5.4. Источники возникновения погрешностей узлов и механизмов строительных технологических машин
Точность узлов машины предопределяется точностью деталей, из которых собраны узлы. Это относится также и к оборудованию, на котором изготовлены и на котором ремонтируют узлы и детали строительных технологических машин.
По источникам возникновения отклонений от установленных норм и характеру все ошибки механизмов, влияющие на погрешности собранных и обработанных изделий, условно разделяют на несколько групп.
Основные из них таковы:
– геометрическая точность;
– кинематическая точность;
– жесткость системы;
– позиционирование подсистем;
– виброустойчивость узлов, подсистем, а также всего объекта;
– автоколебания;
– теплостойкость и другие группы.
Рассмотрим причины возникновения погрешностей в узлах машин и системах оборудования, определяющих и влияющих на точность.
Отметим, что при отсутствии внешних воздействий, геометрическая точность зависит от ошибок соединений элементов узлов и влияет на точность взаимного расположения узлов машины, то есть геометрическая точность главным образом зависит от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки машины. Поэтому на погрешности в расположении основных узлов машины существуют определенные нормы.
Нормы на допустимые для данного объекта геометрические погрешности зависят от требуемого качества, а для машин и оборудования (технических систем) – точности изготовления деталей в условиях производства. Соответствие установленным нормам проверяют как для нового объекта (машины, узлов, оборудования для обслуживания машины), так и при его эксплуатации.
Обычно сложные движения деталей и узлов, где осуществляется сложное контурное взаимодействие, требуют согласования скоростей нескольких простых движений. Так появляется необходимость выделить особое значение кинематической точности.
Нарушение согласованных движений нарушает правильность заданной траектории движения объекта. Особенно это важно для металлообрабатывающего оборудования, используемого для изготовления деталей и запасных частей машин строительного комплекса, где движущийся инструмент относительно заготовки при невысокой кинематической точности искажает форму обрабатываемой поверхности.
Следующий важный показатель – это жесткость объекта, которая характеризует свойство противостоять появлению в системе упругих перемещений, возникающих под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий.
Жесткость – это отношение силы к соответствующей упругой деформации в том же направлении.
Величину, обратную жесткости, называют податливостью.
Жесткость объекта, особенно его несущей подсистемы (рамы или кузова) должна обеспечить упругое перемещение между деталями и соединениями в заданных пределах.
Жесткость и соответственно податливость базовых деталей машины (они, как правило, изготовлены из сталей) подчиняются закону Гука, и для каждой детали есть величины постоянные. Считается, что для техники при большом числе упругих деталей жесткость основных (несущих) подсистем машины близка к постоянному значению.
Жесткость большинства отдельных соединений, таких как неподвижные стыки, подшипники качения и скольжения, не является постоянной величиной вследствие отсутствия прямой пропорциональности между силой и упругим перемещением, поэтому на них следует обращать особое внимание при эксплуатации ТС МСК.
Податливость сложной системы из набора упругих элементов, работающих последовательно, равна сумме податливостей этих элементов.
Основные источники возникновения погрешностей механизмов. При проектировании строительных технологических машин и их механизмов одной из основных задач является, как правило, обеспечение требуемой точности функционирования системы. Всякий реально созданный узел отличается от идеальных прототипов, которые наилучшим образом могут решать поставленные перед ними задачи.
Для большинства механических систем эти отличия обусловлены применением упрощенной или усложненной кинематической схемы, возникающими погрешностями изготовления или монтажа, вызывающими деформацию звеньев и контактные деформации, влиянием сил трения, изнашиванием поверхностей [10], влиянием эксплуатационных нагрузок.
Все возможные погрешности, вызывающие неточности работы механизмов, классифицируют по причинам, вследствие которых они возникают. Различают погрешности следующих типов [37].
1. Методические, возникающие вследствие различия между действительным и требуемым законами движения узлов и ведомого звена. Методические погрешности часто называют погрешностями схемы; они появляются в результате изменения кинематической схемы или технологии изготовления и сборки объекта.
2. Технологические, возникающие при изготовлении и сборке механизмов; к их числу относятся погрешности размеров (линейные и угловые), геометрических форм и расположения рабочих поверхностей. Первичные технологические погрешности делятся на скалярные (погрешности размеров) и векторные (погрешности от зазоров, эксцентриситетов).
3. Эксплуатационные, возникающие при эксплуатации узлов, механизмов в результате силовых и температурных деформаций звеньев, вибраций, изнашивания деталей.
Погрешность ∆y определяется как разность между идеальной yид = f(x) и действительной yд = f1(x) функциями перемещения механизма (рис. 5.1).
В
зависимости от закономерности их
появления погрешности разделяют на
случайные
и систематические.
Случайная погрешность при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом. Присутствие случайных погрешностей можно легко установить несколькими повторными действиями при неизменных условиях эксперимента.
Рис. 5.1. Функции перемещения идеального
и действительного механизмов
Причинами появления случайных погрешностей являются неконтролируемые непрерывные изменения всех факторов и условий, влияющих на результаты обработки или измерений. Случайные погрешности неустранимы, но их влияние может быть уменьшено путем учета соответствующей коррекции.
В узлах с механическими, гидравлическими и другими приводами основными причинами появления случайных погрешностей являются зазоры в передачах, трение в шарнирах, непостоянство усилий и деформаций, температур и т. п.
Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяется. Методические погрешности, как правило, относятся к систематическим.
Часто систематическими являются также температурные погрешности. Систематическая погрешность может быть учтена введением тех или иных поправок.
По закономерности появления систематические погрешности могут быть разделены на четыре группы:
1) постоянные;
2) возрастающие, увеличивающиеся с ростом измеряемой величины (например, температурные погрешности при измерении длины детали);
3) периодические (например, погрешность, связанная с эксцентриситетом звена);
4) изменяющиеся по сложному закону (при использовании упрощенных физических зависимостей вместо точных, но более сложных).
Невозможность абсолютно точно стабилизировать влияющие факторы приводит к тому, что большинство характеристик работы и настройки станка являются вероятностными величинами и могут быть оценены лишь в результате их статистической обработки.