автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Методы расчета многопараметрических размерных цепей при ремонте машин

БУЛДАКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ МАШИН

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники,

математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук) 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск 1997

Диссертация выполнена на кафедре технологии металлов и ремонта машин Института механики и энергетики Мордовского госуниверситета имени Н.П.Огарева

Научный руководитель:

Научный консультант: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, доцент Котин A.B.

кандидат технических наук, доцент Водяков В.Н.

доктор физико-математических наук, профессор Щенников В.Н.;

кандидат технических наук Денисов В.А.

Ведущая организация - АО АРЗ "Саранский"

Защита состоится 25 декабря 1997 года в 10 час. на заседании диссертационного Совета Д 063.72.04. Мордовского госуниверситета им. Н.П.Огарева по адресу: 430904, г.Саранск, п.Ялга, ул.Российская, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан 24 ноября 1997 года.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по защите диссертаций.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие рыночных отношений в стране как никогда остро ставит перед ремонтным производством задачу выпуска конкурентно-способной продукции, которая может быть решена, с одной стороны, повышением надежности отремонтированной техники, с другой стороны - снижением себестоимости ее ремонта. Первую проблему можно решить повышением точности и качества механической обработки деталей и сборки узлов, применением новых материалов и методов восстановления изношенных деталей. Решение второй задачи видится в разработке и внедрении в производство новых ресурсосберегающих, менее трудо- и энергоемких технологий.

Обеспечение заданной точности допусков посадок соединений деталей, а также допустимых отклонений их взаимного расположения в механизме за все время его эксплуатации, может быть достигнуто на основе использования методов расчета размерных цепей, точностные параметры замыкающих звеньев которых и определяют долговечность всей сборочной единицы. Однако, существующие положения теории размерной точности, применяемые в машиностроении при конструировании новых изделий, не могут быть в полной мере использованы на стадии проектирования технологии их ремонта. Это связано с тем, что в последнем случае при сборке узлов наряду с новыми деталями, поступающими на ремонтные предприятия в виде запасных частей, используются детали восстановленные и бывшие в эксплуатации. К тому же существующие методы расчета размерных цепей не учитывают изменение начальных значений составляющих и замыкающих звеньев под действием эксплуатационных факторов.

Перед тем как наметить пути повышения долговечности отремонтированной техники необходимо выявить наименее "слабые" составные части машины, которые регламентируют ее ресурс. Эту проблему также необходимо решать на основе создания новых методов размерного анализа. Причем таких методов, которые позволяли бы решать и обратную задачу - прогнозирование долговечности отремонтированной машины в межремонтном периоде.

Прогрессивным направлением в ремонтном производстве является применение для реставрации изношенных детален полимерных материалов, что позволяет не только значительно снизить себестоимость ремонта, но и предотвратить разрушающее действие фреттинг-коррозионных процессов. Однако в литературе практически отсутствуют сведения по оптимизации составов таких композиций, имеющаяся же информация об опыте использования данных материалов часто носит противоречивый характер.

В частности, абсолютно неизученной остается проблема выявления степени влияния деформационных свойств полимерных композиционных материалов на суммарную погрешность звеньев размерных цепей сборочных единиц. Отсутствие математических моделей деформационного поведения полимерных материалов в восстановленном соединении под действием температурных и силовых факторов ограничивает применение этих прогрессивных материалов.

Таким образом, актуальную задачу повышения долговечности отремонтированной техники можно решить в комплексе поставленных проблем, чему и посвящена данная работа.

Цель и задачи исследования. Целью данных исследований является повышение долговечности отремонтированных сборочных единиц путем обеспечения заданной точности параметров замыкающих звеньев размерных цепей при применении нежестких компенсаторов износа деталей и соединений.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработать метод и программное обеспечение расчета многопараметрических размерных цепей отремонтированной сборочной единицы с нежесткими компенсирующими звеньями.

2. Разработать математическую модель и программный комплекс расчета несущей способности полимерного слоя в восстановленном соединении деталей.

3. На основе разработанных методов и средств провести экспериментальные исследования изменения реокинетических свойств разнона-полненных полимерных композиций, выявить существующие закономерности и разработать принципы управления этими свойствами.

4. Теоретически и экспериментально обосновать технологические методы обеспечения точности замыкающих звеньев многопараметрических размерных цепей отремонтированных сборочных единиц, основанные на восстановлении посадочных поверхностей корпусных деталей оптимальными по составу полимерными композиционными материалами. Внедрить данные методы в производство, оценить их экономическую эффективность.

Научная новизна. Разработан метод и программное обеспечение расчета точности многопараметрических размерных цепей сборочной единицы с нежесткими компенсирующими звеньями.

Разработан метод определения степени влияния составляющих звеньев на изменение точностных параметров замыкающего звена многопараметрической размерной цепи отремонтированной сборочной единицы.

Предложена математическая модель, адекватно описывающая процесс деформирования полимерной прослойки в восстановленном соеди-

нении деталей подшипников. Создан программный комплекс для ПЭВМ "Bearing", позволяющий на основе теории конечных элементов реализовать данную модель.

Получены реокинетические константы разнонаполненных полимерных композиций на основе анаэробного герметика ускоренного отверждения Анатерм-бВ. Проведено математическое и физическое моделирование деформационного поведения полимерной прослойки в восстановленном подшипниковом соединении, что позволило установить оптимальный состав композиции.

Практическая ценность работы. На основе статистической обработки данных микрометражных исследований технического состояния деталей определена их номенклатура, подлежащая восстановлению, осуществлен расчет многопараметрических размерных цепей коробки передач автомобиля ГАЗ-БЗ, который позволил установить ее наиболее слабые звенья, определяющие долговечность сборочной единицы.

Разработан комплекс технологических мероприятий по повышению надежности агрегата. Разработан и внедрен в производство новый экологически чистый энергосберегающий технологический процесс восстановления изношенных отверстий картера коробки передач.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Республиканской научно-технической конференции "Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин" (Саранск, 1994 г.); Международной конференции "Надежность механических систем" (Самара, 1995 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава Мордовского госуниверситета им. Н.П.Огарева (1993-1997 гг.); конференции молодых ученых Мордовского госуниверситета (1996 г.); расширенном заседании кафедры технологии металлов и ремонта машин Мордовского госуниверситета (1997 г.).

Внедрение. Технологический процесс восстановления картера коробки передач автомобиля ГАЭ-53 внедрен на АО АРЗ "Саранский", результаты исследований используются в учебном процессе ИМЭ Мордовского госуниверситета.

Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации отражено в 10 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения, содержит 174 страницы машинописного текста, включая 34 рисунка и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе дан анализ причин нарушения точности размерных цепей в процессе эксплуатации сборочных единиц, конструкторских и технологических методов обеспечения точности их параметров при ремонте машин, в том числе при применении нежестких компенсаторов износа деталей. Рассмотрены существующие подходы к выбору составов полимерных композиций, применяемых для восстановления деталей и соединений.

Анализ состояния вопроса показал, что основными причинами, снижающими долговечность отремонтированной сборочной единицы в межремонтном периоде, являются фреттинг-коррозионный и абразивный износы контактирующих поверхностей деталей, а также нарушение первоначальной точности их относительного расположения в процессе эксплуатации под действием силовых и температурных факторов. При расчете точности размерных цепей сборочных единиц возможность наличия этих эксплуатационных погрешностей не учитывается.

Существующие методы восстановления параметров составляющих звеньев размерных цепей при ремонте в основном сводятся к нанесению металлического сплава на изношенные поверхности деталей и его механической обработке. Основными недостатками этих методов являются высокие трудоемкость, себестоимость, энергоемкость производства.

Прогрессивным направлением является использование полимерных материалов для восстановления изношенных поверхностей деталей и соединений. Однако, их применение часто сводится лишь к склеиванию изношенных деталей без восстановления пространственно-геометрических параметров как самих деталей, особенно корпусных, так и замыкающих звеньев пространственных многопараметрических размерных цепей, которые и определяют долговечность всей сборочной единицы. Отсутствуют исследования по влиянию деформационных свойств данных материалов на точность замыкающих звеньев размерных цепей.

Существующие методы подбора составов полимерных композиций для восстановления деталей и соединений основаны, в основном, на эмпирических подходах к исследованию отдельно взятых физико-механических свойств материала в статических условиях эксперимента. Моделирование процесса деформационного поведения полимерных материалов в реальных условиях эксплуатации не применяется.

Вторая глава посвящена разработке метода обеспечения точности многопараметрических размерных цепей сборочных единиц, в том числе гири наличии в них нежестких компенсаторов.

При ремонте машин на сборку, наряду с новыми и восстановленными, поступают детали бывшие в эксплуатации, но годные по допускаемому размерному параметру. Тогда допуск замыкающего звена технологической размерной цепи будет равен: - при расчете цепи на тах-тт

ы ы

т ■ + (Т --Т ■)■

С/доп

1-

при вероятностном методе расчета

Ту =■

К.

где Гн;, Ти1 - соответственно технологический и расширенный допуски г'-го составляющего звена размерной цепи; РН-1У Ри[ - вероятность появления на сборке новой (восстановленной) и бывшей в эксплуатации /-ой детали; /¿(У) - плотность вероятности распределения размера г'-ой детали; А'х, К; - коэффициенты относительного рассеивания соответственно замыкающего и ¿-го составляющего звеньев; — передаточное отношение /-го составляющего звена размерной цепи.

Координата середины поля допуска

п

= +0,5а„,г -^О-О.ба^,

;=1

где А^ - координата середины поля допуска замыкающего звена технологической размерной цепи; Дт; - координата середины поля допуска /-го составляющего звена; ат1■„ - коэффициенты относительной асимметрии кривой распределения размеров г'-го составляющего и замыкающего звеньев; Тт-, - расширенный допуск /-го звена.

Под действием эксплуатационных факторов координата середины поля допуска замыкающего звена изменится на величину АаТ

(

а;

Л-

* + Ат = Ат

I 'г

+

+Е

Ч»=1 /=1 )

где Д^, - изменение координаты середины поля допуска замыкающего

звена размерной цепи под действием эксплуатационных факторов; -

координата середины поля допуска замыкающего звена технологической размерной цепи; ц - число эксплуатационных факторов, изменяющих величину замыкающего звена независимо от времени эксплуатации со-

единения; Дт^кр - изменение координаты середины поля допуска замыкающего звена под действием к-го фактора, действующего независимо от времени эксплуатации соединения; г - число эксплуатационных факторов, изменяющих величину замыкающего звена в зависимости от времени эксплуатации соединения; А^. - изменение координаты середины

поля допуска замыкающего звена в зависимости от времени эксплуатации соединения.

Коэффициенты относительного рассеивания и относительной асимметрии можно определить, зная плотность и параметры распределения размеров деталей на сборке, которые, в свою очередь, рассчитываются по формулам (охватывающая поверхность):

С/доп

/з (") - \ к • к (") + | к • К (и);

О С/доп

С/доп оо ( С/доп

иср3(и) = | ик{и)йи + \и^(и)йи • 1- | (,2(и)йи

С/доп

С/доп

£>3(«) = | и2к(и)йи + • 1-

О О V О

Удоп со ( С/доп 4

| и/2(и)йи + |(и)йи • 1- j f2(u)du)

\

где /3{и), исрз{и.), Оз(и) - соответственно плотность, математическое ожидание и дисперсия распределения размеров детали на сборке; /¡(и), /г(и) - плотность распределения размеров новых (восстановленных) и бывших в эксплуатации деталей; £/доп - допускаемый без ремонта параметр детали.

При решении обратной расчетной задачи по известной допустимой величине погрешности замыкающего и составляющих звеньев можно определить предельно-допустимые величины отклонения размеров детали при эксплуатации, и подобрать для ее восстановления материал, в частности полимерную композицию, по своим триботехническим или реологическим свойствам удовлетворяющий условиям обеспечения заданной размерной точности.

При проведении точностных расчетов на стадии проектирования технологических процессов ремонта сборочной единицы необходимо обеспечить допустимое значение замыкающих звеньев ее размерных це-

пей. Составляющие звенья имеют различную степень влияния на замыкающее звено размерной цепи, поэтому появляется необходимость определения очередности корректировки их параметров.

К тому же при анализе причин отказов машин существует потребность определения наименее долговечных поверхностей деталей с последующей разработкой стратегии ее ремонта и технологических мероприятий, позволяющих повысить ее долговечность.

Степень влияния погрешностей составляющих звеньев на погрешность замыкающего звена размерной цепи предлагается определять через коэффициент весомости Дг, который определяется как

?2г2т2 *2и-2т2 к2 ы2т2

МЦь + МЦк.+.. ,+ШЬ- = ^ + к2+...+кп = 1. (О

Т>2 т21г2 т2 т/2 1 ^ п

£ £ У1Л£

Коэффициент весомости составляющего звена, а соответственно, и степень его влияния на замыкающее звено технологической размерной цепи, напрямую будет зависеть от величины его допуска, передаточного отношения, а также параметров плотности распределения размеров этих звеньев.

Однако в выражении (1) не учитывается изменение степени влияния составляющих звеньев на замыкающее звено, возникающее в процессе эксплуатации отремонтированной сборочной единицы. За определенную величину наработки (в нашем случае за межремонтный период) допуск замыкающего звена, за счет изменения соответствующих параметров составляющих звеньев, прирастет на АТ^ и составит

КЫ \1=1

где со; - поле рассеивания г-го составляющего звена.

Значения К,ц и ю,- можно получить на основе статистической обработки результатов микрометражных исследований деталей ремонтного фонда. При данном подходе коэффициент весомости г-го составляющего звена определится по следующему выражению:

и

В зависимости от коэффициента весомости составляющие звенья размерной цепи вносят определенный "вклад" в суммарную погрешность замыкающего звена. В основу ранжирования звеньев по степени их влияния положен принцип Парето. Вначале определяются коэффициен-

ты весомости каждого составляющего звена размерной цепи и производится их перегруппировка в соответствии с убыванием коэффициента. На основе полученного ряда строится кумулятивная кривая. На оси абсцисс указываются номера составляющих звеньев в порядке, определенном величиной критерия (коэффициентом весомости), а на оси ординат - собственные значения этого показателя по кумулятивному проценту.

Характерной особенностью данного графика является то, что кривая сначала резко возрастает и, далее, постепенно замедляет свой рост. Это свидетельствует о большей концентрации вносимой погрешности замыкающего звена сравнительно у малого числа составляющих звеньев.

Критерием выбора номенклатуры составляющих звеньев, вносящих доминирующий вклад в суммарную погрешность замыкающего звена размерной цепи (точка излома кривой), служит требование: величина приращения коэффициента весомости очередного составляющего звена должна быть больше среднего значения допуска всех звеньев:

где п - количество составляющих звеньев в размерной цепи.

После выявления наиболее весомых звеньев индивидуально для каждого разрабатывается перечень технологических мероприятий по снижению степени его влияния на суммарную погрешность замыкающего звена рассматриваемой размерной цепи.

В третьей главе представлена математическая модель деформационного поведения полимерной прослойки в восстановленном подшипниковом соединении, которая включает в себя:

1. Статические уравнения теории упругости для пдоскодеформиро-ванного состояния

I ил1

где Бу, Р - соответственно девиаторная и шаровая части тензора напряжений; Ху - координата точки среды; ¿¡у - символ Кронекера.

2. Реологические уравнения слабосжимаемой вязкоупругой среды Максвелла:

йР = X ■ йьп\ Бц = 2Е ■ 0 • ёг/ - © • 4/-где Е -модуль упругости; ¿¡,

- линеиныи тензор

скорости деформации; V/, - перемещение точки среды с координата-

ми ЛТ;, X); ¿¡I - линейный тензор скорости изменения напряжений; А -

параметр Ляме; е/г = ехх +еуу - относительная объемная деформация.

3. Уравнения, описывающие реологические параметры среды: - зависимость вязкости от температуры и эффективной длительности воздействия, полученная согласно правилу аддитивности:

I = {гй - (л? - т^) ехр[- - /0)]} ехр

¿"(Г-Т0)

RTQT

exp(-ASa),

где I - реокинетический параметр, характеризующий длительность индукционного периода; Г1°„, т|°£ - начальное и конечное значения вязкости при температуре приведения 7Ь; Е* - энергия активации процесса течения; ко ~ константа скорости старения при температуре приведения; Би - интенсивность действующих напряжений; А - константа; # - газовая постоянная.

- время релаксации

е=ц/Е(Т)= = - т$ехр[- (/ - /0)]}

exp(-/4Su);

х ехр

Е(Т) Е*(Т-Т0)

RT0T

- эффективная длительность воздействия на среду:

где U - энергия активации процесса старения; t - длительность воздействия на среду;

- интенсивность действующих напряжений:

Описанная выше система уравнений не может быть решена аналитически, поэтому для ее реализации был разработан программный комплекс для ПК "BEARING", который позволяет на основе теории конечных элементов формировать исходную схему узла, рассчитывать нормальные и касательные напряжения, а также упругие и пластические деформации как в полимерной прослойке, так и в материале деталей.

В четвертой главе представлены программа и частные методики исследования технического состояния деталей, реологических и физико-механических свойств разнонаполненных полимерных композиций, стендовых и эксплуатационных испытаний отремонтированных агрегатов. Часть применяемых методик являются стандартизированными.

Для исследования реологических свойств полимерных материалов были разработаны соответствующая методика и приборное обеспечение. Полимерный образец, представляющий собой композиционную смесь анаэробного герметика ускоренного отверждения Анатерм-бВ с определенными весовыми частями наполнителей (тальк и бронзовая пудра), выполненный в виде цилиндра диаметром 12±0,1 мм и высотой 15±0,1 мм, изготавливали в полихлорвиниловой пресс-форме при нормальных условиях полимеризации материала. Уровни переменных факторов и интервалы их варьирования представлены в таблице.

Таблица

Уровни переменных факторов и интервалы их варьирования

Факторы Средний уровень Шаг варьирования Значения уровней переменных, соответствующих условным единицам

-1 0 +1

Содержание % талька, вес.ч. 20 10 10 20 30

Содержание бронзы, вес.ч.* 2 1 1 2 3

Температура, °С 80 30 50 80 110

Время нагру-жения, сек 10000 10000 0 10000 20000

"Концентрация наполнителя приведена к 100 вес.ч. анаэробного герметика Анатерм-бВ.

В качестве нагружающего устройства в условиях одноосного сжатия, по опыту профессора В.В.Курчаткина, использовали модернизированный твердомер ТП, способный создавать регулируемую осевую нагрузку до 15 кН, снабженный нагревательным устройством, системой регулирования и контроля температуры. Деформацию образца осуществляли в специальной пресс-форме и фиксировали с помощью индукционного датчика перемещений с погрешностью измерения ±0,5 мкм, сигнал от которого подавали на тензоусилитель ТОПАЗ-1 и, далее, на све-толучевой осциллограф НО 71.6М.

Результаты исследования реологических характеристик полимерных композиций представлены в главе пятой. Полученные данные экспериментальных исследований позволили определить следующие зависимости: мгновенного модуля упругости (рис.1), начальной и конечной вязкости (рис.2) разнонаполненных полимерных композиций от температуры испытания, вычислить их реокинетические константы.

Изменение мгновенного модуля упругости полимерной композиции в зависимости от температуры испытания

Е, МПа

1600 1200 800 400 О

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1120 130 Т, °С

Р И С.1.

Влияние температуры испытания на конечную вязкость композиции

а* ю?

МПа с

7 6 5 4 3' 2 1 а

40 50 60 70! 80 90 100 110 Т"С

1 - Анатерм 6В - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронзовая пудра - 1 вес.ч.; 1 - Анатерм 6В - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронзовая пудра - 2 вес.ч.; 1 - Анатерм 6В - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронзовая пудра - 3 вес.ч.

Р и с. 2.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что после 110(> сек нагружения минимальную деформацию будет иметь полимерная композиция следующего состава: Анатерм-бВ - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронза - 2 вес.ч. (рис.3), что позволяет рекомендовать ее для восстановления подшипниковых соединений коробки передач автомобиля ГАЭ-53.

Л1, мм --------

е-1 ■ -..... ■■■ 11--!!--!:

---:---

--I Г

о -теоретические точки состава 1

□ -экспериментальные точки состава 1

--д -теоретические точки состава 2 _

х -экспериментальные точки! состава 2 0,0075 - [---1—i---г----«—

0,006 i I--------

1 в^Jl II .-.. и i II--III

0,0045 ■; -------

0,003 I В---------

0.0015 -[---------

0 ] I t . I I I I t ll I I I I I I I I I I I t I I I I . I I II I.....Lit!

О 500 1000 1500 ЭХО 2500 300CJ 35CD t, Сек

1 - Анатерм-бВ - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронза - 2 вес.ч.;

2 - Анатерм-бВ - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронза - 3 вес.ч.

Р и с. 3.

В шестой главе представлены результаты исследования технического состояния деталей, поступающих в ремонт коробок передач автомобиля ГАЭ-53, расчета размерных цепей межцентрового расстояния и перекоса осей зубчатых колес. На их основе было проведено ранжирование составляющих звеньев размерных цепей по степени их влияния на изменение замыкающих звеньев. На рис.4 приведены соответствующие кривые Парето.

Проверка адекватности математической модели данным эксперимента (Г = 20°С; Р = 4000 Н/мм)

__1 ■■ i -! !-

цЫ-

/ о -теоретические точки состава 1 □ -экспериментальные точки состава 1 д -теоретические точки состава 2 х -экспериментальные точки! состава 2

г

i г

■l е__j 1-1 1 1... . -1

Г

iiii >111

Кривые Парето весомостей звеньев износных размерных цепей КП ГАЭ-53

k¡

0Г9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0|

1 —^ }—с. р—<1 Э—с

Хт

ta 4

Xi

XУ

Х7 - отклонение межцентрового расстояния отверстий картера; - радиальный зазор заднего подшипника блока шестерен; Xj - радиальный зазор заднего подшипника вторичного вала; <04 - износ отверстия в корпусе под задний подшипник вторичного пала; в>2 - износ отверстия в корпусе под задний подшипник вторичного вала; %2 - биение заднего подшипника вторичного вала; >.5 - биение заднего подшипника блока шестерен; «>[ - износ наружного кольца за,mero подшипника вторичного вала; to;¡ - износ наружного кольца заднего подшипника блока шестерен.

а)

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

фм ф! <РИ ф|| Ч>> £0« Юц, COí СЗч 0Э7 t»2 (¡>12 О» ф« С>1 фз фв

Ф14 - перекос осей посадочных отверстии картера; ф1 - радиальныи зазор заднего подшипника первичного вала; фg - радиальный зазор переднего подшипника блока шестерен; фи - радиальный зазор заднего подшипника блока шестерен; фэ - радиальный зазор заднего подшипника вторичного вала; иц - износ отверстия в корпусе под задний подшипник вторичного вала; а>ю - износ отверстия в корпусе под задний подшипник блока шестерен и др.)

б)

а) размерная цепь межцентрового расстояния осей аубчатых колес; б) размерная цепь перекоса осей зубчатых колес.

Рис. 4.

Анализ степени влияния составляющих звеньев на увеличение межцентрового расстояния осей зубчатых колес показывает, что наибольший вклад в суммарную погрешность замыкающего звена вносят отклонение межцентрового расстояния отверстий картера под задние подшипники вторичного и блока шестерен промежуточного валов {к = 0,41 для технологической и А = 0,32 для износной размерных цепей), а также радиальный зазор этих подшипников (соответственно к = 0,27, к = 0,23) для заднего подшипника блока шестерен и к = 0,16, £ = 0,19 для заднего подшипника вторичного вала). Причем степень влияния данных факторов для технологической и износной цепей остается практически неизменным. Весомый вклад в суммарную погрешность замыкающего звена вносят и зазоры в посадке наружного кольца подшипника в корпус за счет износа отверстий последнего.

Наибольший вклад в погрешность замыкающего звена второй цепи вносит перекос осей посадочных отверстий картера КП (к = 0,23), затем следует радиальный зазор первичного вала (й = 0,19) и радиальный зазор переднего подшипника блока шестерен {к = 0,13).

Таким образом, доминирующий вклад в пространственно-геометрические параметры взаимного расположения осей зубчатых колес КП автомобиля ГАЭ-53 вносят перекос и непараллельность осей посадочных отверстий картера, а также радиальные зазоры опорных подшипников валов. Если последние на стадии ремонта КП не подлежат восстановлению, то взаиморасположение осей можно восстановить расточкой отверстий на горизонтальном двухшпиндельном или координатно-расточном станках с однократной установкой детали по заводским технологическим базам. Из результатов анализа технического состояния деталей, поступающих на дефектацию, следует, что порядка 80% картеров КП требуют восстановления этих параметров. Причем расточка отверстий приведет к необходимости восстанавливать их в номинальный размер.

Прогрессивным способом при этом является калибрование полимерных материалов на поверхности отверстий с использованием разработанной специальной технологической оснастки, обеспечивающей не только восстановление поверхностей деталей в номинальный размер, но и необходимое пространственное взаиморасположения их осей без применения последующей механической обработки. Калибрующие оправки выполнены в виде цанг, что исключает сдвиг слоя композиции при введении их в восстанавливаемое отверстие. Установка картера на плиту приспособления осуществляется по заводским технологическим базам восстанавливаемой детали.

Проведенные стендовые и эксплуатационные испытания отремонтированных коробок передач показали, что применение разработанного технологического процесса восстановления посадочных отверстий картера под подшипники валов позволяет в среднем в два раза увеличить безотказность данного агрегата.

Экономический эффект от внедрения технологии на АО АРЗ "Саранский" Республики Мордовия составил 5550 руб. (в ценах 1991 года) или 33,3 млн. руб. (в ценах октября 1997 года) на программу ремонта 1000 картеров в год.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод и программное обеспечение расчета точности многопараметрических размерных цепей сборочной единицы с нежесткими компенсирующими звеньями, позволяющий на основе применения положений теории вероятностей и математической статистики учитывать как технологические погрешности размеров деталей, так и погрешности, возникающие в процессе эксплуатации агрегата под действием температурных, силовых и износных факторов.

2. На основе применения принципа Парето разработан метод определения степени влияния составляющих звеньев на изменение точностных параметров замыкающего звена многопараметрической размерной цепи отремонтированной сборочной единицы.

3. Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс деформирования полимерной прослойки в восстановленном неподвижном соединении деталей в процессе эксплуатации отремонтированной сборочной единицы. Создан программный комплекс для ПЭВМ. "Bearing", позволяющий на основе теории конечных элементов реализовать данную модель.

4. На основе разработанного метода и приборного обеспечения проведены исследования деформационной способности разнонаполнен-ных анаэробных полимерных композиций на основе герметика Анатерм-6В, впервые получены реокинетические константы данных материалов.

5. Проведено математическое и физическое моделирование несущей способности разнонаполненных полимерных смесей в восстановленном подшипниковом соединении коробки передач автомобиля ГАЭ-53, что позволило рекомендовать для этих целей следующий состав композиции: Анатерм-бВ - 100 вес.ч., тальк - 20 вес.ч., бронза - 2 вес.ч.

6. На основе статистической обработки данных микрометражных исследований технического состояния деталей осуществлен расчет многопараметрических размерных цепей коробки передач автомобиля ГАЗ-53, который позволил установить ее наиболее слабые звенья, определяющие долговечность всей сборочной единицы.

7. На основе проведенных теоретических исследований разработан и внедрен в производство новый экологически чистый энергосберегающий технологический процесс восстановления изношенных отверстий картера коробки передач калиброванием на их поверхности слоя полимерной композиции, позволяющий без применения методов механической обработки обеспечить необходимую точность размеров и пространственно-геометрических параметров детали.

8. Экономический эффект от внедрения разработок в производство

составил 5550 руб. в ценах 1991 года, или более 33,3 млн. рублей в ценах октября 1997 года.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Майков Э.В., Сысуев С.Б., Истихин C.B., Булдаков В.А. Результаты исследования физико-механических свойств металлополимерных композиций / / XXII Огаревские чтения. - Саранск, 1993. - С.212.

2. Котин A.B., Булдаков В.А. Результаты исследования деформационных свойств полимерных композиций / В кн.: Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин. - Саранск: ЦНТИ, 1994. - С.21.

3. Котин A.B., Истихин C.B., Булдаков В.А. Методика выбора полимерных композиций для восстановления изношенных деталей / / XXIV Огаревские чтения. Программа научной конференции. -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1995. - С. 112-114.

4. Булдаков В.А. Методы контроля деталей, восстановленных металло-полимерными композициями // Тез. докл. науч. конф.: "Надежность механических систем". -Самара: СГТУ, 1995. - С.38-39.

5. Котин A.B., Сысуев С.Б., Булдаков В.А. Повышение долговечности деталей машин, восстановленных металлополимерными композициями // Тез. докл. науч. конф.: "Надежность механических систем". - Самара: СГТУ, 1995. - С. 107.

6. Булдаков В.А. Применение методов электрических исследований полимеров для определения их физико-механических свойств / / Сб. науч. тр.: Техническое обеспечение перспективных технологий. -Саранск: ЦНТИ, 1995. - С.161-162.

7. Сысуев С.Б., Котин A.B., Истихин C.B., Булдаков В.А. Результаты исследования термо-механических характеристик полимерных материалов // Сб. науч. тр.: Техническое обеспечение перспективных технологий. - Саранск: ЦНТИ, 1995. - С. 156-160.

8. Булдаков В.А., Водяков В.Н., Котин A.B. Моделирование и исследование несущей способности тонкослойных металлополимерных композиций // Вестн. дис. совета Д 063.72.04. - Вып.1. - Саранск: Красный Октябрь, 1996. - С.8-11.

9. Котин A.B., Булдаков В.А. Определение допустимых величин посадок при восстановлении подшипниковых соединений полимерными композициями // Вестн. дне. совета Д 063.72.04. - Вып.2. - Саранск: Рузаевский печатник, 1997. - С.54-59.

10. Котин A.B., Булдаков В.А. Метод ранжирования звеньев размерных цепей при ремонте машин / / Тез. докл. П-ой конф. молодых ученых. - 4.2. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. (в печати).