Аннотация
Михайлов А.Н., Матвиенко С.А., Лукичев А.В., Азанова С.Ю, Миник Н.В. Основы повышения долговечности кулачковых механизмов наземно-транспортных машин. В статье рассмотрен функционально-ориентированный подход (ФОП) к развитию методов технологии обработки кулачковых механизмов и представлен граф их функциональных элементов.
Ключевые слова кулачковый механизм; долговечность; функционально-ориентированный подход; технологический метод.
Кулачковые механизмы (КМ) широко применяются в транспортных, технологических и других машинах, например, в двигателях внутреннего сгорания для регулирования подачи топлива в цилиндры и удаления отработанных газов, в счетно-решающих приборах и т.д. [1].
Надежность КМ преимущественно определяется долговечностью кулачков, рабочая поверхность которых теряет работоспособность вследствие контактно-усталостного износа в процессе эксплуатации. Повышение долговечности КМ осуществляется модификацией осевого профиля кулачка, применение инновационных технологий обработки. Разработка новых технологий, обеспечивающих получение профиля осевого сечения кулачка, и формирование ФО качества поверхностного слоя (ПС) рабочих поверхностей кулачков является актуальной задачей, которой занимались Королёв П.А., Шоев А.Н. и другие [2].
Выбор материала для изготовления кулачков на базе ФОП определяется эксплуатационными требованиями. В КМ надежность в основном определяется износостойкостью кулачков. В настоящее время существует следующая классификация КМ: а) по виду движения звеньев; б) по виду движения ведомого звена; в) по виду движения ведущего звена; г) по форме рабочей части ведомого звена; д) по способу замыкания высшей кинематической пары; е) по синхронности движений [1].
Рисунок 1 – Виды кулачковых механизмов
На работоспособность КМ оказывает влияние контактная прочность ПС. При эксплуатации в ПС материала возникают высокие контактные и локальные напряжения и деформации [3]. Изменения на поверхностях трения возникают в результате деформации, повышения температуры и химического действия окружающей среды.
Все КМ имеют похожую конструкцию, поэтому рассмотрим самый простой из вариантов – плоский кулачек. На основании [1, 2] строим граф функциональных элементов (ФЭ) плоского кулачка (Рисунок 2).
В конструкции кулачка можно выделить исполнительные и вспомогательные элементы. К исполнительным элементам относятся рабочая профильная поверхность, предназначенная для обеспечения требуемого закона движения толкателя и базирующая поверхность, служащая для размещения и крепления кулачка на валу. Вспомогательными элементами являются левая и правая боковые поверхности, цилиндрическая поверхность и боковая поверхность цилиндра. Рабочую профильную поверхность можно разделить на четыре зоны: ускорения, рабочую, замедления и отдыха. В реальных условиях нет четкой границы между зонами. В свою очередь, базирующая поверхность делится на отверстие и шпоночный паз, в котором можно выделить дно, левый и правый торцы.
К основным требованиям ФОП к технологиям относятся:
- Обеспечение заданной точности изготовления профиля деталей;
- Обеспечение оптимального качества ПС ФЭ кулачка;
- Повышение износостойкости, статической и циклической прочности деталей термической и химико-термической обработкой;
- Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием;
- Нанесение на рабочие поверхности деталей износостойких покрытий.
Инновационным является применение ФОП при разработке технологических способов поверхностной обработки ответственных деталей КМ, учитывающих условия эксплуатации и распределение эксплуатационных факторов на рабочих поверхностях деталей. Повысить долговечность КМ можно на этапах конструкторского проектирования и отделочно-упрочняющей обработки, с применением ФОП к комбинированным способам обработки.
Рисунок 2 – Граф функциональных элементов кулачка
Библиографический список
1. Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. – В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. П.Н. Учаева. – Изд. 3-е, испр. – М.: Машиностроение, 1988. – 560 с.: ил.
2. Шоев, А. Н. Технологическое повышение долговечности кулачковых механизмов// Справочник. Инженерный журнал.– 2010, № 6. – С. 10–12.
3. Гаркунов, Д.Н. Триботехника. Учебник. – 4-е изд. перераб. и доп. – М. Изд-во МСХА, 2001. – 616 с.