2. Технологическая часть. 1 Назначение узла в машине, описание конструкции и принципа работы

2. Технологическая часть.

2.1 Назначение узла в машине, описание конструкции и принципа работы.

Шатунно-поршневая группа (ШПГ) является звеном кривошипно-шатунного механизма, служит для связи поршня и коленчатого вала, передает движение от поршня к коленчатому валу (преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала), предназначена для передачи силы давления газов в камере сгорания на кривошип на такте расширения и для создания повышенного или пониженного давления в цилиндре на других тактах. При этом отдельные детали группы воспринимают боковые силы, возникающие в результате взаимодействия поршня и шатуна, герметизируют камеру сгорания и препятствуют попаданию в нее моторного масла. Размеры и масса отдельных элементов шатунно-поршневой группы определяют динамические показатели двигателя и напряженность его основных деталей.

Основные требования, предъявляемые к конструкции: прочность и надежность элементов шатуна, а также работоспособность подшипников.

Шатунно-поршневая группа состоит из шатуна и поршня, соединенных между собой поршневым пальцем. Поршень изготовлен из алюминиевого сплава и имеет три канавки под кольца: два поршневых компрессионных кольца и одно маслосъемное кольцо.

Палец поршня плавающего типа. Осевое перемещение пальца ограничено двумя стопорными кольцами.

Компрессионные поршневые кольца изготовлены из специального чугуна, с целью повышения износостойкости их хромируют. Для лучшей приработки их рабочая поверхность покрыта тонким слоем меди и олова. Маслосъемное поршневое кольцо изготовлено из стали. Масло, снимаемое маслосъемным кольцом с рабочей поверхности гильзы цилиндров, стекает в картер через специальные каналы в поршне при движении поршня вниз.

Шатун является составной частью кривошипно-шатунного механизма двигателя и служит для передачи движения от поршня к коленчатому валу, другими словами, преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Конструктивно шатун представляет собой деталь сложной формы с двумя отверстиями. Верхняя головка шатуна выполняется неразъемной. Отверстие в верхней (малой) головке предназначено для установки поршневого пальца.. Для подачи моторного масла к поршневому пальцу в средней части втулки имеется канал с отверстием. Нижняя (большая) головка шатуна сделана разъемной. Крышка большой головки крепится к стержню шатуна двумя болтами.

2.2 Анализ технических требований на сборку.

При сборке к шатунному механизму предъявляется следующие технические требования:

зазор на масло в верхней головке шатуна 0,06-0,09 мм;

Зазор между пальцем и верхней головкой шатуна составляет 0,02-0,08 миллиметров. Минимальный зазор между пальцем и верхней головкой шатуна назначается для обеспечения проворачиваемости пальца, для равномерного его износа. Максимальный зазор назначен из условия недопустимости ударов и стуков при изменении величины и направления силы, действующей со стороны шатуна.

Зазор между плоскостью торца бобышки и торца верхней головки шатуна и вставки предназначен для удобства сборки, обеспечения отсутствия заклинивания и компенсации возможного смещения шатунно-поршневой группы относительно шатунной шейки коленчатого вала.

Минимальный осевой зазор между компрессионными, маслосъемными кольцами и канавкой в головке поршня назначается из условия отсутствия зависания колец, максимальный зазор назначается из условия отсутствия перекоса кольца и его заклинивания.

Требование на разновес шатунно-поршневых комплектов по шейкам коленчатого вала назначается исходя из условия допустимого дисбаланса в двигателе. Вес всех деталей одного комплекта должен быть 1  0.02 кг.

Проверка утопания колец требуется для предотвращения защемления поршневых колец при работе двигателя.

Прилегание вкладышей к поверхности цилиндрического отверстия в нижней головке шатуна под коленчатый вал должно быть не менее 75% поверхности вкладыша.

Болты, крепящие крышку шатуна необходимо затянуть моментом 80  5Нм.

2.3 Технологический анализ конструкции узла с расчетом коэффициентов технологичности.

Одним из факторов, существенно влияющих на характер технологических процессов, является технологичность конструкции изделия и соответствующих его деталей.

При конструировании отдельных деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономического изготовления изделия. В этом и состоит принцип технологичности конструкции.

В конструкции использован сплав титана, который является дефицитным и дорогим. С точки зрения минимальной трудоемкости обработки материал невыгоден, так как требуется высокая квалификация при его обработке. Выбор измерительных баз и простановка размеров обеспечивает удобство, надежность и производительность контроля, дает возможность применять простые контрольные приспособления и измерительные инструменты.

Сборка шатунного механизма производится полностью на сборочном участке, документируются удобные условия для проверки узла на заводском стенде. Сборка ведется без применения сложного инструмента и оборудования, что обеспечивает техническое обслуживание участка. Имеется свободный доступ на всех стадиях сборки к деталям узла. Простота сборочных операций позволяет использовать на сборке рабочих невысокой квалификации. Узел может быть легко транспортирован на общую сборку двигателя.

Используются пригоночные работы, селективный подбор (подбираются величины зазоров и значения масс), исключающий взаимозаменяемость.
Для повышения технологичности конструкции предусматривается:

минимальное количество деталей оригинальной, сложной конструкции и различных наименований и возможно большую повторность одноименных деталей. С этой целью, шатун первоначально обрабатывается как одно целое, после чего разрезается на крышку шатуна и сам шатун;
наличие удобных базирующих поверхностей;
шатун получается из заготовки, полученной штамповкой, с размерами и формой близкой к готовой детали, т.е. обеспечивает наиболее высокий коэффициент использования материала и менее трудоемкую механическую обработку;
механизированный процесс сборки;

Так как ШПГ является сборочной единицей, то можно дать количественную оценку технологичности сборочной единицы по следующим показателям:

коэффициент нормализации, который показывает долю стандартизированных деталей в сборке:

, где

N_н– количество стандартизированных изделий;

N_д - количество деталей.

коэффициент повторяемости:

, где

N_нд – количество наименований деталей.

3) относительное количество наименований литых деталей:

, где

N_нд – количество наименований деталей;

N_л – количество наименований литых деталей.

коэффициент сборности конструкции:

, где

Е – количество сборочных единиц в узле;

Д – количество деталей, не вошедших в состав сборочных единиц.

коэффициент стандартизации и унификации

, где

E_ст, D_ст – количество стандартных сборочных единиц и деталей.

Коэффициент использования материала k=0,7.

Таким образом, для условий серийного производства конструкция узла является технологичной.

2.4 Методы достижения точности.

Требуемая точность конструкции обеспечивается в основном методом групповой взаимозаменяемости (селективного подбора). Это вызвано тем, что конструктивные допуски уже технологических и назначены из условий эксплуатации. Этим методом подбирается комплект шатун-палец-поршень. Кроме обеспечения требуемой величины зазора, при сборке обеспечивается и комплектация по массе. Разновес поршней в одном комплекте не должен превышать 0,008 кг, а разновес поршней и шатунов в сборе 0,02 кг. Для обеспечения технических условий на отдельные параметры ШПГ все операции, при которых получают окончательные размеры, выполняют после сборки шатунов и крышки; таким образом, эти детали не взаимозаменяемы.

Таким образом, с одной стороны удельный объем регулировочных и пригоночных работ невелик, что повышает технологичность конструкции. С другой стороны, метод групповой взаимозаменяемости приносит большие неудобства при ремонте (необходим большой запас деталей разных групп по размерам), что с точки зрения технологичности является минусом.

Размерные группы точности для ШПГ. Группы селекции.

2.5 Расчет размерной цепи.

Схема расчетной цепи:

Уравнение размерной цепи: Т=-Т1-Т2-Т3-Т4-Т5+Т6+Т7.

Составление звеньев размерной цепи и их допусков:

2.5.1 Расчет размерной цепи ШПГ вероятностным методом.

где - номинальный размер (мм); - величина половины поля допуска (мм); - середина поля допуска (мм); - коэффициент относительной ассиметрии; - коэффициент относительного рассеивания.

Номинальный размер замыкающего звена (мм):

мм
Половина поля рассеяния размера замыкающего звена (в квадрате) под действием скалярных ошибок:

мм
Половина поля рассеяния размера замыкающего звена (в квадрате) под действием зазоров:

мм

Половина поля рассеяния размера замыкающего звена под действием всех видов ошибок:

мм
Координата середины поля рассеяния размера замыкающего звена под действием скалярных ошибок:

мм
Среднее изменение размера замыкающего звена под действием зазоров:

мм
Координата середины поля рассеяния размера замыкающего звена (при выборе зазоров вниз):

мм
Макасимальное отклонение замыкающего звена:

мм
Минимальное отклонение замыкающего звена:

мм
Величина допуска замыкающего звена:

мм
5.6 Технологическая схема сборки двигателя.

5.7 Технологическая схема сборки ШПГ.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			5.8 Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №1
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.

05		Комплектование.
	1	Комплектовать сборку согласно комплектовочным картам.

10		Подготовка стержня шатуна к сборке.
	1	Проверить детали, входящие в сборку, на отсутствие видимых дефектов и наличие на них клейм ОТК за механическую обработку.
	2	Протереть салфеткой и обдуть сжатым воздухом детали, входящие в комплект шатуна. Разложить детали на стол.

15		Сборка стержня шатуна с крышкой.
	1	Установить стержень шатуна на подставку. Подобрать крышку одного порядкового номера с шатуном.
МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №2
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
	2	В стержень шатуна запрессовать два штифта.
	3	Установить крышку стержня шатуна на подставку.
	4	Осмотреть наружние поверхности комплекта вкладышей на отсутствие забоин. Протереть вкладыши салфеткой. Смазать тонким слоем лазури постели стержня шатуна и крышки.
	5	Вложить вкладыши в постели на свои места.
	6	Установить крышку на стержень.
	7	Поочерёдно со стороны крышки завести два шатунных болта в отверстия крышки и стержня шатуна.
	8	Произвести затяжку шатунных болтов крутящим моментом 805 Нм.

20		Контроль ОТК.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №3
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.

25		Разборка нижней головки шатуна.
	1	Разобрать нижнюю головку шатуна: отвернуть два шатунных болта. Снять крышку шатуна и вынуть вкладыши.
	2	Проверить прилегание вкладышей к постели шатуна. Прилегание должно быть равномерным и не менее 75%. В случае неприлегания вкладышей заменить их новыми и повторить предварительную сборку вновь. Прилегание вкладыша к постели шатуна по краске предъявить ОТК.

30		Окончательная сборка шатуна.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №4
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
	1	Произвести маркировку комплекта шатуна: а) на стержне шатуна на стороне, не имеющей паза под стопорные усы вкладыша - № цилиндра; б) на нижней крышке головки шатуна со стороны, не имеющей паза под стопорные усы вкладыша - № цилиндра; в) на вкладыше на боковом торце - № цилиндра;
	2	Установить стержень шатуна в приспособление нижней головкой вверх и закрепить.
	3	Установить подобранный комплект вкладышей в постели шатуна и крышки.
	4	Установить крышку на стержень.
	5	Поочерёдно со стороны крышки завести два шатунных болта в отверстия крышки и стержня шатуна.
	6	Произвести затяжку шатунных болтов крутящим моментом 805 Нм.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №5
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
40		Сборка поршня с шатуном.
	1	Подобрать комплект шатунов по весу так, чтобы разновес комплекта был не более 0,01 кг. Укомплектовать шатуны поршнями. Комплектовку веса шатунов в сборе с поршнями производить так, чтобы разновес движущихся масс по шейкам не превышал 0,02 кг.
	2	Произвести маркировку поршней: а) на поршне на торце юбки - № цилиндра; б) на пальце на торце - № цилиндра.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №6
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
	3	Проверить зазор на масло в верхней головке шатуна путем разницы размеров, записанных в паспорте шатуна и пальца. Зазор должен быть в пределах 0,04-0,08 мм. Проверить легкость вращения пальца в шатуне. Переход 3 повторить еще 1 раз.
	4	Тщательно продуть сжатым воздухом масляные каналы шатунов и протереть наружные поверхности салфеткой, смоченной уайт-спиритом, а затем сухой салфеткой.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №7
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
	5	Тщательно протереть салфеткой, смоченной уайт-спиритом детали поршневой группы: поршень, палец, а затем протереть насухо. Включить масляную ванну. Нагреть масло до температуры 60-70 С. Совместить отверстия верхней головки шатуна и вставки, вставить технологический палец, вставить шатунный палец с обеспечением равномерного выступания пальцев с обеих сторон.
	6	Произвести обмер поршня скобой. Допустимые овальность, конусность и бочкообразность цилиндрической части юбки поршня в сборе - в пределах поля допуска, корсетность не допускается.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №8
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.

45		Установка поршневых колец на поршни.
	1	Получить комплект поршневых колец, протереть их салфеткой, смоченной в бензине, растворителе. Установить поршневые кольца в канавки поршней. Кольца должны свободно перемещаться в канавках и иметь относительно боковой поверхности поршня утопание. Выступание их не допускается. Утопания проверить не менее чем в 4-х точках.

МГТУ имени Н.Э. Баумана			Технологическая карта сборки					Группа: Э2-Д3
								Студент: Липатов Д.В.
Факультет: Э			Собираемый узел: Шатунно-поршневая группа					Лист №9
Кафедра: Э2			№ чертежа узла	Годовой выпуск узлов				Всего листов 9
№№ операций	№№ переходов	Содержание переходов			№№ деталей и их количество	Оборудование	Приспособление		Инструмент	Норма времени на опер. в мин.
	2	Установить на поршень приспособление для замера зазора и проверить 4-мя щупами с 4-х сторон через каждые 90 градусов зазор между трапецеидальной плоскостью 2-х компрессионных колец и плоскостью ручья головки поршня. Зазор должен быть 0,13-0,22 мм. Проверить зазор по ручью маслосъемного кольца с эспандером. Зазор должен быть 0,09-0,162 мм.
	3	Контроль установки поршневых колец мастером и ОТК. Накрыть поршни в сборе с шатунами и кольцами чехлом.
	4	Установить поршень с шатуном на стеллаж.