CC BY
48
THE MATERIAL QUALITY CONTROL OF THE ELASTIC REBOUND METHOD OF QUASIPLASTIC STROKE
B. N. Stickanovskiy, L. M. Stickanovskaya
It is examined here the shock worker in which after each stroke the ball-breaker is positively turned. This action raises greatly its surface fatigued strength under interaction with tested surface under the material quality control by means of the elastic rebound method. Some rebounds take place under a single shock worker throw - quasiplastic stroke, which raises information and exactness of measuring greatly.
Keywords : ball-breaker, stroke, control, quality, elastic rebound.
Bibliographical list
1. A.c . 1045041 CCCP, G 01 M 7/ 00. The arrangement of the rebound investigation of production [ Text ] /B. Stikhanovskiy. -№3448940/2528 pat..08.06.82; pub.. 30.09.83, Bul. №36.-3p.
2. Stikhanovskiy B. N. The breaker of the material quality control of the elastic rebound method/ Stikhanovskiy B. //Contemporary problems of science and technical: col.of science troub./ OmGTU.- Omsk, 2011.-P. 65-66.
3. Stikhanovskiy B. N. The analysis of feeling the material quality control , hollow, futility and defects /Stikhanovskiy B. N, Redko U., Stikhanovskaya L.// Contemporary problems of science and technical: col.of science troub./ OmGTU.- Omsk, 2011.- P. 67-69.
Стихановский Борис Николаевич - доктор технических наук, профессор Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС). Основное направление научных исследований - ударные процессы. Имеет 264 опубликованных работ. e-mail: bstish@ mail.ru
Стихановская Любовь Михайловна - кандидат технических наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной
академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований - контроль качества материалов, системный анализ. Имеет 62 опубликованных работ. e-mail: [email protected].
УДК 621.9.08:621.753.2:531.7:621.431
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ СОСТАВЛЯЮЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДОПУСКА ПОСАДКИ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ РАБОТЫ ВКЛАДЫШЕЙ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Н. Н. Чигрик, Л. М. Леонова
Аннотация. По результатам анализа применяемых инструментальных средств систем диагностирования автомобильного двигателя без его разборки установлены с учетом влияния конструктивной и эксплуатационной составляющих функционального допуска посадки предельные значения функциональных зазоров на сопряжения вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 по назначенной в соответствие с рекомендациями ГОСТ 25347-82 посадке с зазором при выполнении условия жидкостного трения по толщине масляного слоя, значения эксплуатационного допуска запаса материала изделий на их износ, принимая во внимание, что допуск формы по ГОСТ 26642-81 ограничивает отклонение формы реальных поверхностей при рассмотрении определений предельных размеров отверстия и вала, данных ГОСТ 26346-89 с позиции предела максимума и минимума материала, а отклонения формы, ограниченные полем допуска размера уменьшают поле допуска действительных размеров на значение допуска формы.
Ключевые слова: обеспечение единства измерений, средство измерений, точность, посадка с зазором, допуск посадки.
Введение
Инструментальные средства систем диагностирования автомобильного двигателя и применяемые методы измерений являются основным объектом метрологического обеспечения точности диагностических операций. В силу физической разнохарактерности измеряемых величин при диагностировании автомобильного двигателя
измерительные приборы и датчики отличаются большим многообразием, что приводит к несопоставимости результатов измерений, трудности в выборе аппаратуры, существенному снижению достоверности измерительной информации в нарушение единства методов выполнения измерений [1] при достаточно объективной обработке результатов измерений и выборе
прогнозирующих функций, вследствие чего достаточно важно иметь обобщенный критерий точности и достоверности измерительной информации.
На основании положений РМГ 29-99 [2] точность измерительной информации определяется качеством измерений, отражает близость их результатов к истинному значению измеренной величины. Соответственно точность диагностирования технического состояния узлов и механизмов автомобильного двигателя оценивается по отклонению измеренного значения диагностируемой физической величины от его истинного значения, определяет их уровень технического состояния,
работоспособность и исправность, а по отклонению измеренной физической величины от его предельно допустимого значения - остаточный ресурс.
В соответствие с тенденцией
упорядоченных систем к самопроизвольному разрушению на основании второго закона термодинамики, оценка достоверности при заданном рассеивании значений
диагностируемых физических величин является основной характеристикой качества применяемого метода измерений и может рассматриваться в соответствие с положениями РД 26.260.004-91 [3] их
отклонениями от номинальных до предельных значений. Применительно к диагностическим операциям, включенным в технологические процессы технического обслуживания и текущего ремонта автомобильного двигателя, точность и достоверность диагностических операций оценивается по результатам измерений диагностируемых физических величин в соответствие с нормативами применяемой в России планово-предупредительной системы обслуживания и поддержания автомобилей в исправном состоянии [4 - 6].
Класс точности средств измерений характеризует их параметры и свойства, такие как градуировочные характеристики, диапазон измерений, чувствительность, условия применения, но не является непосредственной характеристикой точности диагностических операций. Из чего следует, что наибольшая допустимая погрешность, характеризующая класс точности средства измерений, однозначно не определяет погрешность конкретного измерения ввиду того, что значение максимальной наблюдаемой погрешности является неустойчивой случайной величиной,
зависящей от объема измерительной информации при аттестации прибора. Такая неопределенность приводит к применению различных критериев точности в оценке измерений в виде определенной погрешности, доли среднеквадратического отклонения, величины разброса значений измеряемого параметра в определенном доверительном интервале при заданной доверительной информации. Степень влияния большинства причин появления случайной погрешности измерений определяется методом измерений, конструкцией применяемого
инструментального средства измерений, нестабильностью погрешности отсчета, внешних сил, действующих на чувствительный элемент преобразователя или на отдельные звенья его механизмов, нестабильностью базирования измеряемой физической величины.
При выборе инструментальных измерительных средств значение допускаемой погрешности измерений нормируется в зависимости от допуска размера (1Т) по ГОСТ 8.051-81 [7]. В случае, когда допуск на изготовление не совпадает со значением, указанным в ГОСТ 8.051-81, погрешность измерений выбирается по ближайшему меньшему значению допуска размера (1Т). Значение допустимых погрешностей измерений может составлять от 20 до 35 % допуска на изготовление изделия. Погрешность результата измерений является суммарной погрешностью, состоящей из числа составляющих случайных и систематических погрешностей измерений, таких как погрешности базирования, метода измерений, температурных деформаций, методической погрешности и погрешности измерительного устройства. Качество измерительной информации определяется относительной погрешностью (б), значение которой с уменьшением значения измеряемой величины увеличивается. В пределах рабочего участка шкалы средства измерений относительная погрешность не может превышать приведенную погрешность более чем в три раза (б < 3^). Соответственно качество измерений на разных участках шкалы инструментального средства измерений не одинаково. При односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой рабочий участок шкалы занимает 2/3 ее длины, при двусторонней шкале с нулевой отметкой - одну последнюю
треть каждого сектора, а при шкале без нуля может распространяться на всю длину шкалы. В соответствие с РДМУ 50-98-86 [8] выбор стандартизированных средств измерений производится в зависимости от применяемого метода и схемы измерений. В случае разработки нестандартного средства измерений применяют
стандартизированное отсчетное устройство.
Основная часть
Автомобильный двигатель состоит из нескольких самостоятельных механизмов и систем, обеспечивающих процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу. При этом основной процесс преобразования одного вида энергии в другой происходит в кривошипно-шатунном механизме, техническое состояние которого оказывает непосредственное влияние на рабочие характеристики двигателя, такие как мощность, пусковые качества, расход топлива и масла, состав отработавших газов. При эксплуатации автомобиля наряду с рабочими процессами возникают и развиваются процессы разрушения, под действием которых технико-экономические качества автомобиля ухудшаются, а уровень рабочих процессов снижается. При этом процессы разрушения происходят в период всего времени существования автомобиля, в то время как рабочие процессы протекают в период его функционирования.
Соответственно в зависимости от материала и качества поверхности сопряженных деталей, характера контакта, нагрузки, скорости относительного перемещения, свойств и условий применения эксплуатационных материалов процесс изнашивания протекает в механизмах автомобильного двигателя различно.
Диагностирование деталей кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя без его разборки осуществляется оценкой результатов измерений нескольких диагностируемых физических величин при измерении количества газов, прорывающихся в картер, зазоров в верхних и нижних головках шатунов по утечке воздуха в надпоршневом пространстве при неработающем двигателе, компрессии в цилиндрах, вибрации и стуков, перепадов давления масла в диагностических сопряжениях, разряжения во впускном трубопроводе, частоты вращения коленчатого вала двигателя при выключении из работы отдельных цилиндров, при использовании компрессиметра, вакуумметра, расходомера
газов, опрессовочного оборудования, реометра, стробоскопа. Изменение технического состояния кривошипно-шатунного механизма, а именно, цилиндров, поршней, поршневых колец, шеек и подшипников коленчатого вала зависит от многих факторов эксплуатационного порядка, таких как нагрузка, температурный режим, периодичность и качество технического обслуживания, качество масел, топлива, режима прогрева двигателя. При изнашивании нижней головки шатуна увеличиваются ударные нагрузки, снижается давление масла в магистрали, появляются стуки, при этом разрушаются вкладыши коленчатого вала и сопрягаемые с ними поверхности шатунных шеек коленчатого вала. Увеличение предельных значений зазоров в сопряжениях вкладышей подшипников скольжения с коренными шейками коленчатого вала приводит к увеличению ударных нагрузок, разрушающих подшипники, снижению давления масла в смазочной системе, нарушению их смазки и появлению стуков. Данные сопряжения не оказывают влияние на эксплуатационные качества двигателя, но определяют необходимость ремонта, если их износ достигает предельного значения.
Возникающие при работе автомобильного двигателя стуки и вибрации представляют собой колебательные процессы упругой среды, источником которых являются газодинамические процессы - сгорание, впуск, выпуск, регулярные механические соударения за счет зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. Соответственно при работе двигателя данные колебания при накладывании друг на друга образуют спектр в виде случайной совокупности колебательных процессов. Параметрами колебательного процесса являются частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза, определяющие положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы двигателя. Частоту измеряют герцами, уровень -смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением, в барах, возникающим в ней, или же мощностью колебательного процесса, в децибелах.
Оценка технического состояния подшипников скольжения коленчатого вала автомобильного двигателя без его разборки осуществляется измерением давления масла
в главной магистрали или прослушиванием характерных зон стетоскопом при виброакустической диагностике двигателя. Оба метода являются приближенными с низкой оценкой метрологических
показателей, поскольку не позволяют количественно оценить износ сопряжений.
В то же время эксплуатация двигателя совершенно недопустима с возникновением несвойственных стуков и вибраций, улавливаемых пьезокристаллическим
преобразователем стетоскопа при изменении частоты вращения коленчатого вала регулированием положения дроссельной заслонки, прослушивая акустический фон в зоне работы коренных и шатунных подшипников коленчатого вала. Износ антифрикционного слоя на вкладышах, изнашивание шеек коленчатого вала по вкладышам приводит к непригодности коленчатого вала даже при замене вкладышей новыми и необходимости шлифовки шеек коленчатого вала под вкладыши ремонтного размера.
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, условий применения средств измерений в соответствие с требованиями методики выполнения измерений по ГОСТ Р 8.5632009 [9], изложенных в [10, 11], установления соответствия терминологии геометрических
величин, их условных обозначений стандартным определениям на диаметр вала и отверстия по ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 14588) и ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-88), на допуски формы и расположения поверхностей - по ГОСТ 24642-81, ГОСТ 24643-81 [12].
Все размеры с проставленными нормами точности подразделяются на элементные, образующие посадку с сопрягаемой деталью и координирующие, определяющие положение деталей друг относительно друга. Реальная форма поверхностей делает элементный размер переменным, ограниченным двумя значениями -наибольшим и наименьшим. Наибольший диаметр вала определяется диаметром прилегающего цилиндра, а его наименьший диаметр - минимальным расстоянием между противолежащими точками цилиндрической поверхности. Допуск элементного размера ограничивает отклонение формы его поверхностей, а допуск координирующего размера - отклонения расположения образующих его элементов. При нормировании отклонений формы, ее количественной оценки и взаимного расположения поверхностей используется принцип прилегающих прямых, поверхностей и профилей.
Действительные размеры годных отверстий и валов в партии деталей, изготовленные в соответствие с технической документацией, могут колебаться между заданными предельными значениями размеров. При этом значения зазоров и натягов в сопряжениях изменяются в зависимости от значений действительных размеров сопрягаемых деталей, а разность между предельно допустимыми значениями элементных размеров с учетом влияния отклонения формы поверхностей деталей определяется значением зазора
S = D
.ES-2ECED .es
EI
- des
ei+2ECEd - dEI+TCED dei
es-TCEd
в случае, когда размер отверстия до сборки больше размера вала D > d или значением
иатага N - des-2ECEd des - des-TCEd des
натяга IN - dei -DEI+2ECED- dei -DEI+TCED
при выполнении условия d < D.
Принимая во внимание, что ГОСТ 2534689 дает определение предельных размеров отверстия и вала с учетом отклонений формы с позиции предела максимума и минимума материала, а положениями ГОСТ 26642-81 установлено, что отклонение формы реальной поверхности относительно номинальной, заданной чертежом,
оценивается наибольшим расстоянием (ЕСЕ) от точек реального элемента по нормали к номинальной прилегающей поверхности в пределах нормируемого участка (/), за наибольший предельно допускаемый размер вала принимается диаметр описанного прилегающего цилиндра наименьшего возможного радиуса, который бы касался наиболее выступающих точек реальной цилиндрической поверхности и учитывая, что данный диаметр должен быть не больше предела максимума материала или наибольшего предельного размера. При этом за наименьший предельно допускаемый размер вала принимается размер, измеренный двухточечным
инструментальным измерительным
средством, при условии, что данный размер должен быть не меньше предела минимума материала или наименьшего предельного размера. Соответственно за наименьший размер отверстия принимается диаметр вписанного цилиндра наибольшего возможного радиуса, который касался бы наиболее выступающих точек реальной внутренней цилиндрической поверхности, при условии, что данный диаметр должен быть не меньше предела максимума материала или наименьшего предельного размера отверстия. За наибольший размер отверстия принимается размер, измеренный двухточечным инструментальным средством измерений, который должен быть не больше предела минимума материала или наибольшего предельного размера отверстия.
Действительный размер отверстия, измеренный по прилегающему вписанному цилиндру, является наименьшим, а наибольший действительный размер определяется отклонениями формы, ограниченными допуском формы
Dдmax = Dдmin + 2ECED, поскольку
действительный размер в соответствие с ГОСТ 25346-89 определяется как размер, полученный в результате измерений с допустимой погрешностью. Действительный размер вала, измеренный по прилегающему описанному цилиндру, является наибольшим, а наименьший действительный размер определяется отклонениями формы, ограниченными допуском формы
Сдт/п = Ндтах - 2ЕСЕС Отклонения формы уменьшают поле допуска действительных размеров на значение допуска формы, при этом расширить поле допуска можно только за счет уменьшения допуска формы
О/тдтТп < Dmax 2ЕСЕС), Одттп ^ От/п, Одтах < 1°тах;
й/Ттдтах ^От/п + 2ECED, йдт/х < От/п, Одтах ^ Отах, С/ТтдтТп < Нтах 2ЕСЕС, сдт/п ^ Ст/п, НДтах < Нтах,
С//тдтах ^ Нт/п + 2ЕСЕ(С, бдтах < Нтах, Ндт/п ^ Нт/п Соответственно реальные зазоры в сопряжении будут уменьшаться при уменьшении поля допуска действительных размеров на значение допусков формы
(Отах ётт)
те - ^ тах - ^ тТп - 0Е1+ТСЕП - ё®
- (°тт - ётах) - фНШдтт + 2ЕСЕБ - (ёНтД1Пах- 2ЕСЕф) --(БНтдт^-2ЕСЕБ -(ёНтдтп+2ЕСЕф),
Ш - :Мфтах - ^т!! - ёе;+ТСМ - БЕ;5-ТСЕП - (ётах - Отт) -
- (¿тт - Отах) - (ё 11тдтп+2ЕСЕё - (БНт Д1пах- 2ЕСЕЕ)) -
-(ёНтдтах-2ЕСЕё -(БНтдтп+2ЕСЕЕ)).
Изнашивание представляет собой процесс отделения материала с поверхности твердого тела и увеличение его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела. Изнашивание оценивается скоростью изменения размеров детали в единицу времени. Результатом изнашивания является износ, проявляющийся в отделении или остаточной деформации материала, изменении объема, веса, размеров сопряженных деталей, их формы и расположения. В случае незначительного изменения в результате пластических деформаций размеров деталей, их износ определяется единицами массы. Вопросы исследования и изучения процессов изнашивания отражены в научных трудах таких известных ученых как И. В. Крагельского, М. М. Хрущова, А. К. Зайцева, Б. И. Костецкого, Б. В. Дерягина.
Согласно гидродинамической теории трения сила трения для сопряжения вкладышей подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя, работающих в условиях жидкостного трения определяется зависимостью
г - I - и.- —, С
2
где П - поверхность трения, м ; у -вязкость масла, кг-сек/м ; и - скорость перемещения трущихся поверхностей, м/сек; С - толщина масляного слоя, м.
Из данной формулы следует, что с увеличением зазора в сопряжении вкладышей подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя сила трения уменьшается, что благоприятно влияет на уменьшение износа
и повышение срока службы сопряжения. При этом мощность, затрачиваемая на трение шейки коленчатого вала о сопрягаемую поверхность подшипника скольжения, будет уменьшаться с увеличением толщины масляного слоя (С).
Интенсивность изнашивания зависит от работы и вида трения и в общем случае подчиняется зависимости
ds , — = cp dt
f
1-k
Mi h2p
где Не - изменение линейных размеров трущихся деталей; I - путь трения; с и т -постоянные, зависящие от условий трения; р - удельное давление; Ф - коэффициент, определяющий условия гидродинамического давления в слое смазки; 3 - скорость относительного перемещения трущихся поверхностей; у - вязкость масла; 1П -линейный размер поверхности трения; С -линейный зазор между трущимися поверхностями.
Масляный клин в подшипнике скольжения возникает только в области определенных зазоров между шейкой коленчатого вала и вкладышами. Для обеспечения жидкостного трения необходимо чтобы между трущимися поверхностями вкладышей подшипника скольжения и шейкой коленчатого вала находился минимальный слой смазки. При этом предельная несущая способность подшипника скольжения (Ср>) определяется зависимостью предельной радиальной силы (И) от угловой скорости вращения (ю), при которых сохраняется режим жидкостного трения. Данный показатель зависит от значения зазора в сопряжении, точности взаимного расположения осей сопрягаемых цилиндрических поверхностей, относительной длины подшипника, шероховатости поверхности, вязкости масла, физико-механических свойств антифрикционных материалов и обеспеченности подшипника смазкой, технологических, силовых и температурных деформаций, вызванных локальным вытиранием поверхностного слоя подшипника из-за недостатка смазки, внедрением посторонних частиц в сопрягаемую с шейкой коленчатого вала поверхность подшипника скольжения, радиального износа подшипника из-за конусности шейки коленчатого вала, погрешностей формы и расположения. В работающей паре масло попадает постепенно в суживающийся клиновидный зазор между цапфой вала и вкладышем подшипника, вследствие чего возникает
гидродинамическое давление, стремящееся расклинить поверхности цапфы и вкладыша и сместить цапфу в сторону вращения в нагруженной зоне. Соответственно зазор по линии центров вала и отверстия делится на две неравные части (рис. 1.): толщину масляного слоя в месте наибольшего сближения поверхностей вала и подшипника (hmin) и оставшееся значение зазора (S - hmm). В состояние покоя под действием собственного веса и внешней нагрузки вал выдавливает масло и соприкасается с подшипником по нижней образующей, при этом по верхней образующей образуется зазор S, учитывая, что ось вала находится ниже оси подшипника на значение S/2.
а)
Рис. 1. Положение шейки коленчатого вала во
вкладыше подшипника скольжения: а - в состоянии покоя; б - в рабочем положении
Выбор стандартной посадки, не назначенной технической документацией [13] на сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10
осуществлялся по оптимальному зазору (Бопт), обеспечивающему максимальную надежность жидкостного трения, учитывая, что данные сопряжения работают длительное время с постоянным числом оборотов коленчатого вала п = 3200 об/мин и радиальной нагрузкой И = 3579,427 Н, при значениях диаметра и длине подшипника Н = 60 мм, I = 31,75 мм с
применением масла индустриального И20 по ГОСТ 20799-88.
В исследуемых сопряжениях вкладышей подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя максимальная толщина масляного слоя обеспечивается при оптимальном зазоре
^ПТ - Ч'ОПТ
где уопт - оптимальный относительный зазор, С - диаметр соединения, мм; С = 60 мм,
^опт - 0,293 - К
фе
Ц • n
Р
где у - динамическая вязкость масла, Па-с; у = 0,017 Па-с; п - число оборотов в минуту, об/мин; п = 3200 об/мин; R -радиальная нагрузка на подшипник, Н;
R = 3579,427 Н;
К.
фе
коэффициент,
учитывающий угол охвата и отношение //С. В соответствие с табличными данными [18] для половинного подшипника при значении //С = 31,75/60 = 0,529 и угле охвата ф = 180°, Кфе = 0,608; р - среднее давление на опору, _- 3579,427
Тй ~ 0,0317 - 0,060 Тогда
^ - 0,293 - 0,608 -. (0017:3200 - 9,585 -10 "4 •
Па; p
1879 МПа.
1,879 -10( Soпт - 9,585 -10"4 - 60 - 0,058 мм.
Максимально возможная толщина масляного слоя между поверхностями скольжения
Стах - Нтах ё
где Нтах - максимально возможная относительная толщина масляного слоя;
Нтах = 0,252 ■ у опт = 0,252 ■ 9,585 ■ 10-4 = = 2,415 ■ 10-4;
С1тах = 2,415 ■ 10-4 ■ 60 = 0,014 мм.
Учитывая, что в таблицах ГОСТ 25347-82 при выборе посадок из стандартных полей допусков приведены значения при температуре 20 °С по ГОСТ 8.050-73 [14], значение среднего расчетного зазора расч) при выборе посадки на сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя рассчитывалось в соответствие с приведенной зависимостью
Scp. расч. = Soпm — St,
где St - температурный зазор; St = (аО -ас)■( ^ - 20) сС, аО - коэффициент линейного расширения вкладыша подшипника скольжения, изготавливаемого из стали 08КП
по ГОСТ 20799-88; aD = 12,5 ■ 10 -4 К -1;ad-коэффициент линейного расширения коленчатого вала, изготавливаемого из высокопрочного чугуна ВЧ50-2 по ГОСТ 729370, ad = 11 ■ 10 -4 К -1; tn - температура подшипника.
В связи с тем, что температура масла tn ~ 50 °С
St = (12,5 ■ 10-4 - 11 ■ 10-4) ■ (50 - 20) ■ 60 = = 0,003 мм. Для исследуемых сопряжений в соответствие с рекомендациями ГОСТ 25347-
Н7
82 выбрана посадка 060 —, у которой
значение среднего табличного зазора (Sep. табл.) наиболее близко подходит к значению расчетного среднего зазора (Sep. расч) (рис. 2.) при максимальном значении коэффициента относительной точности
scp 60 .
л = —- = — = 1. TS 60
Расхождение
между
значениями среднего расчетного зазора и среднего табличного зазора составило
^р. расч. - ^р. табл. 0 055 - 0 060
---100 % - ' ' -100 % -
S
ср. расч
= -8,333 %.
0,055
Рис. 2. Схема расположения полей допусков ™ Н7
выбранной посадки 060 по расчетному
значению среднего зазора на сопряжение вкладышей подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10
Соответственно наименьший
функциональный зазор функц) для
исследуемых сопряжений принимается равным значению наименьшего табличного зазора
Н7
^т/п табл ) для выбранной посадки 060——
S,
min функц.
= S,
min табл.
= 30 мкм.
Н7
Правильность выбора посадки 060 —7 на
сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 проверялась по выполнению условия жидкостного трения по толщине масляного слоя Стп > + где Стп - толщина масляного слоя в месте наибольшего сближения поверхностей вала и вкладыша подшипника в рабочем состоянии; Яжб, Ягс> - высота неровностей профиля по десяти точкам соответственно для вала и отверстия;
h • S
S
+ 2 • (Rzd + Rzd) '
'max табл
где h - толщина масляного слоя в месте наибольшего сближения поверхностей вала и вкладыша подшипника в рабочем состоянии; S - зазор между цапфой вала и вкладышем подшипника;
h • S =
0,52 • d2-ю-ц l р - d +1
гс-n
ю - угловая скорость цапфы вала; со = , рад/с; ю = 3200 = 335,103 рад/с;
h • S =
30
0,52 • (0,060)2 • 335,103 • 0,017 0,03175
1,879 -106
0,060 + 0,03175
= 1964 мкм 2
1964
90 + 2 • (0,33 • IT7 + 0,33 • IT7) 1964
= 21,734:
90 + 2 • (0,080 + 0,080) Поскольку условие жидкостного трения по толщине масляного слоя Стп > + выполняется, 21,734 > 0,160, соответственно
Н7
посадка 060 —7 подобрана правильно на
сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10.
Н7
Для выбранной посадки 060 —7
действующий зазор с учетом шероховатости поверхностей и температурных деформаций определяется зависимостью
Sд = S + St + 2• (Rzd + RzD).
Значения действующих максимального и минимального зазоров соответственно составили
8Дтт = ^т + 81 + 2 • (Rzd + RzD) =
= 30 + 3 + 2 • (0,080 + 0,080) = 33 мкм,
Дтах
Sn = Smax + St + 2 • (Rzd + Rzd) =
= 90 + 3 + 2 • (0,080 + 0,080) = 93 мкм.
Действующая толщина масляного слоя при наибольшем и наименьшем зазорах
h
S
Дтт
Дтт ~2~~
(1-е'); h
S
Дтах
Дтах ~2
(1- В"),
где е' е" - относительный эксцентриситет при наименьшем и наибольшем зазорах.
Значения относительного
эксцентриситета при наименьшем и наибольшем зазорах определены при предварительном расчете коэффициента нагруженности СЯ для половинного подшипника соответственно при наименьшем и наибольшем зазорах и в соответствие с [15] составили е' = 0,24, е'' = 0,3
Cr
9,4 - Р -У Дт
ц • n 9,4 • р-у2г
У д
Д т1п d
ц • n 0,033
S
Дтах
60
0,093
= 0,00055;
= 0,00155;
Cr
Cr
d 60 9,4 • 316483,378 • 0,000552
0,017 • 3200 9,4 • 316483,378 • 0,001552
= 0,017;
= 0,131.
0,017 • 3200
Тогда значения действующей толщины масляного слоя при наименьшем и наибольшем значениях зазоров
h
Д rnin
h
S 33
в') = 33 (1-0,24) = 12,54 ММ,
S
и 93
дт^^Р^" 8'') = -у (1"0'3) = 32,55 ММ.
Для определения запаса на износ подшипника определено значение наибольшего функционального зазора (Бтах Функц), при котором подшипник будет воспринимать заданную нагрузку без разрушения масляного слоя
0,5564Ю"6 - ц-п• 1 • d3
S,
'тах функц
R • h,
где - наименьшая толщина слоя смазки, при котором обеспечивается
R
жидкостное трение, мкм; Сж,т, = К ■ (ЯгС + ЯгО + Сд), Сд - добавка, учитывающая отклонение режима работы подшипника от расчетного и механические включения; Сд =2; К - запас надежности по толщине масляного слоя;
К =-
21,734
-10,06 мкм;
8
Rzd + RzD + hg 0,080 + 0,080 + 2
Сжт, = К ■ (Ъс + Яю + Сд) = 10,06 ■ (0,080 + + 0,080 + 2) = 12,22 мкм;
тах функц -
0,5564 -10-6 - 0,017 - 3200 - 31,75 -10-3 - (60 -10-3)3
3579,427 -12,22 -10-6
- 475 мкм.
Для обеспечения жидкостного трения необходимо выполнение условия
неразрывности масляного слоя
Ст/п = Сжж = К ■ (Ягс + Яго + Сд). Для
исследуемых сопряжений данное условие выполняется, в связи с тем, что СДт/п > Сжт, 12,54 > 12,22.
На рисунке 3 представлена схема расположения полей допусков подобранной
Н7
посадки 060по значению расчетного
среднего зазора на сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10, обеспечивающей наилучшую долговечность исследуемых сопряжений и удовлетворяющей выполнению условия жидкостного трения по толщине масляного слоя.
Н7
Рис. 3. Схема расположения полей допусков подобранной посадки 060
на сопряжение вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10, удовлетворяющей выполнению условия жидкостного трения по толщине масляного слоя и обеспечивающей наилучшую
долговечность исследуемых сопряжений
Функциональный допуск (ТЭр) выбранной Н7
посадки с зазором 060 на сопряжение
вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя определяется конструктивной (ТБК) и эксплуатационной (Тэ) составляющими допуска посадки [21], а также разностью между наибольшим и наименьшим предельными значениями функциональных зазоров
TSF = ТЭк + ТЭ = §тах функц - Smin функц.
Конструктивная составляющая допуска посадки (ТЭК) определена на основании
приемлемой точности изготовления деталей соединения и рекомендаций выбора посадок с зазором, установленных положениями ГОСТ 25346-89 и ГОСТ 25347-82 ТЭк = ПО + 1ТсС = 1Т7+ 1Т7 = 30 +30 = 60 мкм.
Эксплуатационная составляющая
функционального допуска посадки (Тэ) предназначена для создания запаса точности на износ и определяется разностью функционального допуска посадки (ТЭ^ и его конструктивной составляющей (ТЭК)
ТЭ = TSF - ТЭк = (Этах функц - Эт/п функи) - (ТС +
+ТО) = (475 - 30) - (30 + 30) = 385 мкм.
Принимая износ деталей равномерным, каждая деталь в сопряжениях будет
изнашиваться на значение расчетного запаса металла подшипника и сопрягаемой с ним шейки коленчатого вала Тэподш. = 192,5 мкм, Тэвала = 192,5 мкм. В целях наилучшего согласования размеров машин, их составных частей, материалов, расчетов деталей на жесткость и прочность, в соответствие с принципом предпочтительности типоразмеров деталей и типовых соединений расчетные значения эксплуатационного допуска запаса металла изделий на износ в исследуемых сопряжениях Тэподш. = 192,5 мкм, Тэвала = 192,5 мкм были округлены в соответствии с установленными ГОСТ 8032-84 и ГОСТ 663669 рядами предпочтительных чисел до числовых значений Тэподш. = 191 мкм, Тэвала = 194 мкм. Коэффициент запаса точности
Т8р 8тах функц — 8тп функц 475-30
Т8к
Td + TD
30 + 30
- = 7,42.
Заключение
При анализе применяемых
инструментальных средств систем
диагностирования автомобильного двигателя выявлено, что оценка исправности деталей кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 осуществляется по результатам измерений нескольких диагностируемых физических величин. В силу физической разнохарактерности измеряемых
диагностируемых величин, применяемые измерительные приборы и датчики систем диагностирования автомобильного двигателя без его разборки отличаются большим многообразием, что приводит к несопоставимости результатов измерений и существенному снижению метрологической оценки измерительной информации в нарушение единства методов выполнения измерений. Установлены с учетом влияния конструктивной и эксплуатационной составляющих функционального допуска посадки предельные значения функциональных зазоров на сопряжения вкладышей гидродинамических подшипников скольжения с шейками коленчатого вала автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 по назначенной посадке с зазором в соответствие с
рекомендациями ГОСТ 25347-82, не указанной технической документации [13], при выполнении условия жидкостного трения по толщине масляного слоя, а также установлены применительно к исследуемым сопряжениям значения эксплуатационного допуска запаса материала изделий на их износ, учитывая, что допуск формы по ГОСТ 26642-81 ограничивает отклонение формы реальных поверхностей при
рассмотрении определении предельных размеров отверстия и вала, данных ГОСТ 26346-86 с позиции предела максимума и минимума материала, а отклонения формы, ограниченные полем допуска размера уменьшают поле допуска действительных размеров на значение допуска формы.
Библиографический список
1. Закон РФ № 4871-1 «Об обеспечении единства измерений» от 27.04.1993 г. (в ред. от 10.01.2003 г.).
2. РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. - Взамен ГОСТ 16263-70. - Введ. 2001-01-01. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 50 с.
3. РД 26.260.004-91. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния при эксплуатации: метод. указания - Введ. впервые 1992-01-01. - утв. 1991-01-01. - Омск: концерн «Химнефтемаш», 1992. - 55 с.
4. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. - М: Транспорт, 1985. - 58 с.
5. РД-200-РСФСР-15-0150-81. Руководство по диагностике технического состояния подвижного состава автомобильного транспорта. - М.: ЦБНТИ Минавтотранса РСФСР, 1982. - 87 с.
6. Табель технологического оборудования и специнструмента для станций технического обслуживания легковых автомобилей. - М.: НИИНААвтопром, 1980. - 78 с.
7. Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм : ГОСТ 8.051 - 81. - Введ. 1982-01-01. - Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2004. - 12 с.
8. Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм (По применению ГОСТ 8.051 -81): РД 50-98-86. - Введ. 1987-07-01. - М.: Госстандарт СССР, 1987. - 68 с.
9. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений. Основные положения: ГОСТ Р 8.563-2009. - Введ. 2010-04-01. - Взамен ГОСТ 8.010-90, ПР 50.2.001-94. - М. : Стандартинформ, 2010. -27 с.
10. Глухов, В. И. Метрологическое обеспечение качества по точности геометрических величин: учеб. пособие / В. И. Глухов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - 140 с.
11. Глухов, В. И. Теория измерений геометрических величин деталей: учеб. пособие / В. И. Глухов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - 108 с.
12. Чигрик, Н. Н. Оценка точности элементных размеров деталей цилиндро-поршневой группы
автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 / Н. Н. Чигрик // Омский научный вестник. - 2013. -№ 2(120). - С. 123 - 132.
13. ГАЗ-3307. ГАЗ-3309. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. - М. : Издательский дом Третий Рим, 2007. - 188 с.
14. ГОСТ 8.050-73 (СТ СЭВ 1155-78) Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений. - Введ. 1981-0101. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.
15.Якушев, А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / А. И. Якушев, Л. Н. Воронцов, Н. М. Федотов - М.: Машиностроение, 1986. - 352 с.
ESTIMATION OF EXACTNESS OF CONSTITUENTS OF FUNCTIONAL ADMITTANCE OF LANDING ON
LONGEVITY OF WORK OF INSETS OF THE NATIVE BEARING OF THE CRANKSHAFT OF AUTOMOTIVE ENGINE
N. N. Chigrik, L. M. Leonova
On results of the analysis of tools diagnostic systems for automotive engines without his sorting out set taking into account influence by constructive and operational components of functional tolerance of landing limits values of functional gaps on the coupling of hydrodynamic sliding bearings with necks crankshaft automotive engine 3M3-511.10 on appointed in accordance with recommendations of the ГОСТ 25347-82 to landing with a gap at implementation of condition of liquid friction on the thickness of the oily layer, values of operating tolerance of material of wares on their wear, whereas, that tolerance of form to ГОСТ 26642-81 limits the rejection of form of the real surfaces at consideration of determinations of limits sizes of wares in the investigated couplings, data ГОСТ 26346-86 from a position limit of maximum and minimum material, and rejection form, limited of the field tolerance size diminish field tolerance actual size of on value of tolerance of the form.
Keywords: ensure uniformity of measurements means of measurement, accuracy, landing with a gap, tolerance landing.
Bibliography list
1. Law of the Russian Federation № 4871-1 «About ensuring unity of measurements» from 27.04.1993 year. (in edition from 10.01.2003 year).
2. РМГ 29-99. Recommendations about interstate standardization. State system of ensuring unity of measurements. Metrology. Main terms and definitions. -In return ГОСТ 16263-70. - Introduced 2001-01-01. -Minsk : Interstate council on standardization, metrology and certification - M. : IPK Publishing house of the standards, 2002. - 50 p.
3. РД 26.260.004-91. Prediction of remaining life of equipment for the change of parameters of its technical condition during operation: methodical instructions - Introduced for the first time 1992-01-01. -
It is approved 1991-01-01. - Omsk: concern «Himneftemash», 1992. - 55 pages.
4. Position about maintenance and repair of a carriage rolling stock of motor transport. - M.: Transport, 1985. - 58 p.
5. РД-200-РСФСР-15-0150-81. Guide to the diagnosis of technical condition of rolling-road transport. - M.: CBNTI Minavtotransa RSFSR, 1982. - 87 p.
6. Report card process equipment and specialpurpose tools for service stations cars. - M.: NIINAAvtoprom, 1980. - 78 pages.
7. State system for ensuring the uniformity of measurements. Error allowed when measuring linear dimensions up to 500 mm: ГОСТ 8.051 - 81. -Introduced 1982-01-01. - Minsk : Interstate council on standardization, metrology and certification: Belarusian State Institute of standardization and certification, 2004. - 12 p.
8. Methodical instructions. The choice of universal measuring linear dimensions up to 500 mm (On the application of GOST 8.051-81): РД 50-98-86. -Introduced 1987-07-01. - M. : Gosstandart of RUSSIA, 1987. - 68 p.
9. State system of supply of unity of measurings. The method of applications (methods) of measurings. Original positions: GOST P 8.563-2009. - Introduced 2010-04-01. - In return GOST 8.010-90, ПР 50.2.00194. - M. : Standardinform, 2010. - 27 p.
10. Glukhov, V. I. Metrology quality assurance on fidelity of geometrical magnitudes: training appliance / V. I. Glukhov - Omsk : Publishing house OmGTY, 2012. - 140 p.
11. Glukhov, V. I. The theory of measurings of geometrical magnitudes of parts: training appliance / V. I. Glukhov - Omsk : Publishing house OmGTY, 2012. - 108 p.
12. Chigrik, N. N. Assessment of the accuracy of element sizes details of cylinder-piston group of automobile engine ZMZ-511.10 / N. N. Chigrik // The Omsk scientific herald. - 2013. - № 2(120). - P. 123 - 132.
13. GAS - 3307. GAS - 3309. The operation manual, maintenance and repair. - M. : The publishing house Third Rome, 2007. - 188 p.
14. GOST 8.050-73 (CT СЭВ 1155-78). State system for ensuring the uniformity of measurements. Normal conditions of linear and angular measurements. - Introduced 1981-01-01. - M. : Publishing house of the standards, 1988. - 11 p.
15. Yakushev, A. I. Interchangeability, standardizing and engineering measurings / -A. I. Yakushev, L. N. Vorontsov, N. M. Fedotov - M. : Machine industry, 1986, - 352 p.
Чигрик Надежда Николаевна - кандидат технических наук, доцент. БОУ СПО «Омский авиационный техникум им. Н.Е. Жуковского», преподаватель спец. дисциплин, зав. лабораторией. e-mail: [email protected].
Леонова Людмила Михайловна - доцент кафедры «ИГ и САПР» Омский государственный технический университет (ОмГТУ). e-mail.lady. [email protected].
