CC BY
102
СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ
УДК 621.11.01
Калмыков Ю.В., Михайловский И.А., Сальников В.В., Пестерев Д.А.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПРИ СБОРКЕ ШАРОВЫХ ШАРНИРОВ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЕЙ
Шаровые шарниры передней подвески обеспечивают шарнирное соединение рычагов передних подвесок с поворотными кулаками и осуществляют передачу от колес к кузову всех видов нагрузок, возникающих при движении автомобиля, с одновременным поворотом и вертикальными ходами управляемых колес [ 1].
Сборочное соединение шарового шарнира, объединяющее элементы шарнира в функциональный узел, должно обладать требуемыми прочностными характеристиками, заложенными в конструкторской документации. Выполнение этих требований обеспечивает требуемый уровень безопасности при эксплуатации транспортного средства.
Одно из требований к соединению шарниров -герметичность соединения, оно должно исключать попадание в пару трения влаги и абразивных частиц.
В зависимости от конструкции шарового шарнира к сборочному соединению могут предъявляться различные дополнительные требования, такие как обеспечение заданного усилия вырыва шарового пальца, усилия выдавливания шарового пальца и др. Для одних из наиболее распространенных в России шаровых шарниров (для автомобилей ВАЗ 2108-2115, 1117-1119 Калина, 21702172 Приэра) основные требования представлены ниже:
- угол качания шарового шарнира должен находиться в пределах 1,96-7,85 Н-м (в зависимости от типа шарнира) [2];
- момент сопротивления при вращении и качании пальца должен находиться в пределах 1,96-7,85 Н-м (в зависимости от типа шарнира) [2];
- усилие вырыва шарового пальца из корпуса не менее 20 600 Н [3];
- сила выдавливания шарового пальца из корпуса не менее 29450 Н [3];
- изгиб шарового пальца при приложении кинетической энергии 157 Н-м в пределах 2,5-3,2 мм [2]. В настоящее время известны следующие способы
соединения шарниров: резьбовое (РВ), закатка снизу (КН), запрессовка снизу (ПН), закатка сверху (КВ), запрессовка сверху (ПВ).
Одна из первых конструкций шарового шарнира с
цельноштампованным корпусом включала в себя резьбовое соединение составных частей (рис. 1) [4].
При изготовлении шарнира с соединением РВ используются 4 элемента: шайба, вкладыш, корпус и палец. Отличительной особенностью такого соединения является наличие резьбы на корпусе шарового шарнира и на шайбе.
Процесс сборки данных шаровых шарниров представляет собой ряд последовательно выполняемых операций. Изначально производится предварительная сборка вкладыша с пальцем. Для снижения износа деталей в процессе эксплуатации в пару трения вкладыш-палец закладывается смазка. Подсобранная единица устанавливается в корпус. Заключительная операция сборки - вкручивание шайбы в корпус шарового шарнира. Закрутка производится до получения необходимых моментов качания и вращения.
Несомненным преимуществом описанного технологического процесса является простота выполняемых операций, также для изготовления шарниров не требуется приобретение сложного дорогостоящего оборудования.
К недостаткам следует отнести наличие дополнительных операций формирования резьбы повышенной точности на шайбе и корпусе, что ведет к повышению
Шайба
Рис. 1. Шаровой шарнир с соединением РВ до и после операции сборки
стоимости конечного изделия, а высокая вероятность возникновения дефектов резьбы усложняет (или делает невозможной) сборку соединения. Операция сборки соединения РВ, по сравнению со сборкой прочих соединений шаровых шарниров, занимает существенно больше времени, а само соединение не обеспечивает герметичности шарнира без применения специальных средств (уплотнительных колец, резьбовых герметиков и пр.).
Поскольку момент сопротивления качанию и вращению зависит от количества витков в зацеплении корпус-шайба, то усилие выдавливания шарового пальца из корпуса со стороны вкрученной шайбы не одинаково. Таким образом, прогнозирование значения осевого усилия, при котором произойдет разрушение соединения в процессе эксплуатации автомобиля, становится сложной задачей.
Шаровые шарниры с соединением РВ в настоящее время практически не используются. Дополнительные операции формирования резьбы на корпусе и шайбе шарнира отрицательно сказываются на себестоимости продукции, а большие габаритные размеры и масса изделия вынуждают конструкторов искать более совершенные технические решения.
Более широкое распространение получил способ сборки шарового шарнира КН (рис. 2) [5, 6].
Как и в шарнире с соединением РВ, в шарнире с соединением КН присутствуют основные элементы -палец, вкладыш и корпус. Конструкция вкладыша и корпуса изменена. Как видно из рис. 2, шайба в дан-
Вкладыш
Рис. 2. Шаровой шарнир с соединением КН до и после сборки
Вкладыш
Рис. 3. Шаровой шарнир с соединением ПН до и после сборки
ной конструкции отсутствует, однако введен дополнительный элемент - кольцо.
При сборке шарнира КН палец подсобирается с вкладышем с нанесением смазки. Собранная единица устанавливается в корпус, на вкладыш кладут кольцо и производят закатку.
Изготовление корпуса для шарнира КН является технологически сложной операцией. Проблема заключается в том, что корпус не имеет сквозного отверстия, а это затрудняет механическую обработку его сферической полости.
Конструкция корпуса, предназначенного для данной операции сборки, включает в себя массивные (толщиной до 3 мм) стенки под закатку. Оборудование для закатки металла такой толщины не распространено и имеет высокую стоимость. Расходные детали, такие как закатная головка, ось и закатные ролики, имеют сложную форму, требуют высокой точности изготовления и производятся из высококачественных марок инструментальных сталей, что существенно сказывается на их цене.
Также при закатке происходит нагрев детали. Поскольку вкладыш выполнен из неметаллического материала, при воздействии температуры он нагревается, деформируется от приложения нагрузки, момент сопротивления качанию и момент сопротивления вращению шарового шарнира в корпусе плохо прогнозируются. Однако благодаря особой конструкции корпуса выдавить палец из корпуса не представляется возможным.
Шарниры КН не получили большой популярности. Сложности возникают с механической обработкой корпуса. Такая конструкция используется, как правило, на автомобилях с повышенной осевой нагрузкой (эксплуатируемых на пересеченной местности).
Соединение шарнира ПН (рис. 3) выгодно отличается отсутствием кольца от соединения КН [7-9]. Технологический процесс сборки шарнира: первоначально собирается вкладыш с пальцем с нанесением на сферу смазки. На следующем этапе палец с вкладышем устанавливается в корпус. Последующая операция - запрессовка. Во время ее выполнения формируются основные характеристики шарнира.
Для осуществления процесса сборки необходимо наличие прессового оборудования. Геометрическая форма задается контуром деформирующего инструмента - пуансона. Пуансон оказывает давление на кромки корпуса, которые под действием прилагаемого к ним усилия деформируются. Стойкость инструмента, по сравнению с закатными машинами, значительно выше. Количество элементов по сравнению с другими способами минимально.
Операция запрессовки более производительна по сравнению с операцией закатки, при этом существенно менее интенсивно происходит нагрев пластикового вкладыша, чем при закатке.
К недостаткам сборки шаровых шарниров ПН следует отнести деформацию вкладыша во время осуществления операции. При запрессовке внутренняя сторона стенки корпуса принимает отличный от
сферы контур. Площадь контакта вкладыша с корпусом становится меньше, и давление на трущиеся поверхности при этом возрастает.
Конструкция корпуса незначительно отличается от корпуса для соединения КН, при этом остается его проблема с механической обработкой.
При эксплуатации шарнир, собранный соединением ПН, будет аналогичен шарниру с соединением КН. Отличительной особенностью будет усилие вырыва шарового пальца из корпуса, которое при прочих равных условиях ниже, чем у шарнира КН. Этот факт обусловливается отсутствием жесткого элемента - кольца.
Шаровой шарнир данной конструкции практически не применяется. Это связано с техно логическимис лож -ностями при механической обработке корпуса и запрес-совке его массивных стенок. Деформация вкладыша неблагоприятно сказывается на распределении нагрузки внутри шарнира, тем самым снижая его ресурс.
Одним из наиболее распространенных в настоящее время способов сборки шаровых шарниров является способ КВ. Соединение шарового шарнира КВ изображено на рис. 4.
В состав шарнира [10], собираемого данным образом, входит палец, корпус, вкладыш и шайба. Отличительная особенность данной конструкции - отсутствие резьбового соединения на корпусе и шайбе.
Сборочный процесс состоит из следующих операций: сборка пальца с вкладышем с применением смазки, установка в корпус, установка шайбы, закатка корпуса.
Шайба
Рис. 4. Шаровой шарнир с соединением КВ до и после сборки
Рис. 5. Шаровой шарнир с соединением ПВ до и после сборки
Балльная оценка способов сборки шаровых шарниров
Критерий Способ соединения шарнира
РВ КН КВ ПН ПВ
Затрачиваемое время на сборку 1 3 2 3 2
Затраты на инструмент при серийном производстве 3 2 2 3 3
Наличие нагрева при сборке 3 2 2 3 3
Стабильность характеристик после изготовления 3 2 2 2 2
Сложность (трудоемкость, точность) изготовления комплектующих 1 1 2 1 2
Себестоимость 1 1 2 1 2
СУММА БАЛЛОВ 12 11 12 13 14
Сложность обработки корпуса в данном случае ниже в сравнении с корпусами шаровых шарниров, рассмотренных ранее. Однако стоимость оборудования и инструмента для закатки сравнительно высока.
При эксплуатации шарнира данной конструкции появляется потенциальная возможность выдавливания пальца из корпуса шарнира.
Шаровой шарнир КВ нашел свое применение. Как правило, такой способ соединения шарнира выбирают при невозможности осуществления запрессовки.
Наиболее перспективным способом сборки шаровых шарниров из существующих в настоящее время представляется способ ПВ (рис. 5) [11].
Технологический процесс сборки выполняется в 3 этапа. Производится предварительная сборка вкладыша с пальцем, для снижения износа деталей в процессе эксплуатации в пару трения вкладыш-палец закладывается смазка. После этого в корпус устанавливается палец с вкладышем и шайба, производится запрессовка.
Данный способ соединения шарниров нашел свое применение, в том числе и при производстве для автосборочных конвейеров. Эю обусловливается рядом его преимуществ: выгодная производительность
сборки шарнира; отсутствие потребности в специфическом оборудовании; высокая стойкость оснастки.
У каждого из описанных способов соединения шаровых шарниров есть свои достоинства и недостатки. Для определения наиболее подходящего способа сборки была проведена оценка по 3-балльной системе каждого из них.
В качестве критериев были взяты: затрачиваемое время на сборку, затраты на инструмент при серийном производстве, наличие нагрева при сборке, стабильность характеристик после изготовления, сложность (трудоемкость, точность) изготовления комплектующих и себестоимость. Результаты сравнения способов соединения шаровых шарниров приведены в таблице.
По результатам сравнения 5 различных типов соединения шаровых шарниров наилучшим представляется способ соединения ПВ, что свидетельствует о возможности его более широкого использования в отечественном машиностроении.
Список литературы
1. Гун И.Г. Совершенствование технологической системы изготовления шаровых шарниров. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.
2. ОСТ 37.001.613-2002. Шарниры шаровые автотранспортных средств. Общие технические требования и методы испытаний. М., 2002.
3. ГОСТ Р 52433-2005. Автомобильные транспортные средства. Шарниры шаровые. Технические требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2006.
4. Пат. RU 2080497 П. Способ изготовления шарового шарнира / В.П. Недиков.
5. Пат. RU 2151926 П. Шаровой шарнир и способ его сборки / А.Г. Ситковский, А.Н. Падучин, И.Б. Короткевич.
6. Пат. RU 2149289 СТ. Шаровой шарнир / И.Г. Гун, О.С. Желез-ков и др.
7. Пат. RU 2121613 П. Универсальный шаровой шарнир Неди-кова / В.П. Недиков.
8. Пат. RU 33188 Ш. Шаровой шарнир В. Недикова / В.П. Недиков.
9. Пат. RU 2239106 П. Шаровая опора транспортного средства / В.П. Недиков.
10. Пат. RU 2296249 П. Шаровой шарнир / И.Г. Гун, Ю.В. Калмы-
ков и др.
11. Пат. rU 2280788 C1. Шаровой шарнир / И.Г. Гун, Ю.В. Калмыков и др.
List of literature
1. Gun I.G. Improvement of the technological system of ball joint manufacture. M. Publishing house of MGTU named after N.E. Bauman, 2000.
2. GOST 37.001.613-2002. Vehicle ball joints. General technical requirements and testing methods. M., 2002.
3. GOST P 52433-2005. Vehicles. Ball joints. Technical requirements and testing methods. M.: Standardinform, 2006.
4. Pat RU 2080497 C1. Method of ball joint manufacturing / V.P. Nedikov.
5. Pat RU 2151926 C1. Ball joint and its assembly method / A.G. Sitkovsky, A.N. Paduchin, I.B. Korotkevich.
6. Pat RU 2149289 C1. Ball joint / I.G. Gun, O.S. Zhelezkov, et al.
7. Pat RU 2121613 C1. Nedikov's universal ball joint / V.P. Nedikov.
8. Pat RU 33188 U1. V. Nedikov's ball joint / V.P. Nedikov.
9. Pat RU 2239106 C1. Vehicle ball joint / V.P. Nedikov.
10. Pat RU 2296249 C1. Ball joint / I.G. Gun, Yu.V.Kalmykov, et al.
11. Pat RU 2280788 C1. Ball joint / I.G. Gun, Yu.V.Kalmykov, et al.
УДК 621.88:658.56
Рубин Г.Ш., Вахигова Ф.Т., Лебедев В.Н., Гусева Е.Н., Шишов А.А.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ МЕТИЗНОЙ ПРОДУКЦИИ, ОСНОВАННЫЙ НА НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВАХ*
Метизы - металлические изделия разнообразной номенклатуры широкого промышленного назначения, к которым условно относят продукцию высокого передела черной металлургии. Структура сквозной технологии производства метизной продукции представляет собой последовательность следующих технологических переделов: производство чугуна; производство стали; производство проката; глубокая переработка, в том числе метизное производство.
Представление технологического процесса производства метизной продукции с позиции детерминированного подхода означает, что если состояние системы 5” изменяется таким образом, что в любой момент ґ оно может быть описано конечномерным вектором х, то можно предположить, что состояние данной системы в любой момент s+t, s>0, может быть представлено в виде некоторой функции следующей пары аргументов: состояния в момент ґ и текущего времени 5 [1], ТО есть
х^ + ґ) = g (х(ґ), 5).
Предположение о том, что настоящее состояние системы полностью определяет ее будущие состояния, является чрезвычайно ограничительным. При таком предположении все величины и модели, описывающие
* В работе принимали участие Носов А.Д., ЧукинВ.В.
их, принимаются полностью детерминированными, что не соответствует реальной ситуации. Детерминированный подход не учитывает особенностей металлургического производства, полностью игнорируя вероятностную составляющую технологии и свойств. Эю обстоятельство побуждает к построению других типов математических моделей и рассмотрению процессов как неопределенных (недетерминированных).
Исторически в математике сложилось три способа отражения неопределенности: статистический, стохастический, нечеткий.
Существенным преимуществом теории вероятностей является многовековой исторический опыт ис-пользования вероятностей и логических схем на их основе. Классическая вероятность аксиоматически определена как характеристика генеральной совокупности статистически однородных случайных событий. Однако когда неопределенность относительно будущего состояния объекта исследования теряет черты статистической неопределенности (отсутствует статистическая однородность), то применение в анализе классической вероятности, как измеримой в ходе ис -пытаний характеристики массовых процессов, оказывается незаконным. В этом случае современная теория принятия решений эффективно использует аппарат нечёткой логики и нечётких множеств.
Достижением теории нечетких множеств является введение так называемых нечетких чисел как нечет-
