Основы Технологии Машиностроения (лекции) - 1. Конспект лекций Основы технологии машиностроения
 Скачать 3.33 Mb.
|
|
полной, неполной, групповой взаимозаменяемости, пригонки или регулирования. 9.2.1. Метод полной взаимозаменяемости Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается во всех случаях ее реализации путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Сборка изделий при использовании метода полной взаимозаменяемости сводится к механическому соединению взаимозаменяемых деталей. При этом у 100 % собираемых объектов автоматически обеспечивается требуемая точность замыкающих звеньев размерных цепей. При изготовлении партии деталей на станке метод полной взаимозаменяемости обеспечивает надлежащую точность замыкающих звеньев технологических размерных цепей. Благодаря этому точность выдерживаемых размеров у деталей всей партии будет соответствовать установленному допуску. Можно привести много примеров использования метода полной взаимозаменяемости как в машиностроении, так и в бытовой технике (взаимозаменяемые детали и узлы автомобилей, телевизоров, холодильников, взаимозаменяемые шарико- и роликоподшипники, крепежные детали). Методом взаимозаменяемости обеспечивается соединение цоколя электрической лампочки с патроном, взаимозаменяемы детали шариковых ручек и т.д. Широкое использование метода полной взаимозаменяемости в жизни объясняется следующими его преимуществами: • относительная простота достижения требуемой точности замыкающего звена, так как формирование размерной цепи сводится практически к простому соединению ее составляющих звеньев; • возможность широкого кооперирования различных цехов и заводов при изготовлении отдельных деталей или сборочных единиц машин; • возможность выполнения технологических процессов изготовления деталей и особенно сборки машин рабочими невысокой квалификации; • простота нормирования технологических процессов во времени. Поля допусков или возможные значения поля рассеяния замыкающего звена рассчитывают по методу максимума-минимума (см. п. 9.1.1) При решении прямой задачи расчет полей допусков сводится к распределению поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями. Такое распределение многовариантно, что характерно для решения любой проектной задачи. Формально все решения будут правильными, если в каждом из них сумма допусков составляющих звеньев будет равна допуску замыкающего звена. Однако не все решения могут быть приемлемыми с точки зрения экономики. Поэтому распределение значения поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями ведут, сопровождая его хотя бы мысленной оценкой экономической целесообразности устанавливаемого поля допуска на то или иное составляющее звено. Например, при расчете конструкторских размерных цепей обычно учитывают следующее: • чисто технические возможности достижения задаваемой точности; • экономичность способов обработки, которые могут быть использованы в процессе изготовления деталей (сведения о средней экономической точности различных методов обработки можно получить в справочниках технолога); • число изделий, подлежащих изготовлению, во многом влияющее на оценку экономичности метода обработки. Таким образом, критерием удачного распределения поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями может служить лишь себестоимость решения задачи с помощью рассматриваемой размерной цепи. Расчет координат середин полей допусков не связан с экономикой. Однако всегда желательно придание полю допуска положения относительно номинального значения составляющего звена, удобного для производственников. Этим объясняется частое задание допуска в "материал" детали и симметрично расположенных допусков. Рассчитывая координаты, обычно составляют уравнение координат середин полей допусков и, используя формулы, приведенные выше (см. п.9.1), устанавливают значения координат середин полей допусков составляющих звеньев, за исключением одного. Решая уравнение с одним неизвестным, находят недостающую координату середины поля допуска. При расчете полей допусков и координат их середин часты случаи, когда приходится учитывать ограничения, установленные стандартами и другими нормативными материалами. Обязательность их учета не затрагивает существа расчетов и их методической направленности. Правильность рассчитанных допусков может быть проверена путем определения по установленным значениям полей допусков составляющих звеньев и координат их середин предельных отклонений замыкающего звена и сопоставления их с условиями задачи. Предельные отклонения замыкающего звена могут быть найдены по следующим формулам: ; Метод полной взаимозаменяемости, учитывающий возможность сочетания крайних отклонений составляющих звеньев, часто приводит к неэкономичным допускам. Считается, что экономически оправданной областью использования метода полной взаимозаменяемости являются малозвенные размерные цепи и размерные цепи с относительно широким полем допуска замыкающего звена. Очень малая вероятность сочетания в размерной цепи крайних отклонений составляющих звеньев приводит порой к отрицанию права метода полной взаимозаменяемости на существование. Такие категоричные утверждения не только не верны, но и опасны, так как существуют области, для которых единственно приемлемым является метод полной (абсолютной) взаимозаменяемости. К числу таковых, например, относят стрелковое оружие, в котором отклонения диаметральных размеров канала ствола и пули во избежание отказов допустимы в пределах, установленных только по методу полной взаимозаменяемости. 9.2.2. Метод неполной взаимозаменяемости Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается с некоторым, заранее обусловленным риском путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Преднамеренный риск выхода значений замыкающего звена за пределы допуска, определяемого условиями задачи, обычно незначителен. Однако этот риск позволяет расширить допуски составляющих звеньев в сравнении с их значениями, установленными при достижении точности замыкающего звена методом полной взаимозаменяемости. Эта возможность создается малой вероятностью возникновения крайних отклонений составляющих звеньев и попаданий таких отклонений в одно изделие. На рис. 9.3 дано разъяснение принципиального различия между методами полной и неполной взаимозаменяемости и схематично отображено преимущество второго метода перед первым. Рис.9.3. Сравнительная схема достижения точности замыкающего звена методами полной и неполной взаимозаменяемости При заданном допуске замыкающего звена трехзвенной размерной цепи при использовании метода полной взаимозаменяемости допуски составляющих звеньев определяются по формуле: Установив более широкие допуски на составляющие звенья и и ориентируясь на метод полной взаимозаменяемости, мы вправе ожидать отклонений замыкающего звена При расчете полей допусков для метода неполной взаимозаменяемости используют формулу, в которой учтены вероятностные явления, сопровождающие процесс изготовления машины (см.п.9.1.2.): , где - коэффициент риска, значения которого выбирают из таблиц значения функций Лапласа в зависимости от принятого риска - Р в %; - коэффициент, характеризующий закон рассеяния отклонения составляющих звеньев. Для нормального закона =1/3. При нормальном законе распределения отклонений и равновероятном их выходе за обе границы поля допуска Некоторые значения коэффициента приведены ниже: Правильность выбора значения может быть обоснована только технико- экономическим расчетом. Значение коэффициента можно назначать, а можно выбирать. Практика показывает, что наиболее распространенными законами, которым подчинено рассеяние отклонений, являются нормальный закон (закон Гаусса), где = 1/9, закон Симпсона (закон треугольника), где = 1/6, закон равной вероятности, где = 1/3. Наиболее благоприятные условия для рассеяния отклонений по нормальному закону складываются в массовом и крупносерийном производстве, менее благоприятно — в мелкосерийном и единичном. В тех случаях, когда трудно предвидеть законы распределения отклонений составляющих звеньев размерной цепи, избирают закон Симпсона или закон равной вероятности. Координаты середин полей допусков рассчитывают по формулам (см. п.9.1) так же, как и при методе полной взаимозаменяемости. Уместно отметить, что эти формулы являются общими для всех пяти методов достижения требуемой точности замыкающего звена. Правильность установленных допусков может быть проверена сопоставлением предельных отклонений замыкающего звена с заданными его значениями: ; ЛЕКЦИЯ 10 10. Методы достижения точности замыкающего звена. Методы групповой взаимозаменяемости, регулировки и пригонки 10.1. Метод групповой взаимозаменяемости Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые они предварительно рассортированы. При применении метода групповой взаимозаменяемости поле допуска замыкающего звена, заданное условиями задачи, увеличивается в целое число раз. Расширенное поле допуска, часто называемое производственным допуском, , используют для ограничения отклонений составляющих звеньев размерной цепи. Детали, изготовленные по более широким допускам, в сравнении с методами полной или неполной взаимозаменяемости, сортируют на п групп. Изделия собирают из деталей, принадлежащих соответственным группам, что обеспечивает точность изделий в пределах заданного поля допуска и полную взаимозаменяемость деталей в границах каждой группы. При реализации метода необходимо соблюдать два условия: 1. сумма полей допусков увеличивающих составляющих звеньев должна быть равна сумме полей допусков уменьшающих звеньев: ; 2. идентичность формы и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков. Непременность соблюдения первого условия можно пояснить на примере трехзвенной размерной цепи (рис.10.1). Рис.10.1. Трехзвенная размерная цепь (а) На рис. 10.1, изображена размерная цепь , определяющая зазор между валом и отверстием во втулке, =1: Поле допуска замыкающего звена увеличено в раз. В соответствии с ним установлены производственные поля допусков и составляющих звеньев. Согласно требованию = . Каждое из полей допусков и разделено на интервалов (рис. 10.2, а) так, что Таким образом, соединение деталей, взятых из соответствующих групп, обеспечит соблюдение поля допуска точно так же, как и при методе полной взаимозаменяемости. а) б) 10.2. Достижение точности методом групповой взаимозаменяемости при соблюдении первого условия (а) и его нарушении (б) Координата середины поля допуска замыкающего звена для первых интервалов: ; для вторых интервалов: Поскольку , то Для последующих интервалов полей допусков, и координата середины поля допуска замыкающего звена будет оставаться неизменной: Другими словами, при соединении деталей, взятых из соответствующих групп, отклонения замыкающего звена будут находиться в пределах допуска, определяемого заданными значениями и Этого не произойдет, если требование будет нарушено и (рис.10.2 б), но при этом соблюсти равенство В этом случае отклонения замыкающего звена , как и прежде, будут находиться в пределах , так как Однако среднее значение замыкающего звена изделий не будет оставаться постоянным при сборке их из деталей, взятых из разных соответствующих групп. Причиной тому будет изменение координаты середины поля допуска замыкающего звена с изменением номера сочетаемых интервалов и . Так, для второго интервала , так как Разница в значениях координат середин полей допусков по отношению к первому интервалу будет возрастать по мере увеличения номера интервала. Экономично использовать метод групповой взаимозаменяемости для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования. Возможность значительного расширения полей допусков составляющих звеньев и доведение их до экономически достижимых значений делает этот метод в ряде случаев единственно приемлемым для производства высокоточных изделий (отдельных видов подшипников, соединений пальцев и поршней двигателей и т.п.). При определении экономической эффективности данного метода необходимо учитывать дополнительные расходы, необходимые для точного измерения и сортировки деталей на группы, четкой организации хранения и доставки рассортированных деталей на сборку, исключения путаницы деталей при сборке. Организационные трудности и расходы возрастают с увеличением числа звеньев в размерных цепях и групп сортируемых деталей. Этим и объясняется ограничение области применения метода для малозвенных размерных цепей и стремление иметь число n возможно меньшим. При достижении точности замыкающего звена методом групповой взаимозаменяемости необходимо соблюдать еще некоторые условия. Первым из них являются требования к точности формы и относительного поворота поверхностей деталей, соответствующие не производственным (расширенным) допускам на размеры, а групповым допускам, т.е. . Объясняется это тем, что точность замыкающего звена при методе групповой взаимозаменяемости характеризуется полем допуска , а не . Ему и должно соответствовать ограничение допусками отклонений формы и относительного поворота поверхностей деталей, образующих составляющие звенья размерной цепи. Вторым требованием, во многом определяющим экономичность метода групповой взаимозаменяемости, является идентичность формы, и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков. Только при соблюдении этого условия будет обеспечиваться комплектность изделий (рис.10.3 а), не будет избытка одних и нехватки других деталей в группах, т.е. случая, показанного на рис. 10.3, б. Это требование создает дополнительные трудности для изготовителей деталей, которые должны не только соблюдать допуски, но и управлять законами распределения отклонений выдерживаемых размеров. Рис.10.3. Влияние формы и положения кривых рассеяния на собираемость изделий 10.2. Метод пригонки Сущность метода пригонки заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с него определенного слоя материала. При достижении точности замыкающего звена методом пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают целесообразно достижимые (экономичные) в данных производственных условиях допуски: ; Значения полей допусков, установленные вне связи с заданным значением поля пуска замыкающего звена, могут привести к тому, что отклонения замыкающего звена будут выходить за его пределы, т.е. Избыток погрешности на замыкающем звене, наибольшее значение которого называют наибольшей расчетной компенсацией , должен быть удален из размерной цепи путем изменения значения заранее выбранного компенсирующего звена. При выборе в размерной цепи компенсатора руководствуются следующими соображениями. 1. В качестве компенсатора выбирают деталь, изменение размера (являющегося одним из составляющих звеньев) которой при дополнительной обработке требует наименьших затрат. 2. Недопустимо в качестве компенсатора выбирать деталь, размер которой является общим составляющим звеном параллельно связанных размерных цепей. Нарушение этого условия приводит к возникновению погрешности, «блуждающей» из одной размерной цепи в другую. Произвольное назначение координат середин полей допусков составляющих звеньев может привести к тому, что у компенсатора не окажется нужного запаса материала для пригонки. Для того чтобы обеспечить на компенсаторе минимально необходимый слой материала (припуск) для пригонки, и в то же время достаточный для устранения максимального отклонения замыкающего звена, в координату середины поля допуска компенсирующего звена необходимо ввести поправку Пусть в трехзвенной размерной цепи (рис.10.2) требуемая точность замыкающего звена характеризуется величинами и ; и - поля допусков составляющих звеньев, экономически целесообразные для данных производственных условий; и - координаты середин полей допусков. При этих допусках отклонения замыкающего звена возможны в пределах при координате середины поля допуска . Наибольшее возможное отклонение отстоит от верхней границы на величину (рис.10.4), значение которой может быть определено следующим путем: ; ; Отсюда Рис.10.4. Схема определения поправки Основным преимуществом метода пригонки является возможность изготовления деталей с экономичными допусками. Методом пригонки может быть обеспечена высокая точность замыкающего звена. Однако пригоночные работы в основном выполняются вручную и требуют высококвалифицированных рабочих. 10.3. Метод регулирования Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. Принципиально в своей сущности метод регулирования аналогичен методу пригонки. Различие между ними заключается в способе изменения размера компенсирующего звена. Различают регулирование с помощью подвижного и неподвижного компенсатора. Достижение точности зазора с применением подвижного компенсатора представлено на рис.10.5 а, а с применением неподвижного компенсатора на рис.10.5 б. Рис.10.5. Достижение точности зазора : а) – с применением подвижного компенсатора; б)- с применением неподвижного компенсатора Допуски при методе регулирования назначают так же, как при методе пригонки: устанавливают экономически приемлемые для данных производственных условий поля допусков и координаты их середин При применении подвижного компенсатора определяют , которое учитывают при разработке конструкции подвижного компенсатора и определении его разрешающей способности. При применении неподвижного компенсатора приходится считаться с тем, что неподвижный компенсатор не в состоянии скомпенсировать собственное отклонение. Поэтому ; , где m — 2 означает, что при суммировании значения и компенсатора не учтены. Следовательно, Далее необходимо определить число ступеней компенсаторов и их размеры. , где — поле допуска, ограничивающее отклонения размера компенсатора. Для метода регулирования характерны следующие преимущества. 1. Возможно достижение любой степени точности замыкающего звена при целесообразных допусках на все составляющие звенья. 2. Не требуется больших затрат времени на выполнение регулировочных работ, которые могут быть выполнены рабочими невысокой квалификации. 3. Не создается сложностей при нормировании и организации сборочных работ. 4. Обеспечивает машинам и механизмам возможность периодически или непрерывно и автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена, теряемую вследствие изнашивания, теплового и упругого деформирования деталей и других причин. Преимущества метода регулирования особо ощутимы в многозвенных размерных цепях. Введение в конструкцию машин и механизмов компенсаторов облегчает обеспечение точности замыкающих звеньев не только в процессе изготовления, но и в процессе эксплуатации машин, что положительно отражается на их экономичности. Завершая рассмотрение методов достижения требуемой точности замыкающего звена, отметим, что теоретико-вероятностные расчеты, присущие методу неполной взаимозаменяемости, могут быть с успехом применены в методах групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования. Например, использование при суммировании значений производственных полей допусков теоретико- вероятностного метода приведет к меньшему значению , а, в конечном счете, - к меньшему числу ступеней компенсаторов и повышению экономической эффективности метода регулирования, хотя это и будет связано с некоторым риском. |