Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля

. (6.144)

Запас прочности для шатунных болтов должен быть не менее 2…2,5. Прочность обеспечивается.

6.3 Расчет коленчатого вала

Коленчатый вал является составной частью кривошипно-шатунного механизма и наряду с другими элементами обеспечивает вращательное движение деталей двигателя.

Выполняя свои функции, коленчатый вал воспринимает усилия от давления газов в цилиндрах, центробежные силы от вращающихся масс, реакции опор. Кроме того, на вал действует момент сопротивления вращению от трансмиссии. Вследствие действия перечисленных сил и моментов вращение вала происходит с переменной угловой скоростью.

Коленчатый вал полно опорный, углы установки колен =180. Порядок работы цилиндров: 1-3-4-2.

6.3.1 Расчет коренной шейки

Коленчатый вал рассчитывается как разрезная балка (рисунок 6.4). Расчёт элементов коленчатого вала сводится к определению запаса прочности. Коренные шейки рассчиты-ваются на кручение под действием тангенциальных сил Т. Наиболее нагруженная шейка определятся путём анализа набегающих моментов .

В соответствии с порядком работы цилиндров, в таблицу заносятся значения тангенциальной силы, действующей на шатунную шейку (учитывая, что 3-й цилиндр отстает от 1-го на угол 180): T3(0)=Т1(720-180); T4(0)=Т1(720-360); T2(0)=Т1(720-540);

Набегающие моменты определяются по формулам [2]:

; (6.145)

; (6.146)

; (6.147)

; (6.148)



Рисунок 6.5 - Расчетная схема кривошипа

Значения Мк.ш и Т заносим в таблицу 6.5.

Таблица 6.5 - Таблица набегающих моментов

? град	T, Н	Мкш2, Нм	Т2, Н	Мкш3, Нм	Т3, Н	Мк.ш4, Нм	Т4, Н	Мкш5, Нм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0	0	0	0	0	0	0	0
30	-5269,6	-189,706	-2189,6	-268,531	-2220,8	-348,48	5989,6	-132,854
60	-2957,7	-106,477	-3966,6	-249,275	-3949	-391,439	4239,2	-238,828
90	2352,6	84,6936	-2774,4	-15,1848	-2466,2	-103,968	6118,4	116,2944
120	3866	139,176	1725	201,276	2844,2	303,6672	5707,4	509,1336
150	2179,1	78,4476	2794	179,0316	5198,8	366,1884	2928,1	471,6
180	0	0	0	0	0	0	0	0
210	-2189,6	-78,8256	5989,6	136,8	-5269,6	-52,9056	-2220,8	-132,854
240	-3966,6	-142,798	4239,2	9,8136	-2957,7	-96,6636	-3949	-238,828
270	-2774,4	-99,8784	6118,4	120,384	2352,6	205,0776	-2466,2	116,2944
300	1725	62,1	5707,4	267,5664	3866	406,7424	2844,2	509,1336
330	2794	100,584	2928,1	205,9956	2179,1	284,4432	5198,8	471,6
360	0	0	0	0	0	0	0	0
390	5989,6	215,6256	-2220,8	135,6768	-2189,6	56,8512	-5269,6	-132,854
420	4239,2	152,6112	-3949	10,4472	-3966,6	-132,35	-2957,7	-238,828
450	6118,4	220,2624	-2466,2	131,4792	-2774,4	31,6008	2352,6	116,2944
480	5707,4	205,4664	2844,2	307,8576	1725	369,9576	3866	509,1336
510	2928,1	105,4116	5198,8	292,5684	2794	393,1524	2179,1	471,6
540	0	0	0	0	0	0	0	0
570	-2220,8	-79,9488	-5269,6	-269,654	5989,6	-54,0288	-2189,6	-132,854
600	-3949	-142,164	-2957,7	-248,641	4239,2	-96,03	-3966,6	-238,828
630	-2466,2	-88,7832	2352,6	-4,0896	6118,4	216,1728	-2774,4	116,2944
660	2844,2	102,3912	3866	241,5672	5707,4	447,0336	1725	509,1336
690	5198,8	187,1568	2179,1	265,6044	2928,1	371,016	2794	471,6
720	0	0	0	0	0	0	0	0

Критерием нагруженности шейки служит размах момента.

Размах момента для второй шейки [2]:

. (6.149)

Размах момента для третьей шейки [2]:

. (6.150)

Размах момента для четвертой шейки [2]:

. (6.151)

Размах момента для пятой шейки [2]:

. (6.152)

Наиболее нагруженной является четвертая коренная шейка: .

Для четвертой шейки определяем минимальные и максимальные касательные напряжения [2]:

; (6.153)

, (6.154)

где момент сопротивления шейки кручению, [2]:

, (6.155)

где диаметр коренной шейки, ;

- внутренний диаметр шейки (отверстие для подвода масла) =7,5 мм.

Амплитудное и среднее напряжение и [2]:

; (6.156)

. (6.157)

Характеристики механических свойств стали, из которой изготовлен вал (40Х2АФЕ) приведены в таблице 6.6. [7]:

Таблица 6.6 Характеристики механических свойств стали 40Х2АФЕ

Марка стали	В, МПа	Т, МПа	-1, МПа	-1Р, МПа	Т, МПа	-1, МПа
40Х2АФЕ	570	310	230	180	190	180

Учитывая наличие в коренной шейке отверстия для подвода масла, находим теоретический коэффициент концентрации напряжений .

Для выбранного материала вала определяем коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, для высокопрочной легированной стали .

Коэффициент концентрации напряжений при кручении [2]:

, (6.158)

где эффективный коэффициент концентрации напряжений:

; ; (6.159)

, (6.160)

где отношение предела выносливости при изгибе (кручении) к пределу текучести [2]:

; (6.161)

коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу, .

Условие выполняется, расчет производим по пределу текучести [2]:

. (6.162)

Запас прочности имеет большую величину, что объясняется большими диаметрами коренных шеек, выбираемых из условий обеспечения высокой жесткости [3…5].

6.3.2 Расчет шатунной шейки

Шатунные шейки рассчитываются на кручение и изгиб. Запасы прочности при кручении и изгибе определяются независимо один от другого, а затем подсчитывается общий запас прочности.

С целью определения крутящих моментов, действующих на каждую шатунную шейку полноопорного вала, набегающий момент, нагружающий коренную шейку, предшествующую рассматриваемой, складывается с половиной момента действующего на данную шатунную шейку [2]:

; (6.163)

; (6.164)

; (6.165)

; (6.166)

Значения Мш.ш. заносим в таблицу 6.7.

Таблица 6.7 Значения набегающих моментов, нагружающих шатунные шейки

?	Мш.ш1	Мш.ш2	Мш.ш3	Мшш4
град	Нм	Нм	Нм	Нм
1	2	3	4	5
0	0	0	0	0
30	-94,8528	-134,266	-174,24	-66,4272
60	-53,2386	-124,637	-195,719	-119,414
90	42,3468	-7,5924	-51,984	58,1472
120	69,588	100,638	151,8336	254,5668
150	39,2238	89,5158	183,0942	235,8
180	0	0	0	0
210	-39,4128	68,4	-26,4528	-66,4272
240	-71,3988	4,9068	-48,3318	-119,414
270	-49,9392	60,192	120,5388	58,1472
300	31,05	133,7832	203,3712	254,5668
330	50,292	102,9978	142,2216	235,8
360	0	0	0	0
390	107,8128	67,8384	28,4256	-66,4272
420	76,3056	5,2236	-66,1752	-119,414
450	110,1312	65,7396	15,8004	58,1472
480	102,7332	153,9288	184,9788	254,5668
510	52,7058	146,2842	196,5762	235,8
540	0	0	0	0
570	-39,9744	-134,827	-27,0144	-66,4272
600	-71,082	-124,321	-48,015	-119,414
630	-44,3916	-2,0448	108,0864	58,1472
660	51,1956	120,7836	223,5168	254,5668
690	93,5784	132,8022	185,508	235,8
720	0	0	0	0

Критерием нагруженности шейки служит размах момента [2]:

; (6.167)

;

;

;

.

Наиболее нагруженной является четвертая шатунная шейка:

Для 3-ой шейки определяем минимальные и максимальные касательные напряжения [2]:

; (6.168)

, (6.169)

где момент сопротивления шейки кручению [2]:

; (6.170)

где - диаметр шатунной шейки,

- внутренний диаметр шейки.

Амплитудное и среднее напряжение и [2]:

; (6.171)

. (6.172)

Учитывая наличие в шейки отверстия для подвода масла, находим теоретический коэффициент концентрации напряжений

Для выбранного материала вала определяем

Коэффициент концентрации напряжений [2]:

;

и (6.173)

Осуществляем выбор соответствующего предельного напряжения [2]:

, (6.174)

где отношение предела выносливости при кручении к пределу выносливости [2]:

; (6.175)

коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу, ;

Так как условие выполняется. Расчет производим по пределу текучести [2]:

. (6.176)

Расчет шатунной шейки на изгиб ведется в плоскости кривошипа и в перпендикулярной плоскости.

Рисунок 6.6 - Расчётная схема шатунной шейки

Изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной к плоскости кривошипа [2]:

, (6.177)

где расстояние между серединами соседних коренных шеек;

реакция опор при действии тангенциальной силы: .

Положительными считаются силы, действующие в плоскости кривошипа в направлении к оси вращения коленчатого вала.

Центробежная сила инерции противовеса, расположенного на продолжении щеки [2]:

, (6.178)

где - масса противовеса;

Центробежная сила инерции вращающихся частей шатуна [2]:

, (6.179)

где масса частей шатуна совершающих вращательное движение,

mш.к.=0,42 кг.

Центробежная сила, действующая на щеку [2]:

, (6.180)

где приведенная масса щеки, mщ =0,52 кг.

Центробежная сила, действующая на шатунную шейку [2]:

, (6.181)

где приведенная масса шатунной шейки, mшш= 0,545кг.

Реакция опор при действии сил в плоскости кривошипа [2]:

. (6.182)

Отверстие для подвода масла к поверхности шатунной шейки является источником концентрации напряжений, поэтому определяем значение суммарного изгибающего момента в плоскости расположения этого отверстия момента [2]:

, (6.183)

где угол между положительным направлением силы К и осью отверстия для подвода масла,

Результаты расчета сводим в таблицу 6.8.

Таблица 6.8 Таблица изгибающих моментов, действующих на шатунную шейку

0	0	0	0	-10628	-785	555	555
30	2635	118,6	83,9	-2208	-406	287	368
375	-2762	-124,3	-87,9	2280	-204	144	61
390	-2995	-134,8	-95,2	-1813	-388	277	182
405	-2340	-105,3	-74,5	-3685	-472	333	262
690	-2599	-117	-82,7	-2261	-408	288	208
705	-1672	-75,3	-53,2	-1435	-371	262	213

Экстремальные значения напряжений при изгибе шатунной шейки [2]:

; (6.184)

, (6.185)

где

Амплитудное и среднее напряжение и [2]:

; (6.186)

. (6.187)

Эффективный коэффициент концентрации напряжений: K=3.

Определяем коэффициент концентрации напряжений:

Осуществляем выбор соответствующего предельного напряжения: [2]:

, (6.188)

где отношение предела выносливости при кручении к пределу текучести [2]:

; (6.189)

коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу:

Выполняется условие [2]:

. (6.190)

Расчет проводим по пределу текучести [2]:

. (6.191)

автомобиль двигатель цилиндр поршневой

Общий запас прочности [2]:

. (6.192)

Запас прочности шатунных шеек для автомобильных двигателей [З]=3..3,5. Прочность обеспечивается.

6.3.3 Расчет щеки

При расчете щек определяются напряжения: касательные от кручения и нормальные от изгиба и растяжения-сжатия.

Моменты, скручивающие щеку [2]:

; (6.193)

, (6.194)

где длина коренной шейки, ;

толщина щеки, ;

RTmax; RTmin - максимальное и минимальное значения реакции опоры.

Касательные напряжения в щеке[2]:

; (6.195)

, (6.196)

где момент сопротивления прямоугольного сечения щеки кручению:

, (6.197)

где ширина щеки по сечению галтели шатунной шейки, .

Амплитудное и среднее напряжение и [2]:

; (6.198)

. (6.199)

Эффективный коэффициент концентрации напряжений:

,

где -галтель при отношении ее радиуса к диаметру стержня 0,0625.

и

Для выбранного материала вала принимаем

Определяем коэффициент концентрации напряжений [2]:

. (6.200)

Осуществляем выбор соответствующего предельного напряжения [2]:

, (6.201)

где отношение предела выносливости при кручении к пределу текучести [2]:

; (6.202)

коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному,

Выполняется условие . Расчёт ведем по пределу текучести.

Запас прочности [2]:

. (6.203)

Моменты, изгибающие щеку [2]:

. (6.204)

Сила сжимающая (растягивающая) щеку [2]:

; (6.205)

. (6.206)

Максимальные и минимальные нормальные напряжения в щеке [2]:

; (6.207)

, (6.208)

где момент сопротивления щеки изгибу,

; (6.209)

площадь расчетного сечения щеки [2]:

. (6.210)

Амплитудное и среднее напряжение и [2]:

; (6.211)

. (6.212)

Учитывая наличие галтели, находим теоретический коэффициент концентрации напряжений

Для выбранного материала вала определяем

Определяем коэффициент концентрации напряжений [2]:

. (6.213)

Принимаем и

Соответствующие предельные напряжения [2]:

, (6.214)

где отношение предела выносливости при кручении к пределу текучести [2]:

(6.215)

коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу,

Выполняется условие , тогда расчет ведем по пределу выносливости.

Запас прочности [2]:

(6.216)

Суммарный запас прочности [2]:

. (6.217)

Суммарный запас прочности для автомобильного двигателя не должен превышать [З]=1,3…2. Прочность обеспечивается.

6.4 Расчет стенок цилиндра и болтов крепления головки блока

Толщина стенок цилиндра не поддается точному расчету и ее выбираем из условий получения достаточной жесткости, гарантирующей отсутствие овализации как при сборке двигателя, так и во время его работы от действующих на него сил [2,таблица 5.9]:

Определяем напряжение в стенках по образующей [2]:

, (6.218)

где давление газов в цилиндре двигателя в конце процесса сгорания,

допускаемое напряжение растяжения, для чугунного блока

- диаметр цилиндра,

- толщина стенки цилиндра, ;

Определим температурные напряжения в гильзе (из-за перепада температур между внутренней и наружной поверхностями цилиндра) [2]:

, (6.219)

где модуль упругости материала гильзы (чугун),

коэффициент линейного расширения материала гильзы (ВЧ45-5),

; (6.220)

перепад температур,

коэффициент Пуассона,

Суммарные напряжения определяются [2]:

а) на наружной поверхности цилиндра:

(6.221)

б) на внутренней поверхности цилиндра:

. (6.222)

Суммарное напряжение в чугунной гильзе не должно превышать 100…300 МПа . Прочность обеспечивается.

Рассчитаем болты крепления головки блока. Для изготовления болтов применяем углеродистую сталь с высоким пределом упругости сталь 40Х .

Исходные данные:

м;

;

МПа;

;

Для подбора размеров болта воспользуемся статистическими данными, в соответствии с которыми отношение номинального диаметра резьбы dр болта к диаметру цилиндра Dц находится в пределах 0,12…0,13 [2]:

dр/ Dц = 12/80 =0,15;

Учитывая возможность последующего форсирования двигателя, принимаем

мм.

Шаг резьбы: мм;

=11.6мм.

Площадь проекции поверхности камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра [2]:

. (6.223)

Сила давления газов на одну шпильку [2]:

. (6.224)

Сила предварительной затяжки [2]:

, (6.225)

где коэффициент затяжки шпильки,

коэффициент основной нагрузки резьбового соединения, .

Суммарная сила, растягивающая шпильку, без учёта температурного воздействия, определяется [2]:

(6.226)

. (6.227)

Максимальное и минимальное напряжение, возникающее в шпильке [2]:

; (6.228)

, (6.229)

где - площадь сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, .

Амплитуда напряжения и среднее напряжение цикла [2]:

 (6.230)

. (6.231)

Отношение предела усталости при изгибе или кручении к пределу текучести [2]:

, (6.232)

где коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному,

; . (6.233)

Так как то запас прочности шпильки определяется по пределу текучести [2]:

, (6.234)

где предел текучести,

эффективный коэффициент концентрации напряжений [2]:

, (6.235)

где (для резьбы) ;

для случая накатывания резьбы роликом, , , для размера

Запас прочности должен быть не ниже [З]=2,5…4. Это условие выполняется. Прочность обеспечивается.

6.5 Расчет механизма газораспределения

Фазы газораспределения могут быть нанесены на круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения рисунок 6.7.

Из теплового расчета имеем:

- диаметр цилиндра;

- площадь поршня;

- частота вращения коленчатого вала;

- угловая скорость вращения коленчатого вала;

- средняя скорость поршня;

- скорость смеси в проходном сечении седла при максимальном подъеме впускного клапана;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6.7 - Диаграмма фаз газораспределения 4-хтактного двигателя

угол предварения открытия впускного клапана;

угол запаздывания закрытия впускного клапана;

Основные размеры проходных сечений в горловине и в клапане [1]:

а) площадь проходного сечения клапана при максимальном подъеме:

; (6.236)

б) диаметр горловины клапана:

, (6.237)

где , т.к. камера сгорания клиновидная .

Максимальная высота подъема клапана при угле фаски клапана :

. (6.238)

Основные размеры впускного кулачка.

, принимаем ; .

6.5.1 Профилирование безударного кулачка

Зазор между клапаном и толкателем примем , а затем, определим радиус окружности тыльной части кулачка в соответствии с рисунком 6.8.

Рисунок 6.8 - Схема профилирования безударного кулачка

. (6.239)

Протяженность участка сбега [1]:

, (6.240)

где - скорость толкателя в конце сбега [1].

Протяженность других участков ускорения толкателя находим в соответствии с рисунком 6.11:

Рисунок 6.9 Диаграмма подъёма толкателя

Рисунок 6.10 Диаграмма скорости толкателя

Рисунок 6.11-Диаграмма ускорения толкателя.

Скорость толкателя в конце сбега примем равной 0,01 мм/град., следовательно [1]:

. (6.241)

Площадь под кривой подъема толкателя [1]:

. (6.242)

Средний подъем клапана, по которому производится оценка его пропускной способности [1]:

, (6.242)

где - продолжительность рабочего участка профиля кулачка .

Максимальная сила инерции, действующая на пружину клапана [1]:

, (6.243)

где . (6.244)

Деформация привода, вызванная действием предварительного затяга клапана [1]:

. (6.245)

Необходимая высота сбега на открывающей стороне кулачка [1]:

, принимаем . (6.246)

Длительность участка сбега [1]:

. (6.247)

Коэффициенты закона движения толкателя [1]:

, (6.248)

где - коэффициент, учитывающий форму отрицательной части кривой ускорения.

(6.249)

(6.250)

. (6.251)

Результаты расчета заносим в таблицу 6.9.

Таблица 6.9 Коэффициенты закона движения толкателя

0.342269	0.25	0.087266	0.6108665	0.003837	0.348844	1.06925

Законы движения толкателей на отдельных участках в соответствии с рисунком 6.9.

Участок сбега () [1]:

; (6.252)

(6.523)

.(6.254)

Результаты расчета заносим в таблицу 6.10.

Таблица 6.10 Коэффициенты закона движения толкателя

0,572958	0,44599	1,138694	0,488692

Участок положительных ускорений [1]:

; (6.255)

; (6.256)

; (6.257)

.

Первый участок отрицательных ускорений [1]:

, (6.258)

где - подъем толкателя в конце участка положительных ускорений [1]:

; (6.259)

Тогда:

(6.260)

; (6.261)

; (6.262)

.

Второй участок отрицательных ускорений [1]:

, (6.263)

где - подъем толкателя в конце первого участка отрицательных ускорений [1]:



; (6.264)

; (6.265)

; (6.266)

; (6.267)

.

Проверка правильности расчета коэффициентов осуществляется по следующим равенствам [1]:

; (6.268)

; (6.269)

; (6.270)

; (6.271)

; (6.272)

. (6.273)

Коэффициенты приведены в таблице 6.9.

Таблица 6.11 Таблица коэффициентов

5,04899	0,69628	8,36493	8,9442	0,03209	1,40104	2,91805	0,37315	0,22794	0,13924	8,2

6.5.2 Приведение масс деталей механизма ГРМ

Масса механизма, приведенная к оси клапана:

, (6.274)

где масса клапана,

масса тарелки клапана,

масса деталей крепления пружины на клапане,

масса пружины: ;

масса толкателя, .

6.5.3 Расчет клапанной пружины

Пружина должна развивать усилия, превышающие силу инерции деталей механизма газораспределения на предельном скоростном режиме работы двигателя. Пружина изготовлена из стали 50ХФА [7]:

, (6.275)

где . - коэффициент запаса;

- сила инерции механизма, приведенная к клапану.

. (6.276)

Ускорение определяем по выражению [2]:

, (6.277)

где .

Для карбюраторного двигателя [2]:

, (3.278)

где - диаметр горловины выпускного клапана;

- давление в цилиндре во время впуска;

- давление в выпускном трубопроводе.

Распределение усилий между наружной и внутренними пружинами [2]:

Внутренняя пружина:

; (6.279)

. (6.280)

Наружная пружина [2]:

; (6.281)

. (6.282)

Жесткость наружной и внутренней пружин [2]:

; (6.283)

; (6.284)

, (6.285)

где - полная деформация пружин.

- предварительная деформация пружины.

По найденным значениям строится характеристика клапанных пружин (рисунок 6.12).

Рисунок 6.12 - Характеристика клапанной пружины

Размеры пружин [2]:

Диаметр проволоки: ; ;

Средний диаметр пружин: ; .

Число рабочих витков пружин [2]:

; (6.286)

. (6.287)

Полное число витков пружин [2]:

; (6.288)

. (6.289)

Длина пружины при полностью открытом клапане [2]:

; (6.290)

; (6.291)

.

Длина пружин при закрытом клапане [2]:

. (6.292)

Длина свободных пружин:

; (6.293)

. (6.294)

Максимальное и минимальные напряжения в пружинах [2]:

Внутренняя пружина:

(6.295)

, (6.296)

где - определен при .

Наружная пружина [2]:

(6.297)

, (6.298)

где - определен при .

Средние напряжения и амплитуды напряжений [2]:

Внутренняя пружина:

(6.299)

(6.300)

.

Наружная пружина [2]:

(6.301)

(6.302)

.

Запасы прочности пружин:

Внутренняя пружина [2]:

, (6.303)

где .

Наружная пружина [2]:

. (6.304)

Таким образом, выбранные параметры пружин и их материалов обеспечивают приемлемый запас прочности.

Расчет пружины на резонанс.

Частота собственных колебаний витков [2]:

(6.305)

(6.306)

Неравенство:

; (6.307)

, .

, неравенство соблюдается. Явление резонанса отсутствует.

6.5.4 Расчет распределительного вала

Размеры вала:

.

Материал вала - сталь 18ХНВА (Е = 2.2105 МПа).

Суммарная приведенная сила, действующая на кулачок [2]:

, (6.308)

где сила давления газов [2]:

, (6.309)

где наружный диаметр головки выпускного клапана,

давление в цилиндре при рассматриваемом положении кулачка,



Рисунок 6.13 - Расчётная схема распредвала

давление в выпускном трубопроводе,

сила инерции в приводе клапана в момент, когда клапан начинает подниматься [2]:

( из расчета пружин).

. (6.310)

Стрела прогиба под кулачком [2]:

. (6.311)

Стрела прогиба не должна превышать допустимую [ ]=0,05…0,1 мм. Прочность обеспечена.

Напряжение смятия в зоне контакта кулачка и толкателя [2]:

, (6.312)

где ширина кулачка, .

Напряжение смятия не должно превышать [см]=1200 МПа. Прочность обеспечена.

6.5.5 Расчет толкателя

Толкатели изготовлены в виде цилиндрических стаканов и находятся в направляющих головки цилиндров.

Шайбы толкателя изготовлены из стали 20Х.

Момент, опрокидывающий толкатель в направляющей:

, (6.313)

где длинна перпендикуляра, опущенного из центра начальной окружности кулачка на направление действия силы.

Удельная нагрузка на цилиндрической поверхности толкателя:

, (6.314)

где - диаметр толкателя;

- длина стержня толкателя, находящаяся в направляющей.

Допустимое значение . Полученное .

6.6 Расчет систем двигателя

6.6.1 Система питания

По данным теплового расчета:

- диаметр цилиндра;

- ход поршня;

- число цилиндров;

- плотность воздуха;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива;

- коэффициент наполнения;

Расчет диффузора.

Теоретическую скорость воздуха при принимаем равной ,

Разряжение в диффузоре при определяется по формуле:

(6.315)

Действительная скорость воздуха в диффузоре:

,

гдеопределяется при.

Действительный секундный расход воздуха через диффузор [2]:

(6.316)

Диаметр диффузора [2]:

 (6.317)

6.6.2.1 Масляный насос

Марка масла применяемая в системе М12Г.

Теплоотдача в масло на номинальном режиме работы:

. (6.261)

Циркуляционный расход масла

, (6.262)

где плотность масла,

удельная теплоёмкость масла,

степень подогрева масла,

Действительная подача масляного насоса:

. (6.263)

По требуемой действительной подаче определим теоретическую:

, (6.264)

где коэффициент подачи насоса, учитывающий утечки масла через зазоры, [2].

Наружный диаметр шестерён насоса:

, (6.265)

где частота вращения вала насоса, .

Задав стандартный модуль зацепления m=3,25мм и число зубьев шестерни z=11, уточняем наружный диаметр (мм) шестерён:

. (6.266)

Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса:

, (6.267)

где механический КПД масляного насоса, .

6.6.2.2 Расчёт фильтра очистки масла

Расчёт фильтра очистки масла заключается в определении площади его фильтрующего элемента:

, (6.268)

где динамическая вязкость масла;

перепад давлений на входе и выходе фильтра,

коэффициент, зависящий от типа фильтрующего элемента, .

(6.269)

6.6.2.3 Расчёт подшипника скольжения

Рисунок 7.1 - Расчётная схема подшипника скольжения

Коэффициент нагруженности подшипника:

. (6.270)

Количество теплоты выделяющейся в подшипнике, принимается равным мощности трения в подшипниковом узле:

, (6.271)

где сила трения, , где коэффициент трения,

окружная скорость

. (6.272)

Окончательное выражение для определения количества теплоты, выделившейся в подшипнике :

. (6.273)

Коэффициент трения определяется:

. (6.274)

Количество отводимой маслом теплоты

, (6.275)

где расход масла циркулирующего через подшипник;

температура масла соответственно входящего в подшипник и выходящего из него;

Объёмный расход масла , вытекающего из нагруженной части:

, (6.276)

где коэффициент, определяемый по графику зависимости от .

Расход масла, вытекающего из ненагруженной части слоя, определяется исходя из условия его истечения из узкой щели под давлением , создаваемым масляным насосом:

, (6.277)

где коэффициент, учитывающий протяжённость ненагруженной части слоя,

коэффициент приведения переменной толщины слоя к средней постоянной:

(6.278) Результаты расчёта сведены в таблицу 6.11.

Таблица 6.11 Результаты расчета шатунного подшипника

0,036	110	0,82	5,6	0,9	1,55	0,0015	5,2	3,93	1,66	2,0	5,93	0,27	0,38	106
	100	1,13	4,05	0,875	2,1	0,002	5,6	4,23	1,64	1,43	5,61	0,365	0,26
	90	1,6	2,86	0,86	2,25	0,00215	5,7	4,3	1,63	1,01	5,31	0,392	0,146
0,113	110	0,82	14,2	0,952	0,8	0,0013	4,5	5,9	1,71	10,81	16,71	0,237	1,08	97
	100	1,13	10,3	0,933	1,1	0,0018	4,7	6,17	1,69	7,753	13,93	0,328	0,642
	90	1,6	7,3	0,915	1,4	0,0023	5,1	6,69	1,677	5,433	12,124	0,42	0,335

Значения вязкости для и :

;

;

;

;

; ;

;

;

.

Расчет выполнен верно. Диаметральные зазоры и сорт масла (М12Г) выбраны правильно.

6.6.3 Система охлаждения

Расчет жидкостной системы охлаждения сводится к определению площади поверхности охлаждения радиатора, основных размеров водяного насоса и подбору вентилятора.

6.6.3.1 Расчет радиатора

Количество теплоты, отводимой через систему охлаждения двигателя при его работе на режиме номинальной мощности:

, (6.318)

где qж - относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость;qж=0,16…0,36.

В расчете принимаем qж=0,3.

Количество теплоты отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью QЖ.Р. принимается равным количеству теплоты, передаваемой окружающему воздуху Qвозд.

Расчетное значение количества теплоты отводимой от двигателя [2]:

; (6.319)

Расход воздуха проходящего через радиатор:

, (6.320)

где Свозд. - средняя удельная теплоемкость воздуха, ;

возд .- плотность воздуха,

tвозд. - температурный перепад в решетке радиатора,

Циркуляционный расход охлаждающей жидкости через радиатор [2]:

, (6.321)

где СЖ - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, ;

Ж - плотность охлаждающей жидкости, ;

tЖ - температурный перепад охлаждающей жидкости в радиаторе, .

Средняя температура жидкости в радиаторе [2]:

, (6.322)

где tж.вх. - температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор: tж.вх.=90С.

Средняя температура воздуха, проходящего через радиатор [2]:

, (6.323)

где tвозд.вх. - температура воздуха на входе в радиатор, tвозд.ср.=40С.

Необходимая площадь поверхности охлаждения радиатора [2]:

, (6.324)

где kж - коэффициент теплоотдачи от охлаждающей жидкости в стенки радиатора, kж=80…100 . Принимаем 90

Площадь фронтовой поверхности радиатора [2]:

, (6.325)

где vвозд.- скорость воздуха перед фронтом радиатора, vвозд.=13 м/с.

Глубина сердцевины радиатора [2]:

, (6.326)

где Р - коэффициент объемной компактности, Р=0,11.

6.6.3.2 Расчет вентилятора

Окружная скорость лопасти вентилятора на ее наружном диаметре [2]:

, (6.327)

где - коэффициент, зависящий от формы лопастей, =2,2…2,9;

pв - давление воздуха создаваемое вентилятором, pв=600…1000 МПа;

=1,093 -плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе

Для расчета принимаем =2,3, pв=900 МПа.

Диаметр вентилятора [2]:

, (6.328)

где vвозд.- расчетная скорость воздуха в рабочем колесе, vвозд.=20 м/с.

По ГОСТ 10616-73 принимаем

Частота вращения вала вентилятора [2]:

(6.329)

Мощность, потребляемая для привода вентилятора:

, (6.330)

где в - КПД вентилятора, в=0,7.

6.6.3.3 Расчет водяного насоса

Расчетная подача водяного насоса:

, (6.331)

где Н-коэффициент подачи, учитывающий возможность утечки жидкости, Н=0,85.

Рисунок 6.114 - Расчетная схема водяного насоса

Радиус входного отверстия крыльчатки [2]:

, (6.332)

где С1-скорость жидкости на входе в насос (1..2,5),С1=1,8м/с;

r0-радиус ступицы крыльчатки, r0=30 мм.

Окружная скорость схода жидкости [2]:

, (6.333)

где 2,2-углы между направлениями скоростей,2=10,2=45;

рж .- давление жидкости, создаваемое насосом, рж.=910 4МПа;

Г - гидравлический КПД насоса, Г=0,67.

Радиус крыльчатки на выходе [2]:

. (6.334)

Окружная скорость потока жидкости на входе [2]:

; (6.335)

;

=15.

Радиальная скорость схода охлаждающей жидкости [2]:

(6.336)

Число лопастей на крыльчатке z=6,

Толщина лопасти б=3мм;

Толщина лопастей на входе b1 и выходе b2 [2]:

; (6.337)

. (6.338)

Мощность, потребляемая водяным насосом [2]:

; (6.339)

.

Водяной насос забирает у двигателя 4,4% мощности.

6.6.4 Система пуска

Для пуска двигателя необходимо, чтобы частота вращения его вала обеспечивала условия возникновения и нормальное протекание рабочих циклов в двигателе.

Выбираем масло марки М12Г. В соответствии с требованиями ГОСТ 20000-82 предельной температурой холодного запуска автомобильных двигателей со штатной пусковой системой считают -10С.

Выбираем пусковую частоту n=50 мин-1.

Момент сопротивления при вязкости масла =1000 мм2/с.

, (6.301)

где D-диаметр цилиндра, D=0,08 м.

;

.

Расчетное значение момента сопротивления:

, (6.302)

где Y-показатель степени, зависящий от частоты вращения, Y=0,27 .

По графику для температуры -10С вязкость масла =1600 мм2/с [2].

Требуемая мощность стартера:

, (6.303)

где к- коэффициент , учитывающий возможное снижение мощности пускового устройства в процессе эксплуатации(1,1..1,5). Принимаем к=1,3.

Мощность стартера для запуска двигателя составляет 6.4% от мощности двигателя.

7.СПЕЦИАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Система смазывания дизеля комбинированная: часть деталей смазывается под давлением, часть - разбрызгиванием.

Марка применяемого масла М10Г2 ГОСТ 17479.1-85

Подшипники коленчатого и распределительного валов, втулки промежуточной шестерни и шестерни привода топливного насоса, шатунные подшипники коленчатого вала, механизм привода клапанов и подшипник вала турбокомпрессора смазываются под давлением от масляного насоса.

Гильзы, поршни, поршневые пальцы, штанги, толкатели и кулачки распределительного вала смазываются разбрызгиванием.

Система смазывания дизеля состоит из маслоприемника, масляных насосов, масляного фильтра с бумажным фильтрующим элементом, жидкостно - масляного теплообменника, масляного бака.

Масляный насос шестеренного типа, односекционной, крепится болтами к блоку цилиндров и откачивает масло из масляного бака. Привод масляного насоса осуществляется от шестерни, установленной на коленчатом валу. Второй масляный насос двухсекционный, привод которого осуществляется от первого масляного насоса под средством шлицевой муфты. Этот насос предназначен для откачивания масла из картера двигателя в масляный бак.

Масляный фильтр имеет перепускной клапан. В случае чрезмерного засорения бумажного фильтрующего элемента или при запуске дизеля на холодном масле, когда сопротивление фильтрующего элемента становится выше 0,13...0,17 МПа, перепускной клапан открывается, и масло, минуя фильтровальную бумагу, поступает в масляную магистраль. Перепускной клапан нерегулируемый.

В корпусе фильтра встроен предохранительный регулируемый клапан. Он предназначен для поддержания давления масла в главной масляной магистрали 0,28...0,45 МПа. Избыточное масло через предохранительный клапан сливается в картер дизеля.

Масло, очищенное в масляных фильтрах, поступает в жидкостно-масляный теплообменник, встроенный в блок цилиндров дизеля. Из жидкостно-масляного теплообменника охлажденное масло поступает по каналам в блоке цилиндров в главную масляную магистраль, из которой по каналам в блоке цилиндров масло подается ко всем коренным подшипникам коленчатого вала и опорам распределительного вала.

От второго, четвертого и шестого коренных подшипников через форсунки, встроенные в коренных опорах блока цилиндров, масло подается для охлаждения поршней.

От коренных подшипников по каналам в коленчатом валу масло поступает на смазку шатунных подшипников.

От первого коренного подшипника масло по специальным каналам в передней стенке блока поступает к пальцу промежуточной шестерни и по сверлениям в пальце - к втулке промежуточной шестерни. По тем же каналам в передней стенке блока и далее по каналу в крышке распределения масло поступает на смазывание шестерни привода топливного насоса.

Детали клапанного механизма смазываются маслом, поступающим от второй и третьей опор распределительного вала по каналам в блоке и головках цилиндров, сверлениям в третьей и четвертой стойках коромысел во внутреннюю полость оси коромысел и через отверстия к втулкам коромысел, от которых по каналу поступает на регулировочный винт и штангу.

Масло очищенное в фильтрах к подшипниковому узлу турбокомпрессора поступает по трубопроводам, подключенным на выходе из теплообменника. Давление в главной масляной магистрали при номинальной частоте вращения на прогретом дизеле должно быть 0,28...0,35 МПа. При минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода не менее 0,1 МПа (1 кгс/см2).

Емкость системы смазывания дизеля 22 л.

8.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

8.1 Назначение и анализ технологичности конструкции детали

Втулка направляющая клапана служит для обеспечения посадки клапана, который перемещается при работе двигателя внутри ее, на седло без перекоса. Так же она предназначена для уменьшения износа и облегчения ремонта двигателя. Для улучшения отвода теплоты зазор между направляющей втулкой и стержнем выполняют минимально допустимым для работы без заедания, с этой же целью втулку целесообразно приблизить к головке клапана.

Наружную поверхность втулки делают малой шероховатости и малого радиального биения по отношению к оси для более плотной посадки ее в головку блока цилиндра (запрессовка).

Конструктивно втулка направляющая клапана представляет собой цилиндр с просверленными в нем в нутрии сквозным отверстием (Рисунок 8.1), предназначенным для перемещения внутри него стержня клапана.

Рисунок 8.1 - Втулка направляющая клапана

Деталь не сложна в изготовлении, но требует достаточной точности, особенно в соблюдении допуска радиального биения, который, при больших значениях может повлиять на ход газораспределительного процесса.

В качестве материала детали у нас используется специальный перлитно-серый чугун. Химический состав специального чугуна приведен в таблице 8.1, а механические свойства в таблице 8.2.

Таблица 8.1 - Химический состав специального чугуна

Элемент	С	Si	Mn	P	S	Редкозе-мельные металлы	Fe
Процентное содержание	3.8..4.2	1.6..2.4	0.6..0.9	Не более 0.2	Не более 0.15	0.02…0.06	остальное

Таблица 8.2 - Механические свойства специального чугуна

Показатель	Значение
Временное сопротивление при растяжении,	200
Твердость не более, НВ	207
Плотность	7,1·103
Линейная усадка	1,2
Модуль упругости при растяжении	850...1100
Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 200С	480
Коэфф. линейного расширения при температуре от 20 до 200С	9.5·10-6
Теплопроводность при 20С	54

В основном втулки делают для дизельных, а также крупных стационарных двигателей. В карбюраторных двигателях втулки встречаются редко.

Проектируемая нами втулка, исходя из ее основного назначения, должна быть: наиболее легкой; простой в изготовлении; иметь невысокую стоимость; обеспечивать хорошее перемещение стержня клапана, для чего некоторые втулки делают с запрессованными в них графитовыми втулками.

8.1.1 Качественная оценка технологической конструкции

С точки зрения механической обработки деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошую базовую поверхность и довольно проста по конструкции. Хоть и все поверхности детали обрабатываются, но их, малое количество. Деталь по конструкции компактна и проста, что позволяет обрабатывать ее на различном оборудовании, не требующем специальных приспособлений. Для этой детали можно достичь высокого качества обработки поверхностей и требуемой шероховатости.

Качественная оценка - хорошо.

8.1.2 Количественная оценка технологичности конструкции

Количественная сравнительная оценка технологичности конструкции детали может быть осуществлена лишь при использовании соответствующих базовых показателей технологичности.

Определим основные и дополнительные показатели технологичности.

К основным показателям относятся:

- трудоемкость изготовления Ти=Тм·к=3,576 мин;

- технологическая себестоимость Ст=13130 руб.

Необходимость использования дополнительных показателей определяется тем, что на стадии разработки чертежа детали и его согласования с технологом, последний руководствуется, главным образом, технологическими критериями, ввиду отсутствия в этот момент данных о трудоемкости и технологической себестоимости проектируемой детали, т.к. технологический процесс ее изготовления не разработан.

Дополнительные показатели.

1) Коэффициент унификации конструктивных элементов:

(8.1)

где и - соответственно число унифицированных конструктивных элементов и общее, шт.

Всего 8 шт., из них унифицировано 4шт.:

2) Коэффициент применяемости стандартизированных обрабатываемых поверхностей:

, (8.2)

где и - соответственно число поверхностей детали. Обрабатываемых стандартными инструментами, и всех, подвергаемых механической обработке поверхностей, шт.

3) Коэффициент использования материала:

(8.3)

где q,Q - соответственно масса детали и заготовки, кг.

q=0,096 кг, Q=0,201 кг.

4) Масса детали q=0,096 кг.

5) Максимальное значение параметра шероховатости обработки поверхностей .

8.2 Определение типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1119-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций: - массовое; - крупносерийное; - среднесерийное; - мелкосерийное производство. В единичном производстве не регламентируется.

В соответствии с методическим указанием РД50-114-80, коэффициент закрепления операций для всех разновидностей серийного производства:

, (8.4)

где - суммарное число различных операций за месяц по участку;

- явочное число рабочих участка, выполняющих различные операции при работе в одну смену.

Определим тип производства для участка со станками, на которых выполняются операции механической обработки детали, используя данные технологического процесса.

Годовая программа выпуска деталей 400000 штук.

Месячная программа выпуска

.

Производство предположительно крупносерийное, тогда планируется планируемый нормативный коэффициент загрузки:.

Условное число однотипных операций, выполненных на одном станке в течении одного месяца при работе в одну смену:

, (8.5)

- коэффициент загрузки станка заданной операции;

, (8.6)

где - штучное время, необходимое для выполнения проектируемой операции, мин.

- месячный фонд времени работы оборудования в одну смену:

- коэффициент выполнения норм, равен 1,3.

Тогда (8.7)

Количество операций, выполняемых в течении месяца на участке (из расчета на одну смену), определяется суммированием числа операции , выполняемых на каждом станке: .

Необходимое число рабочих для обслуживания в течение одной смены одного станка, загруженного по плановому нормативному коэффициенту:

, (8.8)

где Ф - месячный фонд времени рабочего, занятого в течение 22 рабочих дней в месяц Ф=22·8=176ч.

Явочное число рабочих участка (при работе в одну смену) определяем суммированием значений , рассчитанных для каждого станка:

. (8.9)

Для примера возьмем операцию 010: мин

Рассчитав аналогично остальные операции, сводим полученные значения в таблицу 8.3:

Таблица 8.3 - Параметры операций

Операция
010	0,679	0,86	0,87	1
015	0,656	0,83	0,52	1
020	1,131	1,43	2,2	1
025	0,29	0,38	0,90	1
030	0,253	0,33	1,9	1
035	0,567	0,72	1,0	1
Итого:	2,038		7,39	6

Явочное число рабочих, обслуживающих участок (при работе в 1 смену): .

Таким образом

Коэффициент загрузки операций несколько выше единицы, но учитывая, что большинство станков загружены примерно на 70%, и практически все оборудование автоматы, то можно принять производство крупносерийное.

Формы организации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 14.312-74 зависят от установленного порядка выполнения операций, расположения технологического оборудования, количества изделий и направления их движения при изготовлении. Существует две формы организации технологических процессов - групповая и поточная.

Решение о целесообразности организации поточной формы производства обычно принимается на основании сравнения заданного суточного выпуска деталей и расчетной суточной производительности поточной линии при двухсменном режиме работы и её загрузке на 65…75%.

Заданный суточный выпуск изделий:

шт. (8.10)

Средняя станкоемкость операций:

 (8.11)

Суточная производительность линии:

шт. (8.12)

где мин - суточный фонд времени работы оборудования;

- условный коэффициент загрузки оборудования.

Т.к. , следовательно, наше производство имеет поточную форму.

Такт производства:

,

где - эффективный фонд времени работы оборудования

8.3 Выбор метода получения заготовки

Учитывая назначение и конструкцию детали, годовую программу выпуска и экономичность изготовления, наиболее рациональным является метод получения заготовки литьем в земляные формы. Данный метод получения заготовки позволяет максимально приблизить форму и размеры заготовки к форме и размерам готовой детали, а также обеспечить технологичность дальнейшей механической обработки заготовки.

По базовому варианту, применяемому на заводе, заготовка втулки направляющей клапана 240-1007032-Б получается методом литья в земляные формы класса 10-7-6-2 ГОСТ 26645-85, где:

10 - класс размерной точности;

7 - степень коробления;

6 - степень точности поверхностей;

2 - класс точности массы.

Данный способ получения заготовки очень распространен и эффективен, для таких типов деталей, в массовом производстве. Но при изготовлении формы требуются большие затраты времени 1,5…2ч, однако при применении машинной формовки по металлическим изделиям время набивки сокращается примерно в 20 раз.

Изменим класс точности получения изготовления отливки: 8-6-6-2 ГОСТ 26645-85, что способствует:

- большей точности получаемой отливки;

- уменьшению массы отливки за счет уменьшения припусков на обработку;

- понижению шероховатостей поверхностей.

Произведем экономическое сравнение базового варианта отливки и предлагаемого.

Стоимость заготовки можно с достаточной точностью определить по формуле:

, (8.13)

где - базовая стоимость одной тонны заготовок, руб;

- коэффициент, зависящий от класса точности;

- коэффициент, зависящий от группы сложности;

- коэффициент, характеризующий массу заготовки;

- коэффициент, характеризующий марку материала;

- коэффициент, зависящий от объема производства отливок;

- - соответственно масса заготовки и готовой детали, руб;

- стоимость одной тонны отходов, руб.

Таблица 8.4 - Экономическое сравнение базового варианта отливки и предлагаемого

Показатели	Заводской вариант	Предлагаемый вариант
Вид заготовки	Литье в земляные формы по металлическим моделям
	Ручная формовка	Машинная формовка
Класс точности	10-7-6-2 ГОСТ 26645-85	8-6-6-2 ГОСТ 26645-85
Масса заготовки(отливки), Q, кг	0,201	0,196
Базовая стоимость 1т заготовок, , руб.	1730000	1730000
Стоимость 1т стружки, , руб.	540000	540000

Находим стоимость заготовки по базовому (заводскому варианту):

Для специального чугуна ;;;.

Масса готовой детали .

Стоимость отходов Sотх.=540000 руб

Масса заготовки

(8.14)

Находим стоимость заготовки по предлагаемому варианту:

Для специального чугуна ; ; ; ; .

Масса готовой детали .

Масса заготовки

(8.15)

Сравнивая стоимость заготовки по базовому варианту и по новому варианту, видим, что при новом варианте стоимость заготовки ниже.

Экономический эффект за год от улучшения класса точности отливки, а следовательно уменьшение припуска на литье заготовки :

(8.16)

8.4 Технологический процесс обработки детали

Для оценки базового технологического процесса необходимо подвергнуть его подробному разбору, результаты которого будут предпосылкой для разработки нового варианта технологии. Анализ проводится с точки зрения обеспечения заданного качества изделия и производительности обработки.

Базовый технологический процесс изготовления втулки направляющей клапана 240-1007032-Б состоит из следующих операций механической обработки:

010 шлифовальная;

015 токарная;

020 сверлильная;

025 шлифовальная;

030 шлифовальная;

035 токарная;

Операция 010 шлифовальная выполняется на автоматической линии ВШЛ-11М, состоящей из 2-х бесцентровальных станков. Здесь производится шлифование цилиндрической наружной поверхности детали специальными шлифовальными кругами.

Операция 015 токарная выполняется на токарном 6-ти шпиндельном горизонтальном полуавтомате 1Б240П-6. На этой операции подрезаются торцы детали, и снимается с них фаска.

Операция 020 сверлильная производится на автомате глубокого сверления ОС - 2841. Здесь вдоль оси детали насквозь просверливается отверстие диаметром 10.2 мм.

Операция 025 шлифовальная выполняется на круглошлифовальном автомате МЕ 269С2. Тут шлифуется наружная цилиндрическая поверхность детали относительно базового отверстия, просверленного на предыдущей операции. Это делается для соблюдения допустимого допуска радиального биения.

Операция 030 шлифовальная выполняется на бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ 732АН2. Здесь делается окончательная обработка наружной цилиндрической поверхности детали, и шероховатость уменьшается до .

В целом процесс обработки детали вполне технологичен, но его можно сделать еще более дешевым при тех же результатах. Предлагается заменить 2 станка бесцентрово-шлифовальной автоматической линии ВШ 732АН2 на 2 бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ - 732. В связи с этими заменами технологическая себестоимость детали уменьшается по следующим причинам:

- более простое обслуживание станков (3 однотипных);

- более новое оборудование, при сравнительно одинаковой стоимости;

- большая скорость обработки при одинаковой энергоемкости.

8.4.1 Выбор и сравнение вариантов технологического процесса механической обработки детали

Прежде чем принять решение о методах и последовательности обработки отдельных поверхностей детали и составить технологический маршрут ее изготовления, необходимо определить себестоимость обработки по отдельным вариантам и выбрать наиболее рациональный из них для данных условий производства. Критериями оптимальности являются минимум приведенных затрат на единицу продукции. При выборе варианта технологического маршрута приведенные затраты могут быть определены в виде удельных величин на 1 станко - час работы оборудования. Рассматривается технологическая себестоимость, которая включает лишь изменяющиеся по вариантам затрат.

Предлагается заменить 2 станка бесцентрово-шлифовальной автоматической линии ВШ 732АН2 на 2 бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ - 732. В связи с этими заменами технологическая себестоимость детали уменьшается по следующим причинам:

- более простое обслуживание станков (3 однотипных);

- более новое оборудование, при сравнительно одинаковой стоимости;

- большая скорость обработки при одинаковой энергоемкости;

Расчет годового экономического эффекта.

Часовые приведенные затраты:

, (8.17)

где - основная и дополнительная зарплата с начислениями, коп/ч;

- часовые затраты на эксплуатацию рабочего места, коп/ч;

-нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений;

-удельные часовые капиталовложения соответственно в станок и в здание, коп/ч;

, (8.18)

где - коэффициент к часовой тарифной ставке, учитывает следующие виды затрат: за переработку норм - на 8%, за работу по технически обоснованным нормам - 20%, премию станочникам - 30%, дополнительную зарплату - 11%, льготы и выплаты из фондов общественного потребления - 43%.

, (8.19)

где - часовая тарифная ставка станочника - сдельщика соответствующего разряда;

- коэффициент, учитывающий зарплату наладчика, - без участия наладчика;

- коэффициент штучного времени, учитывающий, оплату рабочего при многостаночном обслуживании, при одно-станочном обслуживании ;

, (8.20)

где - практические часовые затраты на базовом рабочем месте, для массового производства руб/ч.

- коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные, связанные с работой базового станка.

В случае пониженной загрузки станка часовые затраты на эксплуатацию рабочего места должны быть скорректированы с помощью коэффициента , если станок не может быть дозагружен:

, (8.21)

где .

- удельный вес постоянных затрат в часовых затратах на рабочем месте

- коэффициент загрузки станка.

; (8.22)

, (8.23)

где - эффективный годовой фонд времени работы станка:

- для серийного производства;

- балансовая стоимость станка;

- стоимость 1м2 площади механического цеха, руб., для станков нормальной точности .

- производительная площадь, занимаемая станком, с учетом проходов: , где - площадь станка в плане;

- коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь.

Технологическая себестоимость операции механической обработки,

. (8.24)

Приведенная годовая экономия, руб.:

, (8.25)

где , - технологическая себестоимость сравниваемых операций.

- годовая программа выпуска деталей;

- коэффициент выполнения норм, равен 1,3.

Произведем расчет основных технико-экономических показателей разработанного процесса.

Для примера рассчитаем стоимость операции механической обработки 010 (бесцентрово-шлифовальная):

Площадь автоматической линии в плане:

Штучное время:

Коэффициент загрузки линии:

Часовые приведенные затраты (руб/ч):

(8.26)

Основная и дополнительная зарплата с начислениями и учетом многостаночного обслуживания (руб/ч):

, (8.27)

где - коэффициент часовой тарифной ставки, учитывающий следующие выплаты: за перевыполнение норм - 8%, за работу по технически обоснованным нормам - 20%, премию станочника - 30%, дополнительную зарплату - 11%, льготы и выплаты из фондов общественного потребления - 43% (включая отчисления на социальное страхование - 14%).

- часовая тарифная ставка станочника - сдельщика 3 разряда.

- коэффициент, учитывающий работу зарплату наладчика;

- коэффициент штучного времени, учитывающий оплату труда рабочего при многостаночном оборудовании.

S=2,66=6050,8 руб/ч

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места (руб/ч):

(8.28)

- часовые затраты на базовом рабочем месте в условиях 2-х сменной работы.

- коэффициент показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем расходы, связанные с работой базового станка.

Капитальные вложения определяются по формулам:

. (8.29)

- эффективный годовой фонд времени работы автоматической линии.

- стоимость площади механического цеха.

- производственная площадь, занимаемая станком с учетом проходов.

- коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь.

- нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.

Технологическая себестоимость:

(8.30)

Аналогично рассчитываем остальные операции, и полученные результаты сводим в таблицу 8.5:

Таблица 8.5 - Расчет параметров операций

Номер операции
010	3072	14718	18859	3458	0,15	22701,9	0,395	11496,4
015	2314	7973	10133	5656	0,15	8105	0,656	4046
020	1535	3568	13089	3843	0,15	5643	1,128	5708
025	3071	4578	4379	6517	0,15	6784	0,260	6520
030	3071	4922	13659	7813	0,15	5564	0,174	5692
035	3560	5352	6063	2891	0,15	14756	0,567	6980
Итого	22644,4

Технологическая себестоимость:

(8.31)

Общее количество рабочих - станочников:

(8.32)

Т.к. , то .

Число наладчиков на проектируемом участке:

(8.33)

Годовой фонд заработной платы рабочих - станочников и наладчиков на всю механическую обработку детали (руб.) определяется по формуле:

;

, (8.34)

где - часовая заработная плата на i - той операции, руб/ч.

Например, для операции 010 (бесцентрово-шлифовальная):

Аналогично рассчитываем остальные операции. Результаты сводим в таблицу 8.6:

Таблица 8.6 - Расчет параметров операций

Номер операции				Номер операции
010	0,3072	0,395	28,1	035	0,35601	0,567	13,46
015	0,23141	0,656	10,12
020	0,15356	1,128	11,55
025	0,30716	0,260	5,32
030	0,30716	0,174	3,56	Итого:	28,1

Среднемесячная заработная плата рабочих:

. (8.35)

Годовой выпуск продукции по технологической себестоимости:

. (8.36)

Трудоемкость годовой программы:

. (8.37)

Годовой выпуск продукции на одного рабочего:

. (8.38)

Учитывая экономический эффект при получении заготовки по предложенному варианту, сделаем краткий сравнительный анализ базового техпроцесса и техпроцесса проектируемого (с заменой указанного оборудования и получением более точной заготовки литьем в земляные формы).

Сравнение вариантов технологического процесса представлено в таблице 8.7:

Таблица 8.7 - Сравнение вариантов технологического процесса