Глава V изготовление деталей машин

Каждая машина состоит из различных узлов и частей, имеющих самостоятельное значение.

Узлы, иначе называемые сборочными единицами, состоят из разъемных и неразъемных соединений деталей. Например, узлами токарного станка являются передняя бабка, коробка подач, суппорт, задняя бабка; узлами автомобиля — двига­тель, коробка скоростей, механизм рулевого управления и т. п.

Для того чтобы изготовить машину, необ­ходимо разработать ее конструкцию, изгото­вить детали, выполнить сборку узлов и маши­ны в целом.

Разработку конструкции выполняют в конструкторском бю­ро, где на основе общего проектного задания создается техни­ческий проект машины, по которому делают рабочие чертежи на изготовление деталей, сборку узлов и машин.

Руководствуясь чертежами, технологическими и операцион­ными картами и другой, технической документацией, изготов­ляют заготовки деталей посредством литья, ковки, штамповки, разрезания и другими способами.

Полученные заготовки направляют затем в механические, термические и другие цехи для обработки, а детали — в сбо­рочные цехи для сборки узлов и машин. Изготовление машины заканчивается ее испытанием и подготовкой для отправки по­требителю.

Каждая машина состоит из деталей, имеющих определен­ные формы и размеры. Эти детали соединяются и взаимодей­ствуют с другими деталями при выполнении основного рабочего процесса, для которого предназначена машина. Детали работают в машине лишь некоторый промежуток времени; если они износились, их заменяют новыми. При этом очень важно, чтобы новые детали точно подошли на место старых. Такие детали называют взаимозаменяемыми.

Взаимозаменяемость деталей требуется не только для быст­рого ремонта машин. Производство машин в массовом масштабе было бы очень трудоемким, если бы люди не научились делать детали взаимозаменяемыми, т. е. изготовлять их с опре­деленной точностью размеров и геометрических форм. В про­тивном случае детали, изготовленные на разных рабочих местах, нельзя было бы собрать в один узел без дополнительной их обработки и подгонки друг к другу. Рассмотрим, чем определяется точность размеров и формы деталей, обеспечи­вающая взаимозаменяемость, и как она достигается на совре­менных машиностроительных заводах.

§ 1. Точность и чистота обработки деталей машин

В современном машиностроении детали машин от перво­начальной заготовки до готового изделия проходят нередко длинный производственный процесс, который состоит из ряда этапов. На каждом этапе этого процесса, начиная от отрезания заготовки или изготовления ее литьем или ковкой, соблю­дается определенная точность размеров и гео­метрической фор­мы полуфабрика­та — будущей де­тали.

Для сопрягаемых размеров деталей устанавливаются допу­стимые границы, между: которыми они должны находиться.

Разность между наи­большим и наименьшим допустимыми размерами называется допуском, а сами размеры — предель­ными.

Например, необходи­мо изготовить из метал­ла стержень длиной l мм. В этом случае мы называем размер l номинальным размером и его величину проставляем на чертеже (рис. 124). При этом согласно заданию размеры детали могут колебаться в пределах от l+а до l-b; первый из указанных размеров называется наибольшим предельным размером, а второй — наименьшим предельным размером. Изготовив стержень, измерим его длину и получим действительный размер, который либо больше l на величину х, либо меньше l на величину y. Очевидно, что действи­тельный размер детали (т. е. l + х или l - y) может иметь любые значения между предельными; отклонения х и у являются отклонениями от номинального размера. Очевидно, что допускаются отклонения не выше а (верхнее отклонение) и не ниже b (ниж­нее отклонение), т. е. величина допуска равна

δ = (l + a) – (l – b) = a + b.

В зависимости от возможной и необходимой точности размера и формы детали или полуфабриката установлена величина допуска в виде предельных отклонений. На чертеже величину того или иного размера записывают не просто l, а . При изготовлении де­тали следует исходить из того, что отклонение этого размера должно находиться в пределах допуска.

В зависимости от способа обработки получается разная точ­ность размеров детали, т. е. детали могут быть изготовлены по различным классам точности. В машиностроении принято десять классов точности. Каждый из них характеризуется определенной величиной допусков на размеры деталей. За единицу до­пуска (ЕД) принята точность, получаемая при чистовом шлифовании вала данного диаметра. Ниже приводится таблица, которая показывает число ЕД для каждого класса точности и способ обработки, позволяющий получить деталь с заданной точностью размеров. Исходя из величины единицы допуска, определяют величину отклонений на размер вала или отвер­стия в зависимости от их диаметра и класса точности (табл. 2).

Таблица 2

Число ЕД для различных классов точности

Класс точности	Число ЕД		Способ обработки
	для отверстий	для вала
1	0,6	0,7	Полирование, доводка
2	1,5	1.0	Чистовое шлифование
2а	2,25	1,5	Чистовое шлифование
3	3	3	Черновое шлифование
3а	6	6	Чистовое шлифование
4	10	10	Черновое шлифование
5	20	20	Грубое обтачивание
7	40	40	Литье в металлическую форму (штамповка)
8	60	60	Литье в земляную форму
9	100	100	Ковка на молотах

Как видно из приведенной таблицы, можно заранее выбрать способ изготовления детали в зависимости от требуемой точности размеров. Обычно детали имеют поверхности, которыми они со­прикасаются с другими деталями. Эти поверхности называются сопрягаемыми и размеры, их определяющие, также называются сопрягаемыми. Есть у деталей поверхности, которыми они не соприкасаются с другими деталями. Эти поверхности и раз­меры, их определяющие, называются свободными. Очевидно, что класс точности сопрягаемых размеров выше класса точ­ности размеров свободных.

При построении таблиц допусков на размеры принимают во внимание, как будет расположено поле допуска, т.е. его изображение на схеме относительно номинального размера. Ког­да у вала верхнее отклонение равно нулю, а допуск для различных классов точности образуется лишь смещением нижнего от­клонения, вал называется основным. Для создания сопряже­ния двух деталей с различной свободой их взаимного перемеще­ния производным размером при основном вале будет обладать отверстие. Например, для тугого соединения вала и отверстия диаметр отверстия уменьшают, для свободного соединения диаметр отверстия увеличивают. У основного отверстия допуск для различных классов точности образуется изменением верхнего отклонения, тогда как нижнее отклонение размера ос­тается равным нулю.

Сопряжение при основном отверстии образуется изменением допуска на размер вала. Дальше об этом будет рассказано под­робнее. На странице 167 приводится таблица 3 допусков для основного отверстия (А) и основного вала (В).

Из таблицы легко увидеть, что допуск раз­мера зависит как от класса точности, так и от номинального размера детали. Если допуск вала диаметром 7 мм, изготовленного по второму классу точности, ра­вен 10 мк, то допуск вала диаметром 700 мм равен 50 мк.

Для того чтобы было легче разбираться в соотношении полей допусков двух сопряженных деталей, условились на схемах изо­бражать все поле допуска с одной стороны от оси (рис. 125).

Для вала (рис. 125, а) все поле допуска б изображается у од­ной из его образующих, лучше верхней. Тогда номинальный раз­мер и будет ограничен, с одной стороны, образующей цилиндра, а с другой — линией, проходящей внутри поля допуска. Наибольший предельный размер будет иметь своими границами обра­зующую и верхний предел (начало) поля допуска, наименьший; предельный размер — образующую и нижний предел (конец) поля допуска.

Те же обозначения приняты и для отверстия (рис. 125, б). Необходимо отметить также, что номинальные размеры двух сопряженных деталей могут отличаться от обоих предельных размеров, т. е. быть больше или меньше их — лежать не внутри по­ля допуска, а вне его. Ниже, при рассмотрении различных видов сопряжений двух деталей (отверстия и вала), это будет показано более наглядно.

Рис. 125. Схема изображения полей допусков:

а — для вала; б — для отверстия.

Рассмотрим еще одну характеристику детали, которая наряду с точностью размеров определяет возможность сборки двух сопряженных деталей в механизме или машине, — это точность формы детали. Точность формы детали в огромной степени ни зависит от технологии ее обработки и применяемого оборудования.

Таблица 3