2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего специального образования Российской Федерации

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени

Государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Технология машиностроения»

на тему:

Технологический процесс изготовления распределительного вала и сборки шатунно-поршневой группы двигателя ЗИЛ-130

Студент Базаненков И.А.

Группа Э2-92

Преподаватель Тавров В.И.

Москва 2004



Содержание

• 1. Проектирование технологического процесса сборки шатунно-поршневой группы двигателя ЗИЛ 130
• 1.1 Назначение узла в машине, краткое описание его конструкции
• 1.2 Анализ технических требований на сборку
• 1.2.1 Расчет такта выпуска
• 1.2.2 Технологический анализ конструкции узла
• 1.3 Выбор методов достижения точности
• 1.4 Разработка технологической схемы сборки
• 1.4.1 Разработка технологического процесса сборки с заполнением карт и техническим нормированием времени по элементам
• 2. Проектирование технологического процесса изготовления распределительного вала двигателя ЗИЛ 130
• 2.1 Назначение распределительного вала, краткое описание конструкции
• 2.1.1 Анализ технических требований
• 2.1.2 Расчет такта выпуска
• 2.1.3 Технологический анализ конструкции детали с расчетом показателей технологичности
• 2.2 Получение заготовки
• 2.2.1 Выбор метода изготовления заготовки
• 2.3 Технико-экономическое параметры заготовки:
• 2.3.1 Расчет технологического времени
• 3. Конструирование и расчет приспособлений
• 3.1 Станочное приспособление, Работа и конструкция приспособления
• 3.2 Назначение технических требований на приспособление, обеспечивающих заданную точность
• 3.3 Составление схемы сил, действующих на заготовку и расчет зажимного устройства
• Список литературы
• Раздел 1. Проектирование технологического процесса шатунно-поршневой группы двигателя ЗИЛ-130

1.1 Назначение узла в машине, краткое описание его конструкции

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.

Шатунно-поршневая группа двигателя состоит из поршня, поршневых колец (в данном случае трех компрессионных и одного маслосъемного), поршневого пальца и деталей фиксации пальца от осевых перемещений (стопорных колец), шатуна, комплекта подшипников верней и нижней головок шатуна, шатунных болтов с гайками и элементов их фиксации.

Поршень - алюминиевый литой. По наружному диаметру поршни разбиты на четыре класса (М, С₁, С₂, Б) через 0,02 мм. Наружная поверхность поршня имеет сложную форму. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 61,5 мм от днища поршня.

По диаметру отверстия под поршневой палец подразделяются на три класса (1, 2, 3) через 0,005 мм. Классы диаметров поршня и отверстия под поршневой палец клеймятся на днище поршня.

Класс	Размеры, мм
	DT	Dn
	Номин.	Пред.откл.	1 кл.	2 кл.	3 кл.
М	99,81	±0.01	47,985-47,990	47,980-47,985	47,975-47,970
С1	99,83
С2	99,85
Б	99,87

По массе поршни сортируются на три группы: нормальную, увеличенную на 5г и уменьшенную на 5г. Этим группам соответствует маркировка на днище поршня: "Г","+" и "-" На двигателе все поршни должны быть одной группы по массе.

Поршни ремонтных размеров изготавливаются с увеличенным на 0,5 и 1,0 мм наружным диаметром. Увеличению на 0,5 мм соответствует маркировка в виде треугольника, а увеличению на 1,0 мм - в виде квадрата.

Стрелка на днище поршня показывает, как правильно ориентировать поршень при его установке в цилиндр. Она должна быть направлена в сторону привода распределительного вала.

Поршневой палец - стальной трубчатого сечения, запрессован в верхнюю головку шатуна и свободно вращается в бобышках поршня. По наружному диаметру пальцы подразделяются на три класса через 0,005 мм. Класс маркируется краской на торце пальца: синяя метка - первый, зеленая - второй, а красная - третий класс. Осевое перемещение пальца ограничено двумя стопорными кольцами.

Поршневые кольца

Компрессионные - изготовлены из чугуна. Два верхних компрессионных кольца - с хромированной (с целью повышения износостойкости) бочкообразной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа. Для лучшей приработки их рабочая поверхность покрыта тонким слоем меди и олова. Маслосъемное кольцо - изготовлено из стали с хромированными рабочими кромками и с разжимной витой пружиной. Масло, снимаемое маслосъемным кольцом с рабочей поверхности гильзы цилиндров, стекает в картер через специальные каналы в поршне при движении поршня вниз.На кольцах ремонтных размеров ставится цифровая маркировка "50" или "100", что соответствует увеличению наружного диаметра на 0,5 или 1,0 мм.

Шатун - стальной, кованый. 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.

Шатун обрабатывается вместе с крышкой и поэтому они в отдельности не взаимозаменяемы. Чтобы при сборке не перепутать крышки и шатуны, на них клеймится номер цилиндра, в который они устанавливаются.

1.2 Анализ технических требований на сборку

Детали, поступившие на сборку ШПГ должны иметь клейма ОТК, удостоверяющие их качество.

Поршень и палец должны быть соответствующего класса.

Диаметр отверстия под палец в верхней головке шатуна должен соответствовать диаметру в поршне.

На шатунах и крышках шатунов должны быть маркированы номера цилиндров.

Натяг втулки в верхней головке шатуна 0,10-0,14 мм;

Зазор на масло в верхней головке шатуна 0,04-0,08 мм;

Зазор между поршневыми кольцами и канавками для верхнего компрессионного кольца должен составлять 0,04-0,075 мм, для нижнего - 0,03-0,065 мм и для маслосъемного - 0,02-0,055 мм. Проверка зазора осуществляется согласно рис. 1а.

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.

Зазор в замке поршневых колец после установки на поршень должен быть в пределах 0,25-0,45 мм.

Требование на разновес шатунно-поршневых комплектов по шейкам коленчатого вала назначается исходя из условия допустимого дисбаланса в двигателе. Разновес по шейкам коленчатого вала не должен превышать 5 граммов.

Прилегание вкладышей к поверхности цилиндрического отверстия в нижней головке шатуна под коленчатый вал должно быть не менее 85% поверхности вкладыша.

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

1.2.1 Расчет такта выпуска

Годовой темп рабочего времени при односменной работе: часов.

Годовая программа:

тыс.шт.

Действительный такт выпуска:

1.2.2 Технологический анализ конструкции узла

Оценка технологичности изделия или сборочной единицы имеет целью установить соответствие конструкции современному уровню развития техники, ее экономичность, удобство в изготовлении и эксплуатации.

При конструировании машин и ее деталей необходимо достичь удовлетворения требований наиболее рационального и наиболее экономичного изготовления машины. В этом и состоит принцип технологичности конструкции. Чем меньше трудоемкость и себестоимость детали или машины, тем технологичнее ее конструкция.

Выбор измерительных баз и простановка размеров обеспечивает удобство, надежность и производительность контроля, дает возможность применять простые контрольные приспособления и измерительные инструменты.

Сборка ШПГ производится полностью на сборочном участке.

Сборка ведется без применения сложного инструмента и оборудования, что обеспечивает техническое обслуживание участка.

Имеется свободный доступ на всех стадиях сборки к деталям узла.

Узел может быть легко транспортирован на общую сборку двигателя.

Используется селективный подбор (подбираются величины зазоров и значения масс), исключающий взаимозаменяемость.

Для повышения технологичности конструкции предусматривается:

минимальное количество деталей оригинальной, сложной конструкции и различных наименований;

наличие удобных базирующих поверхностей;

механизированный процесс сборки;

Количественный анализ технологичности.

1. Трудоемкость изготовления изделия

Тразм - трудоемкость разметки

Тмех. обр. - трудоемкость мехобработки детали

Тсб - трудоемкость сборки

Тисп. - трудоемкость испытаний

2. Технологическая себестоимость изделия.

См - стоимость материалов, затраченных на изготовление изделия

Сз - заработная плата рабочих

Сн.р - цеховые накладные расходы

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

, где

- количество стандартизированных изделий;

- количество деталей.

4. коэффициент повторяемости:

, где

- количество наименований деталей.

5. относительное количество наименований литых деталей:

, где

- количество наименований деталей;

- количество наименований литых деталей.

6. Коэффициент сборности конструкций

Е - количество сборочных единиц

Д - количество деталей, не вошедших в состав сборочной единицы

7. Коэффициент стандартизации и унификации изделия

Ест - число стандартных сборочных единиц в изделии

Дст - число стандартных деталей, не вошедших в состав сборочной единицы

8. Коэффициент использования материала

М - масса изделия

Мм - масса материала, израсходованного на изготовление изделия

9. Коэффициент эффективности взаимозаменяемости

Тпр - трудоемкость пригоночных работ

Тпс - трудоемкость разборки и повторной сборки

Тмо - трудоемкость мех. обработки при сборке

Таким образом, для условий серийного производства конструкция узла является технологичной

1.3 Выбор методов достижения точности сборки

Требуемая точность конструкции обеспечивается в основном методом групповой взаимозаменяемости (селективного подбора). Это вызвано тем, что конструктивные допуски жестче 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 7 г, а разновес поршней и шатунов в сборе -- 10 г. 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 работ подборки 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.

1.4 Разработка технологической схемы сборки



1.4.1 Разработка технологического процесса сборки с заполнением карт и техническим нормированием времени по элементам

Техническое нормирование времени по элементам

Штучное время - интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий или равный календарному времени сборочной операции.

Расчет нормы штучного времени на сборочную операцию вычисляется по формуле:

, где

- сумма вспомогательного времени на работы, входящие в операцию и не являющиеся переходами;

- сумма оперативного времени на выполнение сборочных и слесарных переходов, входящих в операцию;

- часть оперативного времени на обслуживание рабочего места, %;

- часть оперативного времени на перерывы для отдыха, %.

шатунный поршневой двигатель распределительный



Раздел 2. Проектирование технологического процесса изготовления распределительного вала двигателя ЗИЛ 130

2.1 Назначение распределительного вала, краткое описание конструкции

Распределительный вал (РВ) двигателя внутреннего сгорания, являющийся основной деталью механизма газораспределения, приводит в движение толкатели клапанов, масляный и топливный насосы и распределитель зажигания. Основной рабочей частью распределительного вала является кулачок. Кулачки могут быть выполнены как заодно с валом, так и съемными, в виде кулачковых шайб. Сам вал также может состоять из нескольких секций.

Вследствие больших сосредоточенных нагрузок на кулачки и относительно небольшой изгибной жесткости валов, число опорных подшипников распределительных валов превышает, как правило, число цилиндров на единицу.

Разъемные подшипники распределительных валов крупных судовых и стационарных двигателей имеют стальные или чугунные вкладыши, залитые баббитом. Если распределительный вал вставляют в неразъемные подшипниковые гнезда с торца двигателя, то на шейки вала устанавливают разъемные подшипники отлитые из антифрикционных алюминиевых сплавов, или шейки вала выполняют такого диаметра, чтобы кулачки или другие элементы вала проходили через подшипниковые гнезда.

От перемещения вдоль оси распределительные валы удерживаются упорными подшипниками, которые целесообразно располагать около привода вала, так как при этом различные температурные удлинения коленчатого и распределительного валов и корпуса двигателя в случае установки косозубых зубчатых колес не будут оказывать влияния на фазы газораспределения, а при цепном приводе дополнительно загружать цепи и звездочки.

Для того чтобы правильно расположить распределительный вал относительно коленчатого, шпоночные и шлицевые канавки на валах и в зубчатых колесах должны быть ориентированы относительно одного из колен, кулачков и зубьев, а зубья колес должны сцепляться по меткам.

Распределительный вал двигателя ЗИЛ 130 цельный, выполнен заодно с кулачками, изготовлен из стали 45, имеющей следующий химический состав:

Химический элемент %

Углерод (С) 0,42-0,50

Фосфор (Р) 0,035

Сера (S) 0,04

Марганец (Mn) 0,50-0,80

Кремний (Si) 0,17-0,37

Хром (Cr) 0,25

Никель (Ni) 0,25

Медь (Cu) 0,25

Мышьяк (As) 0,08

2.1.1 Анализ технических требований

На распредвал воздействует целый комплекс внешних силовых факторов, могущих вызвать его неработоспособность. Основная причина выхода РВ из строя - износ или выкрашивание рабочих поверхностей кулачков. Для того чтобы успешно противостоять износу вал должен иметь высокую твердость. Однако высокая твердость материала по всему объему может вызвать повышение хрупкости и, как следствие - усталостное разрушение. Поэтому наилучший результат дает поверхностное упрочнение материала распредвала (цементация, закалка ТВЧ). При этом повышается твердость (а вместе с ней и износостойкость) поверхностного слоя, а сердцевина вала остается достаточно вязкой для того чтобы успешно сопротивляться усталостным трещинам.

Также предъявляются жесткие требования к точности изготовления отдельных элементов вала:

Опорные шейки должны быть обработаны по 2-му классу точности и по 8-му классу чистоты; биение их размеров относительно крайней шейки не должно превышать 0,015-0,02мм. Упорный торец первой шейки должен иметь 7-й класс чистоты, допускаемая перпендикулярность его по отношению к шейке не более 0,02-0,03мм. Овальность и конусность шеек не более 0,01мм.

Рабочие поверхности кулачков должны быть обработаны по 8-му классу чистоты. Оси симметрии кулачков должны быть выдержаны с точностью 0є30' по отношению к шпоночной канавке. Отклонение оси симметрии среднего кулачку относительно шпоночной канавки не должно превышать 0є30'. Отклонение осей симметрии остальных кулачков относительно среднего не должно превышать 0є20'. Отклонение от теоретического подъема плоского толкателя при проверке профиля кулачка в отдельных точках должно быть не более 0,1-0,2мм и от номинального реального положения фаз кулачков не более 1є…2є.

Смещение оси шпоночной канавки относительно диагональной плоскости не должно превышать 0,02-0,03мм.

Зубья зубчатого венца привода масляного насоса и распределителя должны иметь 7-й класс чистоты.

2.1.2 Расчет такта выпуска

Годовой темп рабочего времени при односменной работе: часов.

Годовая программа:

тыс.шт.



Действительный такт выпуска:

2.1.3 Технологический анализ конструкции детали с расчетом показателей технологичности

Технологичность - совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

В первую очередь технологичность определяется количеством трудовых и материальных затрат, расходуемых на изготовление деталей при условии обеспечения их нормальной эксплуатации.

Количественная оценка

1. Суммарная трудоёмкость изделия: Т₀ = 2.20 мин

2. Коэффициент трудоёмкости механической обработки.

КМ=ТМ/Т₀ = 1.05 мин/2.20 мин = 0.48

3. Относительная трудоёмкость заготовительных работ.

КЗ= ТЗ/Т0 = 1.15 мин/2.20 мин=0.52.

2.2 Получение заготовки

2.2.1 Выбор метода изготовления заготовки

При выборе метода получения заготовки важно учитывать не только стоимость собственно процесса получения заготовки, но и стоимость последующей обработки до получения готовой детали.

Заготовки распредвалов изготавливаются в основном различными видами ковки или штамповки. Кованые заготовки дешевле, но имеют более низкую точность, высокие припуски, и больший процент брака. Кроме того, последующая обработка таких заготовок существенно дороже, чем штампованных. Учитывая все вышеизложенное, выбираем в качестве метода получения заготовки горячую объемную штамповку на кривошипном прессе.

Штамповка происходит в три ручья. В первом производится подкатка, во втором и третьем - предварительное и окончательное формообразование:

Заготовка в этом случае получается по 9-му классу точности.

2.3 Технико-экономические параметры заготовки

Коэффициент использования материала:

,

где - масса детали, кг

- масса заготовки, кг

2. Материалоемкость:

,

где - годовая программа выпуска, шт.

тыс.шт.

кг/год

2.3.1 Расчет технологического времени

Выполнение любой технологической операции требует затрат времени работы оборудования и рабочих. Интервал календарного времени от начала до конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно называют циклом технологической операции.

Оперативное время - время затрачиваемое на операцию, состоит из основного и вспомогательного времени.

Основное время-часть оперативного времени, затрачиваемая на изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда, т.е. время непосредственного технологического воздействия на предмет труда (деталь, сборочную единицу или изделие в целом). При обработке на станках основное время определяют для каждого технологического перехода по формуле

To = Li/Sм,

где L -- расчетная длина перемещения инструмента при обработке, мм; i -- число рабочих ходов в данном переходе; Sм -- подача инструмента, мм/мин.

При ручном подводе инструмента

L = l+lвр+lсх,

где L-- длина обрабатываемой поверхности; lвр, lсх -- длина врезания и схода инструмента соответственно.

При автоматическом цикле обработки

L = l + lвр + lсх + lпд,

где lпд -- длина подвода инструмента к заготовке для предупреждения удара в начале резания.

При расчете to длину l определяют по чертежу заготовки. Значение lвр находят из геометрических соотношений в зависимости от метода обработки и применяемого инструмента

Вспомогательным временем называют часть оперативного времени, затрачиваемую на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предмета труда. Вспомогательное время затрачивается на установку, закрепление и снятие обрабатываемой заготовки или собираемой составной части изделия, управление механизмами оборудования, подвод и отвод режущего инструмента, измерение обрабатываемой заготовки и т.д.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем tоп. При этом включают лишь ту часть вспомогательного времени, которая не перекрывается основным.



Раздел 3. Конструирование и расчет приспособления

3.1 Станочное приспособление. Конструкция и работа приспособления

Приспособление служит для закрепления распределительного вала при обработке шпоночного паза и отверстий в нем. Базой для установки распредвала на станке при обработке данных элементов служат вторая и пятая шейки. Они при установке помещаются соответственно в переднюю (1) и заднюю (2) опоры. Вторая шейка прижимается рычагом (6), на который через серьги (7), шток (10) и поршень (4) воздействует подающийся в цилиндр (13) через штуцер (14) сжатый воздух. Шток (10) уплотняется манжетой (11), которую фиксирует прижимная шайба (12), крепящаяся к цилиндру шестью винтами. В осевом направлении распредвал фиксируется за задний торец четвертой шейки осевым упором(3). Осевой упор (3), цилиндр (13), передняя (1) и задняя (2) опоры жестко крепятся к станине (5).

Цилиндр двустороннего силового действия - по окончании обработки воздух подается в полость над поршнем и рычаг поднимается, освобождая заготовку.

Поршень, как сборочная единица, в свою очередь состоит из собственно поршня, двух уплотнительных манжет и двух прижимных шайб.

3.2 Назначение технических требований на приспособление, обеспечивающих заданную точность

Для обеспечения необходимой точности распредвал в приспособлении должен быть установлен без перекосов, параллельно оси режущего инструмента. Поэтому определяющими требованиями будут параллельность осей призм опор - отклонение не более 0,05 и параллельность верхней и нижней поверхностей станины - отклонение не более 0,05.

3.3 Составление схемы сил, действующих на заготовку и расчет зажимного устройства

Сила закрепления

При сверлении центрального отверстия на заготовку действует крутящий момент M_kp=12.426Нм и осевая сила P₀=2907Н.

Коэффициент запаса:

K₀ - гарантированный коэффициент запаса K₀ = 1.5

K1 - коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей K1= 1.1

K2 - коэффициент, учитывающий затупление инструмента K2 = 1.1

K3 - коэффициент, учитывающий постоянство зажимной силы K3 = 1

K = K0*K1*K2*K3

K = 1.815

Коэффициент силы трения между опорой и заготовкой f = 0.4

Диаметр опоры D=51.1мм

Сила, которую необходимо развить пневмоприводу приспособления

, H



Рассчитаем минимальное необходимое давление в цилиндре.

где

D = 80мм - диаметр цилиндра,

d = 10мм - диаметр штока,

b = 2мм - ширина соприкасающейся поверхности манжеты поршня,

b1 = 1мм - ширина соприкасающейся поверхности манжеты штока,

f = 0,58 - коэффициент трения резины по чугуну при отсутствии смазки.

Па.



Список использованной литературы

1. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения»: Учебное пособие для ВУЗов по специальности «Обработка металлов резанием» / Добрыднев И.С. - М.: Машиностроение, 1985. 184 с., ил.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещярякова. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 656с., ил.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещярякова. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

4. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. - 7-ое издание, переработанное и дополненное / Горошкин А.К. - М.: Машиностроение, 1979. - 303 с., ил.

5. Технология машиностроения: В 2-х т. Т.1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов/ В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 564с., ил.

6. Технология машиностроения: В 2-х т. Т.2. Производство машин: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, О.М. Деев и др.; Под ред. Г.Н. Мельникова. - 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 640с., ил.

Размещено на Allbest.ru