Сравнительный анализ перемещений ультразвуковых инструментов изогнутой формы

В статье приведен теоретический анализ колебаний криволинейного стержня в виде петли малой жесткости, образованного из четверти окружности с постоянным радиусом, ограниченного углом π/2 < γ < π, и двух прямолинейных стержней. Указывается, что в практике ультразвуковой технологии известны некоторые разновидности конструкций, в которых использованы упругие элементы в качестве резонаторов, волноводов, трансформаторов колебаний и инструментов для воздействия на обрабатываемые материалы. Их применение позволяет получить дополнительный импульс силы в рабочей зоне за счет использования потенциальной энергии, вызванной действием упругих свойств таких элементов. Однако теоретическому обоснованию использования упругих элементов в ультразвуковых системах уделено недостаточное внимание. В связи с этим настоящая работа посвящена теоретическому обоснованию применения упругого инструмента из тонкого стержня, имеющего форму петли. Представлены схема и расчет перемещений свободного конца криволинейного стержня под действием сил, направленных вдоль продольной оси. Показано, что упругие перемещения обусловлены криволинейной формой в виде дуги окружности изогнутого стержня. Для сравнения приведены расчетные схемы двух типов криволинейного стержня с присоединенным стержнем. В первом случае свободные концы прямолинейных стержней, направленные вертикально вниз, совершают упругие перемещения по двум координатам. Во втором – концы прямолинейных стержней, направленные под некоторым углом к вертикальной оси и сходящиеся в нижней точке в силу симметричности их расположения, совершают вертикальные перемещения лишь по одной координате. Рассмотренная форма изогнутого стержня может быть успешно применена в качестве инструмента для выполнения технологических задач при ультразвуковом способе обработки отверстий в хрупких материалах, точечной сварки и пр. Такая схема в отличие от традиционной схемы ультразвуковой обработки, основанной на использовании прямолинейных стержней, позволяет усилить величину амплитуды колебаний инструмента за счет упругих перемещений криволинейного участка стержня малой жесткости. Предложенная форма позволит увеличить интенсивность колебаний инструмента и повысить производительность процесса и точность обработки. Полученная расчетная формула показывает, что на величину упругих перемещений криволинейного стержней влияют жесткость поперечного сечения и радиус кривизны изогнутой части, а также угол наклона прямолинейного стержня. Теоретический расчет дополнен сравнительным экспериментальным изучением форм Хладни для обеих схем, полученных на поверхности листа с помощью абразивных частиц.

1. Проектирование универсальных шарниров и ведущих валов / А. Х. Беркер [и др.]. Л.: Машиностроение, 1984. 464 с.

2. Малоховский, Я. Э. Карданные передачи / Я. Э. Малоховский, Л. А. Лапин, Н. К. Веденеев. М.: Машгиз, 1962. 156 с.

3. Карданные передачи грузовых автомобилей. Проблемы и решения / С. Н. Иванов [и др.] // Автомобильная промышленность. 1992. № 11. С 35–37.

4. Иванов, С. Н. Карданные передачи трансмиссий. Перспективы проблемы / С. Н. Иванов, В. А. Савельев, Н. П. Кочешков //Автомобильная промышленность: 1988. № 12. С. 40–43.

5. Иванов, С. Н. Трансмиссионные валы нового поколения / С. Н. Иванов // Автомобильная промышленность. 1998. № 11. С. 25–28.

6. Трикозюк, В. А. Надежность автомобиля / В. А. Трикозюк. М.: Транспорт, 1980. 88 с.

7. Лавринович, М. Ф. Анализ долговечности деталей автомобилей семейства МАЗ и технические методы ее повышения / М. Ф. Лавринович, М. М. Шустерняк. М.: НИИНавтопром. 1981. 56 с.

8. Заславский, О. Я. Системный подход как метод исследования долговечности карданной передачи / О. Я. Заславский // Автомобильная промышленность. 1981. № 11. С. 21–24.

9. Ротенберг, Р. В. Системный подход к проблеме надежности и вопросы ее обеспечения / Р. В. Ротенберг. М.: Знание, 1981. 341 с.

10. Кравченко, В. И. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение / В. И. Кравченко, Г. А. Костюкович, В. А. Струк; под ред. В.А. Струка. Минск: Тэхналогiя, 2006. 409 с.

11. Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства: пат. РФ № 2188134 / В. П. Лобозов, С. И. Никитин, К. З. Шепеляковский, А. А. Кузнецов, В. И. Кравченко, Г. А. Костюкович, М. М. Семеняко, А. М. Гагасов, Г. А. Достанко. Опубл. 09.08.2001.

12. Карданный вал наземных транспортных средств: пат. РФ № 2212345 / В. А. Дроздов, Г. А. Костюкович, В. И. Кравченко. Опубл. 01.04.2002.

13. Карданный вал наземных транспортных средств: пат. РБ № 4418 / В. А. Дроздов, Г. А. Костюкович, В. И. Кравченко. Опубл. 05.01.1999.

14. Commercial Vehicles and Buses – Cross-Tooth Propeller Shaft Flanges, Type T: ISO 12667:1993 [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.iso.org/standard/19694.html.

15. Commercial Vehicles and Buses – Cross-Tooth Gearbox Flanges, Type T: ISO 8667:1986 [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.iso.org/standard/16054.html.

16. Веремейчик, А. И. Плазменные технологии как одни из основных технологий повышения эксплуатационных свойств металлоизделий / А. И. Веремейчик, М. И. Сазонов, В. М. Хвисевич // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки: меж-дунар. сб. науч. тр. / Бел. гос. ун-т транспорта. Гомель, 2008. Вып. 2. С. 6–12.

17. Чекан, Н. М. Азотирование и нанесение особо твердых композиционных покрытий на поверхность инструментальных сталей в едином технологическом цикле / Н. М. Чекан, И. П. Акула, А. Н. Горельчик // 60 Международная научная конференция «Актуальные проблемы прочности»: материалы конференции, Витебск, 14–18 мая 2018 года / УО «ВГТУ», ГНУ «Институт технической акустики НАН Беларуси». Витебск, 2018. С. 176–180.

18. Овчинников, Е. В. Cтруктура электроискровых нанокомпозиционных покрытий на металлической матрице / Е. В. Овчинников, Н. М. Чекан, В. М. Хвисевич, А. И. Веремейчик, В. В. Михайлов, Н. Н. Казак // Вестник Брест. гос. техн. ун-та. 2021. № 1. C. 49–53. https://doi.org/10.36773/1818-1212-2021-124-1-49-53.

19. Овчинников, Е. В. Смазочные материалы на основе полярных и неполярных жидкостей, модифицированных гибридными углеродными наноматериалами / Е. В. Овчинников, В. М. Хвисевич, Н. М. Чекан, А. И. Веремейчик, Е. И. Эйсымонт, Г. А. Костюкович // Вестник Брест. гос. техн. ун-та. 2021. № 2. C. 58–62.

20. Веремейчик, А. И. Моделирование пробивки отверстия цилиндрическим пуансоном / А. И. Веремейчик, С. Р. Онысько, В. М. Хвисевич, А. А. Сосновский // Новые технологии и материалы, автоматизация производства: сб. ст. межд. науч.-техн. конф., Брест, посв. 55-летию Брест. гос. техн. ун-та / Брест. гос. техн. ун-т; редкол.: С. Р. Онысько [и др.]. Брест: БрГТУ, 2021. С. 107–111.