Величины допусков и посадок сопрягаемых деталей зависят не только от требуемых типа посадки и величины номинального диаметра. Один и тот же тип посадки в зависимости от предъявляемых требований и назначения сопрягаемых деталей может быть выполнен с различной степенью точности. Каждому классу точности соответствует определенный класс чистоты обработки. Однако непосредственной связи между классом точности размеров и классом чистоты не существует. Например, при горячей посадке и одном и том же классе точности можно допустить большие величины неровностей, чем при прессовой посадке. Но с другой стороны, высокая точность размеров деталей обеспечивается обычно и при более высоких классах чистоты их поверхностей. Нельзя, например, получить 2-й класс точности обработки отверстия, если оно просверлено сверлом, без последующей доводки поверхностей стенок отверстия.
В машиностроении под чистотой поверхности подразумевается размерная характеристика микронеровностей, определяющих шероховатость поверхности независимо от способа ее получения.
В отличие от маркировки классов точности, на которой высшим классом является первый, классы чистоты маркируют от 1 до 14 по возрастанию требований к чистоте и уменьшению пределов допустимых микронеровностей. Классы чистоты обозначают на чертежах ^в виде равносторонних треугольников с вершиной, обращенной вниз, с цифровым обозначением класса точности, например, V4, V8, V10 и т. п. Поверхности, которые не подлежат никакой механической обработке, например, поверхности отливок и поковок, обозначают знаком ~.
Для одних и тех же деталей в зависимости от размеров могут быть назначены различные классы чистоты. Например, для прессового соединения деталей с номинальными диаметрами от 10 до 18 мм, изготовленных по 2-му классу точности, должен быте применен 8-й класс чистоты, обозначаемый V8. Если же детали имеют номинальные размеры 500—630 мм, то для достижения то же 2-го класса точности при прессовой посадке достаточен 4-й класс чистоты, обозначаемый V4. Технолог цеха может назначать и другие классы чистоты обработки, но они должны быть не ниже обусловленных ГОСТами или ведомственными нормалями.
Из 14 классов чистоты, обусловленных ГОСТом, в дизелестроении применяются классы от 1 до 11 включительно. По 11-му классу чистоты, обозначенному VII, обрабатывают рабочие поверхности плунжеров и гильз топливных насосов, направляющих и игл форсунок, плоские уплотняющие поверхности деталей топливной аппаратуры. По этому классу чистоты средняя высота неровностей #Ср должна быть 0,25—0,5 мкм, что достигают путем притирки и доводки.
Наиболее широко в дизелестроении применяются классы чистоты V6, V7, V8 и V9. Например, рабочие поверхности цилиндровых втулок дизелей обрабатывают по классу V7 (если диаметр втулки более 400 мм) и по классу V8 (если диаметр 200— 400 мм). По классу V8 обрабатывают также шейки коленчатых валов дизелей, тронки поршней, кулачки распределительных валов, посадочные поверхности под поршневые пальцы в чугунных поршнях поверхности торцов поршневых колец и т. д. Чистоту поверхности по этому классу достигают путем чистой обработки резцом и последующей шлифовки.
Поверхности, обработанные тонкой шлифовкой с последующей доводкой или притиркой, относятся к классу VI0, по которому обрабатывают рабочие поверхности поршневых пальцев, притертые поверхности конусов игл и распылителей форсунок и т. п. Диапазоны средних высот микронеровностей по этим классам чистоты находятся в пределах (МК): для V7—(3,2^-6,3), для V8—(1,6-^3,2), для V10— (0,5-;-0,8).
Чистота обработки сопрягаемых деталей оказывает определенное влияние на надежность как неподвижных, так и подвижных 'посадок. Известно, что при любом виде посадок сопрягаемые детали касаются друг друга не всеми поверхностями, а только вершинами микронеровностей. При чистовой обработке отношение действительной поверхности контакта к номинальной составляет только 0,3—0,5, поэтому давление на вершинах микронеровностей возрастает настолько, что они сминаются и разрушаются. Таким образом, в начале приработки подвижных соединений происходит интенсивный износ деталей, что приводит к увеличению зазора между сопряженными поверхностями.
В неподвижных соединениях шероховатость поверхностей вследствие их смятия при запрессовке вызывает ослабление натяга. Остановимся на влиянии чистоты поверхности сопряженных деталей при неподвижных посадках.
Установлено, что если охватывающая деталь чугунная (например, из чугуна СЧ24-40), а охватываемая — из стали марки Ст. 45, или обе детали изготовлены из стали Ст. 45, то чем меньше у них микронеровностей, тем выше коэффициент трения при запрессовке, а следовательно, прочнее соединение.
Величина коэффициента трения при запрессовке обратно пропорциональна величине давления. При уменьшении коэффициента трения снижается прочность неподвижных соединений. Таким образом, чистота поверхности оказывает существенное влияние на прочность неподвижных соединений. С повышением чистоты обработки сопрягаемых поверхностей до 9-го класса коэффициент
трения пары увеличивается.
Чистота обработки поверхности влияет и на усталостную прочность деталей, так как чаще всего при усталостных разрушениях микротрещины появляются на поверхности детали. Чем грубее обработана деталь, тем крупнее микронеровности на ее поверхности, которые являются концентраторами напряжений, способствующими развитию усталостного процесса. На дЙе впадин при грубой обработке поверхности возникают напряжения, в 1,5— 2,5 раза превышающие средние величины напряжений в поверхностном слое.
Установлено также, что чем выше предел прочности стали, тем более она чувствительна к чистоте поверхности, тем скорее могут на ней появиться усталостные трещины в случае грубой обработки. Например, если у стали с пределом прочности ав=47 кгс/мм2 переход от грубой обработки к полировке повышает ее предел выносливости на 10%, то у стали с св=142 кгс/мм2 предел выносливости повышается на 30%.
При наличии таких концентратов напряжений, как отверстия, очень важна частота обработки их внутренней поверхности. При грубом сверлении на поверхности отверстая образуются микротрещины, которые сами по себе являются концентраторами напряжений и значительно уменьшают усталостную прочность металла.
Рис. 30. Усталостная трещина в шейке коленчатого вала вследствие грубой обработки смазочного отверстия
На рис. 30, приведен пример образования усталостной трещины 2 в моты-левой шейке коленчатого вала вследствие грубой обработки смазочного отверстия 1. На рис 30,6 характер излома показан в более крупном масштабе, направления распространения трещин показаны стрелками.
Выше было отмечено, что из всех узлов современного дизеля, работающего с высокой степенью наддува, наиболее напряженным является головной подшипник, запасы прочности которого по давлению подошли к минимальным величинам. Поэтому такое большое значение эксплуатационники придают чистоте обработки шеек головных подшипников.
А. П. Богатырев приводит примеры приемки дизелей от заводов-строителей. Так, на теплоходе «Балашиха» во время заводских испытаний дизеля Бурмейстер и Вайн VTBF 74/160, построенного на БМЗ, представители завода при обнаружении задиров на головные шейках вместо тщательной их шлифовки и проверки качества шабрения баббита ограничились очисткой масляных канавок подшипников с последующей приработкой их по шейкам. Конечно, такая мера не привела к положительным результатам и дизель вернули на завод для исправления старых и новых дефектов.
Другой пример. Теплоход «Пула» после ходовых испытаний, во время которых не было отмечено никаких дефектов в работе главного дизеля 874VT2BF160, построенного югославской фирмой «Уляник» по лицензии фирмы «Бурмейстер и Вайн», возвратился к причалу завода. При контрольном вскрытии головных подшипников было обнаружено незначительное затягивание баббитом масляных канавок нижних половинок подшипников, а на двух подшипниках отмечено небольшое вдавливание баббита.
Все головные шейки были вторично прошлифованы, в результате чего следы обработки поверхности шеек в верхних частях выведены; два дефектных подшипника с выдавленным баббитом заменены. Также была восстановлена первоначальная форма масляных канавок всех подшипников.
После тщательной сборки деталей дизеля были проведены повторные ходовые испытания, после которых снова осмотрели подшипники. Они оказались в хорошем состоянии, и длительная последующая эксплуатация дизеля подтвердила это.
Не меньшее, если не большее, значение имеет и точность обработки деталей. Нет необходимости пояснять значение точности судовым механикам, оно им хорошо известно.
Даже для резьбовых соединений, точность изготовления которых механики не имеют возможности проверить, хорошо выполненная форма резьбы и чистота ее обработки имеют большое значение. Английские специалисты установили, что точность шага резьбы и тщательная ее обработка значительно повышают усталостную прочность болта. "Установлено также, что чистая накатка профиля и впадин резьбы повышает усталостную прочность по сравнению с обработкой резьбы на станке почти в три раза.
Отступления от точности обработки деталей чаще всего случайны и свойственны более судоремонтным заводам, чем дизеле-строительным, так как СРЗ не имеют специальной оснастки. Но можно привести примеры нарушений точности обработки и разметки и по дизелестроительным заводам.
Так, при смене головок на одном из дизелей 950VTBF110 постройки БМЗ обнаружилось, что глубина сверления отверстий под шпильки не одинакова и завернутые до упора шпильки имеют разную высоту. Вследствие этого отверстия для шплинтов после крепления гаек не совпадали, приходилось торцевать гайки и даже не довертывать их до конца. И то, и другое категорически запрещается Правилами [71]. По-видимому, вследствие таких мероприятий на теплоходе «Выборглес» ослабли три головки поршней и масло охлаждающей системы стало вытекать в продувочный ресивер, что привело к взрыву.
Также отмечается значительное отступление от точности укладки коленчатых валов БМЗ. На теплоходе «Вытегралес», например, раскеп между щеками мотыля цилиндра № 6 достигал 0,12 мм, а на теплоходе «Тоснолес» между щеками мотыля цилиндра № 9 — 0,11 мм. Эти величины находятся уже в зоне допускаемых отклонений от раскепов для дизелей, отработавших длительный срок (для новых дизелей раскеп не должен был превышать 0,08 мм).
Не лишена недостатков, в смысле соблюдения точности обработки деталей, и работа западноевропейских заводов.
В практике эксплуатации дизелей Черноморским пароходством обнаружено, что при наличии большого количества сверлений в корпусе топливного насоса дизелей Зульцер RD76 расстояния между отверстиями и их размеры не всегда находятся в допускаемых пределах, обозначенных на чертеже. Специалисты Черноморского пароходства полагают, что это является одной из причин появления трещин в корпусах насосов.
Отступления от заданных частоты или точности обработки фирма «Зульцер» иногда пытается компенсировать применением различных уплотняющих паст. Например, при сборке тронков поршней с головками завод неоднократно применял пасту «Герметик». Во время эксплуатации паста разрушалась и масло вытекало из соединения тронка с головкой. Такой дефект приводил к необходимости частого демонтажа поршней. Так, на теплоходе «Суджа» за один год машинная команда 22 раза вынимала поршни и пять из них полностью разбирала. Отмечено также, что на пасту «Герметик» фирма «Зульцер» ставила и шпильки крепления головки поршня к тронку.
Вследствие нарушения точности обработки фланца штока и посадочною места тронка у дизелей Зульцер RD76, построенных заводом имени Цигельского (Польша), происходили разрывы тронка поршня. По чертежу в этом соединении должен быть зазор 0,15—0,28 мм, в действительности же зазора вообще не оказывалось.
Улучшить чистоту обработки деталей после завода-строителя в судовых условиях невозможно. Любая ручная обработка детали нарушает ее геометрию, а следовательно, и точность размеров.
То же самое можно сказать и о точности обработки. Судовым механикам трудно, фигурально выражаясь, «уточнить» обработку завода за полным отсутствием средств для этого. Те полумеры, с помощью которых временно приводят деталь в лучшее состояние, недостаточны, вскоре деталь вновь приходит в неисправное состояние
Судовым механикам нужно твердо знать пределы точности и чистоты обработки деталей дизеля, тогда они могут предъявить вполне обоснованные требования, как к заводам-строителям, так и к СРЗ.
В машиностроении под чистотой поверхности подразумевается размерная характеристика микронеровностей, определяющих шероховатость поверхности независимо от способа ее получения.
В отличие от маркировки классов точности, на которой высшим классом является первый, классы чистоты маркируют от 1 до 14 по возрастанию требований к чистоте и уменьшению пределов допустимых микронеровностей. Классы чистоты обозначают на чертежах ^в виде равносторонних треугольников с вершиной, обращенной вниз, с цифровым обозначением класса точности, например, V4, V8, V10 и т. п. Поверхности, которые не подлежат никакой механической обработке, например, поверхности отливок и поковок, обозначают знаком ~.
Для одних и тех же деталей в зависимости от размеров могут быть назначены различные классы чистоты. Например, для прессового соединения деталей с номинальными диаметрами от 10 до 18 мм, изготовленных по 2-му классу точности, должен быте применен 8-й класс чистоты, обозначаемый V8. Если же детали имеют номинальные размеры 500—630 мм, то для достижения то же 2-го класса точности при прессовой посадке достаточен 4-й класс чистоты, обозначаемый V4. Технолог цеха может назначать и другие классы чистоты обработки, но они должны быть не ниже обусловленных ГОСТами или ведомственными нормалями.
Из 14 классов чистоты, обусловленных ГОСТом, в дизелестроении применяются классы от 1 до 11 включительно. По 11-му классу чистоты, обозначенному VII, обрабатывают рабочие поверхности плунжеров и гильз топливных насосов, направляющих и игл форсунок, плоские уплотняющие поверхности деталей топливной аппаратуры. По этому классу чистоты средняя высота неровностей #Ср должна быть 0,25—0,5 мкм, что достигают путем притирки и доводки.
Наиболее широко в дизелестроении применяются классы чистоты V6, V7, V8 и V9. Например, рабочие поверхности цилиндровых втулок дизелей обрабатывают по классу V7 (если диаметр втулки более 400 мм) и по классу V8 (если диаметр 200— 400 мм). По классу V8 обрабатывают также шейки коленчатых валов дизелей, тронки поршней, кулачки распределительных валов, посадочные поверхности под поршневые пальцы в чугунных поршнях поверхности торцов поршневых колец и т. д. Чистоту поверхности по этому классу достигают путем чистой обработки резцом и последующей шлифовки.
Поверхности, обработанные тонкой шлифовкой с последующей доводкой или притиркой, относятся к классу VI0, по которому обрабатывают рабочие поверхности поршневых пальцев, притертые поверхности конусов игл и распылителей форсунок и т. п. Диапазоны средних высот микронеровностей по этим классам чистоты находятся в пределах (МК): для V7—(3,2^-6,3), для V8—(1,6-^3,2), для V10— (0,5-;-0,8).
Чистота обработки сопрягаемых деталей оказывает определенное влияние на надежность как неподвижных, так и подвижных 'посадок. Известно, что при любом виде посадок сопрягаемые детали касаются друг друга не всеми поверхностями, а только вершинами микронеровностей. При чистовой обработке отношение действительной поверхности контакта к номинальной составляет только 0,3—0,5, поэтому давление на вершинах микронеровностей возрастает настолько, что они сминаются и разрушаются. Таким образом, в начале приработки подвижных соединений происходит интенсивный износ деталей, что приводит к увеличению зазора между сопряженными поверхностями.
В неподвижных соединениях шероховатость поверхностей вследствие их смятия при запрессовке вызывает ослабление натяга. Остановимся на влиянии чистоты поверхности сопряженных деталей при неподвижных посадках.
Установлено, что если охватывающая деталь чугунная (например, из чугуна СЧ24-40), а охватываемая — из стали марки Ст. 45, или обе детали изготовлены из стали Ст. 45, то чем меньше у них микронеровностей, тем выше коэффициент трения при запрессовке, а следовательно, прочнее соединение.
Величина коэффициента трения при запрессовке обратно пропорциональна величине давления. При уменьшении коэффициента трения снижается прочность неподвижных соединений. Таким образом, чистота поверхности оказывает существенное влияние на прочность неподвижных соединений. С повышением чистоты обработки сопрягаемых поверхностей до 9-го класса коэффициент
трения пары увеличивается.
Чистота обработки поверхности влияет и на усталостную прочность деталей, так как чаще всего при усталостных разрушениях микротрещины появляются на поверхности детали. Чем грубее обработана деталь, тем крупнее микронеровности на ее поверхности, которые являются концентраторами напряжений, способствующими развитию усталостного процесса. На дЙе впадин при грубой обработке поверхности возникают напряжения, в 1,5— 2,5 раза превышающие средние величины напряжений в поверхностном слое.
Установлено также, что чем выше предел прочности стали, тем более она чувствительна к чистоте поверхности, тем скорее могут на ней появиться усталостные трещины в случае грубой обработки. Например, если у стали с пределом прочности ав=47 кгс/мм2 переход от грубой обработки к полировке повышает ее предел выносливости на 10%, то у стали с св=142 кгс/мм2 предел выносливости повышается на 30%.
При наличии таких концентратов напряжений, как отверстия, очень важна частота обработки их внутренней поверхности. При грубом сверлении на поверхности отверстая образуются микротрещины, которые сами по себе являются концентраторами напряжений и значительно уменьшают усталостную прочность металла.
На рис. 30, приведен пример образования усталостной трещины 2 в моты-левой шейке коленчатого вала вследствие грубой обработки смазочного отверстия 1. На рис 30,6 характер излома показан в более крупном масштабе, направления распространения трещин показаны стрелками.
Выше было отмечено, что из всех узлов современного дизеля, работающего с высокой степенью наддува, наиболее напряженным является головной подшипник, запасы прочности которого по давлению подошли к минимальным величинам. Поэтому такое большое значение эксплуатационники придают чистоте обработки шеек головных подшипников.
А. П. Богатырев приводит примеры приемки дизелей от заводов-строителей. Так, на теплоходе «Балашиха» во время заводских испытаний дизеля Бурмейстер и Вайн VTBF 74/160, построенного на БМЗ, представители завода при обнаружении задиров на головные шейках вместо тщательной их шлифовки и проверки качества шабрения баббита ограничились очисткой масляных канавок подшипников с последующей приработкой их по шейкам. Конечно, такая мера не привела к положительным результатам и дизель вернули на завод для исправления старых и новых дефектов.
Другой пример. Теплоход «Пула» после ходовых испытаний, во время которых не было отмечено никаких дефектов в работе главного дизеля 874VT2BF160, построенного югославской фирмой «Уляник» по лицензии фирмы «Бурмейстер и Вайн», возвратился к причалу завода. При контрольном вскрытии головных подшипников было обнаружено незначительное затягивание баббитом масляных канавок нижних половинок подшипников, а на двух подшипниках отмечено небольшое вдавливание баббита.
Все головные шейки были вторично прошлифованы, в результате чего следы обработки поверхности шеек в верхних частях выведены; два дефектных подшипника с выдавленным баббитом заменены. Также была восстановлена первоначальная форма масляных канавок всех подшипников.
После тщательной сборки деталей дизеля были проведены повторные ходовые испытания, после которых снова осмотрели подшипники. Они оказались в хорошем состоянии, и длительная последующая эксплуатация дизеля подтвердила это.
Не меньшее, если не большее, значение имеет и точность обработки деталей. Нет необходимости пояснять значение точности судовым механикам, оно им хорошо известно.
Даже для резьбовых соединений, точность изготовления которых механики не имеют возможности проверить, хорошо выполненная форма резьбы и чистота ее обработки имеют большое значение. Английские специалисты установили, что точность шага резьбы и тщательная ее обработка значительно повышают усталостную прочность болта. "Установлено также, что чистая накатка профиля и впадин резьбы повышает усталостную прочность по сравнению с обработкой резьбы на станке почти в три раза.
Отступления от точности обработки деталей чаще всего случайны и свойственны более судоремонтным заводам, чем дизеле-строительным, так как СРЗ не имеют специальной оснастки. Но можно привести примеры нарушений точности обработки и разметки и по дизелестроительным заводам.
Так, при смене головок на одном из дизелей 950VTBF110 постройки БМЗ обнаружилось, что глубина сверления отверстий под шпильки не одинакова и завернутые до упора шпильки имеют разную высоту. Вследствие этого отверстия для шплинтов после крепления гаек не совпадали, приходилось торцевать гайки и даже не довертывать их до конца. И то, и другое категорически запрещается Правилами [71]. По-видимому, вследствие таких мероприятий на теплоходе «Выборглес» ослабли три головки поршней и масло охлаждающей системы стало вытекать в продувочный ресивер, что привело к взрыву.
Также отмечается значительное отступление от точности укладки коленчатых валов БМЗ. На теплоходе «Вытегралес», например, раскеп между щеками мотыля цилиндра № 6 достигал 0,12 мм, а на теплоходе «Тоснолес» между щеками мотыля цилиндра № 9 — 0,11 мм. Эти величины находятся уже в зоне допускаемых отклонений от раскепов для дизелей, отработавших длительный срок (для новых дизелей раскеп не должен был превышать 0,08 мм).
Не лишена недостатков, в смысле соблюдения точности обработки деталей, и работа западноевропейских заводов.
В практике эксплуатации дизелей Черноморским пароходством обнаружено, что при наличии большого количества сверлений в корпусе топливного насоса дизелей Зульцер RD76 расстояния между отверстиями и их размеры не всегда находятся в допускаемых пределах, обозначенных на чертеже. Специалисты Черноморского пароходства полагают, что это является одной из причин появления трещин в корпусах насосов.
Отступления от заданных частоты или точности обработки фирма «Зульцер» иногда пытается компенсировать применением различных уплотняющих паст. Например, при сборке тронков поршней с головками завод неоднократно применял пасту «Герметик». Во время эксплуатации паста разрушалась и масло вытекало из соединения тронка с головкой. Такой дефект приводил к необходимости частого демонтажа поршней. Так, на теплоходе «Суджа» за один год машинная команда 22 раза вынимала поршни и пять из них полностью разбирала. Отмечено также, что на пасту «Герметик» фирма «Зульцер» ставила и шпильки крепления головки поршня к тронку.
Вследствие нарушения точности обработки фланца штока и посадочною места тронка у дизелей Зульцер RD76, построенных заводом имени Цигельского (Польша), происходили разрывы тронка поршня. По чертежу в этом соединении должен быть зазор 0,15—0,28 мм, в действительности же зазора вообще не оказывалось.
Улучшить чистоту обработки деталей после завода-строителя в судовых условиях невозможно. Любая ручная обработка детали нарушает ее геометрию, а следовательно, и точность размеров.
То же самое можно сказать и о точности обработки. Судовым механикам трудно, фигурально выражаясь, «уточнить» обработку завода за полным отсутствием средств для этого. Те полумеры, с помощью которых временно приводят деталь в лучшее состояние, недостаточны, вскоре деталь вновь приходит в неисправное состояние
Судовым механикам нужно твердо знать пределы точности и чистоты обработки деталей дизеля, тогда они могут предъявить вполне обоснованные требования, как к заводам-строителям, так и к СРЗ.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.