литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem
.pdf
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
383 |
Контактное давление Р может быть определено по формуле:
(6.6)
Сила .Рпри запрессовке связана с крутящим моментом Т, вызывающим смещение втулки относительно вала, уравнением:
(6.7)
Сила F для сборки втулки с валом может быть уменьшена с помощью смазок, которые снижают трение в зоне контакта соприкасаемых поверхностей. Совместное действие смазки и напряжений растяжения в поверхностном слое могут привести к растрескиванию детали. Чтобы уменьшить напряжение в процессе сборки, можно охладить металлический вал и нагреть втулку либо подогреть и то, и другое. Чаще всего вал охлаждается в морозильной камере. Временное изменение А0 диаметра вала определяется по уравнению:
(6.8)
где а — КЛТР материала вала; AT— изменение температуры.
Снижение крутящего момента создает проблемы в собранных с применением прессовых соединений узла, из-за релаксации напряжений. Если втулка напрессовы вается на вал из мягкого металла, контактное давление и прочность при кручении с течением времени уменьшаются (рис. 6.7). Однако прочность может быть постоянной
Рис. 6.7. Валы, использующиеся в изделиях, сборка которых осуществляется с помощью прессового соединения, могут быть гладкими, текстурированными или даже с пакаткой. У валов с гладкими поверхностями прочность при кручении может умень шаться со временем из-за релаксации напряжения. Прочность при кручении для текстурироваппых или рельефных валов увеличивается за счет возникновения сво его рода механического зацепления
3 84 |
|
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
или даже увеличиваться в результате ползучести или холодного течения пластмассы, если одна и та же втулка напрессовывается на поверхность с накатками или шлицами, текстурированпую поверхность или поверхность, подвергнутую дробеструйной об работке. Валы с гладкими поверхностями рекомендуется использовать для жестких аморфных термопластов, а валы с более грубыми поверхностями рекомендуется ис пользовать в узлах с более податливыми частично кристаллизующимися термоплас тами, поскольку они менее чувствительны к концентрации напряжений. Применение шпонок и изменения геометрической формы вала увеличивают прочность при кру чении соединения типа втулка-вал, но их использование противоречит принципу упрощения сборки.
6.3. Сборочные узлы с замковыми соединениями
6.3.1. Общие положения
Сборка изделий из пластмасс с помощью замковых соединений является привле кательной альтернативой многим традиционным методам сборки. Использование замковых соединений увеличивает скорость сборки.
Замковые соединения экономически очень выгодны, поскольку необходимые знаки отливаются прямо вместе с деталью. Это устраняет необходимость использования до полнительных крепежных элементов. Сборка замковых соединений обычно не вызывает затруднений. При этом нет необходимости совершать вращательные движения или както фиксировать деталь. Замковые соединения могут быть сконструированы таким обра зом, что их можно использовать многократно. Сборка пластмассовых изделий с помо щью замковых соединений характеризуется простотой и универсальностью [6-14].
Рис. 6.8. Введение, изгиб и восстановление. Несмотря на большое разнообразие геометри ческих форм «замков», процесс крепления деталей с их помощью всегда включает в себя прогиб при сборке с последующим упругим восстановлением
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
385 |
Форма замковых соединений может быть совершенно различной, но принцип действия всегда остается одним и тем же. Выступающий элемент одной из деталей, например, крючок, на короткое время отклоняется в процессе сборки, после чего воз вращается в исходное положение за счет'упругой релаксации. Прогиб в процессе сбор ки может быть довольно большим, но когда сборка завершается, напряжение пропа дает (в отличие от фиксации с использованием прессового соединения) [6].
Одним из самых серьезных недостатков использования замковых соединений является возможность разрушения деталей в процессе сборки или разборки изделия. Сборочные узлы с такими креплениями могут разрушиться из-за усталостных напря жений. Это особенно важно для сборочных узлов, изготовленных из хрупких или армированных волокнами пластмасс. Поскольку элементы замка отливаются вместе с деталью, их повреждение будет означать разрушение всей детали. Отремонтиро вать замки очень сложно или вообще невозможно. Чтобы предотвратить большую деформацию, используют ограничители отклонения упругих элементов. Другим не достатком замковых соединений является необходимость точного соблюдения до пусков на детали. Контролируют геометрию замков и напряженное состояние после сборки. Избыточные натяг или напряжение могут привести к разрушению соедине ния, а недостаток натяга может привести к неточному расположению деталей или ослабленной их фиксации.
6.3.2. Типы замковых соединений
Замковые соединения обычно классифицируют следующим образом: 1) с помо щью крючков; 2) с помощью кольцевых выступов и впадин; 3) с помощью шаровой пяты и сферического углубления; 4) поворотные замковые соединения. Кроме того, замковые соединения делятся на разъемные и неразъемные [6, 12, 14]. Кольцевые соединения используются для сборки изделий цилиндрической формы (рис. 6.9-6.11).
Крышка, показанная на рис. 6.9, имеет кольцевой буртик, который в процессе сборки на короткое время отклоняется, когда она с усилием садится на горлышко бутылки. Конструкцию соединения, позволяющую использовать повторную сборку
Рис. 6.9. Кольцевые соединения обычно ис пользуется в изделиях из упругих пластмасс. Чаще всего кольцевое соединение используется для по садки крышки на емкость
25 Зак. 593
386 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
и разборку, называют разъемной. В отличие от прессового соединения крепление с помощью замка обычно проектируются таким образом, чтобы после сборки зона сопряжения находилась в ненапряженном состоянии.
Цилиндрические изделия, которые изображены па рис. 6.10, отличаются друг от друга: то, которое находится справа, является разъемным, а слева — неразъемным.
Рис. 6.10. Сборочные узлы с замковыми соединениями могут быть сконструированы как разъемными, так и неразъемными
Рис. 6.11. Установочные и обратные углы замкового соединения влияют на введение одной детали в другую и разделение деталей
В разъемных соединениях используются установочные и обратные углы, что обес печивает возможность введения одной детали в другую и их соединения. Неразъем ное соединение самофиксируется, поскольку в нем обратный угол равен 90 град. Эти углы используются в качестве единственного средства для управления усилиями при надевании и съеме крышки с данной геометрией.
Сферическое замковое соединение, как показано рис. 6.12, представляет собой разновидность кольцевого соединения. Замковые соединения кольцевой формы чаще всего используются при сборке изделий из податливых или гибких материалов.
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕГ |
387 |
Рис. 6.12. Пример сферического замкового соединения
Усилия, необходимые для сборки и разборки изделий из более жестких матери алов, могут оказаться слишком высокими. В одной из деталей из таких материалов обычно оформляют прорези подобно тому, как это изображено на рис. 6.13.
Кольцевое замковое соединение с прорезями (см. рис. 6.13) представляет собой набор крючков, параллельных цилиндрическим стенкам. Усилия для сборки и проч ность сборочного узла можно регулировать, изменяя число и конструкцию отдель ных консольных балочек с выступами, которые составляют разрезанное кольцо.
Рис. 6.13. Кольцевое замковое соединение с прорезями на одной из деталей фактически пред ставляет собой набор крючков. Эта конструкция лучше подходит для жестких пластмасс
Наиболее часто используемый крючок представляет собой штырь с выступом, который изгибается и фиксируется в поднутрении сопрягаемой поверхности. Такие соединения могут быть сконструированы как разъемными, так и неразъемными. Крючки обычно представляют собой продолжения стенок детали или расширение (обычно в перпендикулярном направлении) номинальной стенки (то есть не в плос кости балок). Варианты конфигураций крючков приведены на рис. 6.14-6.24.
Подобно кольцевым замковым соединениям, замковые соединения с помощью крючков могут быть разъемными или неразъемными. Сборочный узел, который
388 |
|
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
показан на рис. 6.14, а, является неразъемным, а изображенный на рис. 6.14, Ь можно разобрать, просто вытаскивая крышку из места ее установки. Для соединений такого типа усилия для снятия крышки по величине совпадают с усилием при ее установке. Желательно использовать минимальные усилия при сборке изделия, но иногда необ ходимы именно высокие усилия, например, в игрушках или в корпусах бытовых при боров, где есть опасность поражения электрическим током. В этом случае могут быть использованы обратные углы величиной 90 град. Иногда при наличии обратного угла величиной 90 град в конструкцию деталей вводят дополнительные элементы для об легчения разборки изделия (например, когда надо произвести ремонт), как показано на рис. 6.14, с.
Рис. 6.14. Крючки, обычно используемые для сборки пластмассовых изделий. Возможен
выбор как разъемных, так и неразъемных конструкций
Соединение, показанное на рис. 6.15, не может быть разделено с помощью просто го тянущего усилия в осевом направлении, а соединение, изображенное на рис. 6.16. может быть легко разделено благодаря острому обратному углу. Колпак колеса, отли тый из термопласта (рис. 6.17), представляет собой пример изделия, которое можно разобрать, прикладывая усилие в осевом направлении.
Возможность повреждения крючка относительна мала, поскольку его максималь ный прогиб в процессе сборки определяется размерами поднутрения. Возможность же чрезмерного прогиба, наоборот, достаточно велика, что обусловлено конструкци ей изделия (см. рис. 6.14, с). В любом случае, для крючка, у которого обратный угол равен 90 град, необходимо предусматривать ограничители его отклонения.
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
389 |
Рис. 6.15. Крючок с обратным углом 90 град приходится отгибать вручную для разборки соединения
Рис. 6.16. Крючок с острым обратным углом может легко участвовать в образовании замко вого соединения, а также демонтироваться. Углы наклона и геометрическая форма крючка позволяют регулировать усилия при сборке и разборке изделия
3 9 0 |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
Рис. 6.17. Колпак автомобильного колеса, изготовленный литьем под давлением, включает
всебя набор разъемных крючков
Всборочном узле с крючком, показанным на рис. 6.18, отклонение крючка ограни чено, и вероятность его повреждения уменьшена. U-образные крючки (рис. 6.14, С,
6.19и 6.20) заложены в конструкцию деталей, чтобы снизить максимальный прогиб
Рис. 6.18. Самозапирающееся (обратный угол 90 град) вручную разбираемое замковое соеди нение с помощью крючка. Когда требуются отклоняемые вручную крючки, следует в отливке предусматривать ограничители, которые бы минимизировали возмож ность разрушения крючка из-за избыточного напряжения
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
391 |
крючка. Последнее достигается за счет изменения глубины поднутрения, толщины стенок, длины крючка и радиуса кривизны. U-образный крючок позволяет получить относительно большой прогиб.
Рис. 6.19. Замковые соединения с помощью крючков U-образной формы, использующиеся в крышках отсека для батареек, когда предполагается многократное открывание крышки. Вероятность поломки замка уменьшена, поскольку в конструкции пре дусмотрены элементы ограничения отклонения крючков
Рис. 6.20. Последовательность извлечения крышки с U-образным крючком
Крючки обычно отливаются вместе с корпусом для монтажа элементов электрон ной схемы сборочных компонентов (рис. 6.21). Крючок с обратным углом 90 град должен зафиксировать сборочные компоненты так, чтобы исключить их смешение при вибрациях. Однако проконтролировать величину натяга трудно. Уменьшенный обратный угол (< 90 град), который показан справа па рис. 6.21, обеспечивает не большой натяг и постоянное давление. Когда используются малые обратные углы,
392 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Рис. 6.21. Платы и источники питания монтируются на литом под давлением шасси с помо щью крючков. Когда обратный угол у крючков составляет 90 град (то есть для разборки необходимо их ручное отклонение), в конструкцию могут быть дополни тельно введены ограничители отклонения, которые уменьшают вероятность по вреждения
смонтированный компонент очень легко извлечь при осевом перемещении. Усилия, которые необходимы для сборки и разборки замкового соединения, всегда имеют большое значение для правильного проектирования крючков.
Усилия при сборке и разборке узла, в состав которого входит стержень (рис. 6.22, а), очень велики из-за короткого крючка. Усилия при сборке и разборке могут быть уменьшены за счет увеличения длины крючка (рис. 6.22, Ь). В этой конструкции уси лия при сборке и разборке должны быть одинаковыми [6].
Управление натягом играет важную роль для правильного проектирования сбо рочных узлов с крючками. При этом очень большое значение имеет точность соблю дения размеров. Требования к размерам могут быть снижены, когда в конструкции используются компоненты, работающие как пружины, или изготовленные из эласто мера (рис. 6.23).
Крючки отливаются отдельно, и только после этого устанавливаются на другие пластмассовые или металлические детали с помощью механических крепежных элементов или фиксации. Рассмотрим детали, изображенные на рис. 6.21. В данном случае велика вероятность повреждения крючка из-за многократных отклонений. Разрушение одного совместно изготовленного крючка может привести к выходу из строя всего каркаса. Альтернативой встроенному крючку может быть использование