Иванов В.П._Фруцкий В.А. Технолог процессы в машиностр. Оборудование и технология высокоэффективных процессов обработки материалов Новополоцк пгу 2009
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
4.2. Уравновешивание агрегатов Агрегат считается уравновешенным, если при его работе равнодейст- вующая всех сил, действующих на опоры, не изменяет значение и направ- ление. Динамические нагрузки на опоры работающего агрегата обусловле- ны поступательным и вращательным движением деталей. Агрегат будет уравновешенным в том случае, если он собран из одноименных деталей, движущихся поступательно, одинаковой массы и вращающихся деталей, прошедших балансировку. Движущиеся детали изменяют свою массу или становятся при эксплуатации не- уравновешенными в результате накопления загрязнений на их поверхностях, неравно- мерного изнашивания и деформирования. Это приводит к дополнительным нагрузкам в кинематических парах и накоплению усталостных повреждений в шейках валов, что, в свою очередь, снижает долговечность агрегатов. 4.2.1. Точность массы деталей Многоцилиндровые двигатели, компрессоры, насосы и др. агрегаты устроены таким образом, что их поршни и штоки при работе движутся по- ступательно в противофазе по отношению друг к другу. Если массы этих деталей одинаковы, то инерционные нагрузки от них уравновешиваются. Поступательно движущиеся детали с большой массой создают большие инерционные нагрузки на корпус агрегата, а детали с малой мас- сой непрочные. Для деталей одного наименования, прошедших восстанов- ление, устанавливают наибольшее m max и наименьшее m min значение их массы, допуск которой Δm д равен Δm д = m max – m min , г. (4.4) Если масса детали оказывается за пределами допуска (4.1), то прибе- гают к срезанию лишнего металла или к закреплению недостающего. Пер- вый вариант применяют чаще. Эти работы выполняют на участках восста- новления соответствующих деталей. Имеются детали типа шатунов, части которых участвуют в двух движениях, одно из которых поступательное, поэтому отдельно ограничи- вают массы указанных частей. При этом верхнюю и нижнюю головки ша- туна одновременно взвешивают на двух весах. Лишний металл фрезеруют с приливов на головках. Однако детали одного агрегата должны обладать существенно меньшим допуском их массы Δm дк по сравнению с условием (4.4) Δm дк ≈ (0,1…0,2) Δm д , г. (4.5) 194 Значения, например, массы деталей поршневой группы (поршня, поршневого пальца, поршневых и стопорных колец), входящих в сборочный комплект двигателя внутреннего сгорания, должны отличаться друг от друга не более чем на 2...4 г. Эти сборочные единицы взвешивают, например, на весах НПВ-1-2. На комплектовочном участке детали сортируют на массовые группы, число n m которых равно n m = Δm д / Δm дк . (4.6) 4.2.2. Балансировка деталей и сборочных единиц Балансировка (франц. balancier – качать, уравновешивать) – это уравновешивание сил инерции вращающихся деталей и сборочных единиц путем совмещения их осей инерции и вращения с помощью противовесов. Вращающаяся деталь или сборочная единица является полностью уравновешенной, если результирующие сила и момент инерции равны ну- лю. Условия полной уравновешенности изделия следующие: 1 0 i k s i i i Mr m r (г·см) (4.7) или r s = 0; 1 0 i k lr i i i i J m l r , г·см 2 , (4.8) где M – масса изделия, г; r s – расстояние от центра масс изделия до оси его вращения, см; J lr – центробежный момент инерции, г·см 2 ; m i , r i и l i – соот- ветственно масса (г) элемента детали, расстояние (см) от центра его масс до оси вращения изделия и плечо (см) действия центробежной силы эле- мента относительно оси, проходящей через центр масс изделия; i =1…k – число конструктивных элементов изделия. Первое условие соблюдается, если центр масс изделия находится на оси вращения. Второе условие выполняется, когда ось вращения изделия совпадает с одной из главных его осей инерции. Первое и второе условия соблюдаются одновременно, если ось вращения изделия совпадает с одной из его главных центральных осей инерции, т.е. главной осью инерции, проходящей через центр масс. Изделие является уравновешенным статиче- ски, если выполняется первое условие, и уравновешенным динамически, если выполняется второе условие. В реальных условиях различают статическую, динамическую и смешанную неуравновешенность вращающихся деталей или сборочных единиц. 195 Статическая неуравновешенность (рис. 4.2, а) наблюдается у дис- кообразных деталей малой высоты (маховиков, нажимных и ведомых дис- ков сцеплений, чугунных шкивов и др.), когда имеется только неуравно- вешенная сила. Способы статической балансировки состоят в совмещении центра масс детали с осью ее вращения путем снятия или добавления ме- талла. При этом определяют направление дисбаланса – линию, которая проходит через ось вращения детали перпендикулярно ей и центр неурав- новешенной массы. Затем излишний металл снимают в удобном на этой линии месте по одну сторону с неуравновешенной массой от оси вращения или добавляют металл, если неуравновешенная масса находится по другую сторону от оси вращения детали. Массу m снимаемого (добавляемого) ме- талла определяют по формуле m = Mr s /R, г, (4.9) где R – расстояние от оси вращения до центра массы снимаемого (добав- ляемого) металла, см. Рис. 4.2. Виды неуравновешенности деталей: а – статическая; б – динамическая; в – смешанная Балансировку ведут на роликах, горизонтальных призмах, качаю- щихся дисках и на станках. Устройства для статической балансировки деталей на роликах и го- ризонтальных призмах приведены на рис. 4.3. Деталь 1 устанавливают без зазора на оправку 2, которую, в свою очередь, устанавливают на ролики или призмы. Неуравновешенная деталь провернется вокруг своей оси, при этом ее «тяжелая» часть окажется внизу. Балансировка на призмах дает более точные результаты, однако в этом случае требуется, чтобы их рабо- чие поверхности располагались горизонтально. Эти устройства показыва- 196 ют только направления дисбаланса, определение его значения затруднено и требует практического навыка. а) б) Рис. 4.3. Схема устройства для статической балансировки деталей: а – на роли- ках; б – на призмах; 1 – деталь; 2 – оправка; 3 – ролики; 4 – призмы Устройство для статической балансировки деталей на качающемся диске (рис. 4.4) лишено приведенного недостатка. Его статически отбалан- сированный диск 2 имеет опоры (цилиндрическую поверхность и плос- кость) для балансируемой детали. Соосно цилиндрической поверхности установлено острие 3, которое соприкасается с ответным коническим уг- лублением опоры 4. Две стрелки 1 диска расположены во взаимно перпен- дикулярных направлениях. Деталь устанавливают на диск и ориентируют центрирующим пояском. Если диск с деталью наклонились, то их приво- дят в горизонтальное положение путем перемещения по поверхности дета- 197 ли компенсирующего груза. Место нахо- ждения груза и его масса показывают на- правление и величину дисбаланса. Статическую балансировку деталей в ди- намическом режиме (при их вращении) выпол- няют на станке модели 9765. Динамическая неуравновешенность (см. рис. 4.2, б) имеет место в том случае, если центр масс находится на оси враще- ния изделия, а во время его вращения воз- никает статический момент S от двух рав- ных сил P на плече l. Статический момент S вызывает переменные по направлению нагрузки на опоры изделия при его вращении. Динамическую неуравнове- шенность устраняют снятием или добавлением двух равных масс в плос- кости действия момента S, чтобы появился новый момент, уравновеши- вающий начальный. Этот вид неуравновешенности выявляют при враще- нии изделия. Смешанная неуравновешенность (см. рис. 4.2, в) наиболее часто встречается в реальных условиях, когда имеется сила инерции от неурав- новешенной массы и статический момент центробежных сил. Этот вид не- уравновешенности характерен для длинных деталей. Система любого числа неуравновешенных сил сводится к двум си- лам, которые расположены в двух произвольно выбранных перпендику- лярно оси детали плоскостях, удобных для уравновешивания. Такие плос- кости называют плоскостями коррекции. Например, у коленчатого вала эти плоскости проходят через крайние противовесы. Пусть имеются неуравновешенные массы m 1 и m 2 . Заменим центро- бежные силы P 1 и P 2 их составляющими P 1 ' и P 1 " и P 2 ' и P 2 " в плоскостях коррекции, расположенных друг от друга на расстоянии l. Сложим эти со- ставляющие в каждой плоскости по правилу параллелограмма и получим равнодействующие T 1 и T 2 . В точке приложения силы T 1 приложим две равные между собой, но противоположно направленные силы T 2 . В резуль- тате получаем две неуравновешенные силы Т 2 и Q в плоскостях коррекции. Сила Q является векторной суммой сил T 1 и T 2 . Момент T 2 l определяет ди- намическую неуравновешенность, а сила Q – статическую. Полное уравно- вешивание изделия достигается установкой противовесов m 3 и m 4 на лини- ях действия сил T 2 и T 1 Направление (фазу) и значение дисбаланса mR (г·см) на каждом конце вала определяют на балансировочных станках моделей, например, БМ-4У, Рис. 4.4. Схема устройства для статической балансировки деталей на качающемся диске: 1 – стрелки; 2 – диск; 3 – острие; 4 – опора 198 4274, МС-9716 или фирмы Schenk (Германия). Динамически балансируют сборочные единицы (коленчатые валы с маховиками, карданные валы и др.), вращающиеся при работе агрегата в двух и более опорах. Принцип действия балансировочного станка (рис. 4.5) заключается в следующем. Изделие устанавливают на упругие опоры (люльки) 1 и при- водят во вращение с частотой 720...1100 мин –1 от электродвигателя 6. Под действием центробежных сил инерции опоры будут колебаться вдоль го- ризонтальной оси. С перемещающимися опорами заодно движутся и об- мотки датчиков перемещений 2, находящиеся в магнитном поле постоян- ных магнитов. В каждой обмотке наводится ЭДС, значение которой про- порционально амплитуде колебаний. Сигнал от датчика поступает в блок усиления 3 и в измененном виде фиксируется миллиамперметром 4, шкала которого приведена в единицах дисбаланса (г·см). Сигнал об угле поворота шпинделя (фазе), при котором опора переместилась на максимальное рас- стояние, поступает на безынерционную лампу 5 стробоскопа, которая ос- вещает небольшой участок обода вращающегося лимба 7. Деления (от 0 до 360 о ) с числами на лимбе показывают угол его поворота. В течение одного оборота изделия лампа загорается в момент наибольшего перемещения опоры и высвечивает соответствующее значение угла (фазы). Рабочий вос- принимает лимб остановленным с неподвижными цифрами. Значение и направление дисбаланса изделия поочередно измеряют на каждой из опор. Рис. 4.5. Схема станка для динамической балансировки деталей: 1 – опоры (люльки); 2 – датчик перемещений; 3 – блок усиления; 4 – миллиамперметр; 5 – лампа стробоскопа; 6 – электродвигатель; 7 – лимб стробоскопа; 8 – маховик После остановки станка высверливают лишний металл в каждой из плоскостей коррекции. Для этого ручным вращением детали за маховик 8 устанавливают ее в нужное угловое положение. При отключенном элек- тродвигателе люльки неподвижно фиксируются электромагнитами. С по- 199 мощью радиально-сверлильного станка или электрической дрели высвер- ливают металл необходимой массы. Значение ее пропорционально показа- ниям миллиамперметра. Детали балансируют на участках их восстановления, а сборочные единицы – на сборочном участке. Характеристика уравновешиваемых сборочных единиц, например, автомобильного двигателя приведена в табл. 4.3. Таблица 4.3 Сборочные единицы и детали двигателя с рабочим объемом 4,8 л, требующие балансировки, и их характеристика Сборочные единицы и детали Вид балансировки: С – статическая; Д – динамическая Допустимый дисбаланс, г·см Ротор фильтра центробежной очистки мас- ла со стаканом в сборе Д 10 Диск сцепления ведомый С 18 Диск сцепления нажимной С 36 Маховик С 36 Коленчатый вал Д 30 Коленчатый вал с маховиком и сцеплением Д 30 Двигатель в сборе Д 40 Перспективна балансировка V-образного двигателя в сборе путем снятия металла с маховика (задняя балансировочная плоскость) и со шкива коленчатого вала (передняя балансировочная плоскость). Балансировку ведут на обкаточном стенде, укомплектованном балансировочным прибо- ром, с принудительным вращением коленчатого вала от электродвигателя при вывернутых свечах зажигания. Минский завод (МЗОР) выпускает приборы ПСБ-2 (табл. 4.4) для определения на обкаточных стендах направления и величины дисбаланса двигателя. В комплект прибора входят вибродатчик, датчик опорного сиг- нала и электронный блок. С помощью прибора поочередно измеряют ве- личины в плоскостях коррекции. Таблица 4.4 Техническая характеристика прибора ПСБ-2 Параметры, размерность Значения 1 2 Диапазон рабочих частот при измерении параметров дисбаланса, Гц 5...45 Полоса пропускания фильтрующей части измерительного пульта, Гц 0,1 Максимальное время, необходимое для измерения параметров дис- баланса в одном масштабе измерения, без учета времени разгона, с 15 200 Окончание табл. 4.4 1 2 Количество масштабов измерения (коэффициент масштабирования 10) 2 Форма представления параметров корректирующего дисбаланса при измерении (система координат) полярная или прямоугольная Потребляемая мощность, Вт 60 Габаритные размеры, мм – длина – ширина – высота 520 275 340 Масса, кг 36 Вопросы для самоконтроля 1. Как влияет неуравновешенность деталей на послеремонтную наработку агре- гата? 2. В каком случае агрегат считают уравновешенным? 3. С какой целью добивают- ся равенства масс одноименных деталей, движущихся поступательно? 4. Приведите способы балансировки вращающихся деталей. 4.3. Содержание сборки и ее технологический процесс 4.3.1. Термины и определения сборки Термины и определения сборки изделий регламентированы ГОСТ 23887-79. В результате сборки из деталей путем образования соединений по- лучают сборочные единицы, из сборочных единиц – агрегаты, а из агрега- тов – машины. Сборка – установка составных частей изделия в определенной по- следовательности с образованием разъемных и неразъемных соединений и достижением нормативных параметров точности (замыкающих размеров и моментов затяжки). В начале сборки на опорные элементы стенда или конвейера уста- навливают базовую деталь (сборочную единицу). Базовая деталь (сборочная единица) – деталь (сборочная единица), с которой начинают сборку изделия, присоединяя к ней сборочные единицы или детали. Таким образом, в процессе сборки агрегата вначале на валы, оси, корпуса и другие базовые детали устанавливают комплектующие детали и получают сборочные единицы, а затем их устанавливают в корпусную де- таль агрегата с образованием разъемных и неразъемных соединений и дос- тижением нормативных параметров точности. Некоторые сборочные еди- ницы перед общей сборкой проходят статическую или динамическую ба- 201 лансировку на рабочих местах узловой сборки с целью последующего уравновешивания собранного агрегата. Технологический процесс сборки – технологический процесс, содер- жащий действия по установке и образованию соединений составных час- тей изделия. Технологическая операция сборки – законченная часть технологиче- ского процесса сборки, выполняемая над одной или несколькими сбороч- ными единицами одним или группой рабочих на одном рабочем месте. Технологическая операция сборки включает установку и образова- ние соединений составных частей изделия за счет подачи, ориентирования и силового замыкания деталей и узлов для получения готового изделия, удовлетворяющего установленным требованиям. Технологическая опера- ция, в свою очередь, делится на части. Такое деление необходимо для диф- ференциации сборочных работ. Переход сборочного процесса – законченная часть операции сборки, выполняемая над определенным узлом или изделием неизменным спосо- бом при использовании одних и тех же СТО. Прием сборочного процесса – отдельное законченное действие рабо- чего в процессе сборки или подготовки к сборке изделия или узла. Соединение при сборке – относительное положение составных час- тей изделия при сборке, характеризуемое соприкосновением их поверхно- стей, зазором или натягом между ними, заданными конструкторской доку- ментацией. Вид сборки изделия – категория сборки, выделенная по одному из ее признаков: – по объекту сборки (узловая, общая). Объектом узловой сборки яв- ляется составная часть машины, а общей сборки – агрегат или машина в целом; – по стадиям процесса (предварительная, промежуточная, под свар- ку, окончательная); – по перемещению собираемого объекта (стационарная, подвижная); – по организации производства (поточная, непоточная); – по взаимозаменяемости деталей (полная, неполная, групповая); – по механизации и автоматизации производства (ручная, механизи- рованная, автоматизированная, автоматическая). Качество технологического процесса сборки – совокупность свойств процесса сборки, обусловливающих его пригодность обеспечивать тре- 202 буемое качество изделий и выполнение объемов их выпуска без превыше- ния установленных затрат. Качество сборки определяется качеством комплектующих деталей, наличием средств технологического оснащения необходимого техническо- го уровня и квалификацией сборщиков. Точность сборки – степень совпадения материальных осей, контак- тирующих поверхностей или иных элементов сопрягаемых деталей с по- ложением их идеальных образов, установленных технической документа- цией. Точность сборки определяется замыкающими размерами (линейны- ми и угловыми), моментами затяжки резьбовых и усилиями смыкания прессовых соединений. Метод сборки изделия – совокупность правил достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи при сборке. Разборка – разъединение изделия на сборочные единицы, а послед- ние – на детали. Монтаж – установка изделия или его составных частей на место ус- тановки. Демонтаж – снятие изделия или его составных частей с места уста- новки. |