Лекции ОТМС. Лекции, 6 часов самостоятельное изучение ) тема жизненный цикл изделий машиностроения и его технологическая со ставляющая. (2 Часа лекции) Введение
 Скачать 10.52 Mb.
|
|
ТЕМА 6. ПОРЯДОК ПОСТРОЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ. (2 ЧАСА ЛЕКЦИИ) Порядок построения размерных цепей Последовательность построения размерной цепи В зависимости от решаемой задачи изображают схему изделия, технологической системы станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД), технологического процесса или измерения, на которую наносят размерную цепь или размерные цепи. Допускается для каждой размерной цепи изображать отдельную схему. Первым находят замыкающее звено. Далее, начиная от одной из поверхностей (осей), ограничивающих замыкающее звено, находят составляющие звенья размерной цепи, непосредственно участвующие в решении поставленной задачи, и доходят до второй поверхности (оси), ограничивающей замыкающее звено. Нахождение замыкающего звена, его допуска, и координаты середины поля допуска Замыкающее звено размерной цепи находят, исходя из задачи, возникающей при конструировании изделия, его изготовлении или измерениях. Поэтому вначале должна быть поставлена и четко сформулирована задача, решение которой необходимо для обеспечения соответствия конструкции изделия его служебному назначению, обеспечения требуемой точности изделия при изготовлении или оценке его точности измерением. При конструировании изделия переход от формулировки задачи к нахождению замыкающего звена заключается в выявлении такого линейного или углового размера, от значения которого полностью зависит решение конструкторской задачи. При изготовлении изделия замыкающим звеном размерной цепи является размер, точность которого должна быть обеспечена технологическим процессом. При измерении замыкающим звеном является измеренный размер. Таким образом, в замыкающем звене заключен смысл решаемой задачи, из чего следует, что каждая размерная цепь дает решение только одной задачи и может иметь одно замыкающее звено. Допуск замыкающего звена устанавливается: в конструкторских размерных цепях, исходя из служебного назначения изделия или его механизма; в технологических размерных цепях в соответствии с допуском на расстояние или относительный поворот поверхностей детали (их осей) или деталей изделия, которые необходимо получить в результате осуществления технологического процесса изготовления детали или сборки изделия; в измерительных размерных цепях, исходя из требуемой точности измерения. Пример 1. Задача: обеспечить плавное (без заеданий) передвижение золотника (рис. 4.21.). Рис. 4.21. Легкость хода золотника зависит от величины зазора между золотником и отверстием в корпусе. Поэтому замыкающим звеном размерной цепи, с помощью которой решается эта задача, является зазор А Δ между золотником и корпусом. Наименьшее предельное значение A А min должно быть установлено, исходя из условия перемещения золотника в корпусе без заеданий и обеспечения минимального слоя смазки, и наибольшее предельное значение зазора A А max , исходя из нормы допустимой утечки масла в золотниковом устройстве, устанавливаемой в соответствии с его служебным назначением. Пример 2. Задача: обеспечить совмещение каналов в крышке и корпусе золотникового устройства (рис. 4.21.). Совмещение каналов в корпусе золотника и крышке означает совпадение их осей. Поэтому замыкающим звеном размерной цепи, при помощи которой может быть решена эта задача, будет являться относительное смещение Б осей каналов. Допуск замыкающего звена Б Δ должен быть установлен, исходя из допустимого сокращения расхода масла, проходящего через канал в единицу времени в связи с увеличением сопротивления в гидравлической цепи из-за уменьшения площади сечения канала в стыке корпуса и крышки. Пример 3. Задача: обеспечить присоединение крышки золотника к корпусу винтами 1 и 2 (черт. 4.21.). Если размеры винтов и отверстий в крышке и корпусе установлены правильно, то одним винтом, например, винтом 1, крышку всегда можно присоединить к корпусу. Присоединение крышки винтом 2 возможно лишь при том условии, если относительное смещение осей крепежных отверстий в крышке и корпусе не будет превышать половины зазора между винтом и отверстием в крышке. Поэтому замыкающим звеном в размерной цепи, при помощи которой обеспечивается присоединение крышки винтами 1 и 2, будет являться относительное смещение осей крепежных отверстий в крышке и корпусе. При установлении допуска на замыкающее звено следует исходить из самого неблагоприятного случая и установить допуск, равный наименьшему предельному зазору между винтом и отверстием в крышке. Пример 4. Задача: обеспечить вхождение вала К редуктора в муфту М, установленную на валу электродвигателя (рис. 4.22.). Рис. 4.22. Замыкающие звенья соединения Вхождение вала редуктора в муфту возможно, если несовпадение оси вала с осью отверстия в муфте не будет превышать зазора между ними. Так как причиной несовпадения осей является относительное смещение и поворот вала и отверстия муфты в пространстве, то в каждой из двух координатных плоскостей необходимо учесть их в виде самостоятельных замыкающих звеньев. Например, в вертикальной плоскости (рис. 4.22.) ими будут Г Δ и γ Δ Прежде чем установить допуски на исходные звеньяГ Δ и γ Δ , необходимо выявить границы допустимого зазора между валом и отверстием в муфте. Наибольший предельный зазор S max должен быть назначен с учетом эксплуатационных требований к муфте. Наименьший предельный зазор S min лимитируется не только условиями эксплуатации, но и трудностями изготовления деталей редуктора, двигателя, муфты и их монтажа. Так как Т ГΔ и Т γΔ должны быть установлены, исходя из значения S min , при котором создаются самые неблагоприятные условия сборки, то сборщики изделия заинтересованы в наибольшем приближении S min к S max . Но приближение S min к S max сокращает допуск на зазор, а, следовательно, допуски на диаметры валов и отверстия в муфте, и усложняет изготовление деталей. Выбор значения S min должен быть сделан с учетом сложности изготовления изделия в целом. Переход от S min к Т ГΔ и Т γΔ следует произвести по схеме, приведенной на рис. 4.23. Рис. 4.23. Расчетная схема расположения осей 1 – ось отверстия в муфте; 2 – ось вала редуктора На схеме l – длина участка поверхности вала, на которой вал сопрягается с муфтой, а – смещение оси вала редуктора 2 относительно оси отверстия в муфте 1, b – смещение конца вала из-за поворота его относительно оси. Так как значением S min необходимо ограничить смещение и поворот вала редуктора в пространстве, то для ограничения их только в одной координатной плоскости можно использовать лишь часть зазора. Если считать, что смещение и повороты вала в каждой из координатных плоскостей равновероятны, то (a+b) ≤ S min cos 45 0 Отсюда Т ГΔ = a; Т γΔ =b/l Пример 5. Задача: необходимо обеспечить при обработке заготовки параллельность поверхности А детали поверхности Б, которой она устанавливается на стол универсально-фрезерного старка (рис. 4.24.). Замыкающим звеном размерной цепи, при помощи которой решается эта задача, является относительный поворот β Δ поверхностей обрабатываемой детали. Допуск замыкающего звена Т βΔ должен быть задан равным допуску на относительный поворот поверхностей А и Б детали, установленному чертежом. Рис. 4.24. Выявление составляющих звеньев размерной цепи Выявив замыкающее звено, можно приступить к нахождению составляющих звеньев размерной цепи. Составляющими звеньями конструкторских размерных цепей могут быть: расстояния (относительные повороты) между поверхностями (их осями) деталей, образующих замыкающее звено, и основными базами (ГОСТ 21495–76) этих деталей; расстояния (относительные повороты) между поверхностями вспомогательных (ГОСТ 21495– 76) и основных баз деталей, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи своими размерами. Руководствуясь этим положением, для нахождения размерной цепи следует идти от поверхностей (их осей) деталей, образующих замыкающее звено, к основным базам этих деталей, от них – к основным базам деталей, базирующих первые детали, вплоть до образования замкнутого контура. Несовпадения (зазоры, несоосности) основных и вспомогательных баз соединяемых деталей, если они возможны, учитываются отдельными звеньями. Для пояснения изложенного на рис. 3.39. дано схематическое изображение машины, у которой требуется обеспечить положение поверхности Б относительно поверхности А. Буквами О и В указаны соответственно основные и вспомогательные базы деталей. В соответствии со сделанными рекомендациями построены размерные цепи Д и β, определяющие положение поверхностей А и Б. На рис. 3.40 и 3.41 представлены размерные цепи, с помощью которых решаются задачи, рассмотренные в примерах 1–4, построенные по тем же правилам. Рис. 4.25. Схемы размерных цепей модели машины Рис. 4.26. Схемы размерных цепей сборочной единицы 1 – ось резьбового отверстия; 2 – ось отверстия в крышке; 5 – ось отверстия в крышке; 4 – ось винта; 5 – ось отверстия в корпусе золотника. Рис. 4.27. Схемы размерных цепей соединения 1 – ось вала двигателя; 2 – ось отверстия муфты; 3 – ось вала редуктора. По тем же правилам производится и выявление составляющих звеньев технологических размерных цепей системы СПИД и измерительных цепей (рис. 4.28, на котором представлена размерная цепь, относящаяся к примеру 5). Рис. 4.28 Схема технологической размерной цепи фрезерного станка Выявление технологических размерных цепей, отображающих связь операций при получении размера детали, рекомендует начинать с последней операции, на которой получается выдерживаемый размер. При этом могут иметь место два варианта: а) задача обеспечения точности размера решается в пределах последней операции (в тех случаях, когда в качестве одной из технологических баз используется поверхность, от которой задан размер). В этом случае точность выдерживаемого размера достигается с помощью размерной цепи системы СПИД этой операции; б) выдерживаемый размер будет являться замыкающим звеном трехзвенной размерной цепи, в которой одним из составляющих звеньев является расстояние (поворот) между конечным положением режущего инструмента и технологической базой детали, а другим составляющим звеном размер, полученный на одной из предшествующих операций. Рассматривая последний как замыкающее звено размерной цепи, возникающей на предшествующей операции, можно встретить вариант а или б. Развитие размерных связей завершается операцией, на которой размер получается как замыкающее звено размерной цепи системы СПИД. ТЕМА 7. МЕТОДЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ (2 ЧАСА ЛЕКЦИИ) Методы достижения точности замыкающего звена Обеспечение точности создаваемой машины сводится к: достижению требуемой точности замыкающих звеньев Размерных цепей, заложенных в ее конструкцию, и размерных Цепей, возникающих в процессе изготовления машины. Задача обеспечения требуемой точности замыкающего звена в зависимости от предъявляемых к нему требований, типа и условий производства может быть решена экономично одним из пяти методов: полной, неполной, групповой взаимозаменяемости, пригонки или регулирования. 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 рассчитывают по методу максимума-минимума с использованием формул (4.5) и (4.7). 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 (4.2) и (4.3), 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: i m i i m i i Н T i А 5 , 0 1 1 1 1 0 i m i i m i i B T i А 5 , 0 1 1 1 1 0 Рассмотрим пример обеспечения требуемой точности замыкающего звена методом полной взаимозаменяемости. Задача. Обеспечить зазор между торцами зубчатого колеса и проставочного кольца в механизме (рис. 4.32) в пределах 0–0,2 мм. Замыкающим звеном А является размер, связывающий торцы зубчатого колеса и проставочного кольца. Размерная цепь А, определяющая зазор, показана на рис. 3.48. Ее уравнение А = –А 1 + А 2 – A 3 Из условий задачи следует, что поле допуска замыкающего звена А А Н В А Т = 0,2 – 0 = 0,2 мм, а координата середины поля допуска замыкающего звена ) 0 2 , 0 ( 5 , 0 ) ( 5 , 0 0 А А А Н В = +0,1 мм Имея дело с плоской линейной размерной цепью (| 1 i А ) и решая задачу методом полной взаимозаменяемости, при назначении полей допусков на составляющие звенья необходимо соблюдение условия A m i A T T i 1 1 Учитывая степень сложности достижения требуемой точности составляющих звеньев в процессе изготовления деталей, подбором устанавливаем: 03 , 0 1 A T мм, 15 , 0 2 A T мм, 02 , 0 3 A T мм. Принимаем координаты середин полей допусков: 015 , 0 1 0 A мм, 075 , 0 2 0 A мм. Рис. 4.32 Размерная цепь, обеспечивающая зазор А Координату середины поля допуска третьего звена находим из уравнения 3 2 1 0 0 0 1 1 0 0 A A A i A i А m i A т.е. 0,1 = 0,015 + 0,075 – 3 0 A . Следовательно, 3 0 A =0,01 мм. Правильность назначения допусков проверим, определив предельные отклонения замыкающего звена: 0 ) 02 , 0 15 , 0 03 , 0 ( 5 , 0 ) 01 , 0 75 , 0 015 , 0 ( 5 , 0 1 1 1 1 0 m i A m i A H i i A i A T 2 , 0 ) 02 , 0 15 , 0 03 , 0 ( 5 , 0 ) 01 , 0 75 , 0 015 , 0 ( 5 , 0 1 1 1 1 0 m i A m i A B i i A i A T Сопоставление с условиями задачи показывает, что допуски установлены правильно. 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. 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 предоставляет возможность 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 сочетаний таких отклонений при формировании значения замыкающего звена. На рис. 4.33 дано разъяснение принципиального различия между методами полной и неполной взаимозаменяемости и схематично отображено преимущество второго метода перед первым. Рис. 4.33. Сравнительная схема достижения точности замыкающего звена методами полной и неполной взаимозаменяемости При заданном допуске А Т замыкающего звена трехзвенной размерной цепи А при использовании метода полной взаимозаменяемости допуски составляющих звеньев 2 1 А А А Т Т Т Установив более широкие допуски на составляющие звенья ( 1 1 A А T Т и 2 2 A А T Т )и ориентируясь на метод полной взаимозаменяемости, мы вправе ожидать отклонений замыкающего звена 2 1 А А А Т Т Т Однако в силу распределения как самих отклонений составляющих звеньев, так и их сочетаний, например, по закону Гаусса вероятность выхода отклонений замыкающего звена за пределы А Т будет небольшой. Это нетрудно представить, сопоставив площади заштрихованных и незаштрихованного участков, находящихся под кривой распределения отклонений замыкающего звена. Таким образом, метод неполной взаимозаменяемости не гарантирует получения 100 % изделий с отклонениями замыкающего звена в пределах заданного допуска. Однако дополнительные затраты труда и средств на исправление небольшого числа изделий, размеры которых вышли за пределы допуска, в большинстве случаев малы по сравнению с экономией труда и средств, получаемых при изготовлении изделия, размеры которого имеют более широкие допуски Экономический эффект, получаемый от использования метода неполной взаимозаменяемости вместо метода полной взаимозаменяемости, возрастает по мере повышения требований к точности замыкающего звена и увеличения числа составляющих звеньев в размерной цепи. При расчете полей допусков по методу неполной взаимозаменяемости используют формулу (4.3.8), в которой учтены вероятностные явления, сопровождающие процесс изготовления машины. Значение коэффициента риска t выбирают из таблиц значений функции Ф(t) Лапласа в зависимости от принятого риска Р в %. При нормальном законе распределения отклонений и равновероятном их выходе за обе границы поля допуска t Ф Р 2 1 100 Некоторые значения коэффициента t приведены ниже: Риск Р, % 32,00 10,00 4,50 1,00 0,27 0,10 0,01 Коэффициент t 1,00 1,65 2,00 2,57 3,00 3,29 3,89 Правильность выбора значения Р может быть обоснована только Технико-экономическим расчетом . Значение коэффициента i можно назначать, а можно выбирать. Если бы производственникам был дан метод управления законом распределения отклонений составляющих звеньев, что, в принципе вполне возможно, то значения i не выбирали, а назначали, как эта делают с допусками. Пока же значения i приходится выбирать с учетом возможных условий, в которых будут осуществляться технологические процессы. Практика показывает, что наиболее распространенными законами, которым подчинено рассеяние отклонений, являются нормальный закон (закон Гаусса), где i = 1/9, закон Симпсона (закон треугольника), где i = 1/6, закон равной вероятности, где i = 1/3. Наиболее благоприятные условия для рассеяния отклонений по нормальному закону складываются в массовом и крупносерийном производстве, менее благоприятно – в мелкосерийном и единичному В тех случаях, когда трудно предвидеть законы распределения отклонений составляющих звеньев размерной цепи, избирают закон Симпсона или закон равной вероятности. Несоответствие фактических законов распределения, принятым в расчете, может повлечь за собой больший процент выхода отклонений замыкающего звена за пределы установленного допуска. Распределение допуска замыкающего звена между составляющими звеньями методом подбора обычно сопровождается многократными проверками сходимости с допуском замыкающего звена, заданной условиями задачи, квадратичной суммы допусков составляющие звеньев и корректировками их значений. При этом не должен упускаться из виду экономический фактор, обусловливающий практическую приемлемость устанавливаемых допусков. Координаты середин полей допусков рассчитывают по формулам (4.2) и (4.3) 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: 1 1 2 2 2 1 1 0 ) 5 , 0 ( m i i i i m i i Н T t i (4.10) 1 1 2 2 2 1 1 0 ) 5 , 0 ( m i i i i m i i B T t i (4.11) Для иллюстрации методики расчета допусков при достижении требуемой точности замыкающего звена методом неполной взаимозаменяемости возьмем ранее рассмотренный пример (см. рис. 3.49), полностью сохранив условия задачи. Итак, А Т = 0,2 мм, А 0 =+0,1 мм. Зададим значение коэффициента риска А t , считая, что в данном случае Р = 1 % экономически оправдан. Такому риску соответствует А t = 2,57. Полагая, что условия изготовления деталей таковы, что распределение отклонений составляющих звеньев будет близким к закону Гаусса, принимаем 2 i A = 1/9. Учитывая трудности достижения требуемой точности каждого составляющего звена и используя формулу (3.8), подбираем следующие значения полей допусков: 1 А Т = 0,1 мм; 2 А Т = 0,20 мм; 3 А Т = 0,06 мм. Действительно, при этих значениях i А Т 2 , 0 ) 06 , 0 2 , 0 1 , 0 ( 9 1 57 , 2 2 2 2 1 1 2 2 2 m i A A A A А i i i T t Т мм Для двух составляющих звеньев установим следующие значения координат середин полей допусков: 1 0 А = 0, 2 0 А = 0,1 мм. Значение 3 0 А найдем из уравнения 3 2 1 0 0 0 0 A A A A , т.е. 0,1 = 0 + 0,1 – 3 0 А Следовательно 3 0 А = 0. Правильность установленных допусков может быть проверена по формулам (3.10) и (3.11). Используя их, определяем 4 06 , 0 2 , 0 1 , 0 9 1 57 , 2 ) 0 1 , 0 0 ( ) 5 , 0 ( 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 0 m i i i i m i i Н T t i = = 0,1 – 0,1 = 0 4 06 , 0 2 , 0 1 , 0 9 1 57 , 2 ) 0 1 , 0 0 ( ) 5 , 0 ( 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 0 m i i i i m i i В T t i = =0,1 + 0,1 = 0,2 Сопоставляя эти значения с условиями задачи, убеждаемся в правильном ее решении. Интересно сопоставить значения полей допусков, установленные при решении задачи методами полной и неполной взаимозаменяемости и приведенными в табл. 4.1. Таблица 4.1. Сопоставление полей допусков при расчете двумя методами Звено i А Т при расчете по методам взаимозаменяемости Увеличение i А Т , раз полной неполной А 1 А 2 А 3 0,03 0,15 0,02 0,10 0,20 0,06 3,33 1,33 3,00 |