Анализ точности размерных цепей карданных шарниров

УДК 631.3:621.825.6

М.Н. Ерохин, академик РАСХН, ректор МГАУ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»

А.Г. Пастухов, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия»

анализ точности размерных цепей карданных шарниров

Количество лимитирующих соединений деталей в автомобиле составляет 1.. .2 %, а общее их число в машине — 150.400, поэтому на надежность следует отрабатывать ее ответственные соединения. Основным функциональным параметром сборочной единицы является замыкающий размер. Например, для соединений типа «Карданный подшипниковый узел» замыкающими размерами являются радиальный, осевой и окружной (межроликовый) зазоры. При изготовлении и в работе изменение зазоров вследствие изнашивания инструмента и деталей влечет изменение функциональных параметров, что влияет на эксплуатационные показатели, поэтому необходимо анализировать точность размерных цепей.

По данной тематике выполнены исследования Н.Ф. Поповым и Е.М. Булановым (расчет предельных значений зазора и износа игольчатого подшипника планетарного механизма поворота трактора ДТ-75), Ю.И. Борисовым и И.Е. Еремеевым (изучение влияния степени точности изготовления деталей карданного шарнира на работоспособность карданных валов трактора К-700). Однако авторы не учитывали в полной мере допуски формы и расположения поверхностей деталей шарнира согласно РД 37.001.665-96 и ГОСТ 13758-89, а также коэффициенты относительной симметрии а и относительного рассеяния К фактического закона распределения размеров.

В данной статье оценена точность параметров размерных цепей в карданных подшипниковых узлах с влиянием неучтенных ранее факторов. Для этого вычислены точностные параметры размерных цепей карданного шарнира в сборе и сопоставлены значения зазоров с учетом состояния процесса обработки, оборудования и приспособления.

На начальном этапе исследования были выполнены эскизы карданного шарнира в сборе с указанием допусков формы и расположения поверхностей с сечениями в следующих плоскостях: рабочей плоскости крестовины; плоскости, проходящей через проушины фланца вилки; в плоскости

перпендикулярной оси шипов. По эскизам выявлены и зафиксированы составляющие звенья размерных цепей шарнира, в которых замыкающими звеньями являются радиальный О,, осевой Оа и окружной Ог зазоры в подшипниковых узлах. Затем составлены плоские и линейные размерные цепи (рисунок), на основании которых получены формулы для расчета зазоров.

Радиальный зазор

О = Он ±дп ±Т2±Т3 ±та±т6,

где Огн — начальный радиальный зазор в соединении шип крестовины — подшипник; А0 — начальный зазор в соединении проушина — подшипник; Т2, Т3 — допуски соосности осей противоположных шипов крестовин и осей отверстий в вилках; Т4 — допуск пересечения осей отверстий в вилках с осью центрирующей поверхности; Т6 — допуск перпендикулярности оси двух противоположных шипов крестовины и оси двух других шипов.

Осевой зазор

Оа = Оан ± ДН ± Т6 ± Т7 ± Т8 ± Т9Н0 ± Т9Ни ± Т10,

где Оан — начальный осевой зазор в соединении шип крестовины — подшипник; Ан — начальный зазор в соединениях вилка — подшипники; Т6, Т7, Т8 — допуск перпендикулярности соответственно оси двух противоположных шипов крестовины и оси двух других шипов, осей отверстий в вилках и оси центрирующей поверхности присоединительного фланца и торцев ушек вилок, а также общей оси отверстий ушек; Т9н0, Т9н1, Т9н2 — допуски отклонения оси симметрии размеров между торцами крестовины и опорных поверхностей вилок; Т10 — допуск плоскостности торцев шипов крестовины и их общей оси.

Ъ А„ Т, Т3 Т4 Т6 G АБ Т6 Т7 Т8 ТНп Т

гн 2346 ан Б 6 1 8 9НП 9

V 1 и V ' /

' 4 / * < / *. * / 1 А

7^

У

У

ан Б 6 1 -‘'8 9НП 9Н1,2

Р У ^ \ У ^ У /

/

/

/

с с

Б2 Б1

а б

Линейные размерные цепи Ог

Таблица 1

Анализ точности размерных цепей Gr Ga и Gt

Наименование этапа Расчетная формула

Расчет методом максимума-минимума: номинального значения размера замыкающего звена координаты середины допуска замыкающего звена размера поля допуска замыкающего звена и его предельных отклонений Ад-£ 5, 4, где п — число составляющих звеньев; ^ — передаточные отношения г-го звена размерной цепи; А, — номинальные размеры составляющих звеньев Адс = £ 5А,с , где Ад - (дв + ДН |^2, А, - (дв + ДН )^2 — размеры замыкающего и составляющих звеньев, соответствующие серединам полей допусков; Ава, Ана, Ав,, АН, — верхние и нижние отклонения предельных размеров замыкающего и составляющих звеньев; Тд=Х |5,| т„ где Тд=двд-днд; Т =дв,-дН,; Адтах = Адс + Тд/2; АГ = Адс-Тд/2

Расчет вероятностным методом: номинального значения размера замыкающего звена координаты середины допуска замыкающего звена размера поля допуска замыкающего звена и его предельных отклонений Ад = £ 5, А, Адс ± “дТд - /[(А1с ± а1Т), ..., (Апс ± “nTn)], где аА, а, — коэффициенты относительной симметрии, характеризующие несовпадение середины полей допусков со средним арифметическим размером «д- 0,59 £ 5, а,Т,/ £ |5,| Т,

Тд-^]£^к‘т‘; кд-1 + (°.549/£ 15, 1т)(]£52К,2т,2 1, где Ка, К, — коэффициенты относительного рассеяния размеров замыкающего и составляющих звеньев; АГ = Адс + Тд/2; АГп - Адс - Тд/2.

Окружной зазор

где Сш, С01 — длина окружности по центрам игольчатых роликов подшипникового узла, расположенных на внутреннем диаметре стакана подшипника и при беззазорном расположении по окружности центров.

Расчетные значения зазоров необходимо сопоставить с нормальным [Ог] и допускаемыми [Оа] и [О,] значениями:

Ог <[Ог ], Оа <Оа ] О, <[О ]

Этапы расчета размерных цепей методом максимума-минимума и вероятностным методом с учетом состояния процесса обработки и оборудования представлены в табл. 1 [1, 2].

142

Значения коэффициентов а; и K приняты для мелкосерийного вида производства при неотлажен-ном процессе обработки, изношенном оборудовании и нежестких приспособлениях [1].

Расчетные формулы табл. 1 реализованы средствами Microsoft Excel на ПК, а результаты представлены в табл. 2. Сопоставление расчетных данных показывает, что в серийной конструкции шарнира упомянутые зазоры в подшипниковых узлах превышают предельные значения нормального радиального, допускаемых осевого и окружного зазоров.

Выводы

1. Для существующих конструкций шарниров следует обращать внимание на условия монтажа подшипниковых узлов, так как вследствие значительного натяга возможны повреждения поверхностей подшипников.

Таблица 2

Данные расчета характеристик точности зазоров

Метод расчета Обозначение Типоразмер карданных шарниров

зазора I II III III IV V VI VII VIII

Максимум- G max 50 42 52 56 332 332 105 105 112

минимум min -149 -170 -191 -192 -22 -70 -214 -234 -247

Ga max 340 -120 210 270 240 260 260 263 260

min -386 -986 -667 -627 -111 -184 -190 -160 -198

Gt max -0,82 0,791 -0,25 0,502 1,189 1,629 1,174 1,193 0,766

min -1,10 0,485 -0,70 0,071 0,429 0,49 -0,02 0,002 -0,55

Вероятност- G max 27 26 34 33 238 219 -18 -20 -20

ный min -91 -104 -117 -121 4 -39 -222 -243 -61

Ga max 106 -640 3 59 171 213 214 208 215

min -218 -1070 -428 -377 4 -48 -49 -60 -50

Gt max -1,162 0,439 -0,647 0,339 0,514 0,816 0,994 1,012 0,524

min -1,357 0,240 -0,950 0,043 -0,023 -0,198 -0,290 -0,271 -0,908

Допускаемые max 55 55 55 55 65 65 75 75 85

значения min 15 15 15 15 25 30 40 40 -40

[Ga] max 30 30 30 30 50 50 50 50 50

min 5 5 5 5 10 10 10 10 10

[Gt] nom 0,550 0,550 0,725 0,500 0,650 0,725 0,950 0,950 1,250

2. Перспективным направлением повышения долговечности карданных шарниров является их модернизация с целью снижения чувствительности подшипниковых узлов к зазорам в процессе эксплуатации, а также реализация возможности их регулирования и минимизации их величины в процессе технического обслуживания и ремонта.

Список литературы

1. Булатов, В.П. Расчет точности машин и приборов / В.П. Булатов, И.Г. Фридлендер, А.П. Баталов [и др.]; под общ. ред. В.П. Булатова и И.Г. Фридлендера. — СПб.: Политехника, 1993. — 495 с.

2. Допуски и посадки: справочник: в 2-х ч. / В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. — Ч. 2. — 448 с.

УДК 631.312.021.3-192

В.С. Новиков, канд. техн. наук, профессор

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»

методика расчета почворежущих рабочих органов на долговечность

Важнейшим направлением совершенствования технического уровня почвообрабатывающих машин считают повышение ресурса их рабочих органов.

В результате интенсивного абразивного изнашивания изменяются геометрия режущей части и общие размеры рабочих органов, что служит причиной нарушения агротехнических требований, снижения качества обработки почвы, повышения энергетических затрат. Вынужденная частая замена деталей рабочих органов приводит к снижению производительности труда и повышению затрат на обработку. Например, как показывают расчеты,

исходя из существующих ресурсов и цен деталей рабочих органов плуга, на каждые 100 га вспашки требуется денежных затрат только на их замену не менее 5000 р. и не менее 4 чел.-ч. трудозатрат. В масштабах страны эти цифры достигают примерно 6 млрд р. и дополнительную потребность около 3 тыс. механизаторов. Использование импортной техники повышает материальные затраты на замену рабочих органов не менее чем в 2 раза по сравнению с отечественными рабочими органами. В связи с этим достаточно остро стоит вопрос о разработке и выпуске в стране высококачественных и высокоресурсных почворежущих рабочих органов, обес-

143