Технологическая часть. 3.1. Назначение узла в машине, краткое 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. Поршень имеет камеру сгорания в днище.

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

Компрессионные поршневые кольца изготовлены из высокопрочного чугуна, с целью повышения износостойкости их хромируют. Для лучшей приработки их рабочая поверхность покрыта тонким слоем меди и олова. Первое компрессионное кольцо имеет трапециевидную форму. Соответствующую форму имеет и канавка под первое поршневое кольцо. Это выполнено для того, чтобы происходило самоочищение зазоров от нагара, чтоб избежать залегание кольца. Маслосъемное кольцо выполнено составным: верхнее и нижнее кольца, расширитель в радиальном направлении и расширитель в осевом направлении. 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. Материал шатуна – сталь 40ХН2МА.

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. В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка. 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.
3.2. Анализ технических требований на сборку
При сборке к шатунному механизму предъявляется следующие технические требования:

- натяг втулки в верхней головке шатуна 0,07-0,08 мм;

- зазор на масло в верхней головке шатуна 0,01-0,02 мм;

Зазор между пальцем и втулкой вставки составляет 0,01-0,02 миллиметров. Минимальный зазор между пальцем и втулкой вставки 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 залегания 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 1,7  0.04 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 100  5Нм.

3.3.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.

Сборка шатунного механизма производится полностью на сборочном участке, документируются удобные условия для проверки узла на заводском стенде. Сборка ведется с применением специального 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:

1. 
   коэффициент нормализации, который показывает долю стандартизированных деталей в сборке:
   

,

где N_н – количество стандартизированных изделий;

N_д - количество деталей.

2. 
   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.

4. 
   коэффициент сборности конструкции:
   

,

где Е – количество сборочных единиц в узле;

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

4. 
   коэффициент стандартизации и унификации
   

,

где E_ст, D_ст – количество стандартных сборочных единиц и деталей.

4. 
   Коэффициент использования материала k=0,7.
   

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

3.4. Методы достижения заданной точности
Требуемая точность конструкции обеспечивается в основном методом групповой взаимозаменяемости (селективного подбора). Это вызвано тем, что конструктивные допуски уже технологически обоснованы 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 0,01 кг, а разновес поршней и шатунов в сборе 0,04 кг. Для обеспечения технических условий на отдельные параметры ШПГ все операции, при которых получают окончательные размеры, выполняют после сборки шатунов и крышки; следовательно, 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.

3.5.Размерные группы точности для шатунно-поршневой группы. Группы селекции



3.6. Расчет размерной цепи шатунно-поршневой группы вероятностным методом

Размерная цепь шатунно-поршневой группы

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

Составление звеньев размерной цепи и их допусков:

Звено размерной цепи	Передаточное отношение	Размеры и допускаемые отклонения, мм			Технологическая операция	Коэффициенты
		заданные	первая попытка	принятые			к
T	-	-	-		сборка	0	1
T1	-1	700,015	-	780,015	растачивание	0	1,1
T2	-1	2150,015	-	2150,015	шлифование	0,05	1,2
T3	-1		-		сборка	-0,1	1,15
		850,013	-	850,013	суперфиниширова-ние	0,05	1,2
T4	-1	600,03	-	600,03	шлифование	0,05	1,1
T5	-1		-		сборка	-0,1	1,15
		850,013	-	850,013	суперфиниширова-ние	0,05	1,2
T6	+1	-			шлифование	0	1,15
T7	+1	-			точение	0	1,2
T8	+1	-			фрезерование	0	1,2

Из этой таблицы получаем:

i	Номинальный размер Ai, мм	Величина половины поля допуска i, мм	Середина поля допуска i, мм	Коэффициент относительной асимметрии i, мм	Коэффициент относительного рассеяния ki, мм
1	-78	0,025	0	0	1,1
2	-225	0,025	0	0,05	1,2
3	0	0,012	+0,045	-0,1	1,15
4	0	0,013	0	0,05	1,2
5	-60	0,03	0	0,05	1,1
6	0	0,012	+0,055	-0,1	1,15
7	0	0,013	0	0,05	1,2
8	368	0,04	-0,04	0	1,15
9	8	0,025	-0,025	0	1,2
10	4,5	0,05	+0,05	0	1,2

Номинальный размер замыкающего звена:

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

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

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

Среднее изменение размера замыкающего звена под действием зазоров:

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

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

Максимальное отклонение замыкающего звена:

Минимальное отклонение замыкающего звена:

Величина допуска замыкающего звена:

Таким образом, надпоршневой зазор колеблется в пределах от 1,342 мм до 1,538 мм

Для того чтобы сделать вывод о пригодности данного допуска на надпоршневой зазор проведем расчет рабочего процесса для этих значений:

	Значение надпоршневого зазора, мм
	1,342	1,44	1,538
Мощность, кВт	180	179.9	179.37
Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт∙ч)	0.24009	0.24148	0.24158
Максимальное давление сгорания, бар	145.64	145.64	146.82
Выбросы оксидов азота, г/(кВт∙ч)	3.5806	3.6042	3.7792
Выбросы твердых частиц, г/(кВт∙ч)	0.08532	0.08522	0.07450

следующая страница>