§ 6. Требования к сборке при конструировании машин

При конструировании машин конструктор должен учитывать сле­дующие требования, обусловливающие возможность построения вы­сокопроизводительных процессов общей и узловой сборки. Прежде всего конструкция машины должна допускать возможность ее сборки из предварительно собранных узлов. Принцип узловой сборки позво­ляет осуществлять параллельную сборку узлов и изделия, значительно сокращать длительность цикла сборки машины. Конструктор должен предусматривать возможность расчленения машины на рациональные технологические узлы. Весьма существенное технологическое преиму­щество можно получить в том случае, когда механизмы изделия, выполняющие определенные функции, являются одновременно и его тех­нологическими узлами, сборку которых можно производить обособлен­но и независимо от других элементов изделия. Такие узлы перед пере­дачей их на общую сборку проходят соответствующий контроль и ис­пытания; этим устраняется появление дефектов на общей сборке, по­вышается ее качество.

Для сокращения длительности общей сборки желательно предусмат­ривать возможность одновременного и независимого друг от друга монтажа различных узлов на базовую деталь (базовый узел) изделия. Возможность параллельного выполнения сборочных работ желательно предусматривать и на узловой сборке.

В тех случаях, когда по условиям сборки, условиям правильного функционирования собираемого соединения или условиям приработки сопрягаемых деталей важно обеспечить определенное и единственное возможное относительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо предусматривать соответствующие установочные метки, контрольные штифты или смещенное (несимметричное) размещение крепежных деталей; осуществление этих несложных конструктивных мероприятий позволяет исключать грубые субъективные ошибки при сборке новых изделий и их ремонте.

Необходимо предусматривать возможность максимальной механи­зации и автоматизации сборочных работ на узловой и общей сборке, максимальное облегчение условий труда (особенно при сборке тяжелых объектов), а также упрощение и качественное выполнение контрольно-измерительных работ.

Машина в целом должна иметь простую компоновку и простое кон­структивное решение, не вызывающее затруднений при ее сборке. Сле­дует по возможности уменьшать количество наименований деталей и узлов машины, а также стремиться к их взаимозаменяемости. Исполь­зование в максимально возможной степени стандартных деталей и узлов позволяет приобретать их со стороны по сравнительно низкой цене. Нормализация и унификация отдельных деталей и узлов обусловли­вает увеличение серийности выпуска, а следовательно, снижение тру­доемкости и себестоимости их изготовления. Нормализация крепежных и некоторых других деталей изделия способствует сокращению номенк­латуры сборочных инструментов и более эффективному использованию средств механизации сборочных работ. Если, например, шестигранные головки крепежных винтов какого-либо узла свести к одному размеру, то вместо обычных гаечных ключей выгодно применять электрические или пневматические винтоверты. При большой номенклатуре винтов эффективность использования этих устройств снижается.

При конструировании машин нужно обеспечивать возможность удобного и свободного подвода высокопроизводительных механизи­рованных инструментов к местам соединения деталей и предусматри­вать легкость захвата их грузоподъемными устройствами для транспор­тировки и установки на собираемое изделие.

В целях более полного соблюдения принципа взаимозаменяемости целесообразно избегать многозвенных размерных цепей; наличие по­следних приводит к сужению допусков на размеры составляющих звеньев. Если сократить число звеньев размерной цепи невозможно, то в конструкции изделия следует предусматривать жесткий или регули­руемый компенсатор. В этом случае необходимую точность замыкаю­щего звена легко обеспечить подбором или пригонкой, жесткого компен­сатора или установкой на необходимый размер регулируемого компен­сатора.

Для достижения требуемой точности взаимного положения элемен­тов собираемого узла следует совмещать сборочные базы с измеритель­ными, от которых задаются выдерживаемые при сборке размеры. Известно, что совмещение установочной и измерительной баз обеспе­чивает более высокую точность обработки. Аналогично этому надо стремиться к тому, чтобы и при сборке измерительная база могла быть использована в качестве установочной. Совмещение сборочной, измери­тельной и установочной баз обеспечивает, при всех прочих равных условиях, более высокую точность сборки.

Конструкция изделия должна предусматривать возможность его сборки без сложных приспособлений, предпочтительно с одной сторо­ны (без поворота базовой детали), путем осуществления простых дви­жений по установке сопрягаемых деталей, подводу и отводу сборочного инструмента.

Базовая деталь изделия (узла) должна иметь развитую установочную базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого объек­та. Следует ограничивать совместную механическую обработку соби­раемых деталей, а также пригоночные и доделочные работы на сборке.

Для удобства разборки машины при ее обслуживании и ремонте необходимо предусматривать применение простых инструментов, съемников и других несложных приспособлений. Целесообразно предусмат­ривать резьбовые отверстия для отжимных винтов, заменяющих съемники (рис, 3, а), отверстия для выколоток (рис. 3, б), рым-болты или литые выступы для подъема тяжелых деталей и узлов.

Кроме перечисленных общих требований необходимо учитывать частные условия сборки различных соединений. При сборке сопряже­ний с гарантированным зазором и натягом целесообразно предусматри­вать заходные фаски (рис. 3, в) на наружной и внутренней поверхнос­тях, а также направляющие элементы (пояски) для устранения пере­коса (рис. 3, г). Для облегчения сборки деталей по двум поверхностям, следует избегать параллельного, а выполнять последовательно-параллельное их соединение.

Поверхности сопряжения во избежание задиров нужно делать ступенчатыми. На рис. 3, д ширина пояска 1 боль­ше ширины пояска 2 ( > ), поэтому палец при сборке сначала бу­дет направлен пояском ), а затем войдет большей ступенью в поясок 2. Центровку деталей большого диаметра (крышки и фланцы) по цилинд­рическим пояскам целесообразнее заменять центровкой по двум конт­рольным штифтам.

При сборке резьбовых соединений следует облегчать свинчивание (наживление) заходными фасками или направляющими элементами на резьбовых поверхностях (выточки, заточки). Следует по возможности предусматривать завертывание и затяжку крепежных деталей торцовыми ключами как более производительными. Для этой цели должно

быть предусмотрено достаточно большое расстояние от оси резьбового элемента до стенки корпусной детали (рис. 3, е). Расстояния между резьбовыми элементами должны быть достаточно большими для возмож­ности использования многошпиндельных завертывающих устройств. Гайки, расположенные на внутренних поверхностях деталей, следует шплинтовать; гайки, расположенные на наружных поверхностях деталей, можно ставить с пружинными шайбами, что облегчает сборку. Надежное стопорение резьбовых деталей обеспечивается при наличии конической опорной поверхности у гаек и головок винтов, (рис. 3, ж), В этом случае отпадает необходимость шплинтовки и использования пружинных шайб.

При соединении деталей методом развальцовки или отбортовки сле­дует обеспечивать удобство подвода рабочего инструмента в зону сбор­ки. Предпочтительно сборку выполнять прямолинейным движением ( дорнование, отбортовка на прессе). На прочность и герметичность сое­динения, большое влияние оказывает качество материала деталей и точность обработки сопрягаемых поверхностей.

По конструктивному оформлению заклепочных соединений могут быть даны следующие рекомендации. Замыкающие головки заклепок формируют на более толстой детали или со стороны более прочного ма­териала. При групповой клепке целесообразно применять закладные и замыкающие головки плоской формы. В этом случае поддержки и обжимки выполняют в виде плоских плит или планок. В соединениях из легких сплавов и неметаллических материалов следует применять заклепки из мягких (алюминиевых) сплавов во избежание деформации собираемых узлов. Следует ограничивать применение односторонней (и особенно двусторонней) потайной клепки из-за дополнительной об­работки гнезд под головки заклепок и ослабления шва. В конструкциях с ограниченным двусторонним подходом можно применять специаль­ные заклепки для односторонней клепки. В конструкциях узлов целе­сообразно предусматривать преимущественно прессовую, а не ударную клепку, как более производительную и качественную. Предпочтитель­нее также холодная клепка. Ее применяют для заклепок из алюминие­вых и медных сплавов, а также для стальных заклепок диаметром ме­нее 14 мм.

При оформлении конструкций паяных соединений нужно учитывать следующие соображения. Паяные швы не должны располагаться в мес­тах переходов и концентрации напряжений. При выборе припоя сле­дует учитывать, что медные припои способствуют возникновению тре­щин в основном материале в процессе пайки или при последующей свар­ке (если она предусматривается) около паяного шва. При нагреве узла индукционным методом необходимо предусматривать беспрепятственный подвод индуктора в зону пайки. На деталях узла не должно быть острых узлов и тонких стенок, как так при этом методе нагрева возмож­но их оплавление. Эти же недостатки возможны и при других методах местного нагрева. Возможно, кроме того, коробление узла, выгорание легкоплавких составляющих припоя и перегрев основного материала. В конструкции узла должны быть предусмотрены места для закладки припоя в виде колец, шайб или пластинок, или же канавки, в которые методом экструзии подается паста, состоящая из порошкообразного припоя и флюса. Во многих случаях общий нагрев узла дает лучшее качество соединения. Он может быть легко автоматизирован и приме­нен для сборки сложных многошовных объектов методом ступенчатой пайки. При этом припои и температуру пайки выбирают так, чтобы при образовании последующих швов не происходило расплавление ранее выполненных. В конструкции узла должны быть правильно выбраны зазоры, предусмотрены временные скрепления деталей перед пайкой и базы для предварительной сборки, если пайка производится в приспо­соблении.

Технологичность современных машин может быть повышена при­менением сварных конструкций, которые могут сочетать элементы различных видов — штампованные, кованые, литые и из проката. При пе­реводе стальных отливок на штампосварные в ряде случаев достигает­ся снижение веса на 20 30% и уменьшение объема последующей ме­ханической обработки на 30 50%. Штампосварные (и паяные) узлы находят применение в серийном и массовом производствах. В тяжелом машиностроении применяют узлы, элементы которых получают свобод­ной ковкой, литьем, или резкой из проката. После незначительной ме­ханической обработки или без нее элементы соединяют в единое целое электродуговой или электрошлаковой сваркой. В одном узле могут сочетаться элементы из различных материалов.

На практике встречаются следующие случаи применения сварных конструкций:

сварные конструкции после сварки не подвергаются обработке ре­занием, если их размеры по чертежу не оговорены допусками;

сварные конструкции после сварки подвергаются только чистовой обработке. Это достигается предварительной обработкой деталей кон­струкции под сварку, в результате чего обеспечивается их более точное положение в узле. Такое построение технологического процесса в ус­ловиях тяжелого машиностроения уменьшает загрузку станочного оборудования, которое часто является уникальным и лимитирующим пропускную способность цеха;

сварные конструкции, черновая и чистовая обработка которых про­изводится после сварки (стыковой, дуговой, контактной). Этот вариант часто встречается в общем машиностроении, автомобилестроении и дру­гих отраслях.

Сложная деталь может быть получена из простых элементов, вы­полняемых горячей или листовой штамповкой, резкой сортового или специального проката. Примерами могут служить заготовки задних и передних мостов автомобиля, сварные корпусы редукторов, карданные валы и др. В отдельных случаях возможна замена литых станин метал­лорежущих станков (например, протяжных) штампосварными. При этом достигается уменьшение веса на 30% и снижение трудоемкости на 25%.

Общие технологические требования к сварной конструкции можно сформулировать в следующем виде.

При конструировании объекта учитывать общую схему технологи­ческого процесса, предусматривать применение наиболее рациональ­ных и производительных методов сварки и предупреждать возможность получения брака. К таким методам сварки относятся контактная, ав­томатическая под флюсом, в среде защитных газов, электрошлаковая (для больших толщин).

Доводить объем сварочных работ до минимума путем уменьшения количества деталей в сварном узле заменой пакета тонких листов од­ним толстым (рис. 4, а), применять гибку взамен сварки (рис. 4, б). Заменять приваренные ребра жесткости выштампованными усилениями (рис. 4, в), применять минимально допустимые углы разделки кромок и соединения без скоса кромок, проектировать соединения без накладок и при минимальном сечении швов в результате применения электро­дов и присадочных материалов, обеспечивающих необходимую проч­ность соединений. Шире применять штампосварные и литейносварные конструкции. Для литых деталей применять сталь 15Л, 20Л или 25Л по ГОСТ 977—65.

Конструкции с большим количеством пространственно расположен­ных элементов целесообразно расчленять на отдельные узлы. При этом упрощается последующая общая сборка и сварка; снижается величина конечной деформации и повышается точность изготовления изделий. Предпочтительны сварные узлы, допускающие одновременную установку для сварки максимального количества деталей. Последователь­ная установка и сварка каждого элемента нежелательна, как мало тех­нологичная и непроизводительная. При контактной сварке изделий п массовом производстве необходимо предусматривать возможность од­новременной сварки всех точек. Следует шире применять горизонталь­ные швы, избегая вертикальных и особенно потолочных. Для сварки сложных узлов предусматривать возможность их кантования без или с помощью кантователей.

Снижать до минимума напряжения и деформации, вызываемые свар­кой, путем: уменьшения количества сварных швов и объема наплав­ленного металла; симметричного расположения швов; недопущения скученного расположения швов и их пересечения; применения преры­вистых симметричных швов или электрозаклепок в неответственных соединениях; устранения резких переходов в сечениях свариваемых узлов, расположения швов, допускающих предварительную сборку уз­ла до начала его сварки; расположения швов не по одной прямой при сварке цилиндрических емкостей; закрепления элементов тонколис­товых конструкций вблизи стыка; замены дуговой сварки другими ви­дами сварки, дающими меньшую деформацию.

Предохранять обработанные поверхности деталей от повреждения при сварке путем размещения сварных швов на достаточном расстоя­нии от обработанных поверхностей. При сварке втулки (рис. 4, г) форма ее отверстия будет искажена. При сварке втулки с фланцем иска­жения формы отверстия можно избежать. При сварке окончательно обработанных деталей с жесткими требованиями к взаимному положе­нию (пальцы, вилки—см. рис. 4, д ) их предварительную сборку рекомендуется производить по прессовой посадке , а швы располагать преимущественно обратной стороны. Соединения внахлестку и с на­кладками не рекомендуются для деталей толщиной более 10 мм. Длину нахлестки не следует назначать менее четырех толщин свариваемых листов. При точечной сварке соотношение толщины свариваемых деталей рекомендуется принимать не более 2:1. В исключительных случаях оно может быть увеличено до 3:1. В соединении двух деталей должно быть не менее двух точек. Число деталей в свариваемом пакете больше трех не рекомендуется.

Размещать ответственные швы в удобных местах для выполнения сварки, визуального осмотра и специального контроля. Чем проще вид контроля, тем технологичнее сварная конструкция. В зависимости от применяемого метода сварки в каждом отдельном случае могут возник­нуть частные требования, рассматриваемые подробно в специальной литературе.

В условиях автоматической сборки к конструктивному оформле­нию изделий предъявляют следующие дополнительные требования.

Детали изделия должны иметь простые симметричные формы. Это упрощает задачу ориентации при выдаче их из бункерно-ориентирующих устройств на рабочую позицию сборочного автомата. Конструк­ция деталей должна быть такой, чтобы при выдаче их из бункерных устройств не происходило их взаимного сцепления в виде цепочек. В конструкции изделий не должны предусматриваться сложные регу­лировочные работы. Следует в максимальной степени использовать унифицированные стандартные или нормализованные детали в целях большего применения однотипных исполнительных сборочных уст­ройств. Целесообразно заменять разъемные соединения неразъемными (для неремонтируемых узлов), применяя методы сборки, основанные на пластическом деформировании (развальцовка, клепка и пр.). Сборка должна осуществляться простыми (преимущественно прямолинейны­ми) движениями исполнительных устройств без поворота изделия. Для повышения надежности работы сборочных автоматов в ряде случаев целесообразно давать более жесткие допуски на детали изделия.