ВВЕДЕНИЕ. Глава 1. Обзор конструкций подвесок, шаровых шарниров, их неисправностей, испытательных и диагностических

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.....................................................................................................................................5

Глава 1. Обзор конструкций подвесок, шаровых шарниров, их неисправностей, испытательных и диагностических стендов….…........................................................................9

1. 1 Анализ конструкций подвесок легковых автомобилей……………………….…..........9

1. 2 Анализ технических неисправностей механизмов легковых автомобилей, обеспечивающих безопасность движения………………….…………………………………........10

1. 3 Применение шаровых шарниров в подвеске легковых автомобилей……………......12

1. 3. 1 Конструкция шаровых шарниров………………………..………………..……….....13

1. 3. 2 Классификация шаровых шарниров …………………………………….......…..…..15

1. 4 Анализ видов повреждений шаровых шарниров…...……………...........................…16

1. 5 Методы и способы испытаний и диагностирования шаровых шарниров……….......20

1. 6 Обзор конструкций стендов для испытания шаровых шарниров …….......................22

1. 7 Существующие методики определения технического состояния шаровых шарниров подвески легковых автомобилей…………………………..…........................................24

1. 7. 1 Механические способы определения технического состояния шаровых шарниров подвески легковых автомобилей…………………………..............................................24

1. 7. 2 Электрические способы определения технического состояния шаровых шарниров подвески легковых автомобилей……….………………….............................................27

Выводы по главе………………………….…………………………......................……........28

Глава 2. Теоретико-методические подходы по определению величины осевого зазора в шаровых шарнирах передней подвески типа «МакФерсон» легковых автомобилей вибрационным способом………..............................................................................29

2. 1 Параметры определяющие величину осевого зазора в шаровом шарнире ….……...29

2. 2 Определение нагрузок, возникающих в шаровых шарнирах подвески типа «МакФерсон» на примере автомобиля «Daewoo Nexia»…..............................................................29

2. 3 Разработка математической модели изменения технического состояния шаровых шарниров подвески типа «МакФерсон» легкового автомобиля в условиях стендовых экспериментальных исследований ….................................................................................................37

Выводы по главе…………………………………………………………......................…......49

Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований величины осевого зазора в шаровых шарнирах………………………….............................................…….50

3.1Обоснование вибрационного способа определения величины осевого зазора в шаровых шарнирахподвески легковых автомобилей………......................................….................50

3. 2 Проектирование стенда для диагностирования и испытания элементов подвески, конструкция, расчет, принцип действия ……………...................................................................….52

3. 2. 1 Механическая часть стенда для испытания и диагностирования элементов подвески…………………………………………………………............................................…….…53

3. 2. 2 Гидравлическая часть стенда для испытания и диагностирования элементов подвески ………………………………………………….…….…..........................................………54

3. 2. 3 Электрическая часть стенда для испытания и диагностирования элементов подвески………………………………….….……………..........................................…………….…57

3. 2. 4 Принцип работы стенда для испытания и диагностирования элементов подвески….............................................................................................................................................58

3. 2. 5 Определение нагрузок, возникающих в шаровом шарнире на стенде для испытания и диагностирования элементов подвески………………………................................…59

3. 3 Приспособления и измерительные устройства для проведения лабораторного стендового экспериментального исследования……..................................................…………....…63

3. 4 Способ проведения лабораторного стендового экспериментального исследования.66

3. 5 Обработка и анализ результатов стендового экспериментального исследования с помощью программного обеспечения LabVIEW SignalExpress......................................................70

3. 6 Обработка результатов экспериментального исследования по критерию достоверности …………………………………………………….........................................….….…73

3. 7 Способ проведения экспериментального исследования в условиях автосервисного предприятия………………………………….......................................................................................74

Выводы по главе………………………………………………..………….......................…...78

Глава 4. Экспериментальные исследования величины осевого зазора в шаровых шарнирах ………………………………………...………………..............................................……79

4.1 Результаты лабораторного стендового экспериментального исследования по определению величины осевого зазора в шаровых шарнирахподвески легковых автомобилей ……………………………………..……............................................................……...79

4.1.1 Результаты экспериментального исследования ………………......................….…....81

4. 1. 2 Оценка результатов экспериментального исследования………......................….....93

4. 1. 3 Сопоставление результатов теоретического и экспериментального исследования …………………………………………………………………........................….......96

4. 2 Результаты экспериментального исследования полученного в условиях автосервисного предприятия……………………………….….........................................……........97

4. 2. 1 Результаты экспериментального исследования..………......................……….…...98

4. 2. 2. Оценка результатов экспериментального исследования…………........................106

Выводы по главе…………………………………...………………………...........................110

Глава 5. Производственные рекомендации и определение экономического эффекта от внедрения вибрационного способа определения осевого зазора в шаровых шарнирах ……………………………..............................................................................111

5.1 Технология диагностирования шаровых шарниров с помощью вибрационного способа…….........................................................................................................................................111

5.2 Производственные рекомендации по внедрению вибрационного способа определения осевого зазора в шаровых шарнирах……………….........................................…….118

5. 3 Расчет экономического эффекта……………………………......................…..….....…119

Выводы по главе……………………………………………………......................……..….121

Заключение…………………………………………...…………...................................……122

Список литературы…………………………………………………...…..............................124

Приложения ……………………………………………………..…......................……..….136

Приложение А - Пример математического моделирования изменения технического состояния шарового шарнира в программной среде Mathcad...............................……………….137

Приложение Б - Патенты ……………………………………………………........…….......138

Приложение В - Результаты лабораторного стендового экспериментального исследования………………………………………….…....................................…………….....….140

Приложение Г - Результаты экспериментального исследования в условиях автосервисного предприятия ……………………...……………………...................…………...…150

Приложение Д - Акты о внедрении в производство вибрационного способа определения величины осевого зазора в шаровых шарнирах ………………….....................…..158

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Среди множества узлов подвески автомобилей, шаровый шарнир является одним из важных несущих узлов, работоспособность которого напрямую зависит от условий эксплуатации. Шаровые шарниры в подвеске легковых автомобилей определяют надежность работы всего автомобиля и оказывает непосредственное влияние на его безопасность [1].

Шаровые шарниры используются для соединения элементов подвески и рулевого управления и представляют собой кинематические сопряжения, имеющие три угловые степени свободы при перемещении рабочих элементов (рычагов) [2]. Такие шарниры являются ответственными сопряжениями, т.к. реализуют в связях высокие нагрузки: вертикальные – от веса автомобиля, горизонтальные – от силы тяги, торможения и поворота автомобиля. Надежность работы шарниров оказывает значительное влияние на безопасность движения автомобиля.

В большинстве случаев шаровый шарнир является неразборным узлом [3], что значительно затрудняет определение технического состояния в условиях автосервисного предприятия. Одним из способов диагностирования являются лабораторные стендовые исследования шаровых шарниров. Для получения достоверной информации о величине износа шаровых шарниров и разработки методики определения их технического состояния в условиях автосервисного предприятия необходима область лабораторных стендовых исследований. При диагностировании шаровых шарниров на стенде, он должен в полной мере имитировать все движения и усилия, передающиеся на шарниры в реальных условиях.

Кроме того, что бы иметь возможность в полной мере доверять результатам стендовых исследований, необходима их проверка данными, полученными в условиях производства [4].

Исследования, направленные на разработку методов, средств и алгоритмов определения технического состояния шаровых шарниров в условиях автосервисного предприятия является актуальным.

Предельным состоянием шарового шарнира принято считать состояние, при котором осевой и радиальный зазоры пальца в корпусе достигают величины 0,7 мм при приложении к пальцу осевой и радиальной нагрузок ± 981 Н. Эти величины справедливы для автомобильных шаровых пальцев с диаметром неполной сферы d = 25 - 35 мм [5, 6].

Учитывая вышесказанное, возникает необходимость в решении проблемы повышения эффективности диагностирования передней подвески типа «МакФерсон», наиболее распространенного типа среди легковых автомобилей.

Основоположниками в области изучения проблем связанных с шаровыми шарнирами являются Гун И. Г., Лапчинский В. В., Фролов А. М., Шулыгин В. О., Калмыков Ю. В, Волков А. В, Куликов Г. Б, Стрешнев А. Е, Чаплыгин К. В [7-10], а также зарубежные ученые Осса Е. А., Лан С., Джэеюнг К. и др [11-17]. В данных работах рассматривались вопросы повышения и совершенствования качества изготовления шаровых шарниров, закономерности изменения их технического состояния, виброакустическая диагностика подшипниковых узлов, однако эти вопросы не рассматривались в рамках диагностирования на предприятиях по ремонту и обслуживанию автомобилей. В диссертационной работе предлагается новый способ диагностирования шаровых шарниров в условиях автосервисного предприятия.

Актуальность темы исследования подтверждается выполнением диссертационной работы в рамках гранта президента РФ - «Разработка комплексной технической системы «Шаровый шарнир - эксплуатация, диагностика», руководитель Катунин А. А., общий объем 1200 тыс. руб.

Степень ее разработанности. Известные из научно-технической литературы результаты теоретико-прикладных исследований по вопросам диагностирования шаровых шарниров показывают, что применяемые методы, способы и средства не в полной мере отвечают современным требованиям рынка технического обслуживания и диагностирования подвески легковых автомобилей. Эта проблема изучена не полностью и на сегодняшний день требует внедрения компьютерных и информационных технологий для повышения качества предоставляемых услуг.

Целью работы является повышение эффективности определения технического состояния шарового шарнира подвески легкового автомобиля вибрационным способом.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Спроектировать стенд, для диагностирования и испытания элементов подвески легковых автомобилей и определения технического состояния шаровых шарниров.

2. Разработать математическую модель изменения технического состояния шарового шарнира передней подвески типа «МакФерсон» легкового автомобиля в условиях стендовых исследований.

3. Разработать способ определения величины осевого зазора в шаровом шарнире автомобиля.

4. Провести экспериментальные исследования для установления взаимосвязи величины осевого зазора в шаровом шарнире с величиной виброускорения в условиях лабораторных стендовых исследований и специализированного автосервисного предприятия вибрационным способом.

5. Разработать практические рекомендации по внедрению способа определения величины осевого зазора в шаровом шарнире для легковых автомобилей в условиях автосервисного предприятия.

6. Определить экономический эффект от внедрения способа диагностирования величины осевого зазора в шаровом шарнире автомобиля в условиях автосервисного предприятия.

Объектом исследования является шаровой шарнир легкового автомобиля.

Предметом исследования является способ оценки величины осевого зазора в шаровых шарнирах путем анализа величины виброускорения при их диагностировании.

Применялись следующие методы исследования: методы статистического анализа, методы обработки результатов наблюдений, основные положения теории вероятности и математической статистики, методы анализа с применением прикладного программного обеспечения MS Exel 2007, STATISTICA 6.1.478,MathCAD 11, LabVIEW SignalExpress, теория цифровой обработки сигналов, методы математического моделирования.

Научная новизна. Разработаны новые теоретико-методические подходы по оценке величины осевого зазора в шаровых шарнирах подвески легковых автомобилей, новая конструкция стенда для диагностирования и испытания элементов подвески и новый способ, позволяющий определить техническое состояние шаровых шарниров.

Достоверность результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, подтверждается применением апробированных научно обоснованных методик обработки данных. Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается применением современных математических методов и средств вычислительной техники.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новая конструкция стенда, для испытания и диагностирования элементов передней подвески легковых автомобилей.

2. Математическая модель изменения технического состояния шаровых шарниров подвески типа «МакФерсон» легкового автомобиля в условиях стендовых экспериментальных исследований.

3. Новый способ определения величины осевого зазора в шаровом шарнире подвески автомобиля.

4. Результаты экспериментальных исследований по определению величины осевого зазора в шаровом шарнире.

Практическая ценность и реализация работы:

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны:

- новый вибрационный способ диагностирования величины осевого зазора в шаровом шарнире автомобиля, позволяющий определять зазор в интервале от 0,1 мм, до 0,9 мм с погрешностью не превышающей 10%.

- новая конструкция стенда для диагностирования и испытания элементов подвески, позволяющего получить достоверную информацию о техническом состоянии шаровых шарниров подвески легкового автомобиля.

- новый способ и приспособление для контроля осевого зазора в шаровом шарнире на стенде для диагностирования и испытания элементов подвески.

- практические рекомендации по внедрению вибрационного способа диагностирования величины осевого зазора в шаровых шарнирах в условиях производства.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Сервис и ремонт машин» 2010-2014 г, Международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса» 2011-2015 гг. в Госуниверситет-УНПК г. Орел; «Traffic management and road safety issues in European cities» г. Прага, Чехия, 2014 г.; Всероссийских научно-практических конференциях «Молодые ученые - альтернативной транспортной энергетике», г. Воронеж 2014 г, «Инновационные технологии технического сервиса в агропромышленном комплексе» г. Москва 2014 г; «Ремонт. Восстановление. Реновация» в рамках Х промышленного салона и специализированных выставок ПРОМЭКСПО, Станки и Инструмент Сварка. Контроль. Диагностика, г. Уфа 2015 г.

Реализация результатов работы. Теоретические, научно-методические, прикладные и экспериментальные исследования, направленные на повышение эффективности определения технического состояния шаровых шарниров подвески автомобиля внедрены в ЗАО «Орелоблавтотехобслуживание», г. Орел. Результаты работы используются в образовательном процессе «Госуниверситета-УНПК» г. Орел, в дисциплине «Техническая эксплуатация автомобилей».

Публикации. Потеме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 9 в журналах входящих в перечень ВАК, получены 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Объем работы составляет 135 страниц и включает 86 рисунков, 35 таблиц, 5 приложений.