalenia i mocowania. Celem było sprawdzenie obszaru podatności korpusów przy takich ustaleniach i mocowaniach na odkształcenia, zwłaszcza otwory. Jest to istotny problem, który może dać negatywne wyniki obejmujące kształt otworu pod łożyska. Stanowi to dla technologa pewną niewiadomą, decydującą o doborze tolerancji otworu. Ponadto te sposoby mocowania i ustalenia w przypadku braku odpowiedniej sztywności korpusów mogą być bardziej wrażliwe na działanie sił występujących podczas procesu skrawania, które dodatkowo mogą wprowadzić drgania decydujące o gładkości powierzchni pod łożyska. Rys. 2. Sposoby mocowania, Podczas analizy przeprowadzono symulację następujących operacji obróbkowych, planowania i toczenia dużego otworu, planowanie i toczenie średniego otworu, a także planowanie i toczenie małego otworu. Na rysunku 3 przedstawiono wszystkie symulowane operacje wraz z przyłożonymi siłami. Symulację przeprowadzono dla siły skrawania równej 3000N. Toczenie Planowanie Duży otwór Średni otwór 11332

3 Mały otwór Rys. 3. Symulowane operacje toczenia i planowania otworów, 2 WYNIKI ANALIZY Na rysunku 4 przedstawiono wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania dużego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 128 µm, natomiast dla planowania 31 µm. Rys. 4. Wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu dużego otworu, Na rysunku 5 przedstawiono wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania średniego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 166 µm, natomiast dla planowania 83 µm. Rys. 5. Wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu średniego otworu, Na rysunku 6 przedstawiono wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania małego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 82 µm, natomiast dla planowania 115 µm

4 Rys. 6. Wyniki symulacji dla pierwszego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu małego otworu, Na rysunku 7 przedstawiono wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania dużego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 52 µm, natomiast dla planowania 23 µm. Rys. 7. Wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu dużego otworu, Na rysunku 8 przedstawiono wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania średniego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 44 µm, natomiast dla planowania 17 µm. Rys. 8. Wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu średniego otworu, Na rysunku 9 przedstawiono wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania podczas toczenia i planowania małego otworu. Dla toczenia uzyskano odkształcenie wielkości 24 µm, natomiast dla planowania 15 µm

5 Rys. 9. Wyniki symulacji dla drugiego sposobu zamocowania przy toczeniu i planowaniu małego otworu, WNIOSKI W tabeli 1 przedstawiono podsumowanie wyników dla przeprowadzonych symulacji. Tab. 1. Wyniki symulacji, Pierwszy sposób zamocowania Drugi sposób zamocowania Planowanie dużego otworu 31µm 23µm Planowanie średniego otworu 83µm 17µm Planowanie małego otworu 115µm 15µm Toczenie dużego otworu 128µm 52µm Toczenie średniego otworu 166µm 44µm Toczenie małego otworu 82µm 24µm Analizę przeprowadzono w celu określenia maksymalnego odkształcenia podczas operacji toczenia i planowania otworów przy sile skrawania równej 3000N i różnym sposobie zamocowania. Pomaga to technologowi w procesie doboru parametrów procesu skrawania jak również opracowania przyrządów do obróbki korpusów. Jak wynika z prezentacji poszczególnych rysunków mniejsze odkształcenia występują przy drugim sposobie zamocowania tzn. za pomocą wkrętów oraz kołków ustalających na kołnierzu korpusu. Przy drugim sposobie zamocowania wartość odkształceń malała od 1,35 do 7,67 razy w zależności od rodzaju obróbki. Dobór kolejności operacji jest bardzo istotnym elementem w całości prac eksperymentalno symulacyjnych. A całość działań poprawia cechy trakcyjne, unikamy uszkodzeń, które są negatywną stroną operacji transportowych. Streszczenie W artykule zaprezentowano wyniki badań symulacyjnych mających na celu określenie maksymalnego odkształcenia podczas operacji toczenia i planowania otworów przy sile skrawania równej 3000N i różnym sposobie zamocowania. Do analizy wybrano dwa sposoby zamocowania. Pierwszy za pomocą wkrętów i kołków ustalających na nogach korpusu, drugi za pomocą wkrętów i kołków ustalających na kołnierzu korpusu. Symulację przeprowadzono w programie Autodesk Inventor Application of computer simulations to determine the deformations of holes in the body of a multi-stage spur cylindrical gear during the machining process Abstract The article presents the results of simulation studies to determine the maximum deformation during turning 11335

6 and facing operations of the holes with cutting forces equal to 3000N and various methods of attachment. The analysis was carried out of two ways of mounting. The first method of mounting was by screws and dowel pins on the legs of the body, the second method was by screws and dowel pins on the flange of the body. The simulation was performed in Autodesk Inventor BIBLIOGRAFIA 1. Korcz A.: Komputerowe wspomaganie procesów wytwarzania CAM. Politechnika Rzeszowska, McMahon Ch., Browne J.: CAD/CAM Principles, Practice & Management, Addison Wesley Longman Limited, Pająk E., Wieczorkowski K.: Podstawy optymalizacji operacji technologicznych w przykładach, PWN, Warszawa-Poznań, Tarnowski W., Kiczkowiak T.: Komputerowe wspomaganie projektowania, Wyższa Szkoła Inżynierska, Koszalin, Wójcik R., Kępczak N.: Computer Simulations of the Holses Strain Behavior in Bodies During Machining, Archives of Mechanical Technology and Automation,