СКІНЧЕННО-ЕЛЕМЕНТНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАКРІПЛЕННЯ ТОНКОСТІННОГО КІЛЬЦЯ В ТРИКУЛАЧКОВОМУ ПАТРОНІ

Анотація

Проаналізовано конструкції токарних патронів та встановлено основні напрямки для їх оптимізаційного проектування. Подано вирази для визначення пружних деформацій тонкостінного кільця при закріпленні його в трикулачковому патроні залежно від виду закріплення (в стиск, або в розтиск). Розміри опорної поверхні кулачків патрона оптимізовано за критерієм мінімального відхилення від круглості отвору закріпленого в ньому циліндричного кільця. Оптимізацію виконано у два етапи. Перший етап передбачає оптимізацію ширини опорної поверхні, а другий — оптимізацію її діаметра. Досліджуючи поведінку скінченно-елементної моделі для широкого діапазону навантажень і розміри кілець, зокрема їхньої кривизни (відношення товщини поперечного перерізу кільця до його серединного радіуса) в межах 1/5…1/20, виявлено, що відхилення від круглості отвору закріпленого в патроні кільця: збільшується лінійно зі збільшенням навантаження на кулачок, а також обернено пропорційно їхній кривині в третьому степені (для кілець малої кривини); зменшується зі збільшенням ширини кулачка. При цьому для відношення діаметрів опорної поверхні кулачка до базової (зовнішньої) поверхні кільця: меншого від одиниці досягаються максимальні похибки; близького до одиниці похибка зменшується; більшого від одиниці практично не змінюється. Показано графічні залежності відхилення від круглості отвору сталевого кільця, від ширини опорної поверхні кулачка та відношення діаметрів кулачка і кільця в контакті. Дослідженням деформації побудованої скінченно-елементної моделі технологічної системи «кільце–кулачки трикулачкового самоцентрувального патрона» визначені оптимальні параметри опорної поверхні кулачків за критерієм найменшого відхилення від круглості отвору кільця. Верифікація скінченно-елементної моделі виконана за допомогою порівняння результатів чисельного аналізу з обчисленими величинами деформації кільця та відхилення від круглості його отвору при закріпленні в патроні з вузькими кулачками підтвердила її адекватність і точність. Розбіжність результатів за обома методами склала менше 2,5 %, що цілком достатньо для інженерного прогнозування.