Опыт отечественного и зарубежного машиностроения показывает, что целесообразно повышать точность изготовления прецизионных деталей до уровня, обеспечивающего их бесподгоночную сборку. Наиболее сложен в изготовлении распылитель, имеющий цилиндрические и конические прецизионные поверхности. Для обеспечения требований к плавности перемещения иглы в корпусе (подвижности) диаметральный зазор в этой паре должен превы шать суммарное сочетание отклонений от правильной Геометрической формы цилиндрических направляющих поверхностей и величин изогнутостей их осей. Достигнутые в практике изготовления значения отклонений от геометрической формы цилиндра и изогнутости его оси составляют раздельно по анализируемым параметрам для отверстия корпуса 0,2 -0,6 мкм, для направляющей иглы 0,1-0,3 мкм. Учитывая возможные деформационные изменения этих геометрических параметров в корпусе в сторону увеличения до 0,2 -0,5 мкм от сил монтажного нагружения, минимальный диаметральный зазор в распылителях форсунок тепловозных дизелей должен быть не менее 3 мкм. В этом случае будет обеспечиваться наибольшая вероятность собираемости 1 распылителя с исключением прихватов и зависания иглы.
Максимальный диаметральный зазор для распылителей при изготовлении не должен превышать 4,5-5,0 мкм, в эксплуатации в распылителях, работающих в топливных системах без разгрузки нагнетательных топливопроводов от остаточного давления от 6,5 до 7,5 мкм и в системах с полной разгрузкой 11 — 15 мкм. Следует отметить, что увеличение диаметрального зазора не должно сопровождаться расширением допусков на геометрическую точность формы цилиндрических поверхностей распылителя, так как эти поверхности являются к тому же базовыми при обработке конусной прецизионной поверхности.
Работоспособность и собираемость распылителя зависят и от соотношения суммарного значения радиального биения конических запирающих поверхностей и диаметрального зазора. Для конструктивных
1 Обеспечение требований работоспособности при размерной комплектации прецизионных деталей в пару.
типоразмеров распылителей форсунок тепловозных дизелей суммарное значение радиального биения не должно превышать диаметральный зазор. В противном случае нарушается герметичность конического уплотнения распылителя вследствие несовпадения центров уплотняющих сечений, и появляется вероятность увеличения неравномерности на режимах малых подач. Это обстоятельство связано с изменением при малых подъемах иглы формы щели конической проточной части (от кольцевой до серповидной), вызванным установкой иглы с перекосом в направляющем отверстии корпуса. Суммарное биение конусов 2-4 мкм (в корпусе 1 — 3 мкм, в игле 1 мкм) практически достижимо в серийном производстве.
Радиальное биение — это комплексный геометрический параметр, представляющий векторную сумму отклонений от соосности и круглости. При совпадении центров сечений по уплотняющему пояску отклонения от круглости, определяя площадь зазора в месте контакта, самостоятельно влияют на качество герметичности конуса распылителя. В соответствии с экспериментальными данными в распылителях форсунок тепловозных дизелей полное отсутствие увлажнения, оцениваемого по методике ГОСТ 9928 — 71, достигается при отклонениях от круглости уплотняющего сечения конической поверхности одной из деталей не более 0,8-1,0 мкм, а их суммарное сочетание отклонений круглости по месту контакта не должно превышать 1,6 мкм при давлении начала впрыскивания р0 = 30…32 МПа и 2 мкм при р0 = 20…22 МПа.
На качество распыливания топлива и характеристики впрыскивания распылителя помимо отклонений в размерах оказывают влияние и геометрические пара-
| Параметры прецизионных | ||||||
| Разработчик, организация, фирма (страна) | Разность углов конусов корпуса и | Отклонение от круглости конуса, мкм | Отклонение от линейности конуса, мкм | |||
| иглы | корпуса | иглы | корпуса | |||
| Допускаемые по ГОСТ 9928 — 71 Рекомендуемые ВНИИЖТ (СССР) ПО Коломенский завод (СССР) БОШ (ФРГ)
БОШ (Япония) Зульцер (Швейцария) Брайс (Англия) Моторпал (ЧССР) |
25′-50′ 50′-70′ 44′-60′ 10′-20′ 50′-65′ 60′-73′ 30′-42′ | 0,6
0,8-1,2 0,4-0,6 0,6-0,8 0,4-0,7 1,0-1,3 0,6 |
0,8
0,4-0,8 0,2-0,8 0,4-0,7 0,2-0,4 0,2-0,4 0,3-0,6 |
1,5
0,8-1,5 0,2-0,5 0,2-0,3 0,2-0,4 0,7 0,4 |
2
0,6-1,0 0,6 0,6-0,8 1,6-2,0 0,6 0,5 |
метры, определяющие форму проточной конусной части распылителя. К таким параметрам следует отнести разность углов уплотняющих конусов и отклонения от линейности их образующих. По экспериментальным данным оптимальная разность углов, обеспечивающая качественное рас-пыливание, начиная с малых давлений начала впрыскивания, составляет 30- 50′. При уменьшении разницы угловых соотношений до слияния углов (на длине конуса более 0,6 -0,8 мм) или увеличении разницы углов до 1°40′-1°50′ наблюдается резкое ухудшение качества распыливания. Допускаемые значения отклонений от линейности образующих конусов, измеренные на длине 1,5 -2,0 мм ниже сечения большого диаметра, не оказывающие влияние на качество распыливания и отклонения расходных характеристик в зоне минимальных подач, составляют 1,5 — 2,0 мкм.
Следует отметить, что рассмотренные геометрические параметры конусов обеспечивают качественную работу распылителей только в сочетании с правильно выбранны ми параметрами шероховатости, которые для конического уплотнения должны быть не выше Яа = 0,100 мкм.
В табл. 22 приведены основные технические требования, предъявляемые к геометрии и шероховатости прецизионных поверхностей распылителей в соответствии с ГОСТ 9928 — 71, а также рекомендуемые на основании данных экспериментальных исследований для использования при изготовлении и восстановлении распылителей форсунок тепловозных дизелей с применением технологии бесподго-ночной сборки. Для сравнения в табл. 22 приведены и аналогичные параметры, достигнутые при серийном изготовлении распылителей форсунок дизелей типа Д49 и полученные в результате выборочных измерений распылителей некоторых ведущих зарубежных фирм.
Государственным стандартом 9927 — 71 предусмотрены следующие требования к точности исполнения геометрии прецизионных поверхностей деталей плунжерной пары:
поверхностей распылителя
| Радиальное биение конуса, мкм | Отклонение от круглос-ти цилиндра, мкм | Средний диаметральный зазор, мкм | Шероховатость Яа, | МКМ | ||||
| цилиндра | конуса | |||||||
| иглы | корпуса | иглы | корпуса | иглы | иглы | корпуса | ||
| 2 | 3 | 0,5 | 0,5 | Не менее 2 | 0,040 | 0,160 | 0,32 | |
| 1 | 2 | 0,3 | 0,5 | 3,5-4,5 | 0,040 | 0,080 | 0,100 | |
| 1,0-1,3 | 1,2-2,0 | 0,3-0,6 | 0,3-0,5 | 2,5-3,5 | 0,040-0,050 | 0,145-0,18 | 0,040-0,065 | |
| 0,4-0,8 | 1,0-1,4 | 0,2-0,3 | 0,2 | 3,3-4,2 | 0,034-0,052 | 0,078-0,090 | 0,052 | |
| 0,8-1,0 | 0,9-1,6 | 0,3-0,6 | 0,2-0,5 | 4,0-4,8 | 0,038 | 0,040 | 0,045 | |
| 0,6 | 1,4-3,1 | 0,2-0,3 | 0,1-0,4 | 4,2-4,8 | 0,034-0,040 | 0,063-0,070 | 0,042-0,059 | |
| — | — | 0,3-0,4 | 0,2 | _ | 0,044 | 0,075 | — | |
| 0,8-1,2 | 1,2-2,0 | 0,1-0,3 | 0,3-1,0 | — | 0,060 | 0,088 | — |
Отклонения формы рабочих поверхностей, плунжер/втулка:
| от цилиндричноста, мкм | 1/1 |
| от круглое™, мкм | 0,5/0,5 |
| Конусообразность (на 20 мм длины), мкм | 0,5/0,5 |
| Отклонение от параллельное™ уплотнительного и опорного торцов втулки, мкм | 25 |
| Отклонение от плоскостности уплотнительных торцов втулки (для диаметра свыше 25 мм), мкм | 0,9 |
| Отклонение от перпендикулярное™ опорного торца втулки относительно направляющей поверхноста, мкм | 16 |
| Отклонение от перпендикулярное™ торца плунжера относительно его рабочей цилиндрической поверхноста, мкм | 25 |
| Отклонение отсечной кромки плунжера от заданной геометрической формы и заданного угла ее расположения на рабочей длине кромки, мкм | 20 |
Аналогичные требования предусматриваются и для клапанной пары:
Отклонения формы цилиндрических рабочих поверхностей, (клапан/корпус клапана):
от круглости, мкм 3/3
конусообразность, мкм 3/3
Радиальное биение конической и на- 5
ружной цилиндрической поверхностей относительно оси клапана, мкм
Радиальное биение конуса корпуса 4
клапана относительно цилиндрической направляющей поверхности, мкм
При изготовлении плунжерных пар по технологии бесподгоночной сборки (парное шлифование) допуск на конусообразность может быть уменьшен в 1,5 — 2 раза. Технологический диаметральный зазор для пар с диаметром плунжера 13 — 20 мм составляет 2,5 -3,5 мкм, шероховатость сопрягающихся поверхностей не более: для цилиндра Яа =0,04 мкм, для уплотнительного торца Яа = 0,125 мкм. Для клапанных пар диаметральный зазор по пояску и направляющей цилиндрической части составляет 10-15 мкм, шероховатость цилиндрических и конических поверхностей не более 7?д = 0,16 мкм.
Существенное влияние на повышение точности изготовления и сборки преци зионных пар оказывает совершенствование средств метрологического контроля. Измерительные средства должны обеспечивать не только заградительный контроль, но и оперативное управление технологическими процессами, что позволяет стабильно получать изделия высокого качества. На отечественных заводах широкое применение нашли измерительные приборы приемочного контроля унифицированных рядов типа ЦНИТА-82 и ЦНИТА-36. Во ВНИИЖТе разработаны с использованием созданных в ЦНИТА принципиальных схем приборы приемочного и инспекционного контроля применительно к типоразмерам деталей топливной аппаратуры тепловозных дизелей.
При измерении диаметральных размеров, отклонений формы и изогнутости осей цилиндров применяются: для наружных прецизионных поверхностей стойки типа С-1 (ГОСТ 10197 — 70) с пружинно-
Рис. 109. Принципиальная схема измерительного устройства прибора ЦНИТА-8243:
1 — измеряемая деталь; 2 — измерительный рычаг; 3 — регулировочный сектор; 4 — пружина; 5 — шкала; б — оптическая система; 7 — чувствительный элемент; 8 — опора оптической измерительной головкой (опти-катором) типа 01-П или 02-П, имеющие цену деления соответственно 0,1 и 0,2 мкм; для внутренних прецизионных поверхностей — приборы типа ЦНИТА-8243 (рис. 109) или пневматические длиномеры (ротаметры) ДП.
В измерительном устройстве прибора ЦНИТА-8243 используется дифференциальная схема измерения с использованием упругого чувствительного элемента 7 пружинно-оптического преобразователя, аналогичного применяемому в оптикаторе и закрепленного на измерительных рычагах 2. Рычаги установлены на опорах 8 и перемещаются в одной плоскости, контактируя с поверхностью измеряемой детали 1 в противоположных точках. Отклонение рычагов от положения, соответствующего настройке на размер, приводит к срабатыванию упругого элемента преобразователя и отклонению закрепленного на нем зеркала. Оптическая система 6 с осветителем проецирует отраженный от зеркала луч на шкалу 5. Постоянство передаточного отношения пружинно-оптического преобразователя позволяет настраивать прибор на размер по одному кольцу с корректировкой положения луча на шкале регулировочным сектором 3. Введение в конструкцию прибора компенсирующего устройства снижает систематическую температурную погрешность. Среднее квадратичное отклонение при измерениях на приборе ЦНИТА-8243 не превышает 0,1 мкм с диапазоном измерения до 30 мкм.
Разобранная схема применима и для измерения наружных поверхностей. При размещении в одном корпусе прибора двух измерительных механизмов для внутренних и наружных измерений, работающих на общую шкалу, появляется возможность непосредственного получения информации о диаметральном зазоре в паре. Такое конструктивное решение реализовано в приборе ЦНИТА-8295, который позволяет комплектовать прецизионные пары без предварительной сортировки на размерные группы. Для повышения точности и автоматизации сборки прецизионных пар в ЦНИТА предложен метод автоматизированного индивидуального подбора деталей для сборки с использованием ЭВМ.
При измерении внутренних отверстий особенно важно исключить погрешность аттестации действительных размеров образцовых установочных колец. Наиболее удобным, позволяющим проверять образцовые кольца непосредственно в условиях заводских лабораторий, является метод, основанный на измерении зазора между цилиндрическим валом известного диаметра и измерительной поверхностью кольца. Метод реализован в приборе ЦНИТА-3840, где кольцо и вал поочередно контактируют с противоположными образующими цилиндра, лежащими в одной диаметральной плоскости. Измерение производится оптикаторной головкой с погрешностью, не превышающей 0,2 мкм.
Для выборочного измерения отклонений от круглости цилиндрических и конических прецизионных поверхностей используют универсальные измерительные ма-шины-кругломеры, в том числе модели 218 заводов «Калибр» и «Талерунд» (Англия). Круглограммы реального профиля записывают в сечении, ось которого предварительно совмещается с осью прецизионного шпинделя кругломера. Сравнение отклонений точек круглограммы от прилегающей окружности выполняется наложением на запись шаблона. Схема прибора приемочной операционной оценки отклонений круглости конических поверхностей (рис. 110) имеет основную базовую поверхность,
Рис. ПО. Принципиальная схема прибора для измерения отклонений от круглости конической поверхности иглы распылителя представляющую собой прилегающий профиль (окружность), контактирующий с проверяемой конической поверхностью детали. Базовая поверхность выполнена в твердосплавном кольце 4, имеющем прорезь для измерительного наконечника, соприкасающегося с измеряемой поверхностью в том же сечении контакта. Цилиндрическая поверхность детали 7 базируется на поддерживающей кольцевой опоре 2, укрепленной так же, как и кольцо с прилегающим профилем, в установочном корпусе 3. Механизм привода 1 служит для вращения детали и прижима ее через телескопический карданный валик к базовой поверхности. При проворачивании детали наконечник с измерительным рычагом 5 будет иметь отклонения на значение не-круглости в измеряемом сечении. В качестве регистратора отклонений 6 используется оптикаторная головка или регистрирующая часть профилографа.
Схема (рис. 111) устройства для измерения радиального биения конуса корпуса распылителя предусматривает базирование корпуса 1 цилиндрическим отверстием на жестко закрепленной в корпусе прибора
Рис. 111. Принципиальная схема прибора ЦНИИ-7003 для измерения радиального биения конуса корпуса распылителя призматической оправке 2. Деталь вращается механизмом привода с помощью бесшовного ремня, создающего усилие в вертикальной плоскости, при этом продольное смещение корпуса распылителя ограничивается сферическим наконечником подвижного упора 3, упирающимся в конус. Наконечник упора укреплен в трубчатом стержне, подвешенном на’ шарнире, имеющем две степени свободы. Наконечник измерительного рычага 4 проходит через паз в сферическом наконечнике (упоре) и контактирует с конической поверхностью в горизонтальной плоскости. Конструкция прибора позволяет производить измерения в любом сечении конуса смещением на роликовых салазках 5 всего измерительного блока параллельно образующей конуса. Механические амплитудные колебания измерительного рычага, вызванные рассогласованием формы и положения (биения) измеряемой конической поверхности относительно цилиндрической поверхности корпуса распылителя, с помощью индуктивного датчика 6 и электронного блока 7 преобразуются в электрические сигналы, которые регистрируются на показывающем 9 и записывающем 8 приборах. Разобранная схема применима для измерения биения конусной поверхности иглы и реализована в приборах операционного контроля ЦНИТА-3613-ЦНИИ-7007 с регистрацией отклонений на оптикаторную головку.
Для измерения смещения конуса применяются приборы, выполненные по метрологической схеме ЦНИТА (рис. 112). Распылитель проворачивается на жесткой цилиндрической оправке 6 с упором поверхности конуса в круговой щуп-наконечник 8. Вертикальное перемещение укрепленного на рычаге 5 наконечника 8, вызванное смещением центра конуса относительно базовой цилиндрической прецизионной поверхности, фиксируется измерительной голов-
Рис. 112. Конструктивная схема (а) прибора ЦНИТА-3611 для измерения смещения конуса корпуса с круговым (б) и треугольным (в) измерительным наконечником:
1,2 — подстроечные винты; 3 — измерительная головка; 4 — шарнир; 5 — измерительный рычаг; 6 — оправка; 7 — пасик; 8 — наконечник; 9 — корпус распылителя; 10- рукоятка; 11- механизм привода кой 3. Горизонтальное смещение рычага локализуется пластинчатым крестовым шарниром 4. Диаметр кругового наконечника, как правило, соответствует диаметру совмещения конусов при сборке распылителя. В этом случае фиксируется условное смещение конуса по центру вписанной в реальный профиль окружности. Если круговой наконечник заменить треугольным (см. рис. 112, в), то будет фиксироваться значение, среднее между биением и смещением, дающее более широкую информацию о геометрии и положении конуса. Такие приборы при быстродействии 400 — 600 измерений в 1 ч имеют доверительную погрешность 0,5 -0,6 мкм (без учета погрешности, вносимой наложением отклонений формы базовой цилиндрической поверхности на измеряемый параметр).
Для измерения угла конических поверхностей распылителя широко используются телескопические приспособления (рис. 113). Принцип измерения таким приспособлением основан на фиксации разницы Н катетов для двух сечений конуса с известными величинами диаметра (3 и /X Этот способ при отклонениях формы поверхности, например нелинейности более 3 — 5 мкм, может дать существенную ошибку измерения, превышающую 15 — 30′.
Для повышения точности угловых измерений в деталях топливной аппаратуры в ЦНИТА и ЦНИИ МПС был разработан новый способ Г Способ основан на сравнении геометрических параметров конуса и его положения при сравнении изображе-
1 А. с. 279065 [СССР]. Способ измерения угла внутреннего конуса и непрямолинейности образующей этого конуса. Г. Б. Федотов, Л. В. Сегалович и др., всего 17 авторов. За-явл. 01 — 08. 68. № 1262056/25 — 28. Опубл. в Б. И., 1970, № 26. УДК 53.083.8(088.8).
ния продольного профиля образующей с масштабом линейных и угловых отклонений от профиля эталона, роль которого при измерениях выполняет геометрическая прямая. На основе этого метода были изготовлены приставки к профилографу модели 201 и автономные приборы ЦНИТА-3821 и ЦНИИ-7004 для измерения углов..и линейности конусов распылительных и клапанных пар.
Приставка (рис. 114) состоит из стойки 3, на которой в подшипнике 7 подвешена люлька 10. В траверсу люльки устанавливают сменные призмы 8, на которых своей прецизионной цилиндрической частью базируются измеряемые детали. Длина А рычага люльки рассчитана таким образом, что перемещение микровинта 1 на 0,01 мм дает угловой поворот призмы на 30".
Приставку устанавливают на универсальном столе профилографа — профилометра и совмещают ось трассы движения щупа датчика с вертикальной плоскостью, проходящей через ось измеряемого изделия. Параллельность образующих конусов эталонного и монтируемого изделия, трассу движения наконечника щупа выставляют микровинтом 1. Использование стандартного профилографа позволяет производить с помощью приставки оценку не только углов конусов с относительной ошибкой для пары не более 2′, но и волнистости (нелинейности) и шероховатости образующих.
Автономный прибор (рис. 115) состоит из механического и электронного блоков. Механический блок предназначен для установки измеряемой детали и обеспечения
Рис 114 Схема приставки к профилографу — профилометру для измерения угла и оценки профиля образующих конусов распылителей 1 — микрометрический винт, 2 — пружина, 3 — стойка, 4 — оправка, 5 — корпус распылителя, 6 — датчик про-филографа, 7 — подшипник 8 — игла распылителя, 9 — сменная призма, 10 — люлька перемещения измерительного рычага вдоль образующей конуса. Электронный блок преобразовывает механические колебания измерительного рычага в электрические сигналы, которые фиксируются на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и ленте записывающего устройства 9. Измерительный рычаг 3 механического блока соединен беззазорным пружинным шарниром с направляющей подвижной каретки 14, которая подвешена к корпусу механического блока на плоскопружинном параллелограмме и получает перемещение от кулачка механизма 13 возвратно-поступательного движения; привод механизма осуществляется при помощи электродвигателей и редуктора 5. Ход направляющей каретки изменяется с помощью кулисного механизма 12.
Измеряемую деталь устанавливают на базовую оправку 2, которая имеет опорное кольцо и сферический наконечник для одновременного базирования по цилиндрической и конической поверхностям. При помощи универсального стола с механизмом установки 1, перемещающегося в трех плоскостях, образующая конуса выставляется в плоскости измерения и вводится в контакт с наконечником измерительного рычага 3. Второй конец измерительного рычага, противоположный контактирующему с измеряемой поверхностью, является якорем индуктивного датчика 6. Датчик питается напряжением с частотой 970 Гц от генератора 7. Магнитная система балансируется с помощью рычагов и микровинтов измерительного блока 4. Электрический сигнал, снятый с индуктивного датчика, через измерительный мост поступает в усилители электронного блока 8. Усиленный сигнал подается на горизонтальные пластины ЭЛТ показывающего устройства 10. Горизонтальное перемеще-
Рис. 115. Принципиальная схема автономного прибора для контроля угла и профиля образующих конусов деталей топливной аппаратуры ние луча на экране ЭЛТ через электронный блок связано с продольным перемещением подвижной каретки с помощью механизма горизонтальной развертки 11, который включает в себя флажок, осветитель и фоторезистор. Схема электронного блока разработана на базе осциллографа С1-19Б.
Важнейшее условие надежной и точной работы рассмотренных приборов — безупречно выполненные эталоны, методики их аттестации и использования.
⇐Основные технологические направления совершенствования | Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытания, совершенствование. | Методы сборки прецизионных пар и технологическое оборудование⇒