книги из ГПНТБ / Ковалев Н.А. Теория механизмов и детали машин крат. курс учебник

нами, обеспечивающими выход шлифовального круга, шпоночный паз в отверстии должен делаться сквозным для выхода протяжки и т. д.

Правильно сконструированная деталь должна иметь такое распо­ ложение обрабатываемых поверхностей, чтобы наибольшее количество их могло быть обработано при одном и том же положении детали на станке, т. е. с одной установки. При этом нужно иметь в виду еще и то, что современные многошпиндельные и агрегатные станки позволяют вести обработку многих поверхностей одновременно. Все эти условия поясняются на рис. 2-6.

Для неподвижных деталей обязательно предусматривают сбра-’ ботку тех поверхностей, которые соприкасаются с соседними деталями, так как правильность их взаимного положения должна быть обеспе­

Рис. 2-6

чена с большой точностью, а шероховатость опорных поверхностей должна быть возможно меньшей. Поверхность движущихся, быстро вращающихся и весьма напряженных деталей часто обрабатывают сплошь. Такая обработка служит для лучшей уравновешенности этих деталей, а также для того, чтобы обнаружить возможные дефекты мате­ риала (раковины, трещины и т. д.), скрытые под черной поверхностью. Разумеется, опорные поверхности обрабатываются точнее и чище сво­ бодных.

При мелкосерийном производстве заготовкой для обработанных деталей очень часто служит брусковый или листовой прокат, но при этом получается большой отход стружки. Поэтому в правильно орга­ низованном крупносерийном и массовом производстве заготовки должны изготовляться литьем или обработкой давлением (пластиче­ ской деформацией).

С б о р к а . Машины собирают из отдельных частей не только потому, что эти части имеют относительное движение или должны быть изготовлены из разных материалов, но и потому, что во многих случаях иначе просто невозможно изготовить изделие. Например, головку шатуна нельзя надеть на шейку коленчатого вала, если го-

30

ловка не будет разъемной. С другой стороны, иногда оказывается более экономичным сделать звено из нескольких деталей, чем целым.

Сборка машины является последней и наименее автоматизирован­ ной операцией. Степень ее сложности зависит от того, насколько хорошо продумал ее последовательность конструктор машины. При этом для облегчения процесса сборки узел (сборочную единицу) следует кон­ струировать так, чтобы как можно боль­ ше собираемых деталей совершали одно­ типные перемещения, которые должны быть возможно более свободными и простыми (рис. 2-7, 2-8). Например, чтобы собрать узел, представленный на рис. 2-7, из деталей, изображенных на рис. 2-8, последние должны получить только поступательные перемещения.

Для ускорения сборки изделия расчле­ няют на комплекты, подкомплекты и узлы, собираемые независимо.

Чтобы из отдельных деталей образо­ вать узел или изделие (машину, меха­

впромежуточном узле.

Сб о р о ч н ы е б а з ы . Чаще всего детали, образующие узел, соприкасаются или по цилиндрической (реже по конической или сфе­ рической) поверхности, или по плоскости. В первом случае замкнутая

поверхность обеспечивает соединение без помощи третьей детали, так как она может выполнять функции удерживающей связи. Положение этой поверхности вполне определяется положением ее геометрической оси симметрии. Поэтому соответствующие осевые линии служат базами для размеров, определяющих взаимное положение этих деталей. В том случае, когда соприкосновение происходит по плоскости (фланцевое

31

крепление, упор в торец, в заплечик и т. д.), для осуществления сое­ динения необходимо наличие по крайней мере одной дополнительной детали (например, винта), прижимающей скрепляемые детали друг к другу, так как плоскость является неудерживающей связью. При этом базой отсчета размеров является сама плоскость соприкосновения.

Те точки, осевые линии и поверхности, взаимное положение кото­ рых влияет па кинематику и работоспособность машины, носят назва­ ние конструкторских баз.

Примером конструкторских баз могут служить центры шарниров

иплоскости направляющих ползуна кривошипно-ползунного меха­ низма, поскольку существенное значение имеют расстояния между ними, а также и непараллельность осей этих шарниров между собой

ит. п.

Поверхности соприкосновения соседних деталей называют сбороч­ ными базами деталей. Одну из основных сборочных баз самой крупной детали (чаще всего рамы корпуса или станины) выбирают за узловую сборочную базу, от которой отсчитывают размеры до сборочных и конструкторских баз всех узлов и основных деталей.

Поверхности, фиксирующие деталь относительно станка (в центрах в патроне, на планшайбе и т. д.), называют технологическими базами. На рис. 2-8 жирной линией отмечены сборочные базы деталей узла, изображенного на рис. 2-7.

Все базовые поверхности, как правило, проходят механическую обработку, так как она обеспечивает их правильное относительное положение и достаточно малую шероховатость.

При конструировании деталей важно так выбирать базовые поверх­ ности, чтобы по возможности совмещать сборочные и технологиче­ ские базы. Этим путем проще всего достигается необходимая точность при сборке. Правильный выбор баз и тщательный подсчет размеров, определяющих взаимное положение баз в собранном изделии, имеют важнейшее значение для хода сборочных операций в цеху,

§. 2. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ

Сама возможность сборки деталей и последующая работоспособ­ ность узла зависят от некоторых размеров деталей, определяющих их относительное положение, зазоры между ними и т. п. Например, как видно на рис. 2-9, высота мертвого объема 1% поршневого компрессора зависит от обозначенных на рисунке размеров:

Такая совокупность линейно связанных размеров /2 , 1\, /2» ^за­ казывается размерной цепью. Размеры, входящие в размерную цепь, называют связанными, или звеньями цепи, размеры же, величина кото­ рых не оказывает влияния на сборку, например, d (см. рис. 2-9) — свободными. Различают замыкающее звено Is — размер, появляющийся в результате сборки и подлежащий определению, и составляющие звенья — размеры, которые приданы деталям, образующим цепь, при

32

их изготовлении. Составляющие звенья подразделяют на увеличиваю­ щие, которые входят в правую часть равенства (2.1) со знаком плюс, и уменьшающие, которые имеют знак минус. Различить увеличиваю­ щие и уменьшающие звенья молено следующим образом. Если увели­ чить увеличивающий размер, то замыкающее звено увеличится, а если увеличить уменьшающий размер, то замыкающее звено уменьшится.

Другой пример размерной цепи представлен на рис. 2-10, где изображено поперечное сечение цилиндра компрессора. Диаметраль­ ный зазор А между внутренней поверхностью цилиндра и поршнем, как видно на рисунке, определяется очевидным соотношением

Размеры деталей, входящие в размерную цепь вследствие ошибок производства у разных экземпляров деталей, несколько отличаются. В результате в разных экземплярах со» бранных узлов будут различаться между собой и значения величины замыкающего звена. Однако чрезмерные колебания этой величины недопустимы, так как это может сделать изделие неработоспособным. Напри­ мер, при слишком малом может быть повреждена крышка цилиндра, при слиш­ ком большом — понизится производитель­ ность. В случае слишком малого А при разогревании поршень может заклиниться

вцилиндре, при слишком большом А — недопустимо возрастут протечки.

Впрошлом процесс сборки сопровождался доводкой размеров дета­ лей с помощью снятия стружки вручную. Такая сборка требует вы­ сокой квалификации сборщика и хотя и обеспечивает необходимую точность сборки мало производительна. В настоящее время пригонка по месту является архаизмом. Наиболее продуктивное, массовое про­ изводство рассчитано на поддержание определенного ритма сборки.

Сохранить этот ритм возможно только при отсутствии ручной доводки размеров.

С этой целью связанные размеры деталей, влияющие на величину замыкающего звена, выполняют с необходимой точностью, что обеспе­ чивает возможность сборки без пригонки. При таком методе производ­ ства любой экземпляр детали пригоден для установки в любом экзем­ пляре узла или машины (что невозможно в случае пригонки), т. е. все одноименные детали являются взаимозаменяемыми. Эта система про­ изводства называется производством по методу полной взаимозаменяе­ мости.

Установим количественные соотношения, связывающие величины действительных связанных размеров в различных экземплярах из­

чено /макс, а наименьшее — /мин. Тогда разность /макс — Ітт называют полем рассеивания размера I. Если максимально допустимую по указа­ ниям чертежа величину размера обозначить 1/макс] и соответственно

При правильно организованном производстве ширина поля рас­ сеивания равна допуску размера. Чем жестче (меньше) допуск, тем точнее нужно вести производство и тем дороже окажется деталь. Поэтому излишняя точность не нужна, а недостаточная вызовет высо­ кий процент брака.

На рабочем чертеже детали для каждого связанного размера ука­ зывают два его предельных значения: максимальное [/маКс] и мини­ мальное [/мин], каждое из которых принято представлять в виде суммы одного и того же номинального размера Ів и соответствующего предель­

34

ного отклонения [верхнего (ВО) и нижнего (НО)], как показано на рис. 2-12. Среднее отклонение (СО) равно полусумме (ВО) и (НО).

Таким образом,

ІУмакс] — 4 + ВО/

Номинальный размер назначают из ряда предпочтительных чисел. Предельные отклонения (ВО и НО) обычно на три, четыре порядка меньше номинального размера (например, 250 ± 0,5 мм). Они измеряются десятыми, сотыми и тысячными долями миллиметра.

где правая стрелка отмечает увеличивающие звенья, а левая — уменьшающие. Далее

откуда и следует соотношение (2.5).

Зная предельные отклонения составляющих звеньев, с помощью соотношения (2.'5) можно найти обеспечиваемый ими допуск замыкаю­ щего размера.

Если учесть малую вероятность такого неблагоприятного сочета­ ния, когда все увеличивающие размеры в узле оказываются макси­ мальными, а все уменьшающие — одновременно минимальными, то,

пользуясь методами теории вероятности, вместо соотношения (2.5) можно получить

Иногда, чтобы обеспечить величину необходимого допуска замы­ кающего звена, требуется назначить такие узкие допуски исходных звеньев, что производство становится неэкономичным или даже не­ осуществимым на данном оборудо­ вании. Тогда прибегают к селек­ тивной сборке или вводят компен­

сатор.

Сущность селективной сборки

состоит в следующем. Все одно­ именные детали партии сортируют, например, на две группы Г и I" так, чтобы

Поступая так с деталями не­ скольких наименований, размеры которых связаны, на сборку одно­ временно подают только детали первой или только второй группы. В результате получается, что поле допуска предварительно рассорти­ рованных деталей оказывается вдвое уже производственного. Иногда сортировка производится не на две, а на большее число групп. Однако все это вызывает

неудобства, связанные с хранением и подачей на сборку нескольких групп рассортированных деталей.

Компенсатор представляет собой преднамеренно вводимое в раз­ мерную цепь дополнительное звено, размер которого можно регули­ ровать.

Сущность использования непрерывного (резьба) и ступенчатого (пакет прокладок) компенсаторов поясняет рис. 2-13. На рис. 2-13, а величина осевого люфта Л в коническом подшипнике регулируется подвертыванием винта /. На рис. 2-13, б величина такого же люфта регулируется подбором необходимой толщины пакета регулировочных прокладок 2.

Очень важно, чтобы предусмотренная конструкцией регулировка была простой и не задерживала сборку. Поэтому процесс регулировки какого-либо одного размера не должен влиять на величину других, важных для работы и сборки размеров.

36

§ 3. ГЛАДКИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СОПРЯЖЕНИЯ

Особо важное значение при сборке машин имеют такие соедине­ ния деталей, когда одна деталь — вал входит в другую — отверстие. При этом поверхностью соприкосновения — посадочной поверхностью—■ обычно является боковая поверхность цилиндра. Этот тип соединения широко используется для образования кинематических пар, а также для неподвижного соединения деталей. Все эти соединения по терми­ нологии курса допусков и посадок называют гладкими цилиндриче­ скими сопряжениями.

Свойства цилиндрических сопряжений зависят от величины зазора или натяга (отрицательного зазора), который получается после сборки вала с отверстием (см. рис. 2-10).

Для отверстия и вала, образующих сопряжение, принято назна­ чать один и тот же номинальный размер — номинальный диаметр сопряжения. Величины, относящиеся к отверстию, снабжают индек­ сом Л, а к валу — индексом В. Тогда, применяя формулу (2.2) для случая, когда отклонения отсутствуют, получим

Дн = dAn — dßn —0,

т. е. номинальная величина зазора Ан всегда равна нулю. Далее, очевидно, что

т. е. допуск зазора равен сумме допусков на диаметр отверстия и на диаметр вала. Поэтому колебания величины зазора зависят от точ­ ности, с какой изготовлены отверстие и вал. Если отверстие меньше вала, то при сборке получается натяг у. И для того чтобы надеть от­ верстие на вал, одну или обе соединяемые детали необходимо упруго деформировать. Очевидно,

Так как отклонения много меньше номинального диаметра, то при графическом изображении сопряжения принято наносить не сами раз­ меры, как показано на рис. 2-10, а лишь их отклонения (рис. 2-14, а). Поскольку номинальный диаметр отверстия равен номинальному диа­ метру вала, оба отклонения каждой из деталей откладывают от одной и той же нулевой линии, что позволяет изображать соотношения (2.7), (2.8) и (2.9) графически и непосредственно на рисунке находить вели­ чину максимального и минимального зазора (рис. 2-14, б). Раз­ ность Амане — Дшш есть Допуск на величину зазора 6Д.

37

Взаимозаменяемость деталей, образующих цилиндрические сопря­ жения, имеет такое большое значение, что допуски валов и отверстий и их обозначения на чертежах регламентирует специальный ГОСТ. Следующие положения ГОСТа составляют основу действующей в

СССР системы допусков и посадок для гладких цилиндрических сопря­ жений:

(d в мм, j в мк)\ а — число единиц допуска.

Единица допуска / оценивает влияние абсолютных размеров де­ тали на ширину поля допуска. Установлено, что с увеличением разме­

ческого процесса (рис. 2-15, б). В табл. 1 указаны примерные значения величины а для всех предусмотренных ГОСТом для номинальных

38

Таким образом, наивысшая точность соответствует 1-му классу. Чаще всего применяют классы от 2 до 3.

2. Узаконен ряд номинальных диаметров. Номинальные диаметры сгруппированы в определенное число интервалов. В пределах каж­ дого интервала ширина поля допуска остается неизменной для всех диаметров, входящих в интервал. Она определяется по формуле (2.12),

Это сделано для того, чтобы сократить сортамент режущего и изме­ рительного инструмента.

3.Установлены две равноправные системы: система отверстия СА

исистема вала СВ.

В первом случае для всякого соединения данного номинального диаметра и класса точности отверстия остаются неизменными, что

позволяет применять при изготовлении всех отверстии одного номи­ нального диаметра одну и ту же развертку (режущий инструмент). Чтобы получить в разных узлах соединения с различными зазо­

Во втором случае основной деталью является вал, и разный харак­ тер соединений, имеющих один и тот же номинальный диаметр и класс точности, получают за счет использования отверстий с разными от­ клонениями, тогда как отклонения валов остаются неизменными (рис. 2-17). .

39

\