Расчет припусков. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И МЕЖПЕРЕХОДНЫХ РАЗМЕРОВ. Расчет припусков и межпереходных размеров
 Скачать 5.93 Mb.
|
|
(СФУ) ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В.Е. Авраменко. Н.С. Индаков БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Красноярск 2007 2 УДК 621.8.001.66 (77) Авраменко В.Е., Индаков Н.С. Базирование и базы в машиностроении: Учеб. пособие/КГТУ. Красноярск,2005.121с. Изложены основные положения теории базирования. Приведена методика обоснования рационального варианта схемы базирования, задания по разработке схем базирования, примеры их выполнения и наиболее распространенные схемы базирования типовых деталей. Учебное пособие рекомендуется для самостоятельной работы при изучении теоретического материала по курсу “Основы технологии машиностроения” выполнения курсовых и дипломных проектов и проведения практических занятий Для студентов специальностей 151001, 151002 3 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Эта система координат может быть связана с исполнительными поверхностями станка, приспособления для установки заготовки, измерительной системы или базами другой детали, определяющей положение данной детали. База – поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащие заготовки и используемые для базирования (рис. 1а, 1б) Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия (рис. 2,а) Опорная точка – точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с избранной системой координат (рис.2,б) Для обеспечения неподвижности заготовки или изделия в избранной системе координат на них необходимо наложить шесть двухсторонних геометрических связей, для создания которых необходим комплект баз. Если в соответствии со служебным назначением изделие должно иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается. Схема базирования – это схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия. Условное изображение опорных точек и пример схемы базирования призматической детали приведены на рис.3 Все опорные точки на схеме базирования изображают условными значками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую, изображается одна точка и около нее проставляют номера совмещенных точек. (Точки 4, 5 на рис. 3) 4 Рис. 1а. Поверхность или сочетание поверхностей, используемые для базирования. 5 Рис. 1б. Ось или точка, используемые для базирования. 6 I, II, III – базы детали I – 6 – двухсторонние связи I, II, III – базы детали Рис.2. Определение положения твердого тела в координатной системе: а – комплект баз призматической детали; 7 б – двухсторонние связи. Рис.3. Условное обозначение опорных точек и схемы базирования призматической детали. 8 Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек. Смена баз – преднамеренная или случайная замена одних баз другими с сохранением их принадлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам. Погрешность базирования – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого. Закрепление – приложение сил или пары сил к заготовке или изделию для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базировании. Установка – процесс базирования и закрепления заготовки или изделия. Погрешность установки – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого. ВИДЫ БАЗ По назначению базы подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные. Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские базы, в зависимости от выполняемых ими функций, разделяют на основные и вспомогательные. Основная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии (рис.4). 9 I, II, III – комплект основных баз шестерни I, II – основные базы вала I, II, III – комплект основных баз корпусной детали. Рис.4. К определению основной базы. 10 Вспомогательная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемой к ним детали или сборочной единицы (рис. 5). Технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта (рис.6). Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения (рис.7). По лишаемым степеням свободы различают следующие базы: Установочная база – база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей (рис.8). Направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещение вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (рис.8). Опорная база – база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы – перемещение вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (рис.8) Двойная направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (рис.9). Двойная опорная база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей (рис.10). По характеру проявления базы могут быть явными и скрытыми. 11 I, II, III – один из комплектов вспомогательных баз вала со шпонкой. I, II, III – один из комплектов вспомогательных баз корпуса Рис.5. К определению вспомогательной базы 12 Рис.6. Технологические базы: I, II, III – комплект технологических баз, определяющих положение заготовки в приспособлении. 13 Рис.7.Измерительная база. А – измерительная база детали Рис.8. Схема баз призматической детали: I – установочная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси Z и поворотов вокруг осей X и Y ; II – направляющая база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси Y и поворотов вокруг оси Z; III – опорная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси X; 14 Рис.9. Двойная направляющая база детали, лишающая ее перемещений вдоль осей Y и Z и поворотов вокруг осей Y иZ (Поверхность I ) Рис.10. Двойная опорная база детали, лишающая ее перемещений вдоль осей X и Y.(Поверхность I ) 15 Явная база – база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок (рис.11). Скрытая база – база заготовки в виде воображаемой плоскости, оси или точки (рис.11) Полное наименование базы должно включать ее определение по трем классификационным признакам, располагаемым в следующем порядке: по назначению; по лишаемым степеням свободы; по характеру проявления; Например: “Конструкторская основная установочная явная база”. “Технологическая направляющая скрытая база”. “Измерительная опорная явная база”. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ БАЗИРОВАНИЯ Задачи установки и соединений деталей возникают: при сборке машины; в процессе механической обработки, когда заготовку необходимо установить и закрепить с заданной точностью на столе или в приспособлении; в процессе измерения заготовки или детали. Аналогичные задачи приходится решать при установке и закреплении режущего инструмента на шпинделе станка, борштанге, резцедержателе. Соединение двух деталей можно представить как совмещение двух координатных систем, принадлежащих этим деталям. Соединить деталь 1 (рис.12,а) с деталью 2, это значит привести в соприкосновение координатные плоскости X 1 O 1 Y 1 16 Рис.11. Характер проявления баз: I – установочная явная база заготовки; II – направляющая скрытая база заготовки; III – опорная скрытая база заготовки; 1- 6 – опорные точки; 7 – заготовка 17 Рис.12. Схема совмещения координатных систем двух сопрягаемых деталей. 18 , X 1 O 1 Z 1 и Y 1 O 1 Z 1 детали 1 (рис.12,б), материализованные в виде поверхностей ее основных баз, с координатными плоскостями YOX, XOZ, YOZ детали 2, материализованными в виде поверхностей ее вспомогательных баз. Из теоретической механики известно, что каждое свободное тело имеет шесть степеней свободы относительно трех координатных осей X,Y, Z. Положение такого тела относительно выбранной системы координат определяется шестью независимыми величинами – шестью координатами. Каждая из координат лишает твердое тело одной степени свободы. Величина этой координаты определяет с требуемой точностью положение одной из точек твердого тела относительно выбранной координатной плоскости. Таким образом, требуемое положение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических связей. При наложении геометрических связей тело лишается трех перемещений вдоль осей ОX, ОY, ОZ и трех поворотов вокруг этих осей, т.е. тело становится неподвижным в системе ОXYZ. Наложение двухсторонних геометрических связей достигается соприкосновением поверхностей тела с поверхностями другого тела, к которому оно присоединяется, и приложением сил для обеспечения контакта между ними. Тело, ограниченное реальными поверхностями, может контактировать с телами, определяющими его положение, в общем случае лишь по отдельным элементарным площадкам, условно считаемыми точками контакта. При идеализации геометрической формы поверхностей соединяемых тел считается, что они полностью контактируют по сопрягающимся поверхностям. Шесть связей, лишающих тело движения в шести направлениях, могут быть созданы контактом соединяемых тел в шести точках. В случае идеализации формы поверхностей считается, что осуществление необходимых связей достигается контактом тел по поверхностям, наличие реальных связей символизируется опорными точками, имеющими теоретический характер. Для придания положения телу с использованием его плоскостей симметрии или осей поверхностей связи должны быть наложены непосредственно на плоскости симметрии, оси, линии или точки их пересечения. В теоретической механике рассматривается определение положения тела относительно избранной системы координат OXYZ через определение положения связной с ним системы координат O 1 X 1 Y 1 Z 1 . Жесткая связь системы O 1 X 1 Y 1 Z 1 с телом дает возможность отнести связи, налагаемые на тело, к системе O 1 X 1 Y 1 Z 1. Для призматического тела при рассмотрении вопросов базирования целесообразно координатные плоскости системы O 1 X 1 Y 1 Z 1 строить на базах тела таким образом, чтобы одна из них, принимаемая за начало отсчета (рекомендуется X 1 O 1 Y 1 ), бала лишена одного перемещения и двух поворотов, другая (X 1 O 1 Z 1 ) – была перпендикулярна к X 1 O 1 Y 1 и лишена одного перемещения и одного поворота, третья (Y 1 O 1 Z 1 ) – была перпендикулярна к X 1 O 1 Y 1 и Y 1 O 1 Z 1 и лишена одного перемещения. Из требований к относительному положению координатных плоскостей следуют требования к относительному положению баз, входящих в состав комплекта и представляющих систему O 1 X 1 Y 1 Z 1 19 В зависимости от конструкции детали, характера и условий решаемой задачи координатные плоскости системы O 1 X 1 Y 1 Z: либо материализуются точками контакта или непосредственно поверхностями тела, используемыми в качестве баз; либо представляются мысленно; либо создаются комбинированным способом. К мысленному построению координатных плоскостей приходится прибегать, когда требуется определить положение тела, используя его центр, оси поверхностей и плоскости симметрии, а также в случае ориентации визуально. Мысленно создаваемые координатные плоскости совмещаются с центром или осями поверхностей тела. В качестве их используются плоскости симметрии, а при отсутствии таковых координатные плоскости связываются с характерными поверхностями или сечениями, позволяющими судить о положении тела. На координатных плоскостях мысленно размещаются опорные точки, символизирующие необходимые связи (рис.2,б). 5 6 4 3 2 1 Z 1 Z X X 1 Y 1 Y O 1 Рис.13. Пример построения систем O 1 X 1 Y 1 Z 1 при контакте тел по реальным поверхностям: I – установочная база; II – направляющая база; III – опорная база; 1-6 – точки контакта 20 Материализация координатных плоскостей точками контакта исходит из физической сущности сопряжения тел по поверхностям, имеющим отклонение формы от идеальной. Положение тела, устанавливаемого на реальные поверхности, определяется через координаты точек контакта, возникающих на базах (рис.13). При идеализации геометрической формы базирующих поверхностей за координатные плоскости принимаются сами базирующие поверхности (рис.14). Создание системы координат O 1 X 1 Y 1 Z 1 комбинированным способом имеет место, когда роль одной части баз выполняют оси поверхностей тела, плоскости симметрии и т.д., а другой – сами поверхности тела (рис.15). КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ Все многообразие поверхностей деталей изделий машиностроения сводится к четырем видам: исполнительные поверхности – поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение; основные базы – поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии; вспомогательные базы – поверхности данной детали, при помощи которых определяется положение присоединяемой к ней детали; свободные поверхности – поверхности, не соприкасающиеся с поверхностями других деталей. Базирование деталей реализуется на всех этапах создания изделия: при конструировании, в технологическом процессе изготовления деталей, при измерении и сборке изделия. Отсюда вытекает необходимость разделения баз по назначению на три вида: конструкторские, технологические и измерительные. Группу конструкторских баз составляют основные и вспомогательные базы. Это подразделение конструкторских баз действительно как для изображения изделия на чертеже, так и изготовленного изделия. Необходимость такого подразделения вытекает из различия роли основных и вспомогательных баз и 21 O 1 O 6 5 3 4 2 1 X 1 X Y 1 Z 1 Y Z Рис.14. Пример построения системы координат O 1 X 1 Y 1 Z 1 при контакте тел по идеализированным поверхностям: I – установочная база (т.1, 2, 3); II – направляющая база (т.4, 5); III – опорная база (т.6); 1-6 – опорные точки 22 Рис.15. Примеры построения системы координат O 1 X 1 Y 1 Z 1 комбинированным способом: а – при базировании зубчатого колеса с длинной ступицей: I – двойная направляющая скрытая база; II – опорная база; III – опорная скрытая база; 23 б – при базировании узкого зубчатого колеса: I – установочная база; II – двойная опорная скрытая база; III – опорная скрытая база важности учета этого при конструировании (выборе конструктивных форм поверхностей деталей, задания их относительного положения , простановке размеров, разработке норм точности и т.д.), разработке и осуществлении технологических процессов. Законы базирования являются общими для всех стадий создания изделия. Поэтому, независимо от назначения, базы могут различаться лишь по отнимаемым от базируемых заготовки или детали степеням свободы и по характеру проявления. Это обстоятельство является основанием для выдвижения еще двух признаков классификации: по лишаемым базой степеням свободы и по характеру проявления. Схематично классификация баз представлена на рис.11. РАСПОЛОЖЕНИЕ ОПОРНЫХ ТОЧЕК Можно выделить три группы деталей, отличающиеся присущим им комплектами баз, образующих их координатные системы, и расположением опорных точек на базах, символизирующих двухсторонние связи детали с избранной системой координат: призматические детали; цилиндрически детали (L/D>1); диски (L/D<1). Координатную систему O 1 X 1 Y 1 Z 1 призматической детали образуют плоскости (рис.2). Опорные точки, символизирующие двухсторонние связи призматической детали с избранной системой координат OXYZ, целесообразно расположить на ее базах следующим образом: три опорные точки (т.1,2,3) на поверхности, имеющей максимальные габариты (установочная база, определяющая положение детали относительно координатной плоскости XOY); две опорные точки (т.4,5) на поверхности максимальной протяженности (направляющая база, определяющая положение детали относительно координатной плоскости YOZ); одну (т.6) на поверхности с минимальными габаритами (опорная база, определяющая положение детали относительно плоскости XOZ). Таким образом, комплект баз, формирующих координатную систему призматической (корпусной) детали составляют базы: установочная; направляющая; 24 опорная базы; Штриховыми линями, соединяющими поверхности детали с координатными плоскостями, изображены связи, называемые в механике удерживающими или двухсторонними. Если у корпусной детали нет трех развитых (или обработанных) плоскостей, образующих ее координатную систему, роль направляющей и опорной баз могут выполнять крепежные (или специально обработанные технологические) отверстия на основании. (Приложение 1, схема 3). Другие возможные варианты комплектов баз корпусных деталей приведены ниже. Положение цилиндрической детали относительно трех выбранных координатных плоскостей определяется также шестью координатными или опорными точками. Координатную систему, связанную с цилиндрической деталью, целесообразно “построить” следующим образом: координатную плоскость X 1 O 1 Z 1 совместить с одним из торцов детали, а ось Y 1 – с осью цилиндрической поверхности (рис.16). Двухсторонние связи детали с координатной системой OXYZ в данном случае распределятся следующим образом: четыре координаты (т.1, 2, 3, 4) определят положение оси цилиндрической поверхности относительно координатных плоскостей XOY и YOZ; ось цилиндрической поверхности в данном случае выполняет роль двойной направляющей базы; одна координата (т.5) определяет положение детали относительно координатной плоскости XOZ; 25 o 1 y 1 O 5 Y 2 6 1 z 1 x 1 3 4 x z Рис.16. Схема определения положения цилиндрической детали (L/D>1) относительно трех координатных плоскостей 26 торец детали с опорной точкой 5 является опорной базой, лишающей возможности перемещения в направлении оси Y; координата 6 связывает точку, лежащую на плоскости X 1 O 1 Y 1 , с координатной плоскостью XOY и реализует еще одну опорную базу, лишающая деталь возможности вращения вокруг собственной оси. Таким образом, комплект баз цилиндрической детали, формирующих ее координатную систему, состоит из двойной направляющей и двух опорных баз. Возможные схемы установки цилиндрических деталей и соответствующие им теоретические схемы базирования приведены в приложении. Координатная система диска строится аналогично цилиндрической детали (рис.17). Координатная плоскость X 1 O 1 Z 1 совмещена с базовым торцом диска, а ось Y 1 – с осью цилиндрической поверхностью диска. Расположение опорных точек, символизирующих двусторонние связи диска с координатной системой XOY в данном случае иное: три координаты (т.1, 2, 3) определят расположение торца и связанной с ним координатной плоскости X 1 O 1 Y 1 относительно плоскости XOY: торец диска выполняет роль установочной базы. две координаты (т.4,5) определят положение оси диска относительно координатных плоскостей XOY и YOZ; ось (центр) диска является двойной опорной базой. координата 6 связывает точку, лежащую на плоскости X 1 O 1 Y 1 , с координатной плоскостью XOY и реализует опорную базу, лишающую диск возможности вращения вокруг собственной оси. Таким образом, комплект баз, образующих координатную систему диска, состоит из установочной, двойной опорной и опорной баз. 27 4 3 2 1 5 6 o 1 O Z Z 1 x 1 y 1 X Y Рис.17. Схема определения положения диска (L/D<1) относительно трех координатных плоскостей 28 Y y 1 X x 1 Z z 1 4 5 6 2 1 3 Рис.18. Схема превращения координат в шесть опорных точек |