Научная статья на тему 'Структура и взаимосвязь факторов точности деталей, сопряжений и пути снижения погрешностей при изготовлении ДВС'

Структура и взаимосвязь факторов точности деталей, сопряжений и пути снижения погрешностей при изготовлении ДВС Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
162
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ТОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ И СОПРЯЖЕНИЙ / МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ И НАСЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ / ЗАПАС ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ / OPERATIONAL PRECISION OF PARTS AND INTERFACES / FORMATION MECHANISM AND INHERITANCE OF ERRORS / PRECISION LEVEL OF PARTS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Санаев Н. К.

Проблема обеспечения требуемого уровня точности деталей и сопряжений при изготовлении и сборке дизеля представлена как многогранная задача, для решения которой предлагается структура и взаимосвязь факторов влияющих на исходную эксплуатационную точность деталей и сопряжений. Впервые введено понятие исходная эксплуатационная точность. Раскрыт механизм образования и наследования погрешностей, позволяющий установить запас точности деталей и их количество.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Санаев Н. К.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The Structure and Interconnections of Part Precision Factors and Couplings and the Ways to Reduce Errors at Internal Combustion Engine Production

The problem of providing of a demanded level of accuracy of details and conjugations at manufacturing and assembling of diesel engine is presented as a many-sided problem for solution of which the structure and interrelation of factors influencing on initial operational accuracy of details and conjugations is offered. For the first time the concept of initial operational accuracy is introduced. The mechanism of formation and inheritance of the errors is discovered, allowing to find a stock of accuracy of details and its quantity.

Текст научной работы на тему «Структура и взаимосвязь факторов точности деталей, сопряжений и пути снижения погрешностей при изготовлении ДВС»

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. Сигнал ШИМ задается вручную или, если необходима стабилизация выходного напряжения, через обратную связь от сравнивающего органа.

Рпс.4. Регулируемый по напряжению высокочастотный

преобразователь

Структура и взаимосвязь факторов точности деталей, сопряжений и пути снижения погрешностей при изготовлении ДВС

к.т.н., доц. Санаев Н.К.

Дагестанский государственный технический университет Точность деталей принято оценивать по уровню соответствия линейных и диаметральных размеров, пространственной взаимной координации поверхностей и их осей, микро и макрогеометрии поверхностей, твердости и микроструктуры материала, требованиям, установленным в чертежах.

Однако при установлении последнего соответствия в зависимости от квалификации и опыта работы конструктора, полноты информации о модели функционирования деталей сопряжении в узле, в двигателе и от целого ряда других факторов допускаются погрешности, которые могут наследоваться в ходе изготовления и эксплуатации дизеля. И эту точность на данном этапе можно назвать конструкторской точностью.

Для реализации конструкторской точности поршневого двигателя внутреннего сгорания требуется разработать, оснастить и выполнить не менее 130 тысяч технологических операций изготовления и контроля, и при этом неизбежно отмечается разброс размеров деталей в пределах установленных допусков. Наследуются эти погрешности в зависимости от технологической точности станков и приспособлений, контрольно-измерительных средств, а также погрешностей, обусловленных недостаточностью опыта и квалификации технологов при разработке технологических процессов и осуществления подготовки производства, несоблюдения технологических требований при изготовлении и контроле качества деталей исполнителями, в том числе занятыми на вспомогательных производственных операциях. В результате к конструкторским погрешностям добавляются погрешности технологические и производственные, что позволяет выделить отличные от конструкторской точности технологическую точность и производственную точность, а отличие зависит от суммы унаследованных погрешностей из-за технологических и производственных нарушений. Так, из проверенных в

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. течение двух лет 5453 основных деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) дизелей 4ч8,5/11 и 6ч9,5/11 погрешности, обусловленные технологическими и производственными нарушениями, имели 927 деталей, что составляет 17% , из которых 11 % приходились на технологические факторы, а 6 % - на производственные нарушения.

На сборку КШМ и дизеля поступают детали, изготовленные на конкретном производстве с характерным для него уровнем качества, где в ходе сборки, обкатки и испытания узлов, агрегатов, механизмов и дизеля детали подвергаются монтажным, тепловым и нагрузочным деформациям, от монтажных и внутренних сил , сил давления газов и сил инерции масс деталей, совершающих возвратно-поступательные движения , центробежных и инерционных сил масс деталей, совершающих вращательное движение, и сил трения в подвижных сопряжениях. В результате к конструкторским, технологическим и производственным погрешностям добавляются погрешности, обусловленные деформациями деталей и сопряжений под действием монтажных усилий в ходе сборочно-монтажных операций, погрешности, обусловленные тепловыми и нагрузочными деформациями и неудовлетворительной защитой поверхностей трения деталей от литейных, технологических, производственных и обкаточных загрязнений в первые часы работы при приемо-сдаточных испытаний. При успешном завершении последних дизель упаковывается, транспортируется до потребителя, где после его распаковки и монтажа на объекте перед вводом в эксплуатацию подвергают обкатке в течение 60-100 часов на долевых нагрузках. По завершении этих работ к перечисленным погрешностям добавляются погрешности, обусловленные некачественным выполнением транс-портно-монтажных операций и изменением размеров микро- и макрогеометрии поверхностей трения подвижных сопряжений в ходе эксплуатационной обкатки.

В связи с изложенным можно выделить еще 4 вида точности:

• по завершении сборочно-монтажных операций - сборочно-монтажную точность;

• по завершении приемо-сдаточных испытаний - испытательную точность;

• по завершении транспортно-монтажных операций на объекте - транспортно-монтажную точность;

• по завершении эксплуатационной обкатки - исходную эксплуатационную точность.

Закономерности появления погрешностей конструкторских, технологических, производственных, сборочно-монтажных, испытательных, транспортно-монтажных, эксплуатационно-обкаточных и изменение точности деталей и сопряжений в ходе всего цикла создания дизеля крайне велика, особенно для отечественных заводов, а исходная эксплуатационная точность является одним из ведущих факторов, определяющих характер и динамику износа сопряжений, а также и срок их службы в двигателе. Отмечаемый в эксплуатации значительный разброс ресурса до переборки дизелей одной и той же модели во многом объясняется различием их исходной эксплуатационной точности.

С момента ввода дизеля в эксплуатацию начинается отчет срока службы деталей и сопряжений, а также постепенное и непрерывное изменение микро и макро геометрии деталей, вследствие изнашивания трущихся поверхностей под действием нагрузок сил давления газов, сил инерции движущихся масс и сил трения.

Таким образом, обеспечение точности деталей и сопряжений дизеля - задача многогранная и состоит из нескольких взаимосвязанных аспектов, объединяющих большое количество конструкторских, технологических, производственных, эксплуатационных факторов, оказывающих влияние на формирования погрешностей при изготовлении, сборке, испытании, обкатке и вводе в эксплуатацию.

Рабочие поверхности подвижных соединений деталей дизеля, его агрегатов и узлов изготовлены, в лучшем случае, с неровностями в пределах заданных классов шероховатости. Поэтому в первые часы работы дизеля, площадь поверхности контакта подвижных сопряжений и удельные давления в соединении зависят от суммарных площадей выступов неровно-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

стей по шкале Яа или реже по шкале Я2 . Эти площади можно увеличить как изготовлением

поверхностей деталей с чистотой, обеспечивающей требуемое срабатывание металла по металлу без длительной эксплуатационной обкатки, так и изготовлением деталей с меньшими затратами в производстве и назначением относительно продолжительной обкатки перед вводом дизеля в эксплуатацию.

Рис. 1. Структура и взаимосвязь факторов, формирующих исходную эксплуатационную

точность деталей и сопряжений ДВС.

Первое увеличивает стоимость изготовления, а второе повышает затраты в эксплуатации. Так, например, отечественные автомобильные двигатели ЗМЗ, УАЗ, ВАЗ согласно руководству по эксплуатации приходится обкатывать на долевых нагрузках в течение времени необходимого для пробега автомобилем 10000 км, а дизели ч8,5/11 и ч 9,5/11 в течение 60 ч., тогда как продолжительность обкатки автомобилей производства Японской фирмы «НИССАН» с двигателями с искровым зажиганием СЮ2ДЕ; СЯ 14ДЕ; НЮ6ДЕ или дизелем К9К составляет всего 1600 км пробега, что в 6,25 раза меньше. Сокращение продолжительности эксплуатационной обкатки до минимальных значений характерны для двигателей производства ведущих зарубежных фирм.

Из анализа этих данных следует, что, чем ниже уровень конструкторской, технологической, производственной, сборочно-монтажной, испытательной точности деталей, тем больше времени требуется для приработки деталей и сопряжений, соответственно приходится назначать более длительные продолжительности или пробеги транспортных средств для эксплуатационных обкаток и наоборот.

Исследования точности деталей КШМ дизелей ч8,5/11 и ч9,5/11, выполненные путем

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. определения закона распределения параметра точности, поля рассеяния и сопоставления последнего с техническим допуском с использованием законов распределения: Гаусса, Шарлье, Релея и законов модуля разности и некруглости, показали, что:

• на предварительных черновых операциях, где снимается значительная часть припуска, наблюдается несимметричность кривых распределения диаметральных размеров, а погрешности обработки зависят от материала заготовки, режимов резания и технологического метода обработки;

• при чистовых и финишных операциях обработки графики распределения погрешностей диаметральных и линейных размеров оказывается более симметричными, что объясняется существенно меньшими припусками обработки;

• погрешности диаметральных и линейных размеров хорошо описываются графиками нормального распределения (законом Гаусса), а коэффициенты эксцесса и асимметрии не превышают своих утроенных ошибок, что позволяет относить распределение к симметричным.

В отличие от диаметральных и линейных размеров, погрешности которых являются случайными функциями, геометрические формы и расположения поверхностей характеризуются погрешностями, определяемыми как разность между наибольшими и наименьшими диаметрами в поперечном и продольном сечениях. Закон распределения их определяется путем выравнивания экспериментальных графиков по закону Релея, а затем последовательно по закону модуля разности и по закону некруглости.

В результате графики погрешностей формы и расположения поверхностей изменили свой вид от резко несимметричного до почти симметричного, а погрешности формы отмечаются у всех исследованных деталей: поршней и втулок цилиндров, отверстий под их установку в блоке цилиндров и отверстий в поршневой и кривошипной головке шатунов, а также осей и поверхностей шатунных и коренных шеек коленчатого вала.

Анализ собранных статистических данных в условиях производства и изучения процесса образования погрешностей позволил установить, что:

• в целом ряде случаев погрешности геометрической формы и расположения поверхностей деталей не укладываются в заданные поля технологического допуска;

• вследствие технологических и производственных факторов погрешности, выходящие за установленные поля допуска, отмечаются у целого ряда деталей, количество которых достигает 17%;

• запас точности деталей и пределы его повышения путем ликвидации производственных нарушений составил 6%, а совершенствованием технологических процессов изготовления - еще 11%.

На основании указанных исследований были откорректированы технологические допуски на нелинейные размеры коленчатого вала, операции термической обработки его ТВЧ, исключены операции холодной правки коленчатых валов и шатунов, схема базирования поршня при выполнении черновых операций была изменена путем разработки специальной оправки, а часть операций технологического процесса изготовления коленчатого вала были переведены на станки с ЧПУ, были внесены изменения и в режимы термической обработки заготовок блок - картеров и в операции монтажа втулок цилиндров в блок - картер, с целью снижения деформаций первых от монтажных усилий и т.д.

С целью совершенствования технологических процессов и стабилизации параметров заданной точности были разработаны перечисленные мероприятия на базе вскрытия механизма образования погрешностей обработки основных размеров блок - картера и втулки цилиндра, поршня и шатуна, коленчатого вала и поршневого пальца, которые позволили существенно уменьшить предельные значения погрешностей до уровня, укладывающего в поля допусков их размеров.

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

Выводы

1. На пути от разработчика до эксплуатационника точность деталей и их сопряжений в дизеле не является постоянной и изменяется вследствие формирования погрешностей в процессе проектирования, разработки технологических процессов и осуществления подготовки производства, изготовления деталей и их сборки, испытания дизеля, транспортировки и монтажа на объекте и обкатки для ввода в эксплуатацию.

2. Вскрытие механизма образования и наследования погрешностей позволяет установить, что запас точности деталей и их количество, не укладывающиеся в поля допусков на размеры, а также вклад в это конструкторских, технологических, производственных, сбороч-но-монтажных, испытательных, транспортно- монтажных и обкаточных операций- с целью разработки научно обоснованных рекомендаций для достижения заданного или оптимального уровня точности деталей и сопряжений ДВС.

3. Закономерности изменения заданной точности деталей в ходе реализации технологических и производственных циклов изготовления, а также при вводе в эксплуатацию формирует исходную эксплуатационную точность, от которой начинается отчет срока службы деталей и зависит характер и динамика износа поверхностей трения дизеля и его узлов.

Математическая модель механизма формирования опорной поверхности движения колесом перекатывающегося типа

К.т.н., доц. Сергеев А.И., к.ф-м.н., доц. Черный И.В.

МГТУ "МАМИ", БГИТА

Механизм формирования опорной поверхности с точки зрения механики можно представить трансформацией голономной нестационарной связи в стационарную и удерживающую с формированием при этом траектории деформации контактирующих поверхностей (обод колеса и поверхность движения).

, г2 - 2(Ъ - р)г + Ъ2 - гк = 0

Траектория деформации, 4 к , являющаяся уравнением свя-

зи и представляющая реакцию опорной поверхности системы "колесо - опорная поверхность" К (далее просто системы), полученную двумя пересекающимися поверхностями,

х2 + (7 - Ъ)2 - г2 = 0 Т (рис. 1) цилиндрической ' к (т ) и параболическим цилиндром:

х2 - рг = 0 (ц

, (тт ) где интервалы определения функции по координатам х и 2 выражают смещение системы:

2I2 < х < Р(Ъ - р) + 2д/(Ъ - р) + р1 т1

2(Ъ-р)+ ъ[(Ь-р)2 + р2г1 < х < ^2(Ъ -р) + р)2 + р2Г

Ъ - р - д/р2 - 2Ър + гк < г < Ъ - р + д/р2 - 2Ър + гк

гк < 2 < Ъ - р + д/р2 - 2Ър + гк . Определим работу силы по формированию траектории деформации и выберем на ней

точку М, определяющую положение мгновенного центра вращения во внешнем потенциальном силовом поле.

Проекции действующего на точку М внешнего силового фактора ^^ на координатные оси в каждой точке поля можно определить по формулам

^ =ди / дх; ^ =ди / дг П

х 2 , где ^ является силовой функцией, зависящей от коорди-

М и(х, г)

нат точки 1У1 4 ' 7 .

Элементарная работа силы в этом случае на элементарном участке траектории деформации в окрестности точки М (рис. 2) определяется как скалярное произведение векторов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.