книги из ГПНТБ / Кабаков, М. Г. Технология производства гидроприводов учеб. пособие

Однако производство элементов гидроприводов отличается некоторыми особенностями, связанными с их назначением и эксплуатацией, и поэтому свободные поверхности деталей гидро­ агрегатов, за исключением наружных, корпусных, чаще всего обрабатывают. К таким особенностям относят требование балан­ сировать вращающиеся детали, исключение загрязнения рабочих поверхностей, повышенную усталостную прочность, работу в среде, вызывающей коррозию, использование свободных поверхностей в качестве технологических баз (при обработке рабочих колес гидротрансформаторов), достаточно жесткий допуск на массу детали и т. д. Заданные при конструировании машины формы поверхностей деталей определяют технологию ее изготовления. Например,' при изготовлении рабочих колес гидротрансформа­ торов с пространственными лопатками для увеличения к. п. д. входные кромки деталей делают закругленными, а выходные заостренными. Желательно, чтобы толщина б кромки на выходе составляла 1—1,5 мм. При отливке рабочих колес в земляные и даже в металлические формы не удается на всех лопатках полу­ чить б = 1ч-1,5 мм, так как лопатки могут иметь недоливы и трещины. Поэтому при описанном способе изготовления колес технология предусматривает их отливку с б = Зч-4 мм и затем последующую слесарную обработку выходных концов лопаток до б = 1 -г-1,5 мм. Очевидно, что при значительном выпуске машин такая технология изготовления рабочих колес экономически не оправдана. В этом случае более экономично рабочее колесо отли­ вать под давлением. При этом можно получить закругленные входные и тонкие (б = 1ч-1,5 мм) выходные кромки лопаток.

При разработке детали конструктор должен задавать такие технические требования для выполнения форм поверхностей деталей и их взаимного расположения, которые были бы проще и лучше для технологии их изготовления, контроля и надежности работы.

В качестве иллюстрации рассмотрим принцип действия и технологические особенности золотниковых распределителей сле­ дящего привода.. Золотниковые распределители этих приводов имеют проходные щели различной формы и размеров, обеспечи­ вающие требуемое регулирование системы. От точности изготов­ ления таких щелей зависит точность стабилизации максимальной скорости силового штока. Из всех конструктивных размеров наи­ большее значение для достижения эксплуатационных требований имеют диаметральные размеры гильз и золотника, определяющие радиальный зазор, и осевые размеры, обеспечивающие необходимое перекрытие и сечение проходных щелей, от которых зависит расходная характеристика. Перекрытия определяют чувствитель­ ность системы. Поэтому стремятся, чтобы они были минималь­ ными. Для высокоточных систем перекрытие составляет минус 0,01 — плюс 0,04 мм, диаметральный зазор 0,005—0,035 мм при допуске на зазор 0,003—0,005 мм. Учитывая такие жесткие тре-

20

бования к изготовлению деталей золотниковых распределителей, предпочтительнее использовать плоские золотниковые распре­ делители. Последние имеют 'преимущества перед цилиндриче­ скими распределителями по технологии их изготовления, контролю и надежности в работе, так как при их применении зазор в за­ данных пределах осуществляется технологически проще (напри­ мер, уменьшением толщины плоского золотника) и отсутствует необходимость в расположении проходных щелей в одной пло­ скости. Плоские золотниковые распределители менее чувстви­ тельны к загрязнениям. Приведенные примеры показывают, что между конструктивной формой поверхностей деталей и техноло­ гией их изготовления существует прямая связь.

§ 7. ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Под точностью изготовления детали или машины понимают степень ее приближения к геометрически правильному прототипу. Изготовить любую деталь абсолютно точно невозможно, поэтому за меру точности принимают величину отклонений от теоретиче­ ских значений. Эти отклонения после их измерения сопоставляют с отклонениями, допускаемыми назначением детали в машине. Следовательно, по всем показателям качества детали, характе­ ризующим ее назначение, необходимо устанавливать допустимые отклонения, или допуски.

Таким образом, мерами точности служат допуски, а также измеренные действительные отклонения реальной детали. Первым показателем точности изготовления детали является точность расстояния между ее двумя какими-либо поверхностями, или точность размеров поверхности детали (например, диаметр и длина цилиндрической поверхности). Вторым показателем точности слу­ жит точность поворота одной поверхности относительно другой, выбранной за базу. Точность поворота обычно рассматривают в двух перпендикулярных координатных плоскостях. Под точ­ ностью поворота понимают отклонение от требуемого углового положения одной поверхности относительно другой в каждой из двух координатных плоскостей. Поворот одной поверхности относительно другой обозначают односторонними стрелками, на конце которых располагают две короткие параллельные черты (рис. 3). На рис. 3 показано, что по­ верхность Б должна занять требуе­ мое угловое положение относительно поверхности А.

Различают следующие виды от­ клонений поверхностей деталей от их геометрических форм:

1)макрогеометрические, под ко­

21

метрической формы в пределах габаритных размеров этой

которыми понимают отклонения реальной поверхности в пределах небольших ее участков, обычно не превышающих 1 мм2. Микро­ геометрические отклонения называют шероховатостью поверх­ ности. ГОСТ 2789—59* предусматривает 14 классов чистоты, ко­ торые различаются среднеарифметическим отклонением Ra и вы­ сотой неровностей Rz.

Между перечисленными показателями точности изготовления детали существует качественная и количественная взаимосвязь. Так, чтобы измерить точность изготовления, необходимо измерить микронеровности, затем макронеровности, отклонения от требуе­ мого поворота и, наконец, точность расстояния или размера. Допуски на расстояния и размеры поверхностей деталей должны превышать допуски на отклонения от требуемого поворота по­ верхностей, которые должны быть больше допусков на макро­ геометрические отклонения, а последние — больше допусков на микрогеометрические отклонения, зависящие от назначения класса чистоты поверхности.

Точность изготовления машины в целом характеризуется: точностью относительного движения исполнительных поверх­ ностей машины (например, выдерживанием определенных пере­

крытий в золотниковых распределителях); точностью расстояний между исполнительными поверхностями

или заменяющими их сочетаниями ’поверхностей и их размеров (например, выдерживанием определенных зазоров в лабиринтных уплотнениях гидромашин);

точностью относительных поворотов исполнительных поверх­ ностей (например, выдерживанием заданного радиального биения ведущего вала гидротрансформатора относительно заточки в его корпусе, по которой он устанавливается в картере маховика двигателя);

точностью геометрических форм исполнительных поверхностей (включая макро- и микрогеометрию и волнистость);

шероховатостью исполнительных поверхностей.

При невыполнении одного из перечисленных показателей нарушается точность изготовления машины, и она может значи­ тельно снизить свои технико-экономические качества, определяе­ мые, например, для гидромашин функциональной взаимозаменяе­ мостью, надежностью, к. п. д. и другими параметрами. В системах

С 1-го января 1975 г. вводится ГОСТ 2789—73.

22

автоматического управления, где используют двухкаскадные гидроусилители с цилиндрическими золотниковыми распредели­ телями, основным параметром служит скорость движения поршня исполнительного механизма. Она обеспечивается соответству­ ющим расходом рабочей жидкости через распределительный золотник и рабочий цилиндр при заданном давлении. Расход жидкости зависит от правильности выполнения проходных щелей в гильзе, а также от перепада давления на торцах золотника. Перепад давления, в свою очередь, определяется точностью поло­ жения заслонки относительно торцов сопел. Таким образом, размеры управляющего и распределительных элементов суще­ ственно влияют на выходные параметры. Для стабильной работы гидроусилителя допуски на основные элементы необходимо уста­ навливать исходя из допустимых колебаний выходных пара­ метров. Если между выходными параметрами сборочного узла у и его размерами или другими характеристиками х х, х 2, ■■., хп имеется аналитическая зависимость

рассматриваемым характеристикам, то допуск на величину у определится выражением

Методика и примеры расчета допусковчна основные элементы электрогидравлического привода исходя из обеспечения функ­ циональной взаимозаменяемости изложены М. Ильиным и Я- Бе­ кировым [4]. При изготовлении гидроприводов в большинстве случаев рабочие поверхности деталей изготовляют по 2—5-му классам точности. При этом размеры посадочных отверстий вы­ полняют по 2—3-му классам точности, линейные размеры с до­ пусками по 3—5-му классам точности и свободные размеры — диаметры (не оговоренные допусками) — по 5-му и линейные раз­ меры — по 7-му классам точности.

Наиболее жесткие требования предъявляются к точности изготовления деталей цилиндрических и плоских распределителей, а также регулируемых дросселей типа сопло—заслонка. Так, диаметральный зазор высокоточных золотниковых распредели­

23

телей составляет 0,005—0,035 мкм при допуске на зазор 0,003— 0,005 мм. Отклонение от цилиндричности рабочих поверхностей гильзы и золотника допускается соответственно 0,002—0,010 мм. Чтобы обеспечить перекрытие 0,01—0,02 мм, отсекающие кромки гильз и золотника должны быть расположены в одной плоскости при отклонении 0,01—0,015 мм. Отклонение от плоскостности сопрягаемых рабочих поверхностей плоского золотника и соот­ ветствующих пластин не должно превышать 0,003 мм; отклонение от параллельности торцовых поверхностей плоского золотника и распределительного кольца — 0,001 мм [4]. Расходное отверстие сопла изготовляется с точностью 0,03—0,05 мм. Рабочий торец каждого сопла должен быть перпендикулярен к оси этого отвер­ стия (отклонение 0,03—0,05 мм). Смещение оси внутреннего расход­ ного отверстия относительно наружного не должно превышать 0,02 мм. Отклонение сопрягаемых рабочих поверхностей деталей постоянных дросселей от цилиндричности должно быть 0,001 — 0,002 мм.

Требования к точности изготовления деталей аксиально­ поршневых машин также весьма жесткие. Так, основные отвер­ стия корпусных деталей должны быть 2—3-го классов точности. Допуск на неплоскостность привалочных плоскостей 0,05 мм.

Отклонение от соосности отверстий допускается не более 0,01 мм. Центральное отверстие основания люльки обрабаты­ вается по 3-му классу точности, отверстия в проушинах — по 2-му классу точности, с допуском на несоосность отверстий не более 0,01 мм. Допуск на неперпендикулярность оси отверстия для торцовых поверхностей — 0,05 мм. Уплотнительные канавки в большинстве гидромашин (насосов, гидромоторов, гидроцилин­ дров, гидротрансформаторов и т. д.) обрабатывают по 4-му классу точности.

При обработке блока цилиндров аксиально-поршневых гидро­ машин допускается погрешность формы рабочей поверхности цилиндра 0,01—0,015 мм. Неплоскостность торцовой поверх­ ности, прилегающей к распределителю, должна быть не более 0,005 мм. Выпуклость указанной поверхности не допускается. Несоосность «усов» с центральным отверстием на поверхности распределителя не должна превышать 0,01 мм, неперпендикуляр­ ность торца к образующей центрального отверстия — 0,03 мм. Валики кардана (рабочие поверхности) изготовляют по 2—3-му классам точности. Неперпендикулярность осей отверстий под палец 0,005 мм. Несимметричность лысок к сфере не должна превышать 0,02 мм. Погрешность формы рабочей поверхности шатуна 0,005 мм (изготовляется по 2-му классу точности). Точ­ ность изготовления распределителей должна быть очень высокой. Центральное отверстие обрабатывают по 2-му классу точности, неплоскостность торцов 0,002 мм. Эксцентриситет пазов по отно­ шению к центральному отверстию 0,05 мм.

Наибольшая точность требуется при изготовлении муфт сво­

24

точек, называют направляющей, так как через две опорные точки ее можно провести прямую, характеризующую относи­ тельное направление. Поверхность детали, определяющая ее положение при помощи одной координаты или опорной точки, называют опорной. В качестве установочной выбирают по­ верхность, имеющую наибольшие габаритные размеры; в ка­ честве направляющей поверхности — наибольшей протяжен­ ности (длины), в качестве опорной поверхности — с наи­ меньшими габаритными размерами. Ось поверхности детали, положение которой определяется четырьмя координатами или опорными точками, называют двойной направляющей. Перечислен­ ные названия поверхностей относятся к основным и вспомога­ тельным базам. Следовательно, можно иметь основные и вспомо­ гательные установочную, направляющую, опорную и т. д. базы.

Некоторые детали исходя из их назначения в машине имеют одну или несколько степеней свободы. Например, у шпинделя станка одна степень свободы — возможность вращения относи­ тельно его опор. Поэтому у такой детали отпадает необходимость в основной опорной базе, которой обычно служит одна из поверх­ ностей шпоночного паза. Для обработку заготовок или деталей их необходимо лишать всех (шести) степеней свободы относительно той детали станка или приспособления, которая определяет поло­ жение обрабатываемой детали на станке и обычно сообщает ей нужное движение относительно режущего инструмента. При определении положения деталей, у которых количество конструк­ тивно оформленных основных и вспомогательных баз, используе­ мых для определения ее положения, а следовательно, и лишения ■шести степеней свободы, меньше трех, приходится пользоваться скрытыми базами.

Скрытыми базами называют координатные плоскости, мысленно проведенные перпендикулярно конструктивно оформленным и обрабатываемым базам детали для того, чтобы их общее число было равно трем. Скрытые базы чаще всего проводят по осям симметрии деталей. Крышка (рис. 5, а) гидротрансформатора при монтаже служит подвижным компенсатором. Она может пере­ мещаться благодаря зазорам между поверхностями отверстий под крепежные болты и их стержнями в направлении осей х и z и поворачиваться вокруг оси у. Поэтому у крышки и корпуса (рис. 5, б), на который ее монтируют, обрабатывают только одну поверхность, а не три. Следовательно, чтобы правильно устано­ вить крышку относительно корпуса, приходится использовать скрытые базы в виде двух мысленно проведенных по осям ее симметрии координатных плоскостей хоу и yoz. Эти две коорди­ натные плоскости позволяют увеличить число вспомогательных баз корпуса до трех. Также поступают с крышкой. С помощью основных и вспомогательных скрытых баз можно совместить крышку и корпус изафиксировать их. При сверлении крепежных отверстий в крышке оси их необходимо координировать относи-

26

I

базировании, можно сохранить, если контакт сопряженных баз двух деталей будет непрерывным, что обеспечит двусторон­ нюю связь соединенных деталей.

Под определенностью базирования детали понимают «неизмен­ ность» ее положения относительно поверхностей другой детали, с которой она не только соединена, но которая определяет ее положение при работе в машине или в процессе изготовления.

Чтобы создать силовое замыкание, используют упругие силы материала крепежных деталей и механизмов, а^также силы трения, тяжести, силы сжатого воздуха, давление жидкости и т. д. При соприкосновении поверхностей соединяемых деталей действи­ тельные поверхности, по которым происходит контакт в резуль­ тате макро- и микропогрешностей сопрягаемых поверхностей, представляют собой обычно некоторую часть размеров поверх­ ностей. Поэтому приложение сил для обеспечения контакта вызы­ вает контактные деформации, которые вносят дополнительные погрешности в требуемое относительное положение соединяемых деталей. При приложении сил возникают соответствующие де­ формации деталей. Эти деформации возрастают, если точки при­ ложения сил, обеспечивающих контакт, располагаются вне или между опорными точками сопрягаемых поверхностей, так как в этом случае возникают деформации сжатия и изгиба.

Итак, для соблюдения условия определенности базирования необходимо:

правильно выбрать базы; создать правильное силовое замыкание; .

уменьшить контактную деформацию, для чего выдержать при обработке заданные допуски на отклонение от геометрии и шеро­ ховатости сопрягаемых поверхностей;

правильно выбрать точки приложения сил; установить последовательность приложения сил, чтобы не

изменить положения детали при ее закреплении.

У некоторых деталей гидроприводов жесткость в одной и даже двух координатных плоскостях недостаточная. Так, ведомые валы гидротрансформаторов больших активных диаметров (более 350 мм) двухполостных гидромуфт, установленных в приводе с консоль­ ным съемом мощности, штоки гидроцилиндров с большим ходом поршня имеют значительную длину и малый диаметр и отличаются недостаточной жесткостью в двух перпендикулярных плоскостях. То же относится и к тонким дискам. При установке таких дета­ лей для обработки на станках приходится повышать их жесткость, увеличивая число опор в плоскостях недостаточной жесткости детали (например, люнетами).

В практике гидромашиностроения иногда возникает неопре­ деленность базирования детали. Под неопределенностью базиро­ вания понимают единичное или многократное изменение требуе­ мого положения детали относительно поверхностей сопряженных деталей (или детали), определяющих ее положение. Например,

28 '

неопределенность базирова­ ния роликов 2 обгонного механизма (рис. 6, а) харак­ теризуется многократным на­ рушением контакта между ними и базирующими поверх­ ностями 1 (звездочки) и по­

верхностью детали 3 (обоймы), определяющих их положение. Неопределенность базирования всегда порождает дополнительные погрешности относительного положения и движения детали. В рассматриваемом примере изменяется рабочий ход роликов, угол заклинивания обгонного механизма, что отрицательно влияет на его работоспособность. Неопределенность базирования полу­ чается также в золотниковых парах распределителей. В таком случае рассчитывают необходимые и допустимые зазоры, т. е. устанавливают надлежащие допуски на эти зазоры.

Уменьшить погрешности, вызванные неопределенностью бази­ рования, можно, если обеспечить определенность базирования детали путем соблюдения перечисленных выше условий, ввести, например, центрирование звездочки и обоймы (рис. 6, б), выбрать надлежащую конструкцию прижимных устройств и т. д. Детали или заготовки при обработке должны занимать требуемое поло­ жение относительно деталей станка, приспособления или рабочего места. Поверхности или заменяющие их сочетания поверхностей, при помощи которых определяется положение детали в процессе

ееобработки, называют технологическими базами детали.

При изготовлении деталей и их сборке приходится производить

измерения, чтобы определить действительные размеры, а также относительные повороты поверхностей и другие характеристики качества деталей. Поверхности, или заменяющие их сочетания поверхностей, или части поверхности детали, относительно кото­ рых измеряют расстояния и повороты (для определения положе­ ния) других поверхностей, называют измерительными базами. При установке и определении положения измерительного инстру­ мента относительно детали используют материальные и .скрытые базы так, чтобы общее количество баз не превышало трех.

При изготовлении некоторых деталей приходится сменять базы, т. е. заменять одни поверхности деталей, заготовок, исполь­ зуемых в качестве баз, другими. Различают неорганизованную и организованную смену баз. При организованной смене баз соблю­ дают определенные условия, т. е. такой сменой баз управляют.

29