Глава 1 основные сведения о взаимозаменяемости изделий

1. Виды сопряжения деталей

Современные машины отличаются большой сложностью и состоят из ряда сборочных единиц, имеющих самостоятельное целевое назначение. Сборочные единицы, в свою очередь, состоят из сборочных единиц 2-го порядка, для которых целесообразна самостоятельная организация производства, а последние состоят из отдельных деталей.

Сборка деталей в сборочные единицы и в машины производится в сборочных цехах путем сопряжения поверхностей двух или большего количества деталей. При этом часто изготовление сборочных единиц производится на различных предприятиях, а изготовление многих деталей в различных цехах машиностроительного завода. Например, автомобильные двигатели, топливная аппаратура (карбюраторы, насосы), элементы отделки (приемники, кондиционеры, холодильники) подшипники, стартеры и др. производятся на различных предприятиях и поставляются автомобильному заводу в готовом виде.

Сопрягаемые поверхности деталей и сборочных единиц, изготовленные на различных станках, в различных цехах и на различных заводах, должны иметь одинаковую форму и мало отличающиеся друг от друга размеры, так как в противном случае произвести сборку окажется невозможным. Соединение сопрягаемых деталей на сборке должно обеспечить необходимую подвижность их взаимного перемещения или необходимую прочность их неподвижного соединения. Только в этом случае после сборки машина будет отвечать своему назначению и предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, то есть будет обеспечено ее нормальное функционирование.

Виды сопряжений отличаются:

1. По форме контактных поверхностей. Они делятся на гладкие цилиндрические и конические, на резьбовые цилиндрические и конические, на плоские и эвольвентные сопряжения.

2. По характеру контакта сопряжения делятся на: сопряжения с поверхностным контактом, сопряжения с линейным контактом (ролики с кольцами), сопряжения с точечным контактом (шарики с кольцами);

3. По назначению сопряжения делятся на: неподвижные неразъемные, неподвижные разъемные и подвижные;

4. По степени регулируемости сопряжения – на: регулируемые и нерегулируемые.

Для всех перечисленных видов сопряжений достижение правильного соединения деталей, обеспечивающего нормальную работу машин, может быть осуществлено двумя путями:

1) подгонкой деталей на сборке при их сопряжении до получения требуемой подвижности (зазора) или требуемой прочности соединения (натяга);

2) точным изготовлением сопрягаемых деталей на местах их производства, когда требуемый зазор (подвижность) или натяг (прочность) достигаются простым соединением сопрягаемых деталей без всякой подгонки.

Во втором случае построения производства достигается взаимозаменяемость деталей.

1.2. Определение и основные виды взаимозаменяемости

Взаимозаменяемостью изделий (машин, приборов, механизмов и т. д.) их частей или других видов продукции (сырья, полуфабрикатов и т. д.) называют их свойство заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром без потери качества изделия.

Взаимозаменяемость означает возможность сборки или полной замены любых деталей в сборочной единице и любых сборочных единиц в машине без дополнительной механической или ручной их обработки при сборке, пригонке, подборе или других манипуляций при соблюдении технических требований к работе данного узла или машины в целом.

Лампочка всегда ввинчивается в патрон, гайка навинчивается на винт, гаечный ключ подходит к головке болта, сверло устанавливается и центрируется в шпинделе сверлильного станка и обеспечивает получение отверстия заданного диаметра при сверлении, при ремонте подшипник, или другая запасная часть, легко заменяется новой – все это примеры взаимозаменяемости, широко применяемой в быту и на производстве.

Взаимозаменяемость делится на полную и неполную, внешнюю и внутреннюю.

Полная взаимозаменяемость обеспечивает возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однородных деталей в сборочные единицы, а последних – в изделия при соблюдении предъявляемых к ним (к сборочным единицам или изделиям) технических требований по всем параметрам качества.

Полная взаимозаменяемость возможна только тогда, когда размеры, форма, взаимное расположение поверхностей, механические, электрические и другие количественные и качественные характеристики деталей и сборочных единиц после изготовления, находятся в заданных пределах и собранное изделие удовлетворяет техническим требованиям. Важнейшим исходным условием обеспечения полной взаимозаменяемости является выполнение требований к точности геометрических параметров деталей и сборочных единиц.

Принцип взаимозаменяемости – это комплекс научно-технических исходных положений, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации обеспечивает взаимозаменяемость деталей, сборочных единиц и изделий.

Принцип взаимозаменяемости находит широкое применение не только на стадии сборки, но и на заготовительной стадии производства и всех стадиях механической обработки. Взаимозаменяемость заготовок и полуфабрикатов позволяет устранить операции разметки и выверки деталей при их обработки на металлорежущих станках, позволяет применять производительные станочные приспособления и более прогрессивное оборудование по сравнению с универсальным оборудованием. Обработка деталей на автоматах и полуавтоматах возможна только в условиях взаимозаменяемости заготовок и полуфабрикатов.

Производство, основанное на полной взаимозаменяемости, когда сборку выполняют без доработки деталей и сборочных единиц, называют взаимозаменяемыми.

При неполной взаимозаменяемости (или ограниченной) - для обеспечения требуемой точности применяют групповой подбор (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку и другие технологические мероприятия. Неполную взаимозаменяемость можно осуществлять не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам.

Например, подшипник данного типоразмера является взаимозаменяемым, так как его посадочные размеры взаимозаменяемы с другими аналогичными подшипниками, одновременно шарики и дорожки качения этого подшипника не взаимозаменяемы, так как сборка подшипника осуществляется методом селективного подбора шариков к дорожкам качения соответствующего размера и шарики одного подшипника не могут быть заменены шариками другого аналогичного подшипника без нарушения его эксплуатационных показателей.

Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (монтируемых в другие более сложные изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей. Например, в подшипниках качения внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по частоте вращения вала и мощности, по точности вращения, по наружному и внутреннему диаметрам.

Внутренняя взаимозаменяемость обеспечивается точностью параметров, которые необходимы для сборки деталей в узлы, а узлов – в механизмы. Например, в подшипниках качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.

Уровень взаимозаменяемости производства можно характеризовать коэффициентом взаимозаменяемости К_в, рассчитываемым по формуле

(1)

где T_i – трудоемкость изготовления i-ой взаимозаменяемой или сборочной единицы;

n_B – число взаимозаменяемых деталей или сборочных единиц;

Т_u – общая трудоемкость изготовления изделия.

Степень приближения этого показателя к единице является объективным показателем уровня производства.