Быстрый поиск

Дипломная работа: Повышение надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей ВАЗ

Государственный комитет Российской Федерации

по высшему образованию

Тольяттинский государственный университет

Машиностроительный факультет

Кафедра «Технология машиностроения»

Дипломный проект

На тему: «Повышение надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей ВАЗ»

Заведующий кафедры: Драчев О.И. _____________

Руководитель: Бобровский Н.М. _____________

Консультанты:

1. Мурахтанова Н.М._____________

2. Ульянова В.Е. _____________

Рецензент:______________________________________________

Дипломант:

Мельников Павел Анатольевич

2002 г.

Реферат

УДК 621.002.(075)

Мельников П.А.

Дипломный проект на тему: «Повышение надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей ВАЗ» Тольятти, 2002. – 144 с., ил.

Ключевые слова: манжетное уплотнение, математическое моделирование, трибологическая система, технологическое управление качеством, поверхностно-пластическое деформирование, микрорельеф, система автоматического проектирования.

Целью дипломного проекта является анализ проблемы дефекта на АО «АвтоВАЗ» – течь в сальниковое уплотнение, представлено решение данной проблемы. В работе рассмотрены прогрессивные конструкции манжет и перспектива их применения для снижения уровня дефектов в автомобилях АО «АвтоВАЗ». Проанализирован результат внедрения в качестве финишной обработки сальниковых шеек коленчатого вала 2112-1005020 метод ППД – выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом. Разработан алгоритм расчета геометрии поверхности при отделочно-упрочняющей обработке и на персональном компьютере была создана программа для расчета микрорельефа.

Содержание

Введение

1. Анализ способов повышения надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей

1.1 Литературный обзор по манжетным уплотнениям

1.2 Разработка способа обработки для нанесения микрорельефа на сальниковые шейки деталей ВАЗ

2. Качество и эксплутационные свойства деталей, обработанных ППД

2.1 Анализ микрогеометрии поверхности, обработанной ППД

2.2 Анализ влияния создаваемых микрорельефов при обработке ППД на качество работы уплотнительных узлов

2.3 Факторы, обеспечивающие возникновение остаточных напряжений сжатия и повышение микротвердости поверхности, обработанных ППД

3.1 Выявление зависимости между основными параметрами обработки и качеством обработанной поверхности по критерию шероховатости

3.2 Экспериментальные исследования изменения микротвердости в приповерхностном слое обработанной детали

3.3 Испытания инструментов на стойкость при широком выглаживании

4. Разработка математической модели отделочно-упрочняющей обработки, наносящей микрорельеф на поверхность шеек валов.

4.1 Создание математической модели геометрического построения микрорельефа обработанной поверхности

4.1.2 Алгоритм для расчета нескольких оборотов детали

4.1.3 Алгоритм расчета с учетом многоинструментальной обработки

4.2 Внесение в математическую модель изменений, для учета физико-механических параметров обработки

4.3 Визуализация выходных данных математической модели

5. Анализ результатов математического моделирования

5.1 Выявление корреляционной связи между параметрами и показателями обработки

6. Разработка технического задания на приспособление для нанесения микрорельефа в массовом производстве

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Описание операции и рабочего места

7.2 Описание основных вредных производственных факторов, имеющих место на полировальных операциях

7.3 Вывод по разделу

8. Экономическая эффективность проекта

Список литературы

Введение

После ряда финансовых потрясений, прошедших в Российской Федерации, лимитирующая часть машиностроительного производства была практически парализована. Поступление средств от машиностроительных предприятий в Государственный бюджет сократилась в несколько раз. Вследствие интеграции Российского рынка с мировым, неконкурентоспособная продукция наших заводов была частично вытеснена с внешнего и внутреннего рынков. В результате чего многие предприятия вообще не смогли вписаться в новые экономические условия, и фактически были признаны банкротами.

В то время когда, отечественная наукоемкая промышленность, погруженная в рыночные реформы, фактически прекратили поступательное развитие, лидеры мирового сообщества как минимум дважды обновили свои технологии машиностроительного производства. Они усиленно развивают информационные технологии и технологии управлении производственными процессами. В настоящее время придерживаются идеологии достижения технологического превосходства, которая предполагает использование инновационных технологий, реинжениринга, формирования рынка интеллектуальной собственности.

Главная проблема, которую сформулировал Президент в своем Послании Федеральному собранию (апрель 2001 г.), – это гигантское (в десятки раз) рыночное нашей промышленности от уровня, достигнутого передовыми странами. Это отставание чревато тяжелыми последствиями.

Следует отметить, что в РФ сосредоточены сотни НИИ, способные поддерживать конкурентоспособное производство, но за частую большинство научных разработок так и осталось не реализовано материально. Согласно ранее проведенным реформам предполагалось, что если предприятиям федерального подчинения дать свободу, то они быстро втянуться в рынок, однако на практике этого не произошло. Поэтому нынешнее правительство РФ взяло курс на создание более эффективного организационного обеспечения развития промышленности.

В настоящее время в народном хозяйстве наблюдается некоторая стабилизация и поиск новых организационных форм управления, позволяющих повысить эффективность производства [38]. Поэтому первоочередная задача отечественных предприятий состоит в том, чтобы доказать обществу свою необходимость, показать, что без этих предприятий, дальнейшее развитие общества невозможно, а для этого необходимо разработать теоретическую базу рынка, основанное на достижении технологического превосходства и представить её в такой форме, чтобы она была доступна для восприятия широкой общественностью.

Целью данной научной работы является анализ эффективности интеграции научных исследований, направленных на создания конкурентоспособной продукции, и производства. В частности была затронута проблема обеспечения качества наружных цилиндрических поверхностей нанесением микрорельефа методом поверхностно-пластического деформирования, в процессе решения которой использовались элементы математического моделирования с применением вычислительной техники.

1. Анализ способов повышения надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей

1.1 Литературный обзор по манжетным уплотнениям

Одним из путей повышения работоспособности манжетных уплотнений, применяемом в мировой практике, является обработка поверхности вала под сальниковые шейки методами поверхностного пластического деформирования (ППД). Отделочно-упрочняющая обработка методами ППД позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики деталей. Наиболее простыми для практической реализации методами ППД являются алмазное выглаживание и обкатывание. При выглаживании инструмент взаимодействует с обрабатываемой поверхностью в условиях трения скольжения, при обкатывании в условиях трения качения. Несмотря на то, что при обкатывании шариками или роликами имеет место качение с проскальзыванием, а при алмазном выглаживании – скольжение, между ними имеется сходство как в механизме образования микропрофиля и характере деформации поверхностного слоя, так и в соотношении действующих сил и коэффициентов трения. Это сходство позволяет установить некоторые общие закономерности для обоих процессов, на основе чего могут быть установлены рациональные области их применения и оптимальные режимы обработки. Процесс обработки ППД идет без снятия стружки: радиально вытесняются объемы материала с вершин микронеровностей в глубину поверхностного слоя. Материал течет от диапазонов высоких напряжений сжатия (вершины) в зоны более незначительных напряжений и наполняет при этом впадины микронеровностей обрабатываемой поверхности. Этот процесс показан на рисунке 1.15. В результате обработки, на поверхности образуется микрорельеф без заостренных выступов, и процесс приработки пары манжета-вал протекает значительно быстрей.


Рис. 1.15. Схема формирования обработанной поверхности при ППД

Процесс алмазного выглаживания кинематически аналогичен точению, только вместо резца применяется алмазный выглаживатель, который, пластически деформируя поверхностный слой, выравнивает и упрочняет его. Классическое устройство для выглаживания (см. рис. 1.16.) содержит корпус 4 из конструкционной стали, в который вставлены два поршня 2 и 5 с уплотнительными кольцами 3. Поршень 2 связан непосредственно с инструментом 1, рабочая поверхность которого изготовлена из алмаза. Положение поршня 5 фиксируется рукояткой 6. Фиксатор 8 ограничивает ход поршня 2. Манометр 7 контролирует давление рабочей среды.

Устройство работает следующим образом: обрабатываемой заготовке 9 сообщают вращательное движение, устройство подводят к обрабатываемой поверхности. Вращением рукоятки 6 перемещают поршень 5, нагнетая давление в рабочей камере корпуса 4, величина которого контролируется манометром 7. Параллельно перемещается поршень 2 в сторону обрабатываемой детали до прикосновения, при этом увеличивается прижимная сила, величина которой прямо пропорциональна величине давления в рабочей камере. При достижении требуемой силы прижатия инструмента 1 к обрабатываемой детали вращения маховика 6 прекращают, и устройству придают поступательное движение параллельно оси вращения.

Рис. 1.16. Устройство для выглаживания

Шероховатость поверхности заготовки после алмазного выглаживания может быть уменьшена приблизительно в десять раз. Упрочнение проявляется в приросте микротвердости поверхности для незакаленных сталей на 30...50%, для закаленных на 10...30%. В поверхностном слое формируется благоприятные для эксплуатационных свойств остаточные напряжения сжатия [7, 29]. Таким образом поверхность получается более гладкой, чем при полировании Rавыглаж=0,08…0,32 мкм.

Но как была сказано вначале данного раздела, гладкая поверхность не совсем идеальна для работы в паре с манжетой, так как в процессе работы будет повышена адгезионная составляющая силы трения. В процессе обработки на поверхности вала должен формироваться определенный микрорельеф, позволяющий создавать эффект гидродинамического трения.

Ю.Г. Шнейдер провел комплекс работ [35], направленных на повышение герметичности работы манжетных уплотнений путем нанесения на вал определенного микрорельефа методами ППД. На рис. 1.17. показана схема обработки, позволяющей наносить на подманжетную шейку вала микрорельеф в виде синусоидальных канавок.

Рис. 1.17. Схема нанесения микрорельефа по Ю.Г. Шнейдеру

Обработка осуществляется также, как и при обработке устройством, показанным на рис. 1.16, но в процессе обработки инструменту (индентору) придают колебательные движения в направлении подачи. Испытания, выполненные на машине СМЦ-2, подтвердили повышение надежности работы манжетных уплотнений, работающих в паре с шейками валов, обработанных данным способом (результаты исследований приведены в следующей главе).

Для увеличения эффективности возникающего при работе гидродинамического эффекта было разработано новое устройство для вибровыглаживания, позволяющее наносить регулярный микрорельеф, отличный от предыдущего. На рис. 1.18 представлены два вида разработанного устройства. На рис. 1.19 показан третий вид. На рис. 1.21,а показан вид рельефа образуемого при помощи разработанного устройства, на рис. 1.21,б – рельеф, образуемый при использовании обычных устройств.

Устройство для вибровыглаживания содержит корпус 1, с размещенным в нем штоком 2, на котором установлена скоба 3 с двумя прикрепленными к ней параллельными упругими пластинами 4. Между пластинами 4 размещена державка 5, несущая инструмент 6. Скоба 3 закреплена на штоке с помощью болта 7 с возможностью разворота относительно оси штока, на котором размещена шпонка 8, препятствующая его развороту в отверстии корпуса. Колебания инструмента осуществляются с помощью привода, включающего электродвигатель 9, эксцентрик 10, воздействующий на рычаг 11. Скобу 3 разворачивают относительно оси штока на угол a, образуемый между опорной плоскостью державки корпуса устройства и плоскостью упругой пластины (рис. 1.19).

Рис. 1.18. Схема устройства для вибровыглаживания(а) и известного (б) способов вибровыглаживания

Рис. 1.19. Форма микрорельефа, образуемого при использовании нового

В процессе обработки детали 12 задают вращение, а устройство, корпус которого закрепляют в резцедержателе токарного станка, поступательно перемещают в направлении подачи вдоль оси детали. При этом инструменту 6 задают колебательное движение под углом к образующей линии детали. Образуемый рельеф представляет собой наклонную к образующей линии детали синусоиду (рис. 1.20,а), в отличии от обычного рельефа в виде симметричной синусоиды (рис. 1.20, б, рис. 1.17). Такой рельеф, как известно, способствует проявлению насосного эффекта, за счет чего смазка удерживается в сопряжении и возвращается в герметизируемую полость.

Однако алмазное выглаживание не подучило достаточно широкого соответствующего эффективности процесса использования в машиностроении. Это обусловлено в частности недостаточным уровнем исследований процесса. В научно-технической литературе отсутствуют удобные для практического использования формулы по расчету оптимальных режимов обработки, не представлены универсальные зависимости, связывающие режимы обработки с выходными параметрами качества поверхности изделия. Также, следует отметить, что предложенные методы менее производительны, чем традиционно принятые – шлифование, полирование при которых процесс обработки осуществляется без продольной подачи, благодаря тому, что ширина инструмента перекрывает всю зону обработки.

Рис. 1.20. Форма микрорельефа, образуемого при использовании нового (а) и известного (б) способов вибровыглаживания

Задача существенного повышения производительности обработки при выглаживании подманжетных шеек шпинделей решена путем разработки нового способа обработки цилиндрическим инструментом из композита или твердого сплава с длиной рабочей поверхности 15...20 мм. Способ предусматривает установку оси цилиндрической поверхности инструмента параллельно оси заготовки. Обработка ведется без продольной подачи путем охвата инструментам всей длины обрабатываемой поверхности.

При разработке конструкции инструмента решалась задача точного прилегания инструмента по всей длине обрабатываемой поверхности. Эта задача решена путем шарнирной установки инструмента. Инструмент устанавливается параллельно оси заготовки. На рис. 1.21. представлена конструкция выглаживающей головки, позволяющей обеспечить такую установку. Инструмент, который содержит выглаживающий элемент 1 и несущую ее державку 2 с отверстием, с помощью пальца 3 шарнирно устанавливается на скобе 4, которая закрепляется на оправке для выглаживания. С учетом применения различных материалов рабочей части выглаживающего элемента были разработаны два типа инструментов, отличающиеся типом крепления выглаживающего элемента: с паянным и механическим креплением.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9