CC BY
243
мощности / И. А. Мурог [и др.] // Проектирование колесных машин : материалы Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им.
Н. Э. Баумана. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Б аумана, 2010. — С. 87-91.
4. Мурог, И. А. Теория автомобильной техники как абстрактная сложная система / И. А. Мурог, В. Ф. Васильченков // Материалы XXIX науч.-метод. конф. воен. автомоб. и-та — Рязань : ВАИ, 1999 — С. 125 — 128.
ТЕРЕЩЕНКО Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения (ОФВАМТО).
Адрес для переписки: [email protected]
МУРОГ Игорь Александрович, кандидат технических наук, профессор (Россия), заместитель губернатора Челябинской области.
Адрес для переписки: [email protected] ФАДЕЕВ Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected] ШАБАЛИН Денис Викторович, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 15.02.2013 г.
© Е. С. Терещенко, И. А. Мурог, Д. Ю. Фадеев, Д. В. Шабалин
УДК 621.9.08:621.753.2:531.7:621.431 Н. Н. ЧИГРИК
Омский техникум высоких технологий машиностроения
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЗМЗ-511.10_______________________________
На основании исследования вопросов точности элементных размеров деталей ци-линдро-поршневой группы автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 при их комплектации и групповой взаимозаменяемости методом селективной сборки по группам действительных ремонтных размеров, применения методики расчета вероятностных характеристик цилиндрических сопряжений и графического изложения вероятностного распределения зазоров и натягов в сопряжениях «гильза — поршень», «отверстие в поршне под установку поршневого пальца — поршневой палец», «поршневой палец — отверстие во втулке верхней головки шатуна в сборе» выведены соотношения распределения зазоров и натягов в указанных сопряжениях и функциональная расчетная зависимость определения теоретического зазора и натяга в цилиндрическом сопряжении. Ключевые слова: точность элементных размеров деталей, формы поверхностей элементов и их взаимного расположения, посадка, допуск посадки, групповой допуск, размерная цепь.
Работоспособность деталей и механизмов автомобиля зависит от изменения предельных отклонений в подвижных сопряжениях вследствие износа деталей, ослабления прочности сопрягаемых посадочных соединений, нарушения нагрузочного режима, несоблюдения норм точности на сборку изделий и взаимной увязки отклонений размеров, формы и расположения, шероховатости поверхностей с точки зрения их влияния на погрешность измерений. Повышение качества ремонта автомобилей достигается совершенствованием организации технологии сборочных процессов и соблюдения технических требований на сборку, а комплектование и подбор деталей при ремонте непосредственно влияет на формирование его качества. При этом погрешность измерений зависит не только от точности применяемых средств измерений, но и от полноты реализации стандартных определений измеряемых величин, применяемого метода измерений, метода сборки,
условий, способа и схемы измерений, правильности и соответствия значений в конструкторской документации технических записей нормам точности, установления соответствия терминологии геометрических величин, их условных обозначений стандартным определениям на диаметр вала и отверстия по ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88) и ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-88) [1, 2], на допуски формы и расположения поверхностей — по ГОСТ 24642-81, ГОСТ 24643-81 [3, 4].
Все размеры с проставленными нормами точности следует подразделять на элементные, или сопрягаемые, образующие посадку с сопрягаемой деталью, и координирующие, определяющие положение элементов детали или присоединяемых деталей относительно комплекта основных конструкторских баз. Реальная форма поверхностей элементов делает элементный размер переменным, ограниченным двумя значениями — наибольшим и наименьшим. Например,
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Рис. 1. Расположение полей допусков втулки и вала при посадке с зазором: а — концентричное расположение полей допусков втулки и вала относительно общего центра симметрии; б — смещение полей допусков втулки и вала относительно общего центра симметрии вертикально вниз
до совмещения их в одной точке; в — образование предельных значений отклонений сопряжения
наибольший диаметр вала есть диаметр прилегающего цилиндра, а его наименьший диаметр — минимальное расстояние между противолежащими точками цилиндрической поверхности. Допуск элементного размера ограничивает отклонение формы его поверхностей, а допуск координирующего размера ограничивает отклонения расположения образующих его элементов. При измерениях и сортировке деталей на размерные группы валы сортируются по наибольшему диаметру, а отверстия — по наименьшему.
Реальное расположение элементов деталей делает переменными координирующие размеры, которые также можно ограничить двумя значениями — наибольшим и наименьшим, измеренными как расстояния между прилегающими к реальным поверхностям или их осям в направлениях, определяемых конструкторскими базами по ГОСТ 21495-76 [5]. Отклонения расположения не включают расположение формы рассматриваемой поверхности за счет использования прилегающих поверхностей, при этом исключения составляют радиальное и торцевое биение. Действительные размеры годных отверстий и валов в партии деталей, изготовленных по одним и тем же чертежам, могут колебаться между заданными предельными размерами, соответственно величина зазоров или натягов в сопряжении может колебаться в зависимости от действительных размеров сопрягаемых поверхностей деталей.
Графическое отображение при посадке с зазором расположения полей допусков втулки и вала относительно общего центра симметрии (рис. 1 а) наглядно поясняет образование предельных значений размеров и отклонений в сопряжении. Окружности, соответствующие предельным отклонениям втулки и вала, отстоят относительно номинальной окружности на значения верхних и нижних отклонений, причем оба отклонения втулки положительны, а отклонения вала отрицательны. Графическое определение значений номинального размера и предельных диаметральных отклонений втулки и вала в сопряжении осуществляется путем смещения окружностей вертикально вниз до совмещения их в одной точке (рис. 1 б). Однако такое графическое пояснение неудобно в связи с невозможностью совмещения масштабов номинального и предельных размеров ввиду того, что номинальный размер составляет де-
сятки и сотни миллиметров, а отклонения — всегда доли миллиметра. Для наглядности графического отображения значение номинального размера не указывают, а положение номинального размера без указания значения в масштабе заменяют горизонтальной линий, относительно которой откладывают в масштабе значения предельных отклонений сопряжения втулки с валом (рис. 1 б, в).
Объем сборочных работ составляет приблизительно 20 % общей трудоемкости капитального ремонта автомобилей [6]. Комплектование и подбор деталей играет более важную роль в формировании качества при ремонте автомобилей, чем при их производстве. В отличие от автостроения, где сборка производится из деталей, имеющих только номинальные размеры, сборка при ремонте автомобилей производится из трех различных по своей точности групп деталей, поступающих на сборку — из деталей годных без ремонта, восстановленных и новых. В авторемонтном производстве полная взаимозаменяемость сохраняется для деталей новых и восстановленных под действительные размеры. Для деталей ремонтных размеров взаимозаменяемость возможна лишь в пределах одного ремонтного размера, а для деталей, поступающих на сборку с допустимыми износами ремонтных размеров, взаимозаменяемость утрачивает свое значение в связи с невозможностью обеспечения величины допустимых отклонений в сопряжениях собираемых узлов и агрегатов. Соответственно, организация сборочных процессов в авторемонтном производстве может осуществляется по методу полной взаимозаменяемости, методом групповой взаимозаменяемости или селективного подбора, методом регулировки и пригонки.
Сборка методом пригонки производится путем изменения размера одной из деталей, заранее определенной величины, снятия с нее слоя металла. Все другие детали изготавливаются с экономически достижимой точностью для данных условий. Метод регулировки обеспечивает заданную точность в сопряжении путем постановки прокладок, шайб и дополнительных деталей.
Сборка по методу полной взаимозаменяемости наиболее желательна, но ее применение в авторемонтном производстве ограничено из-за использования при комплектации и подборе деталей годных без
£
£
п
В
2
.с Со С/1 ё со
П
2
Х\\\Чч\\\\\
о)
Рис. 2. Схема сортировки деталей на группы: а) посадка с зазором, Т1)=Т<1; б) посадка с зазором, ТО>Т<1; в) посадка с натягом, ТО>Т<1
ремонта, восстановленных и новых, изготовленных с более расширенными полями допусков при последующей сортировке деталей на равное число групп с более узкими групповыми допусками, что обеспечивается методом групповой взаимозаменяемости или методом селективной сборки.
В авторемонтном производстве с помощью селективного подбора обеспечивается точность сборки сопряжений узлов и механизмов, собираемых из деталей трех категорий — новых, восстановленных и изношенных, но с допустимыми износами. Селективная сборка узлов и агрегатов применяется для обеспечения высокой точности при отсутствии возможности точной обработки деталей. Необходимая точность собираемых узлов и механизмов автомобилей достигается путем включения в размерную цепь деталей, изготовленных со сравнительно широкими технологически выполненными допусками, в связи с тем, что изготовление деталей с меньшими допусками связано с увеличением вероятности появления брака и повышением себестоимости. При этом предусматривается дальнейшая комплектация деталей на равное число групп с более узкими групповыми допусками и последующей сборкой деталей по одноименным группам.
Селективным подбором обеспечивается сборка деталей цилиндро-поршневой группы двигателя, таких как поршни, поршневые пальцы, цилиндры, отверстия в бобышках поршня и в верхней головке шатуна; деталей переднего моста — сборка отверстий балки передней оси под клин шкворня поворотной цапфы; деталей заднего моста — сборка крестовины дифференциала и сателлита; деталей коробки передач — сборка наружной обоймы подшипника и диаметра отверстия под подшипник ведущего и ведомого вала.
Для установления числа групп п сортировки деталей необходимо знать требуемые предельные значения групповых зазоров или натягов, которые находят из условия обеспечения наибольшей долговечности соединения, либо допустимую величину группового допуска Тйгр' или ТПгр', определяемую точностью сборки и сортировки деталей, величиной возможной погрешности их формы. При этом отклонения формы не должны превышать группового допуска, поскольку одна и та же деталь может попасть в одну или в другую ближайшую группу в зависимости от того, в каком сечении будет измеряться деталь при сортировке. Из схемы сортировки деталей (рис. 2), при селективной сборке сопрягаемых деталей по посадке с зазором или с натягом, наибольшие зазоры или натяги уменьшаются, а наименьшие увеличиваются, приближаясь с ростом числа групп сортировки к среднему значению зазора или натяга для данной посадки, что делает соединения более стабильными и долговечными. В переходных посадках наибольшие натяги и зазоры уменьшаются, приближаясь с ростом числа групп сортировки к тому натягу или зазору, который соответствует серединам полей допусков деталей. В случай определения числа п групп, когда в исходной посадке наблюдается равенство полей допусков отверстия и вала ТБ=Тй групповой зазор или натяг остаются постоянными при переходе от одной группы к другой (рис. 2 а). При сборке деталей для повышения долговечности подвижных соединений необходимо создавать наименьший допустимый зазор, а для повышения надежности соединений с натягом — наибольший допустимый натяг. В случае, когда поле допуска отверстия больше поля допуска вала ТБ>Тй групповой зазор (или натяг) при переходе от одной группы к другой изменяются (рис. 2б, в), что не обеспечивает однородность соединений. Со-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Рис. 3. Графическое пояснение образования вероятностным способом отклонений полей допусков вала и отверстия, значений предельных и средних зазоров сопряжения, распределенных по нормальному закону распределения Гаусса
ответственно при равенстве полей допусков отверстия и вала ТБ=Тй наблюдается целесообразность применения метода селективного подбора.
В сопряжениях цилиндрических деталей предельные размеры вала и отверстия являются случайными величинами. Используя правило об алгебраическом суммировании систематических частей величин и квадратическом — случайных [7— 13] и принимая допущение, что распределение предельных размеров вала и отверстия соподчинены нормальному закону распределения в пределах поля допуска отверстия и вала [14], расчет предельных зазоров и натягов в сопряжении проводят вероятностным способом (рис. 3), полагая, что средние (систематические) значения диаметров соответствуют середине поля допуска отверстия и вала (Ес и ес), распределяются симметрично относительно центра группирования по нормальному закону распределения (кривой Гаусса), а случайное рассеивание размеров
от среднего значения размеров составляет половину поля допуска и определяется средним квадрати-
1
ческим отклонением, равным —Т (т. е. ТО= 6сО,
6
Т,=6сд.
d й>
Соответственно, значения зазора или натяга также будут распределяться по нормальному закону симметрично относительно среднего значения зазора или натяга (5С или МС). При этом среднее квадратическое отклонение для посадки (или ан ) определяется выражением
вероятностный допуск посадки (Т^ или ТNN )
ТВ = тN = бст 5
= а
5
N
О
й
а вероятностные предельные зазоры или натяги
: Sc + 3ss - Sc +——;
SБ - S - 3s - S - —S •
Smin ~ SC 3U S ~ SC ^ ;
Nmax - Nc + 3Sn - Nc +
Nmn - Nc - 3sS - Nc
Б
1 N
2
Значения зазора или натяга распределяются по нормальному закону симметрично относительно среднего значения зазора (SC) или натяга (NC) и определяются соответственно средним арифметическим между наибольшим и наименьшим значениями зазоров (Smax, Smjn) или средним арифметическим между наибольшим и наименьшим значениями натягов (N , N . ):
' max m.n'
S + S . с _ max m.n _ p _ ^
Nc
N + N . max mm..
2 "
• Ec.
В переходных посадках числовое значение среднего натяга (Мс) и среднего зазора (5с) определяется выражениями
Рис. 5. Номограмма определения относительного количества деталей в группах при селективной сборке
Y
34,136 Н 34,136 %
13,592 % 2,137% \/< / 13,592 % ЛУ 2,137%
>%>
-За -2а
2а За
Рис. 6. Распределение деталей по зонам дисперсии при нормальном законе распределения
N + N . max min
S + S . max min
N - S max max
S - N max max
2
2
Эмпирические кривые распределения размеров соединяемых деталей используются для сокращения объемов незавершенного производства, образующегося при селективной сборке. Если смещения центров группирования и кривые распределения размеров соединяемых деталей одинаковы и подчиняются нормальному закону распределения, то количество деталей в одноименных группах будет одинаковым. При идентичности кривых распределения сборка деталей одноименных групп (рис. 4) устраняет образование незавершенного производства.
При делении допуска, выраженного в единицах длины, на равные части заменяют делением допуска на части, границы которых выражаются в долях дисперсии (о). Определение относительного количества деталей в каждой группе при выражении их границ в долях о осуществляется по номограмме [9], представленной на рис. 5. По оси абсцисс, имеющей равномерную шкалу, откладываются значения случайной величины х, а по оси ординат — значения интегральной функции вероятностей (Рх<х). Ось ординат имеет трансформированную шкалу вероятностей, для которой график интегральной функции (Рх<х) обращается в прямую линию. В случае, если первая группа имеет сортировочные границы от —2о до — 3о, то относительное количество деталей этой группы будет составлять 2,272 — 0,135 = 2,137 %, тогда относительное количество деталей второй группы при сортировочных границах от — о до —2о составит 15,864 — 2,272= 13,592 %, а относительное количество деталей третьей группы при сортировочных границах ±о будет составлять 84,136—15,864 = 68,272 %.
В четвертой и пятой группах относительное количество деталей соответственно равно 13,592 и 2,137 %. На рис. 6 отображено распределение деталей по зонам о при нормальном законе распределения. Количество сборочных единиц, собранных из деталей третьей группы, примерно в четыре раза больше, чем собранных из первой, второй или четвертой и пятой групп.
Изменение технического состояния цилиндропоршневой группы, а именно, цилиндров, поршневых колец, поршней, поршневых пальцев, шатунов, шеек и вкладышей коленчатого вала зависит от многих факторов эксплуатационного порядка, таких как нагрузка, температурный режим, периодичность и качество технического обслуживания, качество масел, топлива, режима прогрева двигателя. Интенсивность изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы двигателя автомобиля определяется конструкцией и состоянием рабочих поверхностей подвижных сопряжений деталей, происходит в условиях высоких температур и часто изменяющихся скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя, является преимущественно результатом процесса граничного трения из-за присутствия абразивных и коррозионно-активных веществ.
К сборке кривошипно-шатунного механизма предъявляются особо жесткие требования с целью обеспечения необходимых зазоров и натягов в сопрягаемых деталях. Цилиндрические сопряжения деталей двигателя, такие как «гильза —поршень», «поршень — поршневой палец — отверстие во втулке верхней головки шатуна в сборе» после их изготовления, непосредственно перед сборкой, сортируют на классы и группы с соответствующей маркировкой. Соединения деталей кривошипно-шатунного механизма собирают по методу групповой взаимозаменяемости, поскольку сборка по методу полной взаимозаменяемости технически и экономически не целесообразна,
Б
Б
S
max
Б
Б
2
e
c
- ec Ec
2
2
Sc -
-Ec - ec
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
а производственные допуски деталей соединения значительно больше, чем технологические требования к допуску посадки. Поэтому существующий производственный допуск на изготовление деталей соединения искусственно уменьшают Td/n; TD/n для получения равенства допусков ТП=ТS, ТП=TN и по суженым допускам TDr; Tdr детали сортируют на размерные группы. При селективной сборке деталей соединения, относящихся к одной размерной группе, посадка сопрягаемых деталей будет обеспечена по методу полной взаимозаменяемости в соответствии с требованиями технической документацией, что предопределяет надежность и долговечность работы сопряжений деталей.
В поршневом пальце маркировка наносится краской на внутренней поверхности, на поршне — в нижней части бобышек, на шатуне — на наружной цилиндрической поверхности малой головки. Согласно конструкторской документации [15], подбор поршней к гильзам цилиндров осуществляется по наружному диаметру поршня и внутреннему диаметру гильзы цилиндров, при этом маркировка групп производится на днище поршня и на посадочном пояске гильзы цилиндров (рис. 7, 8). При сборке палец, поршень и шатун комплектуют из деталей только одной группы. Количество размерных групп определяется необходимой точностью сборки и допусками для деталей сопряжений.
Согласно конструктивным требованиям [15] комплектование поршней с гильзами цилиндров двигателя ЗМЗ-511.10 автомобиля ГАЗ-3307 осуществляется селективным подбором. В сопряжении «гильза — поршень» внутренний диаметр гильзы цилиндров составляет 0 92+0,060 мм, наружный диаметр юбки
поршня 0 92-
мм по посадке с зазором S =
max
Рис. 7. Подбор поршневых пальцев и поршней из деталей, имеющих одинаковые ремонтные размеры
Sc
S max- N max 0,072 - 0,048
2
2
= 0,012 мм,
изменяются в пределах допуска сопряжения «гильза — поршень»
TП=TD+Td = Smаx+Nmаx =
= 0,072 + 0,048 = 0,120 мм.
При этом числовое значение допуска сопряжения «гильза — поршень» значительно превышает значения допуска посадки на данное сопряжение, установленного техническими требованиями [15]. Для выполнения условия обеспечения точности сборки сопряжения «гильза — поршень»
ТП= TS,
TD+Td = S -S
max min'
= +0,024 мм и Smjп= +0,012 мм. Поршень номинального размера 0 92 мм изготавливают с допуском по диаметру юбки поршня Тй = 0,060 мм с наибольшим предельным размером йтах=91,988 мм и наименьшим предельным размером йтп = 92,048 мм. Внутренний диаметр гильзы цилиндра номинального размера 0 92 мм изготавливают с допуском ТБ=0,060 мм с наибольшим предельным размером Бтах=92,060 мм. Если произвести сборку данного сопряжения без подбора, методом полной взаимозаменяемости, характеристики посадки будут иметь следующие числовые значения
Smax=Dmax dmjп=ES =
= 92,060 — 91,988 = 0,072 мм,
N =d -D = es—EI=
max max mjn
= 92,048 — 92 = 0,048 мм,
существующий производственный допуск на изготовление деталей соединения искусственно уменьшают путем деления его на пять равных частей
п=ТП^=0,060/0,012 = 5.
Групповой допуск размерной группы
ТБг = ТБ/п = 0,060/5 = 0,012 мм,
Тйг = Тй/п = 0,060/5 = 0,012 мм.
В табл. 1 приведены группы действительных ремонтных размеров сопряжения внутреннего диаметра гильзы цилиндров с наружным диаметра юбки поршня автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10, маркировка по группам сопряжения при комплектации поршней с гильзами цилиндров. На рис. 9 представлена схема расположения полей допусков до и после селективной сборки.
0,012
Группа гильзы
Группа поршня
Рис. 8. Подбор поршней с гильзами цилиндров с простановкой маркировки группы на днище поршня и на посадочном пояске гильзы цилиндра
Таблица 1
Группы действительных ремонтных размеров сопряжения внутреннего диаметра гильзы цилиндров и наружного диаметра юбки поршня автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 с указанием маркировки
Группы действительных ремонтных размеров гильзы цилиндра, мм Группы действительных ремонтных размеров юбки поршня, мм Маркировка
92,000-92,012 91,988-92,000 А
92,012-92,024 92,000-92,012 Б
92,024-92,036 92,012-92,024 В
92,036-92,048 92,024-92,036 Г
92,048-92,060 92,036-92,048 Д
Примечание: все измерения производятся при температуре 20 °С по ГОСТ 8.050-73 [16]
Рис. 9. Схема расположения полей допусков до и после селективной сборки в сопряжении внутреннего диаметра гильзы цилиндров и наружного диаметра юбки поршня
двигателя ЗМЗ-511.10
Вероятностный допуск и среднеквадратическое отклонение посадки составят
Твп =^(ТП)2 + (Тй)2 = V602 + 602 = 84,853 мкм, 1 1
°п = Ъ5(Н) = 6 • тп = 6 • 84,85 = 14,142 мкм.
Вероятностные характеристики посадки будут изменяться в пределах
ТБ 84 85
*В = *с + = 12 + = 54,425 мкм;
п 2 2
Тв 84 85
NП = № - Тп- = 12 - 84,85 = 30,425 мкм. п 2 2
Аргумент функции Лапласа ^ш) для данного сопряжения составляет
2ш = *N1 = = 0,845.
SS(N) 14,142
Согласно табличным данным [17], числовое значение функции Лапласа составило
Фо(гш) = Фо(0,849) = 0,3023.
Распределение предельных размеров деталей при изготовлении распределяется по закону нормального распределения в пределах поля допуска гильзы цилиндров и поршня. Соответственно, при расчете вероятностных предельных зазоров или натягов принималось условие их распределения согласно нормального закона распределения.
Вероятность появления зазоров (натягов) в сопряжении
Р1(^)=0,5±Фо(гт),
определена относительной величиной зазоров и натягов в исследуемом сопряжении
P(S)=0,5 + 0,3023 = 0,802 = 80,2 %;
^(N=0,5 — 0,3023 = 0,198= 19,8 %.
При сборке внутреннего диаметра гильзы цилиндров и наружного диаметра юбки поршня автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 примерно 80,2 % составят соединения с зазорами и 19,8 % — с натягами. Графическое пояснение вероятностного распределения зазоров и натягов сопряжения отображено на рис. 10.
Согласно техническим требованиям [15], вследствие того, что точность центрирования деталей в соединениях определяет наибольший допустимый зазор при заданном значении радиального биения (БСИЯ) на нормируемой длине вдоль внутренней цилиндрической поверхности гильзы цилиндров в сопряжении «гильза —поршень», определяемый разностью наибольшего и наименьшего расстояний от всех точек реальной поверхности в пределах нормируемого участка до базовой оси, одним из требований к цилиндрическому сопряжению «гильза —поршень» является указание числового значения зазора в сопряжении, определяемого замыкающим звеном размерной цепи (рис. 11)
АД = А2-АГ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
129
Рис. 10. Вероятностное распределение зазоров и натягов в сопряжении внутреннего диаметра гильзы цилиндров и наружного диаметра юбки поршня двигателя ЗМЗ-511.10
Рис. 11. Размерная цепь цилиндрического сопряжения «гильза—поршень», образующая зазор
Таблица 2
Группы действительных ремонтных размеров цилиндрических сопряжений деталей цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 «отверстие в поршне под установку поршневого пальца — поршневой палец», «поршневой палец — отверстие во втулке в верхней головке шатуна в сборе» и их маркировка
Группы действительных ремонтных размеров поршневого пальца, мм Группы действительных ремонтных размеров отверстии поршня, мм Группы действительных ремонтных размеров отверстия во втулке малой головки шатуна в сборе, мм Цвет маркировки
25,0000-24,9975 25,0000-24,9975 25,0070-25,0045 белый
24,9975-24,9950 24,9975-24,9950 25,0045-25,0020 зеленый
24,9950-24,9925 24,9950-24,9925 25,0020-24,9995 желтый
24,9925-24,9900 24,9925-24,9900 24,9995-24,9970 красный
Примечание: все измерения производятся при температуре 20 °С по ГОСТ 8.050 - 73 [16]
Исходя из графического представления вероятностного распределения зазоров и натягов в сопряжениях, применяя стандартные обозначения выведена функциональная расчетная зависимость определения теоретического зазора и натяга в цилиндрическом сопряжении «гильза —поршень», где зазор является замыкающим звеном размерной цепи
_ гъ-Ё5 лев
-\d +
(ES + Е1) ± (ES + Е1) 2 _ 2
(ев + ег) (ев + ег)л
22
= (Ес - ес) ±д/(0,5 • Тй)2 + (0,5 • Тв)2 = Sc ± Тп.
где D, d — номинальные диаметры гильзы цилиндров
и юбки поршня двигателя; мм; Тй, Ти — допуски поршня и гильзы цилиндров, мм; Ес, ес — средние значения полей допусков соответственно гильзы цилиндров и поршня.
В табл. 2 приведены группы действительных ремонтных размеров сопряжений деталей цилиндропоршневой группы автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 [15] таких как «отверстие в поршне под установку поршневого пальца—поршневой палец» и «поршневой палец — отверстие во втулке верхней головке шатуна в сборе», их маркировка, а на рис. 12—14 — схемы расположения полей допусков до и после селективной сборки, графическое пояснение вероятностного распределения зазоров и натягов в указанных сопряжениях.
Согласно техническим требованиям [15], комплектование деталей автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10, таких как поршней с поршневыми пальцами
Рис. 12. Схема расположения полей допусков в сопряжениях деталей цилиндро-поршневой группы двигателя ЗМЗ-511.10 «отверстие в поршне под установку поршневого пальца - поршневой палец» и «поршневой палец - отверстия во втулке верхней головке шатуна в сборе»
ОтвеОС/Пие в поршне под установке поршневого польий
ПППШНРІЇПЙ ПППРИ
Рис. 13. Вероятностное распределение зазоров и натягов в сопряжении «отверстие в поршне под установку поршневого пальца - поршневой палец» деталей цилиндро-поршневой группы ЗМЗ-511.10
от берет ue b Зронзобои
Рис. 14. Вероятностное распределение зазоров и натягов в сопряжении «поршневой палец - отверстие во втулке верхней головке шатуна в сборе» деталей цилиндро-поршневой группы ЗМЗ-511.10
и с отверстием в верхней головкой шатунов в сборе, осуществляется групповой взаимозаменяемостью или методом селективного подбора.
В сопряжениях «отверстие в поршне под установку поршневого пальца - поршневой палец» и «поршневой палец - отверстие во втулке верхней головки шатуна в сборе» внутренний диаметр отверстия в поршне под установку поршневого пальца составляет 0 25-0010 мм, наружный диаметр поршневого пальца 0 25-0010 мм, внутренний диаметр отверстия во втулке верхней головки шатуна в сборе 0 25'++0<003 мм. Соединение «отверстие в поршне под установку поршневого пальца - поршневой палец» осу-
ществляется по переходной посадке Smax= +0,025 мм, N =0,025 мм, а сопряжение «поршневой палец —
max << it г “I
отверстия во втулке верхней головки шатуна в сборе» — по посадке с натягом N =+0,095 мм и N . =
* max ' min
= +0,045 мм. Внутренний диаметр отверстия в поршне под установке поршневого пальца номинального диаметра 0 25 мм изготавливают с допуском TD1= = 0,010 мм с наибольшим предельным размером Dlmax=25 мм и наименьшим предельным размером D1min = 24,990 мм. Наружный диаметр поршневого пальца номинального размера 0 25 мм изготавливают с допуском Td=0,010 мм с наибольшим предельным размером dmax= 25 мм и наименьшим предельным
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
размером йтШ = 24,990 мм. Внутренний диаметр отверстия во втулке верхней головки шатуна в сборе номинального диаметра 0 25 мм изготавливают с допуском ГО2 =0,010 мм наибольшим предельным размером &2шах= 25,007 мм и наименьшим предельным размером &2ш1п = 24,997 мм.
Вследствие того, что точность центрирования деталей в соединениях определяет наибольший допустимый зазор при заданном значении радиального биения (БСЫК) на нормируемой длине вдоль внутренней цилиндрической поверхности гильзы цилиндров в сопряжении «гильза - поршень», определяемый разностью наибольшего и наименьшего расстояний от всех точек реальной поверхности в пределах нормируемого участка до базовой оси, одним из требований к цилиндрическому сопряжению «гильза - поршень» является указание числового значения зазора в сопряжении, определяемого замыкающим звеном размерной цепи. Исходя из графического представления вероятностного распределения зазоров и натягов в сопряжениях и применяя стандартные обозначения выведена функциональная расчетная зависимость определения теоретического зазора и натяга в цилиндрическом сопряжении «гильза-поршень». На основании изложенной методики вероятностного распределения характеристик цилиндрических сопряжений, вероятность распределения зазоров и натягов в сопряжении «отверстие в поршне под установку поршневого пальца - поршневой палец» соединения с зазорами приблизительно распределяются с вероятностью 50 %, и соединения с натягами также распределяются приблизительно с вероятностью 50 %. В сопряжении «поршневой палец-отверстие во втулке верхней головки шатуна в сборе» соединения с натягами составят приблизительно 99,8 %, а соединения с зазорами — 0,2 %. При комплектовании и селективном подборе внутреннего диаметра гильзы цилиндров и наружного диаметра юбки поршня автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 вероятность соединений с зазорами составит приблизительно 80,2 %, а соединений с натягами — 19,8 %.
Библиографический список
1. ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88). Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. - Введ. 1990-01-01. - Взамен ГОСТ 25346-82. - М. : Изд-во стандартов, 1992. - 26 с.
2. ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-88). Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки. - Введ. 1983-07-01. -М. : ИПК Изд-во стандартов, 2001. - 54 с.
3. ГОСТ 24642-81 (СТ СЭВ 301-88). Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения. Основные термины и определения. — Введ. 1981 — 01—07. — М. : Изд-во стандартов, 1990. — 70 с.
4. ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 646-77). Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения. Числовые значения. — Введ. 1981 — 01—07. — М. : Изд-во стандартов, 1981. - 16 с.
5. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. — Введ. 1977-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1982 г. — 37 с.
6. Технология ремонта машин и оборудования / Под общ. ред. И. С. Левитского. — М. : Колос, 1975. — 560 с.
7. Глухов, В. И. Метрологическое обеспечение качества по точности геометрических величин : учеб. пособие / В. И. Глухов. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. — 140 с.
8. Глухов, В. И. Теория измерений геометрических величин деталей : учеб. пособие / В. И. Глухов. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012 . — 108 с.
9. Чигрик, Н. Н. Основы метрологии : конспект лекций / Н. Н. Чигрик. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2006. — 104 с.
10. Чигрик, Н. Н. Основы стандартизации : учебное пособие для вузов / Н. Н. Чигрик. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007 . — 112 с.
11. Чигрик, Н. Н. Методы обнаружения и исключения
систематической составляющей погрешности результатов измерений : метод. указания / Н. Н. Чигрик, С. Ф. Елецкая. —
Омск : Изд-во ОмГТУ, 2005. — 24 с.
12. Чигрик, Н. Н. Методы дисперсионного анализа в теории погрешностей : метод. указания / Н. Н. Чигрик. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2006. — 27 с.
13. Чигрик, Н. Н. Выявление и исследование первичных
погрешностей измерительного прибора : метод. указания / Н. Н. Чигрик. — Омск : СибАДИ, 2009. — 16 с.
14. Допуски и посадки : справ. В 2 ч. Ч. 1 / В. Д. Мягков
[и др.]. — 6-е изд., перераб. и доп. — Л. : Машиностроение. Ленинград. отделение, 1982. — 543 с.
15. ГАЗ-3307. ГАЗ-3309. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. — М. : Издательский дом Третий Рим, 2007. — 188 с.
16. ГОСТ 8.050-73 (СТ СЭВ 1155-78). Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений. — Введ. 1981 — 01—01. — М. : Изд-во стандартов, 1988. — 11 с.
17. Сергеев, А. Г. Метрология : учеб. пособие для вузов / А. Г. Сергеев, В. В. Крохин.— М. : Логос, 2001. — 408 с.
ЧИГРИК Надежда Николаевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), преподаватель спецдис-циплин.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 28.03.2013 г.
© Н. Н. Чигрик
Поправка
В журнале «Омский научный вестник», № 3(103), 2011 г., в разделе «Машиностроение и машиноведение» название статьи авторов М. А. Зверева, Вал. И. Сурикова, Вад. И. Сурикова, Н. А. Прокудиной следует читать: «Мультиплетность процессов а-релаксации в композитах на основе полифениленсульфида».
