Раздел 5. Технология сборки машин

Тема 5.1 основные понятия о сборке. Методы сборки

Процесс сборки является заключительный этапом изготовления машины, который в значительной степени определяет ее основные эксплуатационные качества. Условия достижения высоких эксплуата­ционных качеств машины не ограничиваются созданием ее удачной конструкции или применением высококачественных материалов для изготовления ее деталей. Не гарантирует этих качеств и высоко­точное изготовление деталей с обеспечением оптимального состоя­ния поверхностных слоев их сопряженных или рабочих поверхностей. Процесс изготовления машины может гарантировать достижение всех требуемых ее эксплуатационных показателей, а также ее надежности и долговечности в эксплуатации лишь при условии высококачествен­ного проведения всех этапов сборки машины (т.е. сборки и регули­ровки отдельных сборочных единиц-узлов и общей сборки и испытаний изготовляемого изделия в целом).

Это связано с тем, что в процессе сборки вполне доброкачест­венных изделий по разным причинам могут возникать погрешности взаимного расположения деталей, существенно снижающие точность и служебные качества собираемого изделия. Причинами возникновения таких погрешностей могут быть:

1. Ошибки, допускаемые рабочими при ориентации и фиксации установленного положения собираемых деталей (образование зазоров между торцами втулок, монтируемых на валах, и торцами соответст­вующих фланцев и буртиков валов в связи с недостаточно плотным их соединением сборщиком или сдвигом втулки сверлом при засверловке стопорного отверстия на валу "по месту" через отверстие во втулке; попадание грязи и стружки между сопрягаемыми поверх­ностями; совпадение эксцентриситетов наружной и внутренней по­верхностей втулок, посадочной шейки вала, на которой монтируется втулка, и его опорных шеек; нарушение правильной последователь­ности затяжки винтовых соединений и непостоянство усилия затяж­ки и т.п.).

2. Погрешности установки калибров и измерительных средств, применяемых при сборке; погрешности регулирования, пригонки и контроля точности положения детали в машине, достигнутого при сборке, а также собственные погрешности измерительных средств.

3. Относительные сдвиги деталей в промежутке времени между их установкой в требуемые положения и их фиксацией в этом поло­жении.

4. Образование задиров на сопрягаемых поверхностях деталей.

5. Упругие деформации сопрягаемых при их установке и фикса­ции и пластические деформации поверхностей сопряжений, нарушаю­щие их точность соединений.

Примером очень большого влияния качества сборки на эксплуа­тационные свойства изделий могут служить данные об изменении долговечности службы ответственного болтового соединения в зави­симости от усилия его предварительной затяжки, приведенные в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Влияние усилия предварительной затяжки болта на долговечность ответственного болтового соединения

Усилие предварительной затяжки болта, Н	Диапазон изменения рабочей нагрузки, Н	Средняя долговечность срока службы болта в циклах
6320 26300 32100 37500	0 - 41000	5960 35900 214500 5000000

Эти данные показывают, что одни и те же детали соединения при разных условиях сборки могут изменять долговечность службы в сотни и даже тысячи раз.

Выполнение сборочных работ связано с большой затратой вре­мени, составляющей значительную долю общей трудоемкости изготов­ления машины. В зависимости от типа производства затраты времени на сборочные работы составляют (в процентах от общей трудоемкости изготовлений машин):

В массовом и крупносерийном производствах 20 – 30

В серийном производстве 25 – 35

В единичном и мелкосерийном производствах 35 – 40

В различных отраслях машиностроения доля сборочных работ различна и приблизительно составляет (в процентах от общей тру­доемкости изготовления машин и приборов):

В тяжелом машиностроении 30 – 35

В станкостроении 25 – 30

В автомобилестроении 18 – 20

В приборостроении 40 – 45

Следует отметить, что основная часть (50-85%) слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие боль­ших затрат Физического труда и высокой квалификации рабочих.

Большая трудоемкость слесарно-сборочных работ не только су­щественно увеличивает общую трудоемкость изготовления машин, но и приводит к значительному ухудшению экономических показателей работы предприятия, связанному с большим скоплением на сборке дорогостоящих готовых деталей и узлов, увеличивающим стоимость незавершенного производства предприятия и снижающим оборачивае­мость оборотных средств.

Изложенные причины превращают проблему повышения качества и производительности сборки в одну из первоочередных и важнейших задач технического прогресса современного машиностроения»

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ СБОРКИ

Сборка - это образование разъемных или неразъемных соединений составных частей заготовки или изделия. Сборка может осуществляться простым соединением деталей, их запрессовкой, свинчиванием, свар­кой, пайкой, клепкой и т.д. По своему объему сборка подразделяется на общую сборку, объектом которой является изделие в целом, и на узловую сборку, объектом которой является составная часть изделия, т.е. сборочная единица или узел.

В условиях единичного и мелкосерийного типов производств ос­новная часть сборочных работ выполняется на общей сборке, и лишь малая их доля осуществляется над отдельными сборочными единицами. С увеличением серийности производства сборочные работы все больше раздробляются по отдельным сборочным единицам, и в условиях массо­вого и крупносерийного типов производств объем узловой сборки ста­новится равным или даже превосходит объем общей сборки (та6лица 5.2). Это в значительной мере способствует механизации и автоматизации сборочных работ и повышает их производительность. По стадиям про­цесса сборка подразделяется на виды, перечисленные ниже.

Таблица 5.2 - Структура слесарно-сборочных работ в различных типах производства (в процентах к обшей трудоемкости сборки)

Вид сборочных работ	Тип производства
	единичное	серийное			массовое
		мелко- серийное	средне-серийное	крупно-серийное
Слесарные работы	25-30	20-25	15-20	10-15	-
Узловая сборка	5-10	10-15	20-30	30-40	45-60
Общая сборка	60-70	60-70	50-65	45-60	40-55

Предварительная сборка, т.е. сборка заготовок, составных ча­стей или изделия в целом, которые в последующем подлежат разборке. Например, предварительная сборка узла с целью определения размера неподвижного компенсатора.

Промежуточная сборка, т.е. сборка заготовок, выполняемая для дальнейшей их совместной обработки. Например, предварительная сбор­ка корпуса редуктора с крышкой для последующей совместной обработки отверстий под подшипники; предварительная сборка шатуна с крышкой шатуна для обработки отверстия под шатунные шейки коленчатого вала и т. п.

Сборка под сварку, т.е. сборка заготовок для их последующей сварки. Процесс соединения деталей при помощи сварки в большинстве случаев является сборочным и может быть введен непосредственно в поток узловой или общей сборки. Большой объем сборочных работ с применением сварки выполняется при изготовлении, например, кузовов и кабин различных транспортных машин. В процессе сварки основание, кабина и другие элементы кузова удерживаются в специальных приспо­соблениях фиксаторами, чем обеспечивается правильное положение эле­ментов относительно друг друга.

Окончательная сборка, т.е. сборка изделия или его составной части, после которой не предусмотрена его последующая разборка при изготовлении.

Следует обратить внимание, что после окончательной сборки для некоторых изделий может следовать демонтаж, в состав которого вхо­дят работы по частичной разборке собранного изделия с целью подго­товки его к упаковке и транспортированию к потребителю (например, сборка крупных паровых и гидравлических турбин и т.п.).

П о методу образования соединений сборка подразделяется на:

 Слесарную сборку, т.е. сборку изделия или его составной части при помощи слесарно-сборочных операций;

 Монтаж, т.е. установку изделия или его составных частей на месте использования (например, монтаж станка с ЧПУ на предприятии - потребителе; монтаж турбины на месте ее постоянной работы сов­местно с генератором на ГРЭС, ТЭЦ и т.п.);

 Электромонтаж, т.е. монтаж электроизделий или их составных частей, имеющих токоведущие элементы;

 Сварку (рисунок 5.1), пайку, клепку и склеивание.

Необходимо отметить, что значительно усовершенствованный за последние годы процесс создания неразъемных соединений склеиванием обеспечивает высокую прочность соединений.

Значения разрушающей нагрузки при сдвиге в ньютонах для раз­личных видов соединений приводятся ниже:

Прессовая посадка втулки 1570

Прессовая посадка той же втулки с карбинольным клеем 3310

Вклеивание втулки со скользящей посадкой карбинольным клеем 4540

При склеивании не происходит деформации и ослабления стенок склеиваемых деталей и не требуется нагрева выше 150 - 200 С.

Соединения устойчивы против воздействия керосина, бензина, масла, воды, кислот и щелочей и применяются для создания таких ответственных конструкций, как крылья самолетов, винты вертоле­тов, корпуса ракет. Применение склеивания вместо пайки на соеди­нениях различных трубопроводов ограничивается плохой склеиваемостью медных и латунных деталей и неустойчивостью соединений против повышенной температуры (свыше 60 С).

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ СБОРКИ

В различных типах и при разных условиях производства органи­зация сборки приобретает различные формы, указанные на рисунке 5.2.

По перемещению собираемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства - на непоточную, групповую и поточную.

Непоточная стационарная сборка характеризуется тем, что весь процесс сборки и его сборочных единиц выполняется на одной сбороч­ной позиции: стенде, станке, рабочем месте, на полу цеха. Все де­тали, сборочные единицы (узлы) и комплектующие изделия поступают на эту позицию.

Этот вид сборки может выполняться без расчленения сборочных работ, когда вся сборка изделия производится одной бригадой рабо­чих-сборщиков последовательно, т.е. от начала до конца. В этом случае применяется концентрированный технологический процесс сбор­ки, состоящий из небольшого числа сложных операций.

К достоинствам этого метода следует отнести.

1. Сохранение неизменного положения основной базовой детали, что способствует достижению высокой точности собираемого изделия (особенно при крупных изделиях с недостаточно жесткой конструк­цией).

2. Использование универсальных транспортных средств, при­способлений и инструментов, что сокращает продолжительность и стоимость технической подготовки производства.

Недостатками этого метода являются:

1. Длительность общего цикла сборки, выполняемой последова­тельно.

2. Потребность в высококвалифицированных рабочих, способных выполнять любую сборочную операцию.

3. Увеличение потребности в больших сборочных стендах и вы­соких помещениях сборочных цехов, так как каждая машина, собираемая на стенде от начала до конца, длительное время занимает мон­тажный стенд. Это особенно существенно при увеличении производст­венной программы выпуска крупных машин, когда их выпуск лимитиру­ется наличием монтажных стендов и высоких сборочных цехов.

Областью применения стационарной неподвижной сборки является единичное и мелкосерийное производство тяжелого и энергетического машиностроения, экспериментальные и ремонтные цехи (сборка круп­ных дизелей, прокатных станов, крупных турбин и т.п.).

Рисунок 5.2 – Схема организационных форм сборки

Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных ра­бот предполагает дифференциацию процесса на узловую и общую сбор­ку. Сборка каждой сборочной единицы и общая сборка выполняются в одно и то же время разными бригадами и многими сборщиками. Соби­раемая машина остается неподвижной на одном стенде. В результате такой организации длительность процесса сборки значительно сокра­щается.

Расчетное количество рабочих позиций или стендов ₀ для па­раллельной сборки одинаковых объектов подсчитывается по формуле:

(5.1)

где То - расчетная трудоемкость всех переходов сборки одного объекта:

Тс - расчетная трудоемкость переходов, выполнение которых совмещено во времени с выполнением других объектов;

Т - расчетный такт сборки.

Областью экономичного использования данного вида сборки яв­ляется производство изделий, изготовляемых единицами или в не­больших количествах.

Преимущества сборки с расчленением на узловую и общую сборку приводятся ниже:

1. Значительное сокращение длительности общего цикла сборки.

2. Сокращение трудоемкости выполнения отдельных сборочных операций за счет:

а) специализации рабочих мест сборки узлов и им оборудования соответствующими приспособлениями и механизирующими устройствами;

б) специализации рабочих-сборщиков определенных узлов и при­обретения ими соответствующих навыков;

в) лучшей организации труда (рабочие не скапливаются одно­временно на ограниченном пространстве монтажного стенда и не ме­шают друг другу, как это имеет место при однобригадной стационар­ной сборке).

3. Снижение потребности в дефицитной рабочей силе сборщиков высокой квалификации.

4. Более рациональное использование помещения и оборудования сборочных цехов (узловая сборка может производиться в более низких помещениях, не оборудованных мощными кранами и другими устройства­ ми).

5. Уменьшение размеров высоких помещений сборочных участков, оборудованных мощными подъемно-транспортными устройствами, требуе­мых для размещения монтажных стендов, так как при разделении узло­вой и общей сборки длительность пребывания собираемой машины на стенде сокращается.

6. Сокращение себестоимости сборки.

Применение узловой сборки возможно лишь при соответствующем оформлении конструкции изделия, предусматривающем расчленение его на технологические сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга.

В связи с этим расчленение изделия на отдельные конструктивно-технологические сборочные единицы является одним из основных условий технологичности конструкции.

Областью экономичного использования данного вида сборки явля­ется серийное производство средних по размеру и крупных машин.

Непоточная подвижная сборка характеризуется последовательным перемещением собираемого изделия от одной позиции к другой. Пере­мещение собираемого объекта от одной рабочей позиции к другой может быть свободным или принудительным. Технологический процесс сборки при этом разбивается на отдельные операции, выполняемые одним ра­бочим или небольшим их числом.

Сборка со свободным перемещением собираемого объекта заклю­чается в том, что рабочий, закончив свою операцию, с помощью ме­ханизирующих средств или вручную перемещает собираемую сборочную единицу на следующую рабочую позицию. Сборочные единицы могут также собираться на тележках, стоящих на рельсовых путях, на рольгангах и т. п.

Сборка с принудительным передвижением собираемого объекта состоит в том, что объект сборки передвигается при помощи кон­вейера или тележек, замкнутых ведомой цепью. Сборка может выпол­няться как на конвейере, так и возле него. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ.

Фактическая продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса колеблется, так как она зависит не только от квалификации и интенсивности труда сборщика, но также и от каче­ства собираемых деталей. Для компенсации таких колебаний созда­ется межоперационный задел.

Расчетное количество рабочих позиций q₁, которые должен последовательно пройти собираемый объект в процессе сборки, подсчитывается по формуле:

(5.2)

где t _n - расчетное время, необходимое для перемещения одного собираемого объекта с рабочей позиции на следующую;

₁ - количество параллельных потоков, необходимых для выполнения производственной программы параллельной сборки одинаковых собираемых объектов; количество параллельных потоков определяется по формуле:

(5.3)

где - продолжительность наиболее длительной сборочной операции (трудоемкость всех несовмещенных пере­ходов, составляющих наиболее длительную операцию).

Непоточная подвижная сборка находит экономичное применение при переходе от сборки единичных изделий к их серийному изготов­лению.

Поточная сборка характеризуется тем, что при построении технологического процесса сборки отдельные операции процесса вы­полняются за одинаковый промежуток времени - такт, или за промежу­ток времени, кратный такту. При этом на более продолжительных операциях параллельно работают несколько рабочих-сварщиков.

Обе­спечение одинаковой продолжительности технологических операций, называемое синхронизацией операций, достигается их перестройкой, заключающейся в уменьшении числа их переходов или их механизации (когда требуется ускорить их выполнение) или включение в опера­цию дополнительных элементов работы (когда трудоемкость операции меньше установленного такта).

Поточная сборка может быть организована со свободным или с принудительным ритмом. В первом случае рабочий передает собирае­мое изделие на соседнюю операцию по мере выполнения собственной работы, а во втором случае, при работе с принудительно-регулируе­мым ритмом» момент передачи выполненной работы на следующую опе­рацию определяется сигналом (световым или звуковым) или скоростью непрерывно или периодически движущегося конвейера.

Межоперационное перемещение собираемого изделия при поточ­ной сборке осуществляется; вручную или с помощью тележек, наклон­ного лотка или рольганга; с помощью распределительного конвейера, предназначенного для перемещения собираемых возле него изделий; на конвейере с периодическим перемещением, в период остановки которого на нем производится сборка; на непрерывно движущемся кон­вейере, перемещающем собираемое изделие со скоростью, обеспечиваю­щей возможность выполнения сборочный операций. При перемещении собираемого изделия вручную скорость перемещения принимается рав­ной 10-15 м/мин.; при перемещении по лотку и рольгангу - до 20 м/мин.; для распределительного конвейера - 30-40 м/мин. и для не­прерывно действующего конвейера - 0,25-3,5 м/мин.

Общая продолжительность поточной сборки

(5.3)

где Т - такт сборки;

n_n - число рабочих мест на поточной линии, зависящее от числа сборочных и контрольных операций (с учетом резервных мест).

Поточная сборка сокращает длительность производственного цикла и уменьшает межоперационные заделы деталей, повышает спе­циализацию сборщиков и возможности механизации и автоматизации сборочных операций, что в конечном счете приводит к снижению трудоемкости сборки на 35-50%.

Главным условием организации поточной сборки является обе­спечение взаимозаменяемости собираемых узлов и отдельных деталей, входящих в поточную сборку. В случае необходимости использования пригоночных работ они должны осуществляться за пределами потока на операциях предварительной сборки.

При этом пригнанные детали и узлы должны подаваться на по­точную сборку в окончательно скомплектованном и проконтролирован­ном виде. Ответственным и сложным вопросом организации поточной сборки является проблема операционного контроля качества сборки и обеспечение исправления обнаруженных при контроле дефектов без нарушения установленного ритма сборки.

Конструкция собираемого на потоке изделия должна быть хорошо отработана на технологичность.

Поточная сборка является рентабельной при достаточно большом объеме выпуска собираемых изделий.

Поточная стационарная сборка является одной из форм поточной сборки, требующей наименьших затрат на ее организацию. Она приме­няется при сборке крупных и громоздких, т.е. неудобных для транс­портирования изделий (например, при сборке самолетов и т.п. изде­лий). При этом виде сборки все собираемые объекты остаются на ра­бочих позициях в течение всего процесса сборки. Рабочие (или бри­гады) по сигналу все одновременно переходят от одних собираемым объектов к следующим через периоды времени, равные такту. Каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закрепленную за ним (бри­гадой) одну и ту же операцию на каждом из собираемых объектов.

Расчетное количество рабочих (или бригад) q₂, необходимых для одного потока, подсчитывается по следующей формуле:

(5.4)

где t_p - расчетное время для перехода рабочих (или брига­ды) от одних собираемых объектов к другим;

₂ - количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы параллельной сборки одинако­вых объектов.

Значение ₂ определяется по формуле:

(5.5)

Основным преимуществом данного вида сборки является работа с установленным тактом; результатами этого являются равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая производительность труда, высокий съем продукции с 1 м² площади.

Областью экономично­го использования является серийное производство ряда машин, отли­чающихся недостаточной жесткостью базовых деталей, большими габа­ритными размерами и массой (например, производство тяжелых стан­ков, крупных дизелей, тяжелых грузовых автомобилей, самолетов и т.п.).

Поточная подвижная сборка становится экономически целесооб­разной в тех случаях, когда выпуск машин и их сборочных единиц значительно возрастает» Данный вид сборки может быть осуществлен с непрерывно или периодически перемещающимися собираемыми объек­тами. Преимуществами поточной подвижной сборки являются выполне­ние работы с требуемым тактом и возможность почти полного совме­щения времени, затрачиваемого на транспортирование объектов, со временем их сборки.

Расчетное количество рабочих позиций q₃, которые должен пройти в процессе сборки собираемый объект, подсчитывается по следующим формулам:

• при сборке с непрерывным движением собираемого объекта

(5.6)

• при сборке с периодическим движением собираемого объекта

(5.7)

(5.8)

где ₃ - количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы при параллельной поточной подвижной сборке объектов;

- расчетное время, необходимое рабочему для возвращения в исходное положение после выполнения операции.

Длина рабочей части конвейера определяется из формулы:

(5.9)

где L - длина собираемого объекта, измеряемого в направлении движения конвейера, м;

l₁ - промежуток времени между собираемыми объектами, необходимый для удобства сборки, м.

РАЗМЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ СБОРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ.

РАСЧЕТЫ СБОРОЧНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

При соединении деталей машин в процессе сборки необходимо обеспечить их взаимное расположение в пределах заданной точности.

Под точностью сборки следует понимать свойство процесса сборки изделия обеспечивать соответствие значений параметров из­делия заданным в конструкторской документации. В результате сборки должно быть обеспечено такое взаимное положе­ние деталей и сборочных единиц, чтобы их исполнительные (функцио­нальные) поверхности или сочетания этих поверхностей в своем от­носительном состоянии не выходили за пределы установленных допус­ков не только в процессе сборки, но и в процессе эксплуатации машины. Одним из средств определения рациональных допусков, обес­печивающих наиболее экономичную обработку деталей и сборку машин, является расчет и анализ размерных цепей.

Как известно, при расчете размерных цепей могут быть использованы различные методы, характеристики которых изложены в таблице 5.3.

Короткие технологические сборочные размерные цепи с числом составляющих звеньев не более трех рассчитываются по принципу пол­ной взаимозаменяемости на максимум и минимум. Конструкторские и сборочные размерные цепи во многих случаях имеют по четыре, пять и более составляющих звеньев, поэтому их расчет должен производиться вероятностным методом по принципу не­полной взаимозаменяемости (рисунок 5.4).

Таблица 5.3 – Методы достижения точности замыкающего звена, применяемого при сборке (ГОСТ 23887 – 79, ГОСТ 16319 – 80, ГОСТ 14.320 – 81)

Метод	Сущность метода	Область применения
Полной взаимозаме-няемости	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений	Использование экономично в условиях достижения высокой точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно большом числе изделий, подлежащих сборке
Неполной взаимозаме-няемости	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений.	Использование целесообразно для достижения точности в многозвенных размерных цепях; допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц; у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный риск несобираемости.
Групповой взаимозаме -няемости	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принад-лежащих к одной из групп, на которые они предварительно рассортированы.	Применяется для достижения наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хранения и транспортирования в специальной таре.
Пригонки	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изме-нением размера компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала (рисунок 5.8).	Используется при сборке изделий с большим числом звеньев; детали могут быть изготовлены с экономич-ными допусками, но требуются дополни-тельные затраты на пригонку компенсатора; экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким связанным размерным цепям.
Регулирования	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удале-ния материала с компенсатора (рисунок 5.9).	Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала; обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации машины.
Сборка с ком-пенсирующими материалами	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается при-менением компенсирующего мате-риала, вводимого в зазор между сопрягаемыми поверхностями деталей после их установки в требуемом положении (рисунок 5.10).	Использование наиболее целесообразно для соединений и узлов, базирующихся по плоскостям (приваленные поверхности станин, рам, корпусов, подшипников, траверс и т. п.); в ремонтной практике для восстановления работоспособности сборочных единиц, для изготовления оснастки

При этом методе требуемая точность обеспечивается у заранее обусловленной части объектов посредством включения в размерную цепь составляющих звеньев без их выбора, пригонки или изменений их значений регулированием. При таком рас­чете некоторая часть деталей (обычно до 0,27%) не будет собираться и может потребоваться замена.

Расчет вероятностным методом, осу­ществляемый в этом случае, производится с учетом фактического рас­пределения истинных размеров внутри полей их допусков и вероятнос­ти их различных сочетаний при сборке и механической обработке.

Ниже излагаются применяемые при сборке методы групповой вза­имозаменяемости, регулирования и пригонки размеров при сборке.

Рисунок 5.3 – Размерные цепи соединений

(индекс В характеризует диаметральные размеры, индексы А и Б – линейные):

а – с неподвижным компенсатором; б – с подвижным компенсатором;

в – вала привода толкателя с компенсаторами 32 и 26

Рисунок 5.4 – Сборочные единицы и схемы размерных цепей

Методы групповой взаимозаменяемости (селективная сборка)

При достижении точности по методу групповой взаимозаменяемос­ти требуемая точность замыкающего звена достигается путем включе­ния в размерную цепь составляющим звеньев, принадлежащих к общей группе предварительно измеренных и рассортированных деталей.

В этом случае детали изделия обрабатываются по расширенным, а также экономически достижимым производственным допускам и сор­тируются по их истинным размерам на группы с таким расчетом, чтобы при соединении деталей, входящих в определенные группы, было обес­печено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена и гарантирована требуемая точность сборочного соединения.

Метод групповой взаимозаменяемости применяется главным образом для размерных цепей, состоящих из небольшого числа звеньев (обычно трех, иногда четырех), для сборочных соединений особо высокой точ­ности, практически недостижимой методом полной взаимозаменяемости (шариковые подшипники, плунжерные пары, поршневой палец и отверстие поршня или верхней головки шатуна и т.п.).

Рисунок 5.5 – Технологические схемы процесса сборки:

а – червячного колеса; б – группы верхнего вала коробки передач

Сборка по методу групповой взаимозаменяемости носит название селективной сборки (или сборки по методу подбора). Селективная сборка применяется не только для сопряжений цилиндрических деталей, но используется также для конических, призматических и резьбовых соединений, а в некоторых случаях и для соединения нескольких деталей в многозвенных размерных цепях. В последнем случае сорти­ровке на группы в пределах расширенных допусков могут подвергаться не только две какие-либо сопрягаемые детали из числа входящих в данную размерную цепь, по последовательно несколько пар деталей.

Расчет групповых допусков сводится к определению числа групп n, на которые должны быть рассортированы сопрягаемые детали, ве­личины полей групповых допусков и предельных отклонений групповых размеров. Допуск замыкающего звена соединения, изображенного на рисунке … (допуск зазора), при поставленных в чертеже широких эко­номически достижимых допусках составляющих звеньев ТА₁ и ТА₂ определяются выражением:

(5.10)

где max и min - наибольший и наименьший зазоры соединения.

Для повышения точности соединения без ужесточения экономически достижимых допусков на составляющие звенья ТА₁ и ТА₂ поля этих допусков делятся на n частей (групп), образуя групповые допуски и .

Соответственно этому все детали, изготовленные по допускам ТА₁ и ТА₂, сортируются по группам в пределах групповых допусков и поступают на сборку групповыми комплектами (комплект валов и втулок первой группы, комплект второй группы и т.п.)

При этом соединение валов и отверстий общей группы произво­дится без всякого дополнительного подбора, т. е. по принципу пол­ной взаимозаменяемости.

Если по условиям эксплуатации изделия на больший зазор соединения _max должен быть уменьшен до величины (рисунок 5.6), то необходимая величина группового допуска может быть определена из выражения:

(5.11)

где min - наименьший зазор соединения, определяемый эксплуатационными требованиями (обеспечение необходимого слоя смазки и т.п.), указанный в чертеже изделия.

Количество необходимых групп n определяется по формуле: (5.12) Для обеспечения равномерности соединений в разных группах (постоянство предельных зазоров во всех группах) необходимо, чтобы ТА1 = ТА2, тогда . Сортировка деталей, изготовленных по широким допускам раз­меров, повышает точность соединений, уменьшая их зазоры пропор­ционально числу принятых групп п. Однако при этом значительно возрастает влияние шероховатости сопрягаемых поверхностей и по­грешностей их геометрической формы, обычно ограничиваемых вели­чинами, пропорциональными выдерживаемым допускам на размеры.

Рисунок 5.6 - Схема определения групповых допусков

При широких экономически достижимых допусках, по которым обычно обрабатываются сортируемые в дальнейшем детали, погрешности их формы и шероховатость бывают довольно значительными и недопусти­мыми при высокоточной селективной сборке. В связи с этим при применении метода групповой взаимозаменяемости, несмотря на сра­внительно широкие допуски составляющих размеров, необходимо уже­сточить допуски на погрешности геометрической формы и снизить шероховатость сопрягаемых поверхностей.

Метод групповой взаимозаменяемости позволяет значительно по­высить точность сборки без существенного повышения требований к точности механической обработки деталей или расширить допуски на механическую обработку без снижения точности сборки. В ряде слу­чаев сборки высокоточных соединений метод групповой взаимозаме­няемости является практически единственно возможным.

Для осуществления нормальной и ритмичной сборки необходимо ее непрерывное обеспечение достаточным количеством собираемых деталей в каждой группе. В связи с этим организация селективной сборки реально осуществима только в условиях крупносерийного или массового производства. При этом практически важно, чтобы внутри каждой группы собираемых деталей на сборке было обеспечено одина­ковое количество валов и отверстий. Это может быть достигнуто только при условии одинаковых законов распределения размеров ком­плектуемых деталей с симметричным распре-делением отклонений или с одинаковым направ-лением асимметрии. В противном случае на сборке скапливаются большое число деталей разных групп, не комплектую­щихся друг с другом. Это хорошо иллюстрируется схемой, селективной сборки валов и отверстий, имеющих одинаковые допуски при противо­положном направлении асимметрии распределения отклонений (у вала + , у отверстия - ), показанной на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 - Схема селективной сборки соединений при противоположном направлении асимметрии законов распределения размеров сопрягаемых деталей

Такая асимметрия образуется довольно часто при достижении точности методом пробный ходов и примеров, когда рабочий обраба­тывает заготовку "до закусывания" проходного калибра.

Из рисунка видно, что при комплектовании группы N 2 коли­чество валов (определяемое площадью с левой штриховкой) будет всегда меньше количества отверстий той же группы. И, наоборот, в группе N 5 всегда будет избыток валов и недостаток отверстий.

Это приводит к нарушениям ритма сборки и требует увеличения запасов деталей в сборочных цехах. Последнее увеличивает объем незавершенного производства и снижает оборачиваемость оборотных средств.

Одинаковые законы распределения отклонений размеров со­бираемых деталей при групповой взаимозаменяемости должны обеспе­чиваться соответствующим построением технологических операций и организацией технического контроля. Необходимость точных измере­ний при сортировке деталей на группы усложняет контрольные опе­рации, а необходимость четкой организации хранения и учета де­талей по группам усложняет работу планово-диспетчерской службы.

Однако перечисленные трудности организации селективной сбор­ки вполне оправдываются в массовом и крупносерийном производст­вах при сборке особо точных соединений, не осуществимой методами полной или неполной взаимозаменяемости.

Методы пригонки и регулирования При расчете размерных цепей с учетом метода пригонки требуемая точность замыкающего звена достигается изменением компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала (точением, шлифованием, шабрением или припиловкой (рисунок 5.8). При расчете размерных цепей с учетом метода регулирования требуемая точность замыкающего звена достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления с компен­сатора материала (рисунок 5.9) При использовании методов пригонки или регулирования в кон­струкцию изделия вводится специальная деталь - компенсатор, раз­меры которого могут изменяться при сборке в необходимых пределах путем удаления определенного слоя материала соответствующей ме­ханической пригонкой, и положение сопряженных поверхностей которого может также регулироваться при сборке за счет его конструкции (винтовая пара, клин, набор прокладок, зазор в сопряжении типа вал - отверстие) или перемещения (передвижные втулки и т.п.).

Рисунок 5.8 - Сборка с применением пригонки (компенсатор, т.е. прокладная шайба 1, шлифуется, подреза­ется или припиливается по толщине "по месту" для компенсации погрешности)

При применении обоих методов собираемые детали изготовляются по расширенным, экономически достижимым производственным допускам, однако при сборке расходуется дополнительное время на пригонку или регулирование размеров замыкающего звена для обеспечения тре­буемой точности изделия.

Рисунок 5.9 – Сборки с применением подвижных компенсаторов:

а – компенсатор-тяга; б – установочное кольцо со стопорным винтом; в – клиновое устройство; г – разрезная конусная втулка; д – эластичный материал

При этом в процессе пригонки часто при­ходится проводить предварительную сборку, проверку правильности положения сопрягаемых деталей и определять степень необходимой пригонки компенсирующего звена и затем уже осуществлять подгонку компенсатора. Только после этого осуществляется окончательная сборка. Все это существенно повышает трудоемкость сборки и за­трудняет ее перевод на поточные методы. Операция пригонки выпол­няется рабочими очень высокой квалификации. Применение пригонки характерно для единичного и мелкосерийного производств и часто используется в крупном машиностроении.

При проведении регулирования необходимость повторной сборки отпадает, и трудоемкость сборки снижается. При этом создаются бо­лее благоприятные условия для организации поточной сборки, однако создание специальных деталей - компенсаторов - несколько усложня­ет конструкцию изделия. Метод регулирования характерен для мелко­серийного и серийного типов производства.

Величина необходимой наибольшей возможной компенсации откло­нений замыкающего звена к в обоих случаях определяется формулой:

(5.13)

где ТА₀ - допуск замыкающего звена, требуемый конструкцией изделия;

- производственный допуск замыкающего звена опре­деленный в зависимости от числа звеньев (m - 1); т.е. по установленным расширенным, экономически достижимым производственным допускам составляю­щих звеньев (точнее - фактическое поле рассеяния отклонений замыкающего звена при производственных допусках составляющих звеньев).

Номинальный размер компенсирующего звена увеличивается на величину компенсации к для уменьшающих звеньев (например, диа­метров валов) и уменьшается на эту величину для увеличивающих звеньев (например, диаметров отверстия и т.п.).

При применении метода регулирования величина наибольшей воз­можной компенсации к определяет границы требуемых перемещений подвижного или наибольший размер неподвижного компенсатора (сум­марную толщину промежуточных колец, прокладок и т. п.). В послед­нем случае минимальное число ступеней размеров неподвижных ком­пенсаторов (прокладок) может быть определено по формуле:

(5.14)

где Т_комп - допуск на изготовление неподвижного компенсатора.

Толщина неподвижных компенсаторов (прокладок) должна быть рав­на или меньше допуска замыкающего звена размерной цепи. При жестком допуске замыкающего звена и невозможности обеспечить его прокладкой соответствующей толщины применяют наборы прокладок разных толщин, используя разницу их толщин.

Метод регулирования дает возможность наибольшего расширения допусков составляющих звеньев. Расширение допусков при применении метода пригонки, увеличения к, согласно формуле приводит к увеличению припуска на пригонку, соответственно повышая ее тру­доемкость.

В противоположность этому (при методе регулирования) увеличение к не вызывает дополнительных трудностей и не повыша­ет трудоемкости операции. Очень большим достоинством метода регу­лирования является возможность поддержания точности замыкающего звена в процессе эксплуатации изделия путем компенсации износа от­дельных составляющих звеньев размерной цепи. Интересной разновидностью метода компен-сации погрешностей яв­ляется современный способ сборки плоскостных соединений с приме­нением пластмассовой прослойки (рисунок 5.10). Пластмасса в вязком состоянии при сборке помещается между соприкасающимися поверхнос­тями и, затвердевая, устраняет зазор, образующийся в связи с коле­баниями линейных размеров.

Рисунок 5.10 - Сборка корпусов подшипников с применением твердеющей пластмассовой прослойкой, компенсирующей колебание положения центров отверстий по высоте

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

Для выбора наиболее подходящего в данных случаях метода расчета размерных цепей соблюдается приведенная ниже последо­вательность расчета.

1. Определяются значения А_ср и Т_ср по формулам:

при (m – 1)  3 при (m – 1)  3

2. По полученным значениям А_ср и Т_ср определяется средний квалитет точности.

Расчет на максимум и минимум может быть принят для размерной цепи с (m - 1) < 3, если средний квалитет соответствует 9-му и грубее.

Вероятностный расчет может быть принят для размерной цепи с (m - 1) < 3, если средний квалитет соответствует 10-му и грубее.

При получении средних значений квалитетов соответственно ниже 9-го или 10-го должен быть применен один из методов компенсации погрешностей замыкающего звена путем пригонки или регулирования.

Пример Определить исполнительные размеры толщины В6 компенсирующего кольца узла редуктора (рисунок 5.11) при его механической обработке, обеспечивающие возможность пригонки кольца при сборке, гарантирую­щей возможность достижения зазора между компенсирующим и упорным кольцами в пределах 0,05-0,15 мм. Исходные данные: В = 0,05  0,15 мм; В1 = 2  0,05 мм; В2 = 112  0,11 мм; В3 = 23 - 0,13 мм; В4 = 60 - 0,19 мм; В5 = 23 – 0,13 мм.

Рисунок 5.11 – Узел редуктора

В соответствии с условиями задачи принимаем в качестве номи­нального размера замыкающего звена:

В₀ = 0,05 мм; Т₀ = 0,1 мм; ES = А₀ = + 0,15 мм.

Решение

Номинальный размер толщины B₆ компенсирующего кольца после его пригонки согласно формуле равен;

В₆ = В₂ – В₁ – В₅ – В₄ – В₅ – В = 112 – 2 – 23 – 60 – 23 – 0,05 = 3,95 мм.

В качестве экономически достижимого допуска размера В₆ может быть принят допуск по 10-му квалитету СТ СЭВ (обработка плоским шлифованием), т.е. ТВ = 0,048 мм. Поле рассеяния ₀ размеров за­мыкающего звена при использовании указанных экономически достижи­мых производственных допусков составляющих размеров рассчитываемой размерной цепи согласно формуле определяется выражением:

Величина требуемой компенсации согласно формуле равна:

к = ₀ – ТА₀ = 0,43 – 0,1 = 0,33 мм

Номинальный размер толщины компенсирующего кольца после его механической обработки (до пригонки):

Исполнительный размер толщины компенсирующего кольца после его механической обработки

мм, т.е. 4,3h11