Повышение качества электромеханических изделий по точности геометрических характеристик Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 000.01:621

МОВЫШЬНИЬ КАЧЬ (_ I ВА ¿JlfcK I КОМгХАНИЧЬСКИХ ИЗДЬЛИЙ IIU I Ü4HÜL I И I fcCMfc i КИЧЬС К ИХ ХАНАК ibКИС I ИК

Б. И. Гл*хив\ С. Н. ДмишклЛ М. Н. Лакеенм/ 1 Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия -Омский государственный университет путей сообщения, с. Омск, Россия 'ООО «Опитго га ¡струма опалыгяй jaood «Транспорт», с. Омск, Россия

.Аннотация - Повышение качества электромеханических изделии не представляется возможным без уточнения их reo метрических характеристик. Поскольку в электромеханических изделиях одним из узлов. определяющих срок их службы, являются узлы моторно-якорных подшипников. Срок службы МО-

торно-якорных подшипников далеко не всегда совпадает с расчетным, а часто оказывается во много раз меньшим, поскольку сборка п монтаж изменяют зазоры, размеры п геометрические отклонения рабочих поверхностен деталей подшипника н базовых деталей подшипникового узла. В статье на примере тягового электродвигателя электровоза разработана геометрическая модель вала якоря тягового электродвигателя. Определены элементы деталей, участвующие в сопряжении с прилегаюшимидеталями и материализующие обобщенную и вспомогательные системы координат. Установлены назначение, информативность н число первичных погрешностей элементов. Разработаны предложения по внесению изменений в конструкторскую документацию на основе геометрической модели с целью повышения геометрической точности и качества изделий.

Хлючгеыг слова: железнонорожный транспорт, тяговый электродвигатель, подшипниковый узел, геометрическая модель, качество, точность.

I Введение

Повышение качества электромеханических изделий предстгвляетсложную комплексную проблему, включающую вопросы повышения срока службы их электрической и механической ча:тей. Вопросы повышения срока службы электрической части являются наиболее изученными широким крутом ученых и в статье не рассматриваются.

В свою очередь, исследования вопросов иовышснил срока службы меланической части имени конорукюр-ское. технологическое и метрологическое направления.

Ree иггледояпния ся$гоны го следующими именами российских и чарубеж-ных исследователей R И Глу-хов. В. Ф. Журавлев. В. П. Ковалев. Bell J.C. Dyson А.. Blok Н.

Рассмотрим методику построения реальных геометрических моделей на примере детали - вал якорятягового элепродвигателя магистральных электровозов. Схема тягового электрсдвигателя представлена на рис. 1.

1238

Рис. 1. Схема тягового электродвигател* ТЛ-2К: 1 - шит подшипниковый со стороны коллектора: 2 - второй шит подшипниковый: 3 - остов: 4 - траверса: 5 -кожух; 6 - якорь: 7 - моторю-якорный роликовый подшипник 8. 9 - крышка подшипника внутренняя: 10 -крышка подшипника внешняя: 11 - кольцо уплотннтельное

Тяговый электродвигатель является одним из самых дорогостоящих узлов электровозов, поэтому сокращение числа внеплановых ремонтов и увеличение его срока являются актуальными.

П. Постановка задач

С целью определения характера взаимодействия деталей, на основе точности нх геометрических величин, в собранном тяговом электродвигателе в работе поставлены и решены следующие задачи:

- разработаны геометрические модели вала якоря и других деталей тягового электродвигатели;

- установлены назначение, информативность и число первичных погрешностей расположения в обобщен-нойснстеме координат:

- разработаны предложения по внесению изменений в конструкторскую документацию на основе геометрических моделей.

Ш. Теория. Разработка геометрической модели вала якоря тягового электродвигателя

1. Определяем функциональное назначение элементов вала на основе рабочего чертежа и сборочного чертежа тягового электродвигателя.

Поскольку вал вращается на двух подшипниках качения, комплектом основных конструкторских баз. определяющих положение вала в тяговом электродвигателе, являются оси цнлиндрнче:кнх элементов 02 н 12которыми пал оттирается на подшипники и готорме совместно образую- общую базовую осв 014 с информативностью 4. потому что .лишают вал 4х движений: плоская опорная база В1, с информативностью 1. лишает одного движения вдоль базовой оси а4: плоскость симметрии шпоночного паза 81- втсрая опорная саза, лишающая вал вращения вокруг общей базовой оси вала С14. Число лишаемых базами степеней свободы разно шести.

Основные базы образуют полную обобщенную систему координат вала: ось 14 является обобщенной осью базовых цилиндрических элементов 02 н 12, проходит через центры их средних сечений С/ и С-и имеет информативность 4. О - начало координат, номинально располагается на пересечении оси 24 с плоской опорной базой В1. а координатная плоскость 20Х проходит через центр Си плоскости симметрии пшоночиого паза, центр второй опорной ба зы 51. б которой располагается ось Х2 с информативностью 2. Ось У имеет информативность, равную нулю т.к. для ее направления не нужна дополнительная база

2. Находим оси вспомогательных систем координат.

Комплектом вспомогательных конструкторских баз для запрессовки втулки якоря являются оси цилиндрических элементов 12 н N2, образующими двойную направляющую базу Л14 с информативность 4. лишающую втулку якоря 4-х движений, двух других движений относительно и вокруг оси Ж4 втулка яксря лишается за счс1 посадки ее на вал с на 1 жом. Полный комилекх всиомо1 «цельных баз донолнхкп юрцонын заилечик базы Е2, ближайший к началу координат О и основная конструкторская база 51, которые совместно с базой Л\т4 материализуют вспомогательную систему координат 0'Х2ТТ4.

Комплектом вспомогательных конструкторских баз для присоединяемой шестерни со стороны коллектора являются: ось конической поверхности 05 с информативностью 5, лишающей шестерню 5-гн движений и опорная база - плоскость симметрии шпоночного паза 51 с информативностью I - лишает шестерню одного вращения вокруг оси 05. Одна и та же база 57 выполняет функции основной и вспомогательной конструкторской базы, служит связующим звеном между двумя комплектами баз и нх системами координат - обобщенной 0X2У24 н в:помогательной 0'"Х"2Т"2"4. Полный комплект вспомогательных баз 05 и 51 (5+1=6) материализуют полную вспомогательную систему 0'"Х"'2Т"2'"4.

3. В качестве обобщенной системы координат вала якоря выбираем 0X2114. Вспомогательной системой координат первого порядка является система координат материализованная элементами вала, предназначенными для запрессовки втулки якоря 0'Х,2П'4. 0"'Х"2Т"2'"4 - вспомогательная система второго порядка, материализована конической поверхностью под посадку шестерни и шпоночным пазом.

На рис. 2 изображена геометрическая модель вала якоря тягового электродвигателя. Параметры геометрической модели вала приведены в табл. 1.

4. Количество и вид первичных погрешностей положения элементов определяются числом н видом движений. не израсходованных рассматриваемым элементом на образование обобщенной системы координат.

ЯЪАЕУл

50т;АЕГг? ЖтЮЪ

ОШГя

Oif.ru

ЙШ

10',АЕУю

0ЫП'7\\0'*АЕГ9 ЭО'ЗАЕУК

МХо

55ПЛЕУ»

ЭВГгШя

ШЛг

Рис. 2 Геометрическая модель вала: а) - в плоскости ОХ224; б >- в плоскости 0)14

таблица 1

параметры геометрической модели вала

Номер н обозначение элементз детали и системы коэрдикат

Вид. назначение, информативность и число перБнчных погрешностей расположения элемента я ОГК

Размеры н лервнч-ные погрешности

расположения, размеров и формы

Базы, размеры, допуски рзсполо-женш. размеров и формы по технической документации

тип

Предложения, расчетные параметры, варианты на оснсве геометрической модели

1

0X2724

Ц. ОБ. 2л 2л-2у 2.1-2-

0°±аех, с°±леу1 а,-её, ЕР,

0140 10052

шш

► 62

0140

I 0.0 Б 2 +0,027

/10.021 а

77ж

2 12 0X2724

Ц. ОБ. 2л 2л-2у-2л=2у

0°±аех,

о°±аеу2

¿2-Есь ЕЕу

туожи

014О+О,О52

ШШ

014ОЯК

\7Ш

~б(

иш

шш

том а

з

л

0X2724 Сз-4

Ц. ВБ. Ост 2л-2у-0 = 2л+2у

0=ЕХ3 сьеуз С'е=АЕХ; 0°±аеу3 йгЕй3

/Г

шл

шш

о\0.Q2

/А 0.0116!

иш

шш

о от

4

N.2 0X27/4 Г4

7

С7 0X2724

Ц. ВБ. Ост

2л+2у-0 = 2л-2у

К. ВБ. Ост Зл-2у-0 = Зл+2у

0=ЕХ4

0=еу4 0"±АЬХ4

о°±аеу4

ЛгЕсЦ ЕБ4

0=ех-0=еу-0с=аех-

о°±аеу7

2Т±ЕЪ, ЕТ,

\/\0,08\1

47+о,19 ^ +0,1О

/У 0,02

о 002

Не нормируется Не нормируется Не нормируется

1Ю 82

0137,54^08 Не нормируется

<1 №

И 0,011 6!

/А 0.01 0/

ом

ОМ

О 1

© 0Щ6!

110 АТ8 82=0.11 ТТб)

|-| 0,012

ПШ

8

С8 ОХ2724

К ВБ. Ост Зл-2у-0 = Зл+2у

0-ЕХк 0=еу8 Сс=АГХ5 ос=АЕУ$

¿8

Не нормируете* Не нормируется Не нормируете

1Ю 82

0137?Я^.О8 Не нормируется 6Г1-10

0,01 \ 61

110 ат8

82=0.11 (ГГб)

и

57

<5

Пр. ОБ. 1л

2уИл-1л=2у

0°±АЕУ,1 о:=АЕги

/А 10 ЩШ1

И

IV. Теория. Разработка геометрической модели подшипникового щита тягового электродвигателя 1. Определяем служебное назначение элементов подшипникового щита на основе рабочего чертежа и сборочного чертежа тягового электродвигателя.

ТАБЛИЦА 2

ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОДШИПНИКОВОГО ЩИТА

Номер и обозначение элемента детали и системы координат

Внд. назначение, информативность и число первичных погрешностей расположения элемента в ОСК

Размеры н первичные погрешности

расположения, размеров и формы

Базы, размеры, допуски расположения. размеров и формы пс технической документации

Предложения, расчетные параметры, варианты на основе геометрической модели

1

АЗ

охтг

П. ОБ. 2у+1л 2 л 12у-2у-1л-1л

Щ 0.С5 С

и

002

2 12

охтг

Ц. ОБ. 2л 2л+2у-2л=2у

¡>0С=АЕХ. 90°=АЕУ2 <Ь-Ес->

Ш

092<Щ£

Ш7

шт

Щ й06 | А

12

з

(И ОХ4У22

Ц. ВБ. Ост 2л-2у-0=2л+2у

90°=АЕХ3 90°±АЕУ3 Бз+ЕБз

ЕБз 0±ЕХ3 0=ЕУ3

0360^2

О ПОЗ

А 0,03

@ 0.06

пгт

<4^1

4

Са ОХ4У22

П. ИП. Ост

2л+2у-0=2ль2у

0°=.АЕХ4 0о=АЕУ4

ер4

Не нормируется Не нормируется

36.5=1 Не нормируется

<5

31

Ц ОБ 1л 2л-1л=1л

ЕБз

Не нор\отруется Не нормируется Не нормируется

Подшипниковый щнт устанавливается в остов. Комплектом основных конструкторских баз. определяющих положений подшипникового шита в остове являются: плоская опорная торцовая Оаза А5 с информативностью 3. т.к. .лишает подшипниковый щнт трех движений: одного .линейного и двух угловых; цилиндрическая база 12 с информативностью 2. лишающая полтшпдкорьш щит доух поступательных движении; сен цнлиидрилескои поверхности крепежного отверстия В1 с информативностью 1. .лишающая подшипниковый щит одного вращательного движения вокруг базовой оси 12. Поскольку число .лишаемых степеней свободы равно шести (3+24=6). то основные базы образуют полную обобщенную систему координат подшипникового щита: осьХ4 является осью плоского базовего элемента АЗ н совпадает с его плоскостью, проходит через ось базового отверстия В1 и имеет информативность 4. Начало координат О номинально располагается на пересечении оси цилиндрической базы 12, а координатная ось У2 с информативностью 2 располагается в плоскости базы ЛЗперпещщкулярпо осп Х4. Ось 2 имеет информативность, равную пулю. т.к. это перпендикуляр, воссгаиов ленный из начала коорхгнат О к координатной плоскости ХОУ, в которой располагаются оси Х4 л У2 с общей информативностью б.

2. Вспомогательной ЕонструкторсЕой базой для установки наружного кольца роликового подшипника является ось двойной направляющей цилиндрической базы с информативностью 4. лишающей наружное еольцо подшипника 4-х движений. Поскольку при сборке тягового электродвигателя наружное кольцо своим заплечи-ком упирается в лабиринтное кольцо с внутренней стороны, то его плоская поверхность и будет являться плоской опорной базой щиплющей кольцо одного движения. В процессе эксплуатации наружное кольцо должно вращаться, т.к. педпшпник рассчитан на циркуляционное нагруженне. поэтому число .лишаемых базами степеней свободы равно пяти.

Рис. 3. Геометрическая модель подшипникового шита а) - в плоскости ОХ420. б) - в плоскости 0)'220:; в) - в плоскости ОХ4У2

3. В качестве обобщенной системы координат подшипникового щнта выбираем OX4Y2Z. На рнс. 3 изображена геометрическая модель подшипникового щита.

4. Количество п вид первичных погрешностей положения элементов подшипникового щита определяются числом н видом движений, не израсходованных его элементами на образование обобщенной системы координат OX4Y2Z

Параметры геометрической модели подшипникового щнтапрпведены в табл. 2.

V. Результаты экспериментов

Успешные эксперименты по повышению качества электромеханических изделий по точности геометрических характеристик на основе системного подхода по определению характера взаимодействия деталей позволяют рекомендовать к широкому внедрению следующие научные результаты:

1. Прн разработке геометрических моделей детален сформулированы варианты предтожений по внесению изменений в нормировании допусков.

2. PaîpaôoTaHbi предложения по внесению изменений в проектную и конструкторскую документацию.

VL Обсуждение результатов

На обсуждение выносятся следующие результаты:

1.. Методика построения геометрических моделей реальных детален.

2. Назначение, информативность и число первичных погрешностей расположения в обобщеннойснстеме координат.

VIL Выводы

1. Методика построения геометрических моделей реальных деталей позволяет устанавлнватьвсе элементы, участвующие в сопряжении деталей, а также более полно оценивать характер их взаимодействия.

2. Позволяет определять элементы, конструкторские базы которых материализуют системы координат, совмещаемые прн сопряжении.

3. Позволяет учитывать отклонения формы и расположения элементов прн расчете размерных цепей на ста-дннпроектнровання деталей и узлов.

\ТП. Заключение

Повышение качества электромеханических шделнй возможно за счет определения характера взаимодействия деталей на основе точности их геометрических величин.

список литературы

1. Глухо в В. И. Метрологическое обеспечение качества в машиностроении: учео. пособие. Омск: Изд-во ОыГТУ, 2008.221 с. : ил

2. Глухов Б. И. Повышение точности измерений в машиностроении на основе введения новых комплексных показателей действительных размеров деталей: дне.... д-ра техн. наук. М.: 1998. 370 с.

3. Glukbov V L Geometrical product specifications: Alternative standardization principles, coordinate systems: models, classification and verification if International Scientific and Technical Conference onDynainics ofsystems. mechanisms and machines (Dynamics), no v. 12-13, 2014. Omsk. 2014. P. 1-9.

4. Журавлев В. Ф Некоторые !адачи статики и динамики ротора в неидеальных подшипниках: дне. канд. физ. - мат. наук. М. 1970. 139 с.

5. Ковалев М. П.. Народецкнй М. 3. Расчет высокоскоростных шарикоподшипников. М. : Машиностроение. 1980. 373 с.

6. Bell J.C, Dyson A. Mixed friction in an ehstohydrodynaniic system if ELastohydrodyikaniiclubrication syniposi-umLondon 19 72 .P. 68 7(5.

7. Blot H. Les temperatures de surface dans des conditions de graissage sour pression extreme H Congr. mondial du petrole. Parts. 1937. Vol DL P. 471-486.