Фирменный Автосервис

 

 

Шатуны

шатун форсированного двигателя
Шатуны являются звеньями шатунно-кривошипных механизмов главным образом поршневых двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, где они служат для передачи силы от поршня и преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала двигателя либо, наоборот, вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня компрессора, осуществляющего сжатие воздуха для подачи его под давлением. Шатуны применяют также в насосах, паровых, ткацких и других машинах. При работе шатуны подвержены действию значительных знакопеременных нагрузок и сил инерции, поэтому они должны иметь высокую прочность, жесткость и минимальную массу.
Эти требования определяют конструкцию шатунов (рис. 4), которая характеризуется наличием большой 1 (кривошипной) и малой 3 (поршневой) головок, соединенных стержнем 2 (телом шатуна). Большинство шатунов имеет разъемные кривошипные головки, причем у автотракторных двигателей (у которых установка шатунов в картер через цилиндр затруднена из-за значительных размеров кривошипных головок) разъем выполняют под углом плоскости симметрии шатуна для удобства его установки. При составных коленчатых валах с использованием подшипников качения, как, например, в мотоциклетных двигателях, возможно применение неразъемных кривошипных головок шатунов.
В кривошипные головки шатунов для снижения трения скольжения устанавливают вкладыши с антифрикционным покрытием. Малая головка шатуна, как правило, неразъемная, в ее отверстие запрессовывают бронзовую биметаллическую (сталь - бронза) или с капроновой сетчатой лентой втулку. Тело (стержень) шатунов обычно имеет двутавровое сечение и только у больших шатунов в ряде случаев - круглое сечение, причем внутри него может быть маслопроводное отверстие, соединяющее поверхности трения головок шатуна.
Для обеспечения работы шатунов в двигателе или компрессоре внутренняя поверхность вкладышей кривошипных головок должна прилегать к соответствующим шатунным шейкам коленчатого вала, а втулки или вкладыши поршневых головок - к пальцам поршней. Для этого необходимо обеспечить определенную точность диаметральных резмеров и формы, параметры шероховатости поверхностей обеих головок и точность расположения поверхностей. Основные технические требования на шатуны регламентированы для различных машин ГОСТами. В соответствии с ними отверстие под запрессованную втулку и отверстие под поршневой палец двигателя компрессора должны быть изготовлены по IT5 ... IT7, а отверстия под вкладыши в кривошипных головках шатунов - по IT6, IT7. Допуски цилиндричности этих отверстий составляют 0,5 допуска диаметра отверстия для бензиновых двигателей, 0,66 допуска диаметра отверстий для дизельных шатунов и не более 0,5 допуска диаметра отверстия для компрессоров. Шероховатость поверхности основных отверстий Ra = 0,32... 2,5 мкм. Допуск параллельности осей отверстий малой и большой головок 0,02... 0,04 мм на 100 мм длины отверстия. Отклонение от перпендикулярности торцевых поверхностей головок к их осям 0,01... 0,05 мм на 100 мм радиуса, а площадок под гайки головок призонных болтов к осям отверстий для них 0,07 ... 0,01 мм на длине 100 мм. Точность изготовления отверстий под болты IT9. Отклонение массы шатуна от массы, указанной в чертеже, не более 3 %.
В качестве материалов для шатунов используют конструкционные среднеуглеродистые стали 40, 45, легированные стали 45Г2, 18ХНМА, 18ХГН4ВА, высокопрочные ковкие чугуны и титановые сплавы. Заготовки шатунов автомобильных, тракторных двигателей и компрессоров в условиях массового и серийного типов производства получают методом объемной штамповки. В качестве исходного материала используют горячекатаный прокат или предварительно кованую заготовку.   Для штамповки в основном применяют паровоздушные штамповочные молоты. В массовом и серийном типах производства применяют кривошипные прессы и горизонтально-ковочные машины. Заготовки шатунов часто получают с отверстием в кривошипной головке, а отверстие в поршневой головке выполняют в основном механической обработкой или прошивают в заготовках с припуском на обработку. Заготовки шатунов, как правило, получают цельными. Значительно реже крышку штампуют отдельно от тела шатуна. В этом случаев можно использовать оборудование меньшей мощности, но тогда увеличивается расход металла на заготовки.
Штампованные заготовки шатунов и крышек автотракторных двигателей часто подвергают калиброванию и чеканке. Калибрование повышает точность формы и размеров заготовок по всему профилю и способствует постоянству их масс. Это приводит к снижению припусков на обработку, сокращению ее трудоемкости. Чеканка торцев заготовок обеспечивает большую точность установки заготовок, малые припуски, что позволяет производить сразу шлифование торцев. Для снятия остаточных напряжений после штамповки, а также для улучшения обрабатываемости заготовки шатунов подвергают нормализации.
Рассмотрим ТП изготовления шатунов на примере шатуна унифицированного поршневого компрессора Ш10. Основными поверхностями шатуна являются внутренние поверхности головок и их торцы, а также отверстия под шатунные болты (см. рис. 4). Большая головка имеет косой разъем, а шатун состоит из двух частей: стержня 2 и крышки 1. В крышку 1 запрессовывают штифты, обеспечивающие центрирование ее с телом шатуна при сборке. В большой (кривошипной) головке шатуна имеется точное обработанное отверстие диаметром 100 Н6, в которое устанавливают тонкостенные биметаллические вкладыши с антифрикционным слоем из алюминиевого сплава. В малой (поршневой) головке имеется отверстие диаметром 55 Н7, предназначенное для бронзовой втулки, сопрягаемой с поршневым пальцем.
Конструкция шатуна технологична. Так, диаметральные размеры отверстий в его большой и малой головках, а также линейные размеры унифицированы для всех комппессоров типа П. Это позволяет использовать одно и то же оборудование, оснастку и преимущества групповой обработки при организации производства шатунов. Благодаря двутавровому сечению стержня шатун является достаточно жестким и устойчивым, что позволяет при обработке применять многоинструментальные наладки и форсированные режимы резания. К основным элементам конструкции, улучшающим ее технологичность, относятся значительные по площади необрабатываемые поверхности. Форма этих поверхностей удобна для горячей штамповки - они имеют уклоны и плавные переходы. Повышает технологичность и одинаковая высота обеих головок. Шатун изготавливают из стали 45 методом горячей объемной штамповки. В большой головке шатуна отверстие прошито.
Несмотря на то, что шатуны с разрезной кривошипной головкой состоят из двух деталей, многие операции, включая и получение заготовки, выполняют на этих деталях совместно. Тем самым облегчается обработка отверстия большой головки и достигается совпадение поверхностей, являющихся общими для тела шатуна и крышки. Маршрут обработки шатуна можно разделить на три этапа:
1) обработка заготовки шатуна до ее разрезки: обработка торцев, предварительная обработка отверстий в головках шатуна, протягивание технологических лысок б, в в малой и а в большой головках шатуна (см. рис. 4);
2) раздельная обработка крышки и стержня шатуна после разрезки: обработка плоскостей разъема в крышке и стержне шатуна, обработка отверстий под шатунные болты, а также резьбовых и гладких отверстий;
3) совместная обработка крышки и стержня шатуна в сборе. Совместной и окончательной обработке подвергают торцы головок и отверстия в них.
Совместная обработка крышки и стержня шатуна исключает их взаимозаменяемость, поэтому уже при разрезании заготовок необходимо клеймить одним номером крышку и стержень шатуна. Для обеспечения высокой точности взаимного положения трущихся поверхностей втулки и вкладыша окончательную обработку их отверстий выполняют на собранном шатуне. В качестве базовых поверхностей используют торцевые поверхности головок, позволяющие просто и устойчиво устанавливать заготовку на плоские поверхности столов станков и приспособлений. Выбор в качестве одной из баз торцев удобен еще и потому, что возможна одновременная обработка нескольких заготовок, прилегающих одна к другой торцами головок.
Технологический процесс включает следующие основные операции.
1. Фрезерование торцев головок заготовок шатуна на карусельно-фрезерном станке торцевыми фрезами, обеспечивающими предварительное и чистовое фрезерование торцев. На поворотном столе станка устанавливают в приспособлениях шесть шатунов. Сначала фрезеруют торец с одной стороны шатуна, затем - с другой. Переустановка шатунов после обработки торца с одной стороны производится через одно приспособление без выключения подачи стола. Метод производителен и находит широкое применение в серийном и крупносерийном производствах.
2. Шлифование торцев на плоскошлифовальном полуавтомате. На магнитной плите поворотного стола станка устанавливают шесть заготовок. После шлифования заготовок с одной стороны в размер 40,8 мм их переворачивают и шлифуют с другой стороны в размер 40,2 мм. Параметры шероховатости Ra = 1,25мкм.
3. Последовательное сверление, зенкерование отверстия в малой головке шатуна на агрегатно-сверлильном станке в двух позициях (третья позиция - загрузочная). За базу берут обработанные торцы бобышек и их наружные поверхности (см. рис. 2 ,б)
4. Протягивание трех базовых лысок а... в (см. рис. 4) на вертикально-протяжном станке. В качестве базы используют торцы бобышек и отверстий в большой и малой головках шатуна (см. рис. 2, д), обработанного на предшествующей операции.
5. Разрезание большой головки шатуна, выполняемое на горизонтально-фрезерном станке дисковой фрезой в двухместном приспособлении (рис. 5). Заготовку базируют торцами и отверстием в малой головке, по технологическим лыскам.
6. Окончательная обработка плоскостей разъема на вертикально-протяжном станке. Необходимость этой операции объясняется тем, что при разрезании шатуна нельзя обеспечить необходимую шероховатость поверхности, точность размеров, а также плоскостность поверхностей разъема и их правильное положение относительно продольной оси шатуна. В последующих двух операциях фрезеруют плоскости кромки под болты и протягивают в крышке замок. В единичном и мелкосерийном производствах обработку плоскостей разъема выполняют на горизонтально-фрезерном станке торцевой фрезой с помощью специального приспособления, в котором закрепляют и одновременно обрабатывают стержень и крышку шатуна.
7. Обработка крепежных отверстий в плоскости разъема шатуна. Операцию выполняют на агрегатно-сверлильном полуавтомате с горизонтальным расположением шпинделя и поворотным столом в шести позициях (рис. 5). Позиция 1 - загрузочная. Далее последовательно идут зацентровка, сверление, зенкерование двух отверстий (позиции 2 ... 4), зенкование фасок и нарезание резьб (позиции 5, 6). Заданное расположение отверстий обеспечивают обработкой по кондуктору.
В мелкосерийном и среднесерийном типах производства эти отверстия целесообразно обрабатывать на станках с ЧПУ без направления режущего инструмента. Отверстия обрабатывают автоматически по управляющей программе. Стержень базируют по торцам, отверстию в малой головке и лыске в большой головке шатуна, крышку - по плоскости разъема, обработанной на предшествующей операции, торцу и наружной цилиндрической поверхности с установкой в призму (см. рис. 6, а, б). Отверстия в стержне обрабатывают в пять переходов (см. рис. 6, в), в крышке - в четыре перехода. Эффективность обработки отверстий на станках с ЧПУ обеспечивается максимальной концентрацией переходов обработки в одной операции, уменьшением вспомогательного времени на установку и закрепление инструментов и заготовок, исключением резьбы метчиком приспособлений для направления инструментов, повышением точности обработки.
Затем стержни шатуна собирают с крышкой и производят обработку отверстий на собранном шатуне.
8. Одновременная обработка отверстий в головках шатуна двумя насадными зенкерами на агрегатно-расточном полуавтомате. Заготовку устанавливают в приспособление с пневматическим приводом  и базируют одной  из торцевых плоскостей, двумя лысками на малой головке и лыской на большой головке шатуна (см. рис. 2, е). Двойное направление зенкеров способствует исправлению положения отверстий, если оно до этой операции было неточным и обеспечивает параллельность осей отверстия.
9. Шлифование торцев на плоскошлифовальном станке. Операция аналогична описанной в п. 2, но в этой операции выдерживают окончательный размер   мм.
10. Разборка шатуна, фрезерование паза-замка под вкладыш в стержне и в крышке, а также паза в малой головке шатуна, окончательная сборка шатуна с крышкой.
11. Одновременное растачивание отверстий в большой и малой головках шатуна, выполняемое на отделочно-расточном полуавтомате. Для обработки применяют специальную расточную оправку, в которой закреплены два резца: один служит для предварительной обработки, другой - для окончательной. Заготовки базируют торцами по отверстиям в головках шатуна и устанавливают на пальцы приспособления. После закрепления заготовок в требуемом положении пальцы из отверстий выводят.
12. Запрессовка втулки в малую головку шатуна.
13. Хонингование отверстия в большой головке шатуна. Операцию выполняют на хонинговальном полуавтомате в три позиции I ... III (рис. 7). Технологическими базами являются торцы и отверстие в малой головке. После хонингования в большую головку шатуна вставляют вкладыш и производят окончательную обработку отверстий в большой и малой головках шатуна на отделочно-расточном полуавтомате.
14. Контроль соответствия детали чертежу и техническим условиям. Размеры основных поверхностей контролируют калибрами, глубиномерами, скобами и штангенциркулями. Для контроля точности расположения поверхностей применяют специальные приспособления. Схемы контроля показаны на рис. 3.

Технологическая подготовка технического перевооружения и реконструкции участков и цехов предприятий Автоматизация технологической подготовки производства Концептуальные модели автоматизированных систем технологической подготовки производства Обработка давлением Рычаги и шатуны Содержание процесса управления качеством продукции  Токарная обработка Ступенчатые валы Сборка зубчатых и червячных передач Совершенствование системы управления качеством выпускаемой продукции на промышленном предприятии 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом