Технология сборки машин. Введение. Основные понятия и определения.

Лекция 1. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МАШИН ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Сборка представляет собой технологический процесс объединения в единое изделие его составных частей путем образования конструктивно предусмотренных соединений. Последовательность выполнения сборки может быть неоднозначной. Основное требование к последовательности – рациональность и способность обеспечить высокое качества изделия. Для обеспечения предъявляемых к конструкции технических требований, а также для вывода технико-экономических параметров конструкции в заданный техническими характеристиками диапазон, сборка, как правило, сопровождается различного рода контрольно-регулировочными работами и испытаниями. Иногда сборка сопровождается обкаткой – для осуществления первичной приработки и вывода изделия на нормальный эксплуатационный режим работы. Для машиностроительных производств основными объектами сборки являются машины, механизмы, узлы, агрегаты и т.д. Машина – это функционально-законченная, преимущественно механическая система, предназначенная для: • преобразования энергии; • выполнения механической работы; • преобразования информации. Как правило, работа практически любой машины, машинного агрегата, установки сопровождается решением всех вышеперечисленных задач. Наличие привода предусматривает выполнение задачи преобразования энергии: электрической в механическую, давления газа или потока жидкости – в механическую, тепловую – в механическую. Наличие системы автоматического регулирования, системы управления – преобразование информации. Наличие подвижных частей – выполнение работы. Но в соответствии с функциональным назначением машине может быть свойственна одна из вышеуказанных функций. Компрессор – преобразование механической энергии в энергию давления газа. Подъемно-транспортное устройство – выполнение работы. Координатно-измерительная машина преобразование информации. В современных условиях в конструкцию машины закладываются существенно различающиеся по принципу действия решения, приводящие к тому, что сборка не ограничивается так называемыми слесарно-сборочными работами. Различные системы машины для согласованной работы собираемой конструкции требуют привлечения специалистов по пневматике, гидро- системам, автоматике, электротехнике и электронике. Наличие в системах управления и автоматического регулирования микропроцессоров, программируемых контроллеров, ремиконтов – требует иногда привлечения специалистов в области программирования. Любой объект сборки на машиностроительном предприятии является изделием. Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. [1]. Различают изделия основного и вспомогательного производства. Изделия основного производства подлежат реализации. Изделия вспомогательного производства выпускаются для нужд предприятия (например спец. оснастка). Устанавливаются следующие виды изделий: детали, сборочные единицы; комплексы; комплекты. Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций, в том числе подвергнутое покрытиям (защитным или декоративным) или изготовленное с применением местной сварки, пайки, склейки, сшивки. Например: вал, винт, гайка, шовная труба. Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой и т.д. Например: сварной корпус, червячное колесо со стальной ступицей и бронзовым венцом, редуктор, маховичок из пластмассы с металлической арматурой. Комплекс – это два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии – изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое из специфицированных изделий, входящих в комплекс, служит для выполнения одной или нескольких основных функций, установленных для всего комплекса, например: гибкий автоматизированный комплекс (станки с ЧПУ, робот, тактовый стол, накопитель, кантователь и др.). Комплект – это два и более изделия, не соединенных на предприятии изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например: ЗИП – комплект запасных частей, инструмента и принадлежностей. В отличие от комплекта, представляющего собой изделие различают сборочный комплект. Сборочный комплект – это группа составных частей изделия, которые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части. [2] Изделия Детали Сборочные единицы Комплексы Комплекты Комплексы Сборочные единицы Сборочные единицы Сборочные единицы Детали Детали Детали Комплекты Комплекты Комплекты Рис. 1. Виды изделий и их структура. Сборочный комплект может состоять из деталей, сборочных единиц, среди которых могут быть стандартные и покупные изделия. Комплектующее изделие – это изделие предприятия поставщика, применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием изготовителем. [2] В процессе сборки могут использоваться также различные материалы, как остающиеся в составе изделия, так и необходимые для выполнения процесса сборки, например: герметики, смазочные материалы, проволока, уплотнительные материалы, клеи, промывочные жидкости, ветошь и т.д. При использовании в соединениях, материалы требуются для обеспечения заданных свойств – герметичности, коэффициент трения и др. Соединения образуются, как правило, между однотипными поверхностями деталей: плоскость-плоскость, цилиндрическая поверхность цилиндрическая поверхность, коническая – коническая, сферическая – сферическая поверхность и др. В зависимости от того, принадлежат ли соединяемые детали одному звену механизма или образуют кинематическую пару, соединения будут неподвижными или подвижными. Для кинематических пар высших порядков геометрическое подобие участвующих в соединениях поверхностей необязательно. В собранном изделии соединения могут быть разборными или нет (разборка либо невозможна, либо способна привести к механическому разрушению поверхностей или самих деталей участвующих в соединении). Соединения в сборке, в зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения могут быть классифицированы следующим образом. По возможности разборки – соединения разъемные и неразъемные. По относительной подвижности – соединения подвижные и неподвижные. По форме поверхности – плоские, цилиндрические, конические, сферические, винтовые, профильные, комбинированные. По конструктивным признакам различают соединения резьбовые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, сварные, паяные, клепаные, клеевые, фланцевые, посадки с натягом (прессовые), фальцованные, развальцованные, замковые и байонетные, гвоздевые, сшивные, комбинированные. Могут встречаться и другие виды соединений. предопределяет необходимые Конструкция соединения технологические методы сборки, характер сборочных работ: сварка, пайка, сборка штамповкой, слесарно-сборочные работы. Характер соединений По возможности разборки По относительной подвижности По форме поверхностей По конструктивным признакам Разъемные Плоские Неразъемные Цилиндрические Конические Подвижные Резьбовое Сферические Клиновое Шпоночное Винтовые Неподвижные Шлицевое Профильные Комбинированные Штифтовое Термоусаженное Развальцованное Гвоздевое Сварное Клепаное Замковое Паяное Фланцевое Пружинное Клеевое Шарнирное Контактное Фальцованное Сшивное Комбинированное Посадки с натягом (Прессовые) Рис. 2. Классификация соединений. Шплинтовое Каждая деталь представляет собой геометрический объект, ограниченный различными поверхностями. Поверхности детали могут иметь следующее назначение: − участвовать в посадках, в соединениях; − нести функциональную нагрузку; − быть необходимыми по технологическим особенностям изготовления детали или при осуществлении сборки сборочной единицы; − служить для оформления геометрической целостности конструкции детали, обеспечивать благоприятное распределение напряжений и др. Поверхности детали или сборочной единицы, участвующие в соединениях принято называть базами. Различают основные и вспомогательные базы. По основным базам деталь (сборочная единица) устанавливается в собираемом изделии. Вспомогательные базы используются для образования соединений с присоединяемыми к изделию деталями. Таким образом, в соединении участвуют основные базы присоединяемой детали и вспомогательные базы изделия на которые устанавливается присоединяемая деталь. Поверхности детали Участвуют в соединениях Основные базы Функциональные Технологически необходимые Прочие Вспомогательные базы Рис. 3. Классификация поверхностей детали. Функциональные поверхности детали имеют определенное эксплуатационное назначение, например: аэродинамическая поверхность, оптическая поверхность, поверхность канавки для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям. Технологически необходимые поверхности обеспечивают инструментальную доступность, удобство изготовления (поверхности канавки для выхода шлифовального круга), возможности выполнения сборки (паз под отвертку, шестигранник под ключ). К прочим поверхностям можно отнести все остальные поверхности детали, в том числе определяющие ее конструктивную целостность. ВИДЫ СБОРКИ По объему различают общую сборку и узловую сборку. Объектом общей сборки является готовое изделие, узловой - сборочная единица, узел, т.е. составная часть готового изделия. В зависимости от типа производства и конструкции изделия объем узловой сборки может меняться. В условиях единичного производства целесообразнее, в большинстве случаев ориентироваться непосредственно на общую сборку. В условиях серийного и массового производств, особенно при организации поточной сборки, общую сборку целесообразнее осуществлять из предварительно собранных узлов. По объему, (объекту сборки) Общая сборка (готовое изделие) Узловая (Сборочная единица, узел – составная часть изделия) Рис. 4. Виды сборки по объему, по объекту сборки. По стадиям процесса различают следующие виды сборки: 1. Предварительная сборка. Осуществляется для определения, например, величины компенсации, определения размера компенсатора, подбора элементов сборочного комплекта удовлетворяющего конструктивно заданным техническим требованиям и др. После предварительной сборки следует разборка. 2. Промежуточная сборка. Осуществляется для совместной обработки. Например, для растачивания посадочных поверхностей под подшипники, для обработки отверстий под штифты или призонные болты. 3. Сборка под сварку. Осуществляется для относительной пространственной координации деталей, элементов конструкции подлежащих сварке, с последующей их фиксацией в данном положении для наложения сварных швов. Сборка под сварку может осуществляться на стапеле, в спец. приспособлении, либо на рабочем месте с прихваткой сваркой после требуемого взаимного позиционирования свариваемых деталей. 4. Окончательная сборка. Полученное в результате изделие не подлежит дальнейшей разборке и предназначается либо для дальнейшей сборки, если это узел, либо для испытаний, упаковки, поставки. Если изделие в сборе является нетранспортабельным, то после окончательной сборки может следовать демонтаж. Сборка по стадиям процесса Предварительная (впоследствии изделие разбирается. Например для определения размера компенсатора) Окончательная сборка Промежуточная (Для совместной обработки) Сборка под сварку Рис. 5. Виды сборки по стадиям процесса. В зависимости от метода образования соединений, характера выполняемых работ и объектов, с которыми исполнитель работает при сборке различают: • Слесарно-сборочные работы. (Сборка, клепка, свинчивание, контровка и др.) • Монтаж. (Установка изделия или его составной части на месте использования). • Электромонтаж. (Постановка электротехнических компонентов на изделии, если их постановка не была осуществлена в рамках слесарно-сборочных работ, установка электропроводки и других элементов электро- систем изделия.) • Сварку. • Пайку. • Склеивание. (Склеивание может быть отнесено к слесарносборочным работам). Виды сборочных работ Слесарно- сборочные (Сборка, клепка, свинчивание, контровка и др.) Монтаж (Установка по месту эксплуатации) Электромонтаж Сварка, пайка, склеивание Рис. 6. Виды сборочных работ по характеру выполняемых операций. По характеру, назначению выполняемые на сборке работы можно разделить на следующие: 1. Подготовительные. Комплектование – формирование сборочных комплектов. Подготовка составных частей изделия деталей, узлов к сборке. Деконсервация, промывка, контроль, сортировка, укладка в комплектовочную тару. 2. Пригоночные. Обеспечение собираемости изделия, обеспечение требуемой точности замыкающих звеньев сборочных размерных цепей изменением размеров компенсирующих звеньев механообработкой. Пригоночные работы могут относиться к слесарным операциям, либо к операциям обработки резанием. 3. Слесарные. Подготовка к сборке, обеспечение собираемости, обеспечение технических требований к изделию путем механического или иного воздействия на изделие, приводящего, в первом случае, к его деформированию или удалению материала. Например: правка, гибка, разметка, шабровка, опиловочная, сверлильная операции. 4. Сборочные. Работы, связанные с образованием конструктивно предусмотренных соединений между составными частями изделия, а также сопутствующие виды работ, связанных с базированием, балансировкой и др. 5. Регулировочные. Проводятся в процессе сборки, а также по ее завершении. В процессе регулировочных работ, путем воздействия на конструктивно предусмотренные элементы конструкции регулируемые параметры выводятся в допустимый диапазон значений. Регулировка зазоров, относительных положений элементов конструкции, натяжений ремней, давлений срабатывания редукционных и предохранительных клапанов, уровней жидкости в поплавковых камерах, моментов срабатывания фрикционных муфт и др. 6. Контрольные. Осуществляются с целью проверки соответствия параметров изделия, получаемых при сборке, конструктивно заданным. Контроль может осуществляться как в процессе сборки, так и после ее завершения. Сборочные работы (по характеру, по назначению) Подготовительные (расконсервация, промывка, комплектование) Слесарные (правка, гибка, разметка, шабровка, сверлильная операция. Обеспечение собираемости – пригонка по месту, непосредственно на сборке ) Пригоночные (обеспечение собираемости на участках механообработки) Регулировочные Сборочные (выполнение конструктивно предусмотренных соединений) (вывод параметров конструкции в конструктивно заданный диапазон значений) Рис. 7. Виды сборочных работ по характеру, назначению. Сборка является завершающим этапом производственного процесса изготовления машины, в значительной мере определяющим ее качество. Под качеством изделия, выпускаемого машиностроительным предприятием, в узком смысле понимается соответствие действительных параметров и характеристик изделия заданным, отраженным в конструкторской и иной нормативной документации. В более широком смысле, под качеством продукции подразумевают совокупность ее свойств, обуславливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением. [3]. Организация технологических процессов сборки, отлаженность технологий существенно влияет на качество. Совокупность множества различных факторов процесса сборки гарантирует выпуск качественного изделия: • технологичность конструкции; • соответствие качества составных частей (сборочного комплекта) и материалов заданным; • рациональная последовательность сборки, обеспечивающая удобство сборки каждого соединения с соблюдением всех предусмотренных по конструкции требований; • соответствие применяемого оборудования, оснастки характеру выполняемых в процессе сборки работ; • рационально предусмотренные в технологии сборки контрольнорегулировочные операции, правильно назначенные методы контроля и средства измерения; • чистота, отсутствия загрязняющих и повреждающих изделия факторов, надлежащие климатические условия при выполнении сборочных работ, межоперационном транспортировании и хранении; • квалификация исполнителей, технологическая дисциплина; • личная заинтересованность и персональная ответственность участников производственного процесса в выпуске качественных изделий; • наличие при необходимости соответствующих технологических испытаний; • наличие, при необходимости процесса обкатки и др. Соответствие не любого показателя качества изделия и сборки требуемому может быть надежно проконтролировано на производственном этапе. Часть несоответствий может вскрыться только в процессе эксплуатации. Эта информация должна быть также эффективно использована, учтена для совершенствования процесса сборки (при необходимости – для доработки конструкции). Лекция 2. РАЗБИВКА ИЗДЕЛИЯ НА СБОРОЧНЫЕ ГРУППЫ И ПОДГРУППЫ. СХЕМА СБОРКИ Современные инструментальные средства технической подготовки производства позволяют эффективно решать задачи разработки технологических процессов сборки. Процесс сборки может быть отработан на моделях. Конструкция последовательность сборки. изделия в Разработка принципе изделия предопределяет в современных CAD/CAM/CAE системах предусматривает обязательное моделирование всех составных частей изделия в виде геометрических объектов. Имеются дополнительные возможности создания связанных с геометрическими моделями так называемых ассоциативных моделей – допусков на размеры, допусков формы и расположения. Моделирование процесса сборки с анализом соединений и сборочных размерных цепей еще на стадии разработки и доводки конструкции, с последующим моделированием и оптимизацией сценария сборки позволит существенно снизить или исключить период отладки технологии на стадии внедрения в производство. Моделирование сборки в системе автоматизированного проектирования позволяет предоставить разработчику ТП сборки информацию обо всех соединениях, необходимую для разработки технологического процесса. Для расчета технологических режимов иногда требуются дополнительные возможности, которые могут быть реализованы по имеющимся расчетным методам в виде алгоритмов и инструментальных средств пользователя. Для нормирования операций имеется возможность организации соответствующих баз данных необходимых разработчику. Современные моделирования сборок предоставляют возможность построения схем или диаграмм сборки. Схемы сборки отражают состав изделия, все соединения, которые необходимо выполнить в процессе сборки. Если исходные данные для разработки технологического процесса сборки представляются в виде чертежей общего вида, сборочных чертежей, сопровождаемых спецификациями - для удобства разработки технологии сборки целесообразно изделие представить в виде схемы сборки, построенной непосредственно разработчиком. При наличии схемы сборки существенно облегчается задача разбивки изделия на сборочные группы и подгруппы, разработки технологического маршрута, установления последовательности и содержания сборочных операций. Для построения схемы сборки необходимо изучить конструкцию, разобраться с назначением узлов, агрегатов, уяснить принцип действия изделия в целом. Проанализировать технические характеристики, технические требования и технические условия на изготовление и сборку. Затем целесообразно приступить к разбивке изделия на составные части – сборочные единицы, детали и т.д. При этом необходимо руководствоваться следующими принципами: • Сборочная единица, по возможности, не должна расчленяться как в процессе сборки, так и в процессе дальнейшей транспортировки и монтажа. • Габаритные размеры сборочных единиц должны устанавливаться исходя из необходимости обеспечения возможности их сборки и с учетом наличия технических средств их транспортировки. • Если требуемая точность каких-либо параметров сборочной единицы достигается пригонкой, то есть необходима предварительная сборка и механообработка компенсаторов, механообработку целесообразно выделить, и выполнять на специализированном рабочем месте. При разработке технологического процесса для поточного производства и невозможности исключить пригонку, предварительную сборку целесообразно также обособить и выполнять до операции комплектования. • Сборочная единица не должна стоять из большого числа деталей. Сборочный комплект на операцию сборки данной сборочной единицы должен быть «обозрим» для исполнителя. Следует также избегать излишнего дробления изделия на сборочные единицы. • Большинство деталей должны войти в те или иные сборочные единицы. Окончательная сборка должна быть преимущественно узловой. • Изделие следует расчленять таким образом, чтобы обеспечить возможность независимой узловой сборки без ущерба для его эксплуатации. • При разработке технологических процессов для поточного производства необходимо учитывать трудоемкость выполнения отдельных операций. На стадии разбиения изделия на сборочные единицы требуется обеспечивать их приблизительное равенство или кратность такту выпуска. Схема сборки составляется на основе сборочных чертежей и спецификаций. Выбирается базовая деталь (базовая сборочная единица) с которой целесообразно начинать сборку. Каждая деталь, сборочная единица, изображается в виде графического объекта, несущего информацию об обозначении детали (конструктивной сборочной единице), позиции в спецификации и на сборочном чертеже, наименовании, количестве (см. рис. 1). От базовой детали (сборочной единицы) проводиться горизонтальная линия, заканчивающаяся прямоугольником с наименованием изделия в сборе. Сверху к данной горизонтальной линии, в порядке вхождения в сборку присоединяются графические изображения деталей и конструктивных сборочных единиц, снизу – предварительно собранные (технологические) сборочные единицы. На каждую технологическую сборочную единицу составляется своя схема сборки. Конструктивные сборочные единицы, записываемые в спецификации в соответствующем разделе, непосредственно входят в сборочный комплект как готовый компонент, и в этом смысле равноправны с деталями. Рис. 1. Графическое изображения компонента изделия на схеме сборки. Рис. 2. Пример графического изображения компонента сборки на схеме. Данные соответствуют спецификации. При однозначной идентификации деталей, сборочных единиц по наименованию, а также для достаточно простых изделий допускается упрощенное изображение компонентов сборки – только по наименованию и количеству. Допускается первоначально каждую позицию спецификации изображать на схеме сборки отдельным объектом. При этом, если количество данной позиции более одного, то и количество графических объектов можно представить данным количеством. Для удобства разработки технологического процесса сборки изделия, схему сборки рекомендуется приводить к виду, схематически представляющему технологический процесс сборки. Рис. 3. Технологическая сборочная единица, состоящая из вала, шпонки призматической, зубчатого колеса и двух подшипников. Рис. 4. Схема сборки предварительно собираемой (технологической) сборочной единицы. На сборочном чертеже компоненты представляются отдельными позициями. Каждое пересечение линий схемы сборки представляет собой соединение, которое должно быть выполнено на технологической операции или переходе. Выполнение этого соединения должно осуществляться исполнителем соответствующей квалификации. Для выполнения соединения требуется оборудование, оснастка. Соединение характеризуется технологическими параметрами сборки, трудоемкостью. Наличие данной информации на схеме сборки упростит процесс разработки технологического процесса и оформления технологической документации. При необходимости разработки технологии для условий поточного производства, данная информация даст возможность предварительного разбиения процесса сборки на операции, возможность для изыскания путей синхронизации операций для условий поточного производства. Рис. 5. Характеристики соединений схемы сборки. Характеристики, отражающие особенности сборки соединений на схеме сборки изображать обычно нет необходимости. Исключения составляют технологические указания, выполнение которых гарантирует качество, возможность выполнения сборки. Например: прихватить сваркой, нанести слой герметика, залить масло, испытать и др. Рис. 6. Схема сборки. Схематическое изображение технологического маршрута, отражающего особенности узловой сборки, должно содержать схему сборки изделия, отражающую рациональную последовательность выполнения процесса, особенности разбиения на узлы – технологические сборочные единицы, схемы сборки технологических предшествующих уровней. Для технологического процесса необходимо сгруппировать по операциям сборочных удобства с единиц дальнейшей всех разработки фрагменты схемы сборки указанием предварительно спрогнозированных технологических параметров, трудоемкости, требований к исполнителям, средствам технологического оснащения. При приведении схемы сборки к схеме технологического маршрута ее снабжают дополнительными надписями, определяющими содержание операций, для дальнейшего удобства нормирования, а в дальнейшем, и для записи трудоемкости. устанавливается Для состав схемы технологического необходимых сборочных, маршрута регулированных, пригоночных, подготовительных и контрольных работ и определяется содержание технологических операций и переходов. В условиях единичного производства ограничиваются разработкой маршрутных технологических карт и в работе в значительной мере руководствуются выполняется непосредственно сборочными высококвалифицированными чертежами. рабочими – Сборка слесарями- сборщиками, которые сами изыскивают приёмы сборочных работ, пользуясь чертежом изделия. При этом точность сборки часто обеспечивается за счет пригонки и регулирования. В единичном производстве при сборке ответственных узлов часто руководствуются технологическими инструкциями, разрабатываемыми на типовые соединения. Технологическое оснащение сориентировано в основном на универсальное сборочное оборудование и инструменты. В условиях серийного производства разрабатываются маршрутнооперационные и операционные технологические процессы, при необходимости выпускаются технологические инструкции, комплектовочные карты, ведомость оснастки и другие документы. Процесс сборки расчленяется на общую сборку и сборку узлов, а также на технологические операции и переходы, а в крупносерийном производстве – и на приёмы. По возможности объем пригоночных работ сокращается за счёт ужесточения точности где это возможно, организационного обеспечения метода полной взаимозаменяемости (путем включения в сборочные комплекты компонентов, обеспечивающих требуемую точность сборки), широкого применения регулировки размеров с помощью разнообразных компенсаторов, а в крупносерийном производстве – применение селективной сборки и методов неполной взаимозаменяемости. При формировании возможности технологической включаются однородные операции работы, в что её состав по способствует специализации сборщиков и повышению производительности их труда. В целях синхронизации операций, необходимой для организации поточной сборки и крайне желательной при всех формах её организации, состав технологической операции устанавливается с учётом трудоёмкости отдельных элементов сборочных работ. При трудоёмкости операции, превышающей установленный такт сборки, операция дополнительно расчленяется и из её состава выделяются отдельные переходы и переносятся в другие операции, имеющие трудоёмкость меньше такта сборки. Пригоночные работы, испытание и контроль выделяется в отдельные операции, осуществляемые на специализированных участках. Лекция 3. Нормирование операций. Основные понятия организационных форм сборки. Связанность технологического маршрута с организационной формой сборки. Установление норм времени на сборочные операции Важной является составной частью нормирование разработки технологического слесарно-сборочных работ. При процесса разработке технологического процесса для рациональной организации процесса сборки требуется предварительно спрогнозировать трудоемкость технологических операций проектируемого маршрута, затем скорректировать саму технологию и уточнить технические нормы времени. Расчёт нормы штучного времени: Тш = Топ(1 + где: Аотд + Аобс )К , 100 Топ - оперативное время на операцию Топ = То + Тв (на основные виды слесарно-сборочных работ данные приведены в справочной литературе [4]; Аобс - время на обслуживание рабочего места (в процентах от оперативного времени); Аотд - время на отдых и личные надобности (в процентах от оперативного времени); К - поправочный коэффициент на оперативное время, учитывающий количество приёмов, выполняемых этим рабочим. Нормирование сборочных работ ведётся по нормативам времени на слесарно-сборочные работы. Например для операции сборки соединений вал – зубчатое колесо, вал – подшипник качения: Выполняемые переходы при напрессовки колеса: 1. Взять вал, установить на стол пресса. 2. Установить колесо на вал. 3. Запрессовать колесо. 4. Снять узел и отложить. При напрессовки, τ =0,43 мин. (зависит от массы деталей) Выполняемые переходы при напрессовки подшипников: 1. Взять вал, установить на стол пресса. 2. Взять подшипник, установить на вал. 3. Взять оправку и установить её на подшипник. 4. Напрессовать подшипник. 5. Отложить оправку, проверить легкость вращения подшипников. 6. Снять узел и отложить. При напрессовки подшипника, τ =0,38 мин. (Зависит от массы деталей). При сборке изделий партиями определяется штучно-калькуляционное время по формуле: Тшк = Тш + Где: Тпз , n Тпз - подготовительно-заключительное время на партию деталей. Величина берется из справочных данных. При поточной сборке в состав штучного времени включается время Тm – на перемещение собираемого изделия (при периодически движущемся конвейере) и на возвращение рабочего в исходную позицию (при непрерывно движущемся конвейере). Если Тm перекрывается другими элементами штучного времени, то оно не учитывается. На основе норм штучного или штучно-калькуляционного времени определяется трудоёмкость сборки всего изделия, а так же количество рабочих постов сборки или позиций. При существенно различающейся, примерно кратной трудоемкости отдельных операций определяется число потоков, необходимых для сборки одинаковых изделий. При сборке в условиях поточного производства длительность операций должна быть равной или кратной такту сборки машины. Обеспечение синхронизации операций часто требует корректировки ранее принятых решений: изменение последовательности сборки: частичного изменения содержания операции путём их совмещения или расчленений: производительных средств оснащения ТП и др. применении более Трудность совершенствования технического нормирования в сборочных цехах объясняется значительно меньшим, чем в механических и заготовительных производствах, объёмом машинного времени в структуре нормы времени. Исключение составляет автоматизированная сборка, в томчисле автоматическая роботизированных сборка комплексов. и сборка Предварительная с использованием оценка технически- обоснованных норм времени на стадии проектирования процесса затруднена, но спрогнозировать с приемлемой точностью вполне возможно. Сборка без пооперационного расчленения сборочного процесса. Представляет собой стационарную сборку, т.е. осуществляемую только при неподвижном собираемом узле или изделии. Это сборка может быть выполнятся либо непосредственно из деталей, либо из предварительно собранных узлов. Обычно общая сборка производится из предварительно собранных узлов, так как в этом случае длительность цикла сборки значительно сокращается сравнительно со сборкой непосредственно из деталей. Составляя длительность циклов сборки одного и того же изделия имеем: При сборке непосредственно из деталей Т ′ц = Т , В где Т ′ц - длительность цикла сборки непосредственно из деталей; Т – трудоёмкость процесса сборки; В – количество рабочих в сборочной бригаде; при сборке из предварительно собранных узлов: Т ′′ц = где Ту То + , Ву Во Т ′′ц - длительность цикла сборки из предварительно собранных узлов; Ту – трудоёмкость процесса сборки наиболее трудоёмкого узла; Ву – количество рабочих в бригаде на сборке этого узла; То – трудоёмкость процесса общей сборки из предварительно собранных узлов; Во – количество рабочих в бригаде общей сборки. Количество рабочих в бригаде лимитируется возможностью их одновременной работы без помех друг другу. При сборке из предварительно собранных узлов значительно расширяется фронт работ, так как сборка узлов и общая сборка выполняются параллельно. При этом возрастает число исполнителей. Трудоёмкость процесса общей сборки непосредственно изделий Т должна превышать как трудоёмкость процесса общей сборки из предварительно собранных узлов То, так и трудоёмкость процесса сборки наиболее трудоёмкого узла Ту. Следовательно, при наличии в изделии двух или более отдельных узлов применение узловой сборки сокращает длительность цикла сборки: Ту То Т + < Ву Во В При серийном производстве длительность сборки серии Тс: при сборке непосредственно из изделий: Тс = Т Nс, где Nc – размер серии В при сборке из предварительно собранных узлов: Тс = Ту То + Nс, Ву Во или Тс = Ту То Nс + , Ву Во если То Ту ≥ , Во Ву если То Ту ≤ , Во Ву Применение узловой сборки обеспечивает сокращение трудоёмкости процессов сборки в том числе за счёт специализации исполнителей. Сборка с расчленением сборочного процесса на операции представляет собой поточную сборку, которая может быть осуществлена как при неподвижном объекте, так и с перемещением собираемого изделия и узла. Выделение узловой сборки, расчленение процесса сборки на отдельные операции, каждая из которых выполняется специальными рабочими или небольшой бригадой рабочих; в этом случае достигается высшая степень специализации рабочих-сборщиков и наименьшая трудоёмкость процесса сборки. Поточная сборка при неподвижном объекте осуществляется на расположенных в линию неподвижных стендах, каждый рабочий выполняет одну и ту же операцию, переходя последовательно от одного стенда к другому. Поточную сборку при неподвижном объекте целесообразно применять в серийном производстве, в особенности при сборке тяжёлых машин. Поточная сборка с перемещением собираемого объекта: 1. С передачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому вручную (по верстаку, по рельчангу, на тележке…) 2. С подачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому посредствам механических транспортирующих устройств. В этом случае транспортирующие устройства предназначены исключительно для малооперационного перемещения собираемых возле них объектов. 3. На конвейере с периодическим перемещением. В этом случае сборка производится на конвейере в периоды его остановки. 4. на непрерывно движущемся конвейере. Основной расчётной величиной при поточной сборке является рабочий темп сборки, определяющий период времени равномерного выпуска собранных изделий (или узлов). Действительный темп t д при поточной сборке определяется с учётом потерь времени на обслуживание рабочих мест и перерыва в работе на поточных линиях: tд = где Тсм − Тоб − Тп [ мин / шт], Nсм Тсм – длительность рабочей смены, мин; Тоб – потери времени на обслуживание рабочих мест, мин; Тп – потери времени на регламентированные перерывы для отдыха во время работы, мин; Nсм – заданный выпуск за смену, шт. Оперативное время в норме штучного времени не должно превышать действительного темпа сборки. При значительном отклонении оперативного времени от темпа сборки технологически отделимые переходы распределяются между несколькими смежными операциями с таким расчётом, чтобы оперативное время каждой операции приближалось по возможности к темпу сборки. При поточной сборке с неподвижным объектом, с передачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому вручную, посредствам механических транспортирующих устройств или конвейеров с периодическим движением сумма оперативного времени, затрачиваемого на переходе рабочих от одного стенда к другому или на перемещение собираемого объекта от одного рабочего места к другому, не должно превышать действительного темпа сборки. Время на переход рабочих или перемещение объекта τ= L , V где L – длинна рабочего поста, м; V – скорость перемещения, м/мин. Скорость перемещения принимается: а) при переходе рабочих и ручном перемещении собираемого объекта 1015 м/мин; б) по рельчангу до 20 м/мин; в) для механических транспортирующих устройств 30-40 м/мин; г) для сборочного конвейера периодического действия 4-5 м/мин. Скорость непрерывно-движущегося конвейера V= L , tд где V – скорость конвейера в м/мин; L – длинна рабочего поста в м; tд действительный темп сборки, мин. Практически при сборке на непрерывно движущемся конвейере скорость его колеблется в пределах от 0,25 до 3,5 м/мин. Длительность поточной сборки: Тп = n n t д , где Тп – длительность поточной сборки; nп – число постов на сборочной линии; tд - действительный темп сборки. Число постов определяется количеством сборочных и контрольных операций, при разработке технологического маршрута следует предусматривать также резервные посты на операциях, где вероятны сбои в работе по различным причинам. Количество рабочих на каждом сборочном посту устанавливается в зависимости от трудоёмкости технических переходов, составляющих выполняемую на нём операцию, от возможности их совмещения и удобства их одновременного выполнения (в целях увязки с темпом сборки), от веса и размеров собираемых изделий или узлов. Производительность сборочного поста определяется по формуле: Q= ТВ , tш где Q – производительность в единицу времени (часовая, сменная), выраженная в штуках собираемых изделий или узлов; Т – рабочее время, к которому относится производительность (час, смена), мин; В – количество рабочих на сборочном посту; tш - штучное время выполнения сборочных операций в мин. Коэффициент загрузки сборочного поста поточной линии: Кп = tш , tд В Коэффициент загрузки поточной линии сборки: Кп = 1 nп nп ∑ Kп, 1 При поточной сборке конструкция изделия должна быть тщательно отработана с точки зрения учёта технологических условий поточного производства, должно быть обеспечено бесперебойное и равномерное, увязанное с темпом сборки снабжение сборочной линии взаимозаменяемыми деталями и узлами собираемого изделия. На линии поточной сборки основным методом обеспечения конструктивно предусмотренной точности должен быть принят метод полной взаимозаменяемости. Метод полной взаимозаменяемости может быть обеспечен в том числе организационно. Для поточной сборки разбиение на операции, осуществляемые на соседних постах должно осуществляться с учетом особенностей конструкции изделия и с учетом необходимости синхронизации операций. Окончательно схема сборки может быть представлена в виде схемы технологического маршрута. Для каждой операции необходимо предусмотреть сборочный комплект, тару для его размещения, средства технологического оснащения и т.д. По схеме технологического маршрута необходимо в дальнейшем решить задачи организации производства. Предусмотреть расстановку оборудования на производственном участке в соответствии с требованиями, предусмотреть подъемно-транспортные устройства, стеллажи, точки подвода сжатого газа и др. Рис. 7. Фрагмент схемы технологического маршрута. Лекция 4. Типы производства. Организационные формы сборки. Определение типа производства. В конструкторской и технологической документации тип производства может указываться соответствующей литерой (ГОСТ 2.103 – 98, ГОСТ 3.1102 – 81: А - серийное, Б- массовое, О – опытное и др.). Тип производства согласно ГОСТ 14.004-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования. Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца к числу рабочих мест: К зо = ∑O , ∑P где ∑O (2.1) - количество технологических операций, выполняемых на участке в течении месяца; Предварительно ∑P - количество рабочих мест на участке. оценить тип производства можно на основе статистических данных по изделиям подобного класса Таблица 2.1. Ориентировочное определение типа производства и организационной формы сборки. Единичное 1. Объем выпуска изделий Трудоемкость сборки изделия, ч Среднемесячный выпуск изделий, шт Свыше 2500 До 1 250…2500 До 3 25…250 До 5 2,5…25 До 8 0,25…2,5 До 0,25 2. Номенклатура Различная 3. Организационная форма Стационарная непоточная сборка без расчленения процесса Мелкосерийное 1. Объем выпуска изделий Трудоемкость сборки изделия, ч Среднемесячный выпуск изделий, шт Свыше 2500 2…4 250…2500 3…8 25…250 8…30 2,5…25 9…50 0,25…2,5 До 80 До 0,25 2. Номенклатура Состоит из изделий, выпускаемых мелкими партиями или сериями, систематически не повторяющимися 3. Организационная форма Стационарная непоточная сборка без расчленения процесса и с расчленением процесса Среднесерийное 1. Объем выпуска изделий Трудоемкость сборки изделия, ч Среднемесячный выпуск изделий, шт Свыше 2500 Свыше 5 250…2500 9…60 25…250 31…350 2,5…25 51…600 0,25…2,5 81…800 До 0,25 2. Номенклатура Состоит из изделий, выпускаемых партиями или сериями, периодически повторяющимися 3. Организационная форма Стационарная и подвижная поточная сборка с расчленением работ и регламентированным тактом их выполнения при большом оперативном времени Крупносерийное 1. Объем выпуска изделий Трудоемкость сборки изделия, ч Среднемесячный выпуск изделий, шт Свыше 2500 250…2500 Свыше 60 25…250 351…1500 2,5…25 601…3000 0,25…2,5 801…4500 До 0,25 1000…6000 2. Номенклатура Состоит из изделий, выпускаемых крупными партиями или сериями, систематически повторяющимися 3. Организационная форма Подвижная поточная сборка с расчленением процесса на операции и передачей собираемого объекта от одной позиции к другой посредством механических транспортирующих устройств. Массовое 1. Объем выпуска изделий Трудоемкость сборки изделия, ч Среднемесячный выпуск изделий, шт Свыше 2500 250…2500 25…250 Свыше 1500 2,5…25 Свыше 3000 0,25…2,5 Свыше 4500 До 0,25 Свыше 6000 2. Номенклатура Постоянная 3. Организационная форма Подвижная поточная сборка с расчленением процесса на операции и передачей собираемого объекта от одной позиции к другой посредством механических транспортирующих устройств. Такт сборки строго регламентирован. При объеме среднесерийного, производства свыше крупносерийного указанных производства в таблице для предварительно прогнозируется массовое производство. После разработки технологического маршрута тип производства должен быть уточнен. После осуществления нормирования операций можно будет оценить, какую часть фонда времени занимает трудоемкость по изделию, на которое разрабатывался технологический процесс. При необходимости ввести коррекции. В курсовом проекте, предварительно по массе, сложности изделия и годовой программе выпуска необходимо оценить тип производства. Для заданного типа производства предложить технологический маршрут, ориентируясь на оборудование, характерное для заданного типа производства. Маршрут представить схемой сборки. По видам соединений укрупнено оценить трудоемкость переходов, операций. Уточнить тип производства, скорректировать технологию. Соответствие коэффициента закрепления операции и типа производства по ГОСТ 14.004-83: Кз.о =1 - массовое производство, 1< Кз.о ≤10 - крупносерийное производство, 10< Кз.о≤ 20 - среднесерийное производство, 20< Кз.о ≤40 - мелкосерийное производство. Кз.о свыше 40 - единичное производство. Предложив технологический маршрут, представленный схемой сборки, можно приблизительно оценить трудоемкость каждой операции, определив по справочным данным трудоемкость выполнения каждого соединения, осуществив предварительно разбиение всю сборку на операции. Оценив технологического трудоемкость маршрута, каждой следует операции рассчитать предлагаемого соответствующие коэффициенты загрузки по операциям: K загр.i = tшт.i ⋅ N вып , 60 ⋅ Fном (2.2.) где i – операция; tшт.i - штучное время на i-ю операцию, мин; Nвып годовая программа выпуска детали, штук; Fном- номинальный годовой фонд времени работы оборудования, ч; 60 – коэффициент перевода часов в минуты. Fном = (365 − 52 ⋅ 2 − 10) ⋅ tсм ⋅ n = 251⋅ tсм ⋅ n , ( 2.3.) где 251 – число рабочих дней в году (365 число дней в году за вычетом выходных 52*2 и праздничных 10); tсм - продолжительность рабочей смены; n – число смен. Таблица 2.2.. Оценка типа производства по коэффициенту загрузки оборудования, рабочих мест по операциям. Тип производства Кзагр 1 массовый 0,1 … 1 крупносерийный 0,05 … 0,1 среднесерийный 0,025 … 0,05 мелкосерийный менее 0,025 единичный Оценив коэффициент загрузки по операциям, необходимо исключить из рассмотрения существенно выпадающие операции и оценить среднее значение. По среднему значению следует принять предполагаемый тип производства. Под выбранный тип производства следует скорректировать технологический маршрут и выбрать организационную форму производства. Для среднесерийного, крупносерийного и массового типов производства следует скорректировать маршрут и содержание технологических операций под производство поточное. То есть трудоемкость каждой операции должна быть примерно равна или кратна такту выпуска. В данном случае рационально применение средств механизации и автоматизации. В условиях мелкосерийного и среднесерийного производства при относительно высокой сложности изделий может оказаться целесообразным организация гибкого автоматизированного производства, групповой метод сборки. Для единичного и мелкосерийного производства расстановка оборудования, постов сборки целесообразна по технологическому признаку. В этом случае организационной формой сборки будет непоточная. В соответствии с типом производства уточнить выбор оборудования. В реальных условиях производственная программа определяется номенклатурой изделий, подлежащих изготовлению в течении планируемого интервала времени в расчете на производственное подразделение. В данном случае коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех технологических операций, выполняемых (подлежащих выполнению) в течении планируемого интервала времени (месяц, год) к числу рабочих мест. В расчете на год коэффициент закрепления операций будет определяться: К з .о . = По 12 ⋅ Ф ⋅ К В ⋅ ∑ По , = Р ∑ (N j ⋅t j ) где По ( 2.4.) - число всех технологических операций, подлежащих выполнению производственным подразделением (участком); Р- число рабочих мест в производственном подразделении; 12 – число месяцев в году; Ф – месячный фонд времени одного рабочего; К В - коэффициент выполнения норм времени; ∑П о - суммарное число операций, производственным подразделением в течение месяца; трудоемкость годовой производственной ∑ (N программы; j выполняемых ⋅ ti ) - суммарная Nj - годовая производственная программа по j – изделию; t j - суммарная трудоемкость изготовления j – изделия. Для массового и серийного производства рациональным является производство поточное. В данном случае необходимо определить такт выпуска. Под тактом выпуска понимают интервал времени, через который периодически производиться выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения. При поточно-массовом производстве такт выпуска определяется по формуле tв = 60 Fд m , мин N (2.5) где Fд - действительный годовой фонд времени работы одного станка при работе в одну смену, часов; m – число рабочих смен; N – годовая производственная программа, шт. Для серийного поточного производства такт рассчитывается исходя из доли годового фонда времени работы рабочего поста, отводимого для изготовления изделий данного наименования. В этом случае необходимы данные по всем наименованиям изделий, подлежащих сборке, изготовлению на данной линии в течении года. В рамках курсового проекта такт определиться путем расчета и синхронизации трудоемкости всех операций разрабатываемого технологического процесса (допускается кратность трудоемкости отдельных операций такту). Установление норм времени на сборочные операции Важной является составной частью нормирование разработки технологического слесарно-сборочных работ. При процесса разработке технологического процесса для рациональной организации процесса сборки требуется предварительно спрогнозировать трудоемкость технологических операций проектируемого маршрута, затем скорректировать саму технологию и уточнить технические нормы времени. Расчёт нормы штучного времени: Тш = Топ(1 + где: Аотд + Аобс )К , 100 Топ - оперативное время на операцию Топ = То + Тв (на основные виды слесарно-сборочных работ данные приведены в справочной литературе [4]; Аобс - время на обслуживание рабочего места (в процентах от оперативного времени); Аотд - время на отдых и личные надобности (в процентах от оперативного времени); К - поправочный коэффициент на оперативное время, учитывающий количество приёмов, выполняемых этим рабочим. Нормирование сборочных работ ведётся по нормативам времени на слесарно-сборочные работы. Например для операции сборки соединений вал – зубчатое колесо, вал – подшипник качения: Выполняемые переходы при напрессовки колеса: 1. Взять вал, установить на стол пресса. 2. Установить колесо на вал. 3. Запрессовать колесо. 4. Снять узел и отложить. При напрессовки, τ =0,43 мин. (зависит от массы деталей) Выполняемые переходы при напрессовки подшипников: 1. Взять вал, установить на стол пресса. 2. Взять подшипник, установить на вал. 3. Взять оправку и установить её на подшипник. 4. Напрессовать подшипник. 5. Отложить оправку, проверить легкость вращения подшипников. 6. Снять узел и отложить. При напрессовки подшипника, τ =0,38 мин. (Зависит от массы деталей). При сборке изделий партиями определяется штучно-калькуляционное время по формуле: Тшк = Тш + Где: Тпз , n Тпз - подготовительно-заключительное время на партию деталей. Величина берется из справочных данных. При поточной сборке в состав штучного времени включается время Тm – на перемещение собираемого изделия (при периодически движущемся конвейере) и на возвращение рабочего в исходную позицию (при непрерывно движущемся конвейере). Если Тm перекрывается другими элементами штучного времени, то оно не учитывается. На основе норм штучного или штучно-калькуляционного времени определяется трудоёмкость сборки всего изделия, а так же количество рабочих постов сборки или позиций. При существенно различающейся, примерно кратной трудоемкости отдельных операций определяется число потоков, необходимых для сборки одинаковых изделий. При сборке в условиях поточного производства длительность операций должна быть равной или кратной такту сборки машины. Обеспечение синхронизации операций часто требует корректировки ранее принятых решений: изменение последовательности сборки: частичного изменения содержания операции путём их совмещения или расчленений: производительных средств оснащения ТП и др. применении более Трудность совершенствования технического нормирования в сборочных цехах объясняется значительно меньшим, чем в механических и заготовительных производствах, объёмом машинного времени в структуре нормы времени. Исключение составляет автоматизированная сборка, в томчисле автоматическая роботизированных сборка комплексов. и сборка Предварительная с использованием оценка технически- обоснованных норм времени на стадии проектирования процесса затруднена, но спрогнозировать с приемлемой точностью вполне возможно. Сборка без пооперационного расчленения сборочного процесса. Представляет собой стационарную сборку, т.е. осуществляемую только при неподвижном собираемом узле или изделии. Это сборка может быть выполнятся либо непосредственно из деталей, либо из предварительно собранных узлов. Обычно общая сборка производится из предварительно собранных узлов, так как в этом случае длительность цикла сборки значительно сокращается сравнительно со сборкой непосредственно из деталей. Составляя длительность циклов сборки одного и того же изделия имеем: При сборке непосредственно из деталей Т ′ц = Т , В где Т ′ц - длительность цикла сборки непосредственно из деталей; Т – трудоёмкость процесса сборки; В – количество рабочих в сборочной бригаде; при сборке из предварительно собранных узлов: Т ′′ц = где Ту То + , Ву Во Т ′′ц - длительность цикла сборки из предварительно собранных узлов; Ту – трудоёмкость процесса сборки наиболее трудоёмкого узла; Ву – количество рабочих в бригаде на сборке этого узла; То – трудоёмкость процесса общей сборки из предварительно собранных узлов; Во – количество рабочих в бригаде общей сборки. Количество рабочих в бригаде лимитируется возможностью их одновременной работы без помех друг другу. При сборке из предварительно собранных узлов значительно расширяется фронт работ, так как сборка узлов и общая сборка выполняются параллельно. При этом возрастает число исполнителей. Трудоёмкость процесса общей сборки непосредственно изделий Т должна превышать как трудоёмкость процесса общей сборки из предварительно собранных узлов То, так и трудоёмкость процесса сборки наиболее трудоёмкого узла Ту. Следовательно, при наличии в изделии двух или более отдельных узлов применение узловой сборки сокращает длительность цикла сборки: Ту То Т + < Ву Во В При серийном производстве длительность сборки серии Тс: при сборке непосредственно из изделий: Тс = Т Nс, где Nc – размер серии В при сборке из предварительно собранных узлов: Тс = Ту То + Nс, Ву Во или Тс = Ту То Nс + , Ву Во если То Ту ≥ , Во Ву если То Ту ≤ , Во Ву Применение узловой сборки обеспечивает сокращение трудоёмкости процессов сборки в том числе за счёт специализации исполнителей. Лекция 5. Особенности поточного производства. Сборка с расчленением сборочного процесса на операции представляет собой поточную сборку, которая может быть осуществлена как при неподвижном объекте, так и с перемещением собираемого изделия и узла. Выделение узловой сборки, расчленение процесса сборки на отдельные операции, каждая из которых выполняется специальными рабочими или небольшой бригадой рабочих; в этом случае достигается высшая степень специализации рабочих-сборщиков и наименьшая трудоёмкость процесса сборки. Поточная сборка при неподвижном объекте осуществляется на расположенных в линию неподвижных стендах, каждый рабочий выполняет одну и ту же операцию, переходя последовательно от одного стенда к другому. Поточную сборку при неподвижном объекте целесообразно применять в серийном производстве, в особенности при сборке тяжёлых машин. Поточная сборка с перемещением собираемого объекта: 1. С передачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому вручную (по верстаку, по рельчангу, на тележке…) 2. С подачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому посредствам механических транспортирующих устройств. В этом случае транспортирующие устройства предназначены исключительно для малооперационного перемещения собираемых возле них объектов. 3. На конвейере с периодическим перемещением. В этом случае сборка производится на конвейере в периоды его остановки. 4. на непрерывно движущемся конвейере. Основной расчётной величиной при поточной сборке является рабочий темп сборки, определяющий период времени равномерного выпуска собранных изделий (или узлов). Действительный темп t д при поточной сборке определяется с учётом потерь времени на обслуживание рабочих мест и перерыва в работе на поточных линиях: tд = Тсм − Тоб − Тп [ мин / шт], Nсм где Тсм – длительность рабочей смены, мин; Тоб – потери времени на обслуживание рабочих мест, мин; Тп – потери времени на регламентированные перерывы для отдыха во время работы, мин; Nсм – заданный выпуск за смену, шт. Оперативное время в норме штучного времени не должно превышать действительного темпа сборки. При значительном отклонении оперативного времени от темпа сборки технологически отделимые переходы распределяются между несколькими смежными операциями с таким расчётом, чтобы оперативное время каждой операции приближалось по возможности к темпу сборки. При поточной сборке с неподвижным объектом, с передачей собираемого объекта от одного рабочего места к другому вручную, посредствам механических транспортирующих устройств или конвейеров с периодическим движением сумма оперативного времени, затрачиваемого на переходе рабочих от одного стенда к другому или на перемещение собираемого объекта от одного рабочего места к другому, не должно превышать действительного темпа сборки. Время на переход рабочих или перемещение объекта τ= L , V где L – длинна рабочего поста, м; V – скорость перемещения, м/мин. Скорость перемещения принимается: а) при переходе рабочих и ручном перемещении собираемого объекта 1015 м/мин; б) по рельчангу до 20 м/мин; в) для механических транспортирующих устройств 30-40 м/мин; г) для сборочного конвейера периодического действия 4-5 м/мин. Скорость непрерывно-движущегося конвейера V= L , tд где V – скорость конвейера в м/мин; L – длинна рабочего поста в м; tд действительный темп сборки, мин. Практически при сборке на непрерывно движущемся конвейере скорость его колеблется в пределах от 0,25 до 3,5 м/мин. Длительность поточной сборки: Тп = n n t д , где Тп – длительность поточной сборки; nп – число постов на сборочной линии; tд - действительный темп сборки. Число постов определяется количеством сборочных и контрольных операций, при разработке технологического маршрута следует предусматривать также резервные посты на операциях, где вероятны сбои в работе по различным причинам. Количество рабочих на каждом сборочном посту устанавливается в зависимости от трудоёмкости технических переходов, составляющих выполняемую на нём операцию, от возможности их совмещения и удобства их одновременного выполнения (в целях увязки с темпом сборки), от веса и размеров собираемых изделий или узлов. Производительность сборочного поста определяется по формуле: Q= ТВ , tш где Q – производительность в единицу времени (часовая, сменная), выраженная в штуках собираемых изделий или узлов; Т – рабочее время, к которому относится производительность (час, смена), мин; В – количество рабочих на сборочном посту; tш - штучное время выполнения сборочных операций в мин. Коэффициент загрузки сборочного поста поточной линии: Кп = tш , tд В Коэффициент загрузки поточной линии сборки: 1 Кп = nп nп ∑ Kп, 1 При поточной сборке конструкция изделия должна быть тщательно отработана с точки зрения учёта технологических условий поточного производства, должно быть обеспечено бесперебойное и равномерное, увязанное с темпом сборки снабжение сборочной линии взаимозаменяемыми деталями и узлами собираемого изделия. На линии поточной сборки основным методом обеспечения конструктивно предусмотренной точности должен быть принят метод полной взаимозаменяемости. Метод полной взаимозаменяемости может быть обеспечен в том числе организационно. Пригоночные работы должны выполнятся в механических цехах до поступления элементов собираемого изделия на сборку. В сборочный комплект входят компоненты, обеспечивающие требуемую точность. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ СБОРКИ Организационные формы сборки Непоточная Стационарная Подвижная Поточная Групповая Стационарная С расчленением сборочных работ Подвижная Рис. 3.1. Организационные формы сборки. В зависимости от производственной программы организационная форма сборки может различаться. Основные виды организационной формы сборки это непоточная и поточная. При разработке технологического процесса, в зависимости от производственной программы и конструктивной сложности изделия необходимо оценить тип производства (массовое, серийное, единичное) на основе сравнения таких показателей как такт выпуска, ритм выпуска и трудоемкости сборки изделия. Такт выпуска – интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий. Номинальный такт (мин/шт.) Тн=60Ф/Nг, где (3.1) Ф – годовой фонд рабочего времени, ч; Nг – годовая производственная программа, шт.; Ф=ДСТсмηр, (3.2) Где Д – число рабочих дней в году; С – число рабочих смен за день; Тсм – длительность смены, ч; ηр – коэффициент, учитывающий потери времени на ремонт оборудования. При двусменной работе Ф=4140ч, при одно сменной Ф=2070ч. Действительный такт (мин/шт.) Тд=60ДС(Тсмηр-Тоб-Тотд)/Nг, (3.3) где Тоб – потери времени в течении смены на обслуживание рабочих мест, ч; Тотд – потери времени на перерывы в работе для отдыха естественных надобностей рабочих в течении смены, ч. Ритм выпуска – количество изделий определённого наименования, выпускаемых в единицу времени: Номинальный ритм (шт./мин) Rн=1/Тн; Действительный ритм (шт./мин) (3.4) Rд=1/Тд; (3.5) Производительность сборочного рабочего места (шт./мин) – количество объектов (узлов или изделий), собираемых на рабочем месте в единицу времени Q=tBn/Тшт, где (3.6) t – рабочее время, к которому относится производительность, мин. Bn – число рабочих, выполняющих операцию на данном рабочем месте; Тшт – штучное время выполнения сборочной операции, мин. Коэффициент загрузки – степень загруженности производительной работой; Тш , Т Д Bn Рабочего места (поста) К Пi = Поточной линии сборки 1 КП = nП (3.7) nП ∑К i =1 Пi , Коэффициент качества сборочного процесса К кач.сь. = (Тс + Тр + Тшт) / Тсб , (3.9) (3.8) где Тс – трудоёмкость сборочных операций, требующих простого сочленения деталей; Тр – трудоёмкость операций по регулированию сопряжений, производимому перемещением или поворотом деталей с последующим их закреплением; Тшт – трудоёмкость операций подобно предыдущим, но с последующей штифтофкой без разборки; Тсб – общая трудоёмкость сборки. Чем больше коэффициент качества, тем выше уровень технологического производства. Коэффициент расчленённости сборочного процесса К расчл = Тсб.ед / Тсб , где (3.10) Тсб.ед – суммарная трудоёмкость сборки сборочных единиц .Чем больше Красчл, тем выше качество сборочного процесса. Коэффициент значимости пригоночных работ Кпр = Тпр / Тс.сб , где (3.11) Тпр – трудоёмкость пригоночных работ; Тс.сб – трудоёмкость собственного сборочных операций. Чем меньше Кпр, тем выше качество сборочного процесса. Коэффициент трудоёмкости слесарно-сборочных работ К ТР = Тсл.сб / Тмсб , где Тсл.сб – трудоёмкость слесарно-сборочных работ; Тмсб – общая трудоёмкость механосборочных работ по данному изделию. По перемещению собираемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства на непоточную, групповую и поточную. Непоточная стационарная сборка осуществляется на одной сборочной позиции: стенде, станке, рабочем месте, на полу цеха. Все детали, сборочные единицы (узлы) и комплектующие изделия – сборочный комплект, поступают на эту позицию. Этот вид сборки выполнятся без регламентирования сборочных работ одной бригадой рабочих – сборщиков от начала до конца. К достоинствам этого метода следует отнести: 1) сохранение неизменного положения базовой детали, что способствует достижению высокой точности собираемого изделия (особенно при крупных изделиях и с недостаточно жёсткой конструкцией); 2) использование универсальных транспортных средств, приспособлений и инструментов, что сокращает продолжительность и стоимость технической подготовки производства. Недостатками метода являются: 1) длительность общего цикла сборки, выполняемой последовательно; 2) потребность в высоко квалифицированных исполнителях, способных выполнять любую сборочную операцию; 3) увеличение потребности в больших сборочных стендах и высоких помещениях сборочных цехов, так как каждая машина собирается на стенде от начала до конца, длительное время занимает монтажный стенд. Это особенно существенно при увеличении производственной программы выпуска крупных машин, когда их выпуск лимитируется наличием монтажных стендов и высоких сборочных цехов. Область применения стационарной неподвижной сборки является единичное и мелкосерийное производство тяжёлого и энергетического машиностроения, экспериментальные и ремонтные цехи (сборки крупных изделий, прокатных станков, крупных турбин и т.п.) Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ предлагает дифференциацию процесса на узловую и общую сборку. Сборка каждой сборочной единицы и общая сборка выполняется в одно и то же время разными бригадами и многими сборщиками. Собираемая машина остаётся неподвижной на одном стенде. В результате такой организации длительность процесса сборки значительно сокращается. Расчётное количество рабочих позиций или стендов γ0 для параллельной сборки одинаковых объектов: γ 0 = (Т 0 − Т с ) / Т , где (3.12) Т0 – расчётная трудоёмкость всех переходов сборки одного объекта; Тс – расчётная трудоёмкость переходов, выполнение которых совмещено во времени с выполнением других объектов; Т – расчётный такт сборки. Область экономичного использования данного вида сборки является производство изделий, изготавливаемых единицами или в небольших количествах. Преимущества сборки с расчленением на узловую и общую сборку: 1. Значительное сокращение общей длительности цикла сборки. 2. Сокращение трудоёмкости выполнения отдельных сборочных операций за счёт: а) специализации рабочих мест сборки узлов и их оборудование соответствующими приспособлениями и механизирующими устройствами; б) специализация рабочих сборщиков определённых узлов и приобретение ими соответствующих навыков; в) лучшей организации труда (рабочие не скапливаются одновременно на ограниченном пространстве монтажного стенда и не мешают друг другу, как это имеет место при однообразной стационарной сборке). 3. Снижение в потребности в дефицитной рабочей силе сборщиков высокой квалификации. 4. Более рациональное использование помещений и оборудования сборочных цехов (узловая сборка может производится в более низких помещениях, не оборудованных мощными кранами и другими устройствами.) 5. Уменьшение размеров высоких помещений сборочных участков, оборудованных мощными подъёмно транспортными устройствами, требуемых для размещения монтажных стендов, так как при разделении узловой и общей сборки длительность пребывания собираемой машины на стенде сокращается. 6. Сокращение себестоимости сборки. Применение узловой сборки возможно лишь при соответствующем оформлении конструкции изделия, предусматривающем расчленение его на технологические сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга. В связи с этим расчленение изделий на отдельные конструктивно технологические сборочные единицы является одним из основных условий технологичности конструкции. Область экономического использования данного вида сборки является серийное производство средних по размеру и крупных машин. Непоточная перемещением подвижная собираемого сборка изделия характеризуется от одной последовательным позиции к другой. Перемещение собираемого объекта от одной рабочей позиции к другой может быть свободным или принудительным. Технологический процесс сборки при этом разбивается на отдельные операции, выполняемые одним рабочим или небольшим их числом. Сборка со свободным перемещением собираемого объекта заключается в том, что рабочий, закончив свою операцию, с помощью механизирующих средств или вручную перемещает собираемую сборочную единицу на следующую рабочую станцию. Сборочные единицы могут так же собираться на тележках, стоящих на рельсовых путях, на ральгангах и т.п. Сборка с принудительным передвижением собираемого объекта состоит в том, что объект сборки передвигается при помощи конвейера или тележки, замкнутых ведомой цепью. Сборка может выполнятся как на конвейере так и возле него. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ. Фактическая продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса колеблется, т.к.она зависит, не только от квалификации и интенсивности труда сборщика, но также и от качеств собираемых деталей. Для компенсации таких колебаний создаётся межоперационный задел. Расчётное количество рабочих позиций которые q1, должен последовательно пройти собираемый объект в процессе сборки q1 = (Т 0 − Т с ) /{(t − t п )γ 1 }, где (3.13) t п - расчётное время, необходимое для перемещения одного собираемого объекта с рабочей позиции на следующую; γ 1 - количество параллельных потоков, необходимых для выполнения производственной программы параллельной сборки одинаковых собираемых объектов. max γ 1 = (Т ОП − tп ) / Т , (3.14) max - продолжительность наиболее длительной сборочной операции где Т ОП (трудоёмкость всех несовмещённых переходов, составляющих наиболее длительную операцию). Непоточная неподвижная сборка характеризуется тем, что при построении технологического процесса сборки отдельные операции процесса выполняются за одинаковый промежуток времени – такт, или за промежуток времени, кратный такту. При этом на более продолжительных операциях, параллельно работают несколько рабочих сборщиков. Обеспечение одинаковой продолжительности технологической операции, независимое синхронизации операций, достигается их перестройкой, заключающейся в уменьшении числа их переходов или их механизации (когда требуется ускорить их выполнение) или включение в операцию дополнительных элементов работы (когда трудоёмкость операции меньше установленного такта). Поточная сборка может быть организована со свободным и с принудительным ритмом. В первом случае рабочий передает собираемое изделие на соседнюю операцию по мере выполнения собственной работы, а во втором случае, при работе с принудительно регулируемом ритмом, момент передачи выполненной работы на следующую операцию определяется сигналом (световым или звуковым) или скоростью непрерывного или периодически движущегося конвейера. Межоперационное перемещение собираемого объекта при поточной сборке осуществляется: вручную или с помощью тележек, наклонного лотка или рельчанга; с помощью распределительного конвейера, предназначенного для перемещения собираемых возле него изделий; на конвейере с периодическим перемещением, в период остановки которого на нём производится сборка; перемещающем возможность на собираемое выполнения непрерывно изделие со сборочных движущемся скоростью, операций. конвейере, обеспечивающей При перемещении собираемого изделия вручную скорость перемещения принимается равной 10-15м/мин; при перемещении по лотку и рельчангу – до 20м/мин; для распределительного конвейера – 30-40м/мин и для непрерывно действующего конвейера – 0,25-3,5м/мин. Общая продолжительность поточной сборки Тп=Т·nп, где Т – такт сборки; nп – число рабочих мест на поточной линии, зависящее от числа сборочных и контрольных операций (с учётом резервных мест). Поточная сборка сокращает длительность производственного цикла и уменьшает межоперационные заделы деталей, повышает специализацию сборщиков и возможности механизации и автоматизации сборочных операций, что в конечном счёте приводит к снижению трудоёмкости сборки на 35-50% Главным организации поточной сборки является обеспечение взаимозаменяемости собираемых узлов и отдельных деталей, входящих в поточную сборку. В случае необходимости использования пригоночных работ они должны осуществляться за пределами потока на операциях предварительной сборки. Конструкция собираемого на потоке изделия должна быть хорошо отработана на технологичность. Поточная сборка является рентабельной при достаточно большом объёме выпуска собираемых изделий. Поточная стационарная сборка является одной из форм поточной сборки, требующей наименьших затрат, на её организацию. Она применяется при сборке крупных и громоздких, т.е. неудобных для транспортирования изделий. Собираемые объекты остаются на рабочих позициях в течении всего процесса сборки. Рабочие (или бригада) по сигналу все одновременно переходят от одних собираемых объектов к следующей через периоды времени, равные такту. Каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закреплённую за ним (бригадой) одну и ту же операцию на каждой из собираемых объектов. Расчётное количество рабочих (или бригаду) q2, необходимых для одного такта: { } q 2 = (Т 0 − Т с ) / (T − t |р )γ 2 , где (3.15) t |р - расчётное время для перехода рабочих (или бригады) от одних собираемых объектов к другим; γ 2 - количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы параллельной сборки одинаковых объектов. γ 2 = (Т 0 П − t |р ) / Т , (3.16) Основным преимуществом данного вида сборки является работа с установленным тактом; результатами этого является равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая производительность труда, высокий объём продукции с м2 площади. Областью экономического использования является серийное производство ряда машин, отличающихся недостаточной жесткостью базовых деталей, большими габаритными размерами и массой. Поточная подвижная сборка становится экономически целесообразной в тех случаях, когда выпуск машин и их сборных единиц значительно возрастает. Данный вид сборки может быть осуществлен с непрерывно или не периодически перемещающимися собираемыми объектами. Преимуществами поточной подвижной сборки является выполнение работы с требуемым тактом и возможность почти точного совмещения времени, затрачиваемого на транспортирование объектов, со временем их сборки. Расчётное количество рабочих позиций q3, которые должны пройти в процессе сборки собираемый объект; при сборке с непрерывным движением собираемого объекта: { } q 3 = (Т 0 − Т с ) / (T − t Р t || )γ 3 , (3.17) при с периодическим движением собираемого объекта { } q 4 = (Т 0 − Т с ) / (T − t П )γ е , (3.18) max γ 3 = (Т ОП − t Р|| ) / Т , (3.19) где γ3- количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы при параллельной поточной подвижной сборке объектов; t Р|| - расчётное время, необходимое рабочему для возвращения в исходное положение после выполнения операции. Длина рабочей части конвейера L раб = ( L + l1 )(q 3 + 1), где (3.20) L – длинна собираемого объекта, измеряемого в направлении движения конвейера, [м]; l1 – промежуток между собираемыми объектами, необходимый для удобства сборки, [м]. Лекция 6. Обеспечение точности сборки. Сборочные размерные цепи. Метод полной взаимозаменяемости. СБОРОЧНЫЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ Основные понятия и определения Размерной цепью называется совокупность взаимосвязанных размеров, образующих замкнутый контур и определяющих взаимное положение элементов геометрии (поверхностей, плоскостей симметрии, или осей симметрии) одной детали или нескольких деталей в сборке. Замкнутость размерной цепи приводит к тому, что размеры, входящие в размерную цепь, не могут назначаться независимо, т.е. значения размеров и точность по крайней мере одного из размеров определяется остальными. Размерная цепь, координирующая геометрию изделия строиться с использованием линейных и угловых размеров. Звеном называется каждый из размеров, участвующих в размерной цепи. Помимо размеров, звеньями размерной величины могут служить так называемые векторные по характеру звенья – различного рода отклонения элементов геометрии от идеальных. Векторные величины на конструкторской документации обозначаются в виде допусков формы и расположения поверхностей. Обычно влияние векторных звеньев компенсируется увеличением зазоров. Например в шарнирном механизме замыкающим звеном будет зазор Δ (рис. 1). Отклонение от перпендикулярности отверстия в охватываемой детали по отношению к поверхности, в которой отверстие выполнено может повлиять на величину зазора. Влияние векторного звена, отклонения от перпендикулярности необходимо учитывать, если оно не компенсируется зазором. Влияние векторных звеньев на замыкающее звено необходимо учитывать во всех случаях, когда оно не компенсируется, и не может быть учтено внутри поля допуска звеньев составляющих. С другой стороны, следует отметить, что иногда именно для компенсации влияния векторных звеньев и вводится в качестве замыкающего звена требуемая величина зазора. В отличии от скалярных звеньев при расчете векторные звенья складываются геометрически. а) б) Рис.1. Размерная цепь для шарнира (а). Влияние отклонения от перпендикулярности на величину зазора, в размерную цепь можно добавить векторное звено (б). Рис.2. Учет в размерной цепи векторного звена А3. Рис.3. Наличие векторных звеньев – отклонение от перпендикулярности А3, отклонение от параллельности А4. Уравнением размерной цепи будет: A1 + A32 + A42 − A2 = 0 . Рис. 4. Компенсация отклонения от перпендикулярности увеличением зазора. Векторное звено (отклонение от перпендикулярности) компенсируется увеличением зазора. Звеньями размерной цепи могут быть любые линейные или угловые размеры: диаметральные размеры, расстояния между поверхностями или осями, зазоры, натяги, перекрытия, мертвые ходы, - скалярные звенья, и отклонения формы и расположения поверхностей (осей) и т.д. – преимущественно векторные звенья. Любая размерная цепь имеет одно исходное (замыкающее) звено и два или более составляющих звеньев. Минимальное количество звеньев размерной цепи – 3. При решении размерных цепей имеют дело обычно с одной из двух задач: - Проектная задача, задана точность исходного звена из условия работоспособности конструкции, из условия обеспечения заданного качества и др. Решение проектных задач выполняется при разработке конструкции. На основе решения проектных задач осуществляют нормирование точности деталей и узлов машиностроительных конструкций. Если по результатам расчетов требуется назначать недостежимые нормы точности на звенья размерной цепи пересматривают конструкцию – вводят компенсирующие звенья, обеспечивающие возможность пригонкой или регулированием вывести замыкающее звено в диапазон допустимых значений. - Проверочная задача. По уже пронормированным конструктором по точности составляющим звеньям размерной цепи определяют диапазон значений замыкающего звена и сравнивают его с допустимым. Проверочная задача осуществляется также для оценки собираемости конструкции, для проверки возможности выдержать значение замыкающего звена в диапазоне допустимых значений конструктивно предусмотренными методами. Исходным называется звено, к которому предъявляется основное требование точности, определяющее качество изделия в соответствии с техническими условиями. Понятие исходного звена используется при проектном расчете размерной цепи. В процессе обработки или при сборке изделия исходное звено получается обычно последним, замыкая размерную цепь. В этом случае такое звено именуется замыкающим. Понятие замыкающего звена используется при поверочном расчете размерной цепи. Таким образом, замыкающее звено непосредственно не выполняется, а представляет собой результат выполнения (изготовления) всех остальных звеньев цепи. Все остальные звенья размерной цепи, с изменением которых изменяется и замыкающее звено называются составляющими звеньями. Таблица 1. Классификация размерных цепей. Классификационный признак Область применения Название размерной цепи Конструкторская Назначение, характеристика Решается задача обеспечения точности при конструировании изделий Технологическая Решается задача обеспечения точности при изготовлении изделий Измерительная Решается задача измерения величин, характеризующих точность изделия Место в изделии Детальная Определяется точность относительного положения поверхностей или осей одной детали Сборочная Определяется точность относительного положения поверхностей или осей деталей, входящих в сборочную единицу Расположение Линейная Звенья цепи являются линейными размерами. звеньев Звенья расположены на параллельных прямых. Угловая Звенья цепи представляют собой угловые размеры, отклонения которых могут быть заданы в линейных величинах, отнесенных к условной длине, или в градусах Плоская Звенья цепи расположены произвольно в одной или нескольких параллельных плоскостях Пространственная Звенья цепи расположены произвольно в пространстве Характер звеньев Скалярная Все звенья цепи являются скалярными величинами Векторная Все звенья цепи являются векторными погрешностями Комбинированная Часть составляющих звеньев размерной цепи – векторные погрешности, остальные – скалярные величины Характер взаимных Параллельно Размерные цепи (две или более), имеющие связей связанные хотя бы одно общее звено Независимые Размерные цепи, не имеющие общих звеньев Подробная классификация размерных цепей ГОСТ 16319-80 Уменьшающие и увеличивающие звенья Составляющие звенья размерной цепи разделяются на две группы: увеличивающие и уменьшающие. К первой группе относятся звенья, с увеличением которых увеличивается и замыкающее звено, при условии, что значения размеров остальных звеньев фиксированы. Ко второй группе относятся звенья, с увеличением которых уменьшается замыкающее звено (при фиксированных остальных). Такие составляющие звеня называются уменьшающими. Выявление звеньев и составление рациональных размерных цепей При проведении размерного анализа рекомендуется выделять звенья и составлять размерные цепи, руководствуясь следующими рекомендациями. 1. Должна быть четко сформулирована задача, для решения которой рассчитывается размерная цепь или несколько размерных цепей. В каждой размерной цепи может быть только одно исходное (замыкающее) звено. 2. Для выявления исходного звена необходимо установить требования к точности, которым должно удовлетворять изделие или сборочная единица. Эти требования можно разделить на две группы: • Геометрическая точность элементов конструкции обеспечивает работоспособность изделия. • Точность обеспечивает собираемость конструкции. Вышеуказанные требования в большинстве случаев взаимосвязаны. Требования к точности замыкающего звена выявляет конструктор при разработке конструкции изделия. Например на рис. 5 изображен подшипниковый узел. При работе редуктора температура нагрева вала выше температуры нагрева корпуса. Вал (звено А7) при нагреве увеличиться в длине на величину δA7 = α t A7 Δt , где αt – коэффициент температурного расширение материала вала, Δt – разность температур вала и корпуса. Беговые дорожки, тела качения подшипников геометрически неидеальны. Устранив зазор в осевом направлении у подшипника и измерив перемещение вращающегося кольца в осевом направлении можно определить величину биения в осевом направлении. (Следует различать биение в осевом направлении, обусловленную геометрическими погрешностями и осевую игру обусловленную наличием зазора). Дальнейшее нагружение рис.6. приведет к упругой деформации тел качения и беговых дорожек. При достаточно сильном нагружении силы трения приведут к заклиниванию тел качения между беговых дорожек. Подшипник будет неспособен работать по назначению. Рис. 5. Размерная цепь подшипникового узла. Исходное (замыкающее звено) Δ. Диапазон допустимых значений замыкающего звена определяется отсутствием заклинивания тел качения, в том числе при нагреве вала, и допустимой величиной осевого смещения детали вал-шестерня. Рис. 6. Определение радиального зазора и осевой игры подшипника. Рис. 7. Устранение осевого зазора в подшипнике. Следовательно, для рассмотренного подшипникового узла рис. 5. минимальное значение замыкающего звена будет складываться из составляющих: компенсация теплового расширения, геометрическая сумма величин биения в осевом направлении колец подшипников. Δ min = α t A7 Δt + A92 + A102 , где А9, А10 – значения биений в осевом направлении левого и правого подшипников (векторные звенья, в размерной цепи не показаны, так как включены в замыкающее звено). Максимальное значение исходного (замыкающего) звена определиться через другую размерную цепь, обеспечивающую перекрытие зубчатого венца зубчатого колеса зубчатым венцом шестерни. Исходя из выявленных предельных значений исходного звена разработчиком же осуществляется нормирование точности составляющих звеньев. Нормы точности, допуски на составляющие размеры, как правило не отображаются на сборочных чертежах. При технологическом контроле конструкторской документации для проверки сборочных размерных цепей требуются чертежи деталей, участвующих в сборке. С другой стороны, детали конструкции не являются абсолютно жесткими и способны под действием нагрузки деформироваться. Иногда заданную величину деформации следует учитывать. В некоторых типах конструкций подшипниковых узлов задаются предварительной величиной деформации какого либо звена с целью обеспечить заданного силового воздействие на кольца подшипников в осевом направлении. Требуемый осевой натяг при сборке определяют либо при предварительной сборке, контролируя зазор между крышкой подшипника и корпусом при плотном замыкании размерной цепи. Затем крышку притягивают с помощью болтов. Контроль величины предварительного натяга возможен также по крутящему моменту необходимому для проворачивания вала в подшипниковом узле. Предварительный натяг в подшипниковых узлах характерен для конических радиально-упорных подшипников, а также для шарикоподшипниковых узлов шпинделей высокоточных станков. Заклинивание тел качения не происходит по причине податливости деталей – звеньев размерной цепи, а тела качения жестко фиксируются между беговыми дорожками. Таким путем устраняется осевой зазор в подшипниковом узле. Отсутствие осевого зазора необходимо для жесткой фиксации вала в осевом направлении. Это важно, в частности для конических и червячных передач для обеспечения стабильного бокового зазора в зацеплении и требуемого пятна контакта. Рис. 8. Предварительно деформированное звено 10. Осевой зазор валашестерни устранен. Боковой зазор и пятно контакта обеспечиваются другой размерной цепью, не связанной со звеньями размерной цепи подшипнкового узла. Рис. 9. Замыкающие звенья конической передачи. fAMr осевого смещения шестерни 1 и зубчатого колеса 2. - величина При разработке технологий сборки путем расчета размерных цепей решают следующие задачи: - оценивается собираемость конструкции; - проверяется технологическая обеспечиваемость конструктивно заданной точности замыкающего звена, в соответствии с конструктивно предусмотренным методом обеспечения заданной точности; В конструкцию обычно закладывается метод достижения заданной точности, который может быть обеспечен в заданных производственных условиях. Различают следующие методы: 1. Метод полной взаимозаменяемости. Требуемая точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивается путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Так как допуск на замыкающее звено распределяется между допусками звеньев составляющих, то данный метод, при большой точности замыкающего звена, применим для малозвенных размерных цепей (до 3, 4 звеньев). Если в конструкцию заложен метод полной взаимозаменяемости, то если в сборочный комплект включены кондиционные детали, а сборка выполняется в соответствии с техническими условиями, то контроль получаемого размера замыкающего звена необязателен. 2. Метод неполной взаимозаменяемости. (Вероятностный). Требуемая точность замыкающего звена обеспечивается у заранее обусловленной части объектов сборки, путем включения в размерную цепь составляющих звеньев без их выбора, подбора или изменения их значений. Метод учитывает, что внутри полей допусков составляющих звеньев фактические размеры распределены неравномерно. Основная часть деталей будет иметь размеры вблизи центра группирования. Например, при нормальном законе распределения в диапазоне ±2σ от среднего будет 67% размеров всей партии. Учитывая неравномерность распределения размеров составляющих звеньев внутри полей допусков, можно увеличить допуски, задавшись приемлемым процентом брака. При сборке требуемая точность замыкающего звена должна быть обеспечена в любом случае. Поэтому, если в сборочный комплект включены любые кондиционные детали, так как имеется вероятность получения замыкающего звена вне допустимого диапазона значений, то требуется контроль. По результатам контроля изделие может подвергнуться разборке, замене компонентов и повторной сборки. Если организационной формой сборки требуется обеспечивать полную взаимозаменяемость, то перед сборкой детали должны измеряться и в сборочный комплект включаться только те из них, которые обеспечат требуемую точность замыкающего звена. Данный метод применим для 4 – 6 звенных размерных цепей. 3. Метод пригонки. Требуемая точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивается изменением размера одного из составляющих звеньев, конструктивно предусмотренного в качестве компенсатора. Изменение размера компенсатора осуществляется путем удаления поверхностных слоев материала - механообработкой: точением, фрезерованием, шлифованием, либо слесарной операцией (опиловка). 4. Метод регулирования. Требуемая точность замыкающего звена обеспечивается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. В конструкции обычно предусматривается наличие компенсирующего звена в виде резьбового соединения, комплектов регулировочных прокладок, клиновые соединения и др. Замыкающее звено непосредственно указывается на сборочном чертеже. 5. Метод групповой взаимозаменяемости. (Селективная сборка.) Детали участвующие в сборке сортируются по размерным группам по результатам измерения размеров, участвующих в размерной цепи. Требуемая точность замыкающего звена сборочной размерной цепи обеспечивается по методу полной взаимозаменяемости. Диапазоны размеров звеньев для каждой размерной группы рекомендуется определять на этапе конструкторской подготовки производства и отображать в рабочих чертежах деталей. Для удобства выполнения операции комплектования рекомендуется для обозначения принадлежности к заданной размерной группе предусмотреть соответствующее маркирование, клеймение. При расширении поля допуска на изготовляемые детали, для обеспечения качества соединения в пределах размерной группы, необходимо ужесточать допуски формы и расположения поверхностей таким образом, чтобы они не превышали допуска размера в пределах группы. Решение размерных цепей. Исходя из замкнутости размерной цепи для нее выполняется соотношение ξ1 А1 + ξ 2 А2 + ⋅ ⋅ ⋅ + ξ m Am − A∑ = 0 , где А1, А2, …, Аm – номинальные значения всех звеньев размерной цепи; A∑ - номинальное значение размера замыкающего звена; ξ1 , ξ 2 ,...., ξ m – передаточные отношения звеньев размерной цепи характеризующие расположение звеньев по величине и направлению, m – общее количество звеньев размерной цепи за исключением замыкающего. Для замыкающего (исходного звена принято также обозначение Δ. Передаточное отношение для линейных отношением проекции замыкающего звена положительное, если рассматриваемого к самому размера размеру. рассматриваемый размеров определяется на направление Передаточное размер отношение увеличивающий, и отрицательное – если размер уменьшающий. Если в размерной цепи все звенья параллельны замыкающему звену, то по модулю передаточные отношения всех звеньев будут равны единице: ξ1 = ξ 2 = ... = ξ m = 1 . При этом, передаточные отношения увеличивающих звеньев равны единице, уменьшающих - минус единице. В общем случае передаточное отношение i – го звена определяется отношением ξ i = ∂A∑ . Для увеличивающих звеньев ξi>0, для уменьшающих ∂Ai ξi<0. Передаточное отношение может принимать значение от минус единицы до плюс единицы. Метод полной взаимозаменяемости. В общем случае ξ1 А1 + ξ 2 А2 + ⋅ ⋅ ⋅ + ξ m Am − A∑ = 0 , m Отсюда A∑ = ∑ ξ i Ai . Так как для увеличивающих звеньев ξi>0, а для i =1 уменьшающих ξj<0, то r m−n s A∑ = ∑ ξ i Ai − ∑ ξ j A j , n i =1 j =1 r где Ai - i-е увеличивающее звено; n – общее количество увеличивающих s звеньев размерной цепи, A j - j – е уменьшающее звено; (m-n) – общее количество уменьшающих звеньев размерной цепи. Для размерной цепи с коллинеарными звеньями (для номинальных значений размеров звеньев). r m−n s Ai − ∑ A j . n A∑ = ∑ i =1 j =1 Для предельных размеров замыкающего звена n m−n s r A∑ max = ∑ Ai max − ∑ A j min , i =1 j =1 n m−n s r A∑ min = ∑ Ai min − ∑ A j max . i =1 j =1 Допуск замыкающего звена m−n s m−n s ⎛ n r ⎞ ⎛ n r ⎞ TA∑ = A∑ max − A∑ min = ⎜ ∑ Ai max − ∑ A j min ⎟ − ⎜ ∑ Ai min − ∑ A j max ⎟ = j =1 j =1 ⎝ i =1 ⎠ ⎝ i =1 ⎠ n r m−n s m−n s r s ⎞ n r ⎛ n r ⎞ ⎛ m−n s = ⎜ ∑ Ai max − ∑ Ai min ⎟ + ⎜ ∑ Ai max − ∑ Ai min ⎟ = ∑ Ai max − Ai min + ∑ A j max − A j min = i =1 j =1 j =1 ⎝ i =1 ⎠ ⎝ j =1 ⎠ i =1 ( n = ∑ TAi + i =1 m−n ∑ TA j . j =1 n m−n i =1 j =1 TA∑ = ∑ TAi + ∑ TA j . ) ( ) Допуск замыкающего звена равен сумме допусков составляющих звеньев. При конструкторской проработке изделия допуск замыкающего звена определяется по условиям работы узла, а допуски звеньев составляющих нормируются с учетом выше приведенного соотношения. Используют следующие методы нормирования точности составляющих звеньев размерной цепи: 1. Метод равных допусков. Допуск на любое составляющее звено размерной цепи определиться как TAi = TA∑ , m – общее число m звеньев размерной цепи за исключением замыкающего. 2. Метод равной точности. Среднее число единиц допуска составляющих звеньев (из которого можно оценить квалитет) определиться как ac = T∑ = ∑ i ∑ (0,453 m j =1 m j =1 T∑ Dи j + 0,001Dи j ) , где Dиj – средний геометрический размер j – го звена, определенный по границам интервала, к которому принадлежит данный размер; Dи j = Dиj min Dиj max , i - единица допуска. Удобнее оперировать числовыми значениями допусков для заданного квалитета. Одновременно для всех звеньев определяют допуск по одному и тому же квалитету, сумму сравнивают с допуском на замыкающее звено (Табл. 1). 3. Метод рационального составляющими звеньями. распределения При данном допуска между методе допуск замыкающего звена распределяется между составляющими звеньями с учетом технологических особенностей изготовления деталей. На звенья, которые проще выполнить с большей точностью допуск ужесточается. Это позволяет увеличить допуск на звенья, точность которых сложнее обеспечить. При этом n m−n i =1 j =1 должно выполняться условие TA∑ = ∑ TAi + ∑ TA j . Если ни один из вышеназванных методов не даст экономической или технологически достижимой точности звеньев (расчетная точность выше достижимой), в конструкции потребуется предусмотреть иной метод достижения требуемой точности замыкающего звена, не метод полной взаимозаменяемости. Таблица 2. Числовые значения допусков. ГОСТ 25346-89 Интервал номинальных размеров, мм Свыше До 3 3 6 6 10 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 180 250 250 315 315 400 400 500 500 630 630 800 800 1000 1000 1250 1250 1600 1600 2000 2000 2500 2500 3150 Квалитет 4 5 6 7 8 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 22 25 29 34 40 48 57 69 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 30 35 40 46 54 65 77 93 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29 32 36 40 44 50 56 66 78 92 110 135 мкм 10 14 12 18 15 22 18 27 21 33 25 39 30 46 35 54 40 63 46 72 52 81 57 89 63 97 70 110 80 125 90 140 105 165 125 195 150 230 175 280 210 330 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 175 200 230 260 310 370 440 540 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 280 320 360 420 500 600 700 860 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 440 500 560 660 780 920 1100 1350 0,10 0,12 0,15 0,16 0,21 0,25 0,30 0,35 0,40 0,46 0,52 0,57 0,63 0,70 0,80 0,90 1,05 1,25 1,50 1,75 2,10 0,14 0,18 0,22 0,27 0,33 0,39 0,46 0,54 0,63 0,72 0,81 0,89 0,97 1,10 1,25 1,40 1,65 1,95 2,30 2,80 3,30 0,25 0,30 0,36 0,43 0,52 0,62 0,74 0,87 1,00 1,15 1,30 1,40 1,55 1,75 2,00 2,30 2,60 3,10 3,70 4,40 5,40 мм 0,40 0,48 0,58 0,70 0,84 1,00 1,20 1,40 1,60 1,85 2,10 2,30 2,50 2,80 3,20 3,60 4,20 5,00 6,00 7,00 8,60 0,60 0,75 0,90 1,10 1,30 1,60 1,90 2,20 2,50 2,90 3,20 3,60 4,00 4,40 5,00 5,60 6,60 7,80 9,20 11,00 13,50 1,00 1,20 1,50 1,80 2,10 2,50 3,00 3,50 4,00 4,60 5,20 5,70 6,30 7,00 8,00 9,00 10,50 12,50 15,00 17,50 21,00 1,40 1,80 2,20 2,70 3,30 3,90 4,60 5,40 6,30 7,20 8,10 8,90 9,70 11,0 12,5 14,0 16,5 19,5 23,0 28,0 33,0 Примечание. Для размеров менее 1 мм квалитеты от 14 до 18 не применяются. Если в конструкцию заложен метод полной взаимозаменяемости, то на сборочном чертеже замыкающее звено, как правило, не указывается. Размеры звеньев также не приводятся. При технологическом контроле, для расчетной проверки сборочных размерных цепей требуются рабочие чертежи деталей. Для посадок гладких цилиндрических и плоских соединений на сборочном чертеже указывается посадка по ГОСТ 25347-82. (Например ∅40 H7 ). k6 Пример расчета размерной цепи методом полной взаимозаменяемости. В соединении шарнира рис. 10 требуется обеспечить зазор 0,1 … 0,2 мм для размещения смазки и компенсации погрешностей. Рис. 10. Исходные данные и размерная цепь. Определяем допуск на замыкающее звено TΔ = Δ max − Δ min = 0,2 − 0,1 = 0,1 (мм). Воспользуемся методом равных допусков. Исходя из соотношения TΔ = ∑ TAi = TA1 + TA2 примем TA1 = TA2 , имеем i TA1 = TA2 = TΔ 0,1 = = 0,05 (мм). 2 2 Если требуется подобрать посадку, обеспечивающую данный зазор, то по табл. 1 можно оценить, что при равной точности и охватываемая и охватывающая поверхности должны иметь точность по 8 квалитету. Возможно также иное нормирование – охватывающая по 9 квалитету, охватываемая – по 8-му (Сумма допусков составляющих звеньев не превысит допуска замыкающего звена 0,033+0,052=0,085<0,1). Рис. 11. Подбор рекомендуемых стандартом допусков. Лекция 7. Метод неполной взаимозаменяемости. При увеличении числа звеньев размерной цепи для заданного допуска на замыкающее звено ужесточаются допуски на звенья составляющие. Ужесточение допусков может привести к тому, что их невозможно или экономически не целесообразно обеспечить в заданных производственных условиях. Внутри полей допусков составляющих звеньев размеры будут иметь некоторое распределение, которое может быть описано законом равной вероятности, нормальным законом распределения (Гаусса), законом Симпсона и др. В совокупности законы распределения отдельных звеньев приведут к тому, что внутри поля допуска замыкающего звена не будет иметь место закон равной вероятности. Поле рассеяния замыкающего звена можно считать распределенным по нормальному закону при числе составляющих звеньев 4 и более, если размеры составляющих звеньев имеют нормальный закон распределения. Если составляющие звенья распределены по закону Симпсона и число составляющих звеньев 3 и более (по нормальному закону – 2 и более), для замыкающего звена можно применять нормальный закон распределения. Модальный характер распределения размера замыкающего звена внутри поля рассеяния позволяет расширить поля допусков составляющих звеньев за счет расширения поля допуска замыкающего звена. Расширение поля допуска замыкающего звена осуществляют таким образом, что требуемая точность замыкающего звена будет обеспечена для заранее заданного процента собираемых изделий. Например, если замыкающее звено распределено по нормальному закону распределения и требуемая точность заключена в диапазоне Δmin…Δmax , задавшись приемлемой вероятностью брака (процентом риска) – увеличиваем поле допуска до поля рассеяния. Это позволит увеличить допуски на составляющие звенья. Если допустить, что для 0,27% собираемых изделий приемлем выход замыкающего звена за пределы допуска, то поле допуска, составляющую заданное поле рассеянияе будет Δm±3σ. (См. рис. 12). Рис. 12. Увеличение поля допуска замыкающего звена для данного процента риска. Δm – среднее значение замыкающего звена, Δmin – минимальное значение замыкающего звена, Δmax – максимальное значение замыкающего звена. P= Δ min ∫ −∞ − 1 e σ 2π ( x − Δ m )2 2σ 2 ∞ − 1 dx + ∫ e Δ max σ 2π ( x − Δ m )2 2σ 2 dx - процент риска для нормального закона распределения. В общем случае, для нормального закона распределения, поле рассеяния ω для заданного процента риска Р, будет определяться коэффициентом риска t: Δm±tσ. Δ min = Δ m − tσ , Δ max = Δ m + tσ . Здесь σ - среднеквадратическое (стандартное) отклонение замыкающего звена; Δ min , Δ max - нижняя и верхняя границы поля допуска замыкающего звена, для заданного процента риска принятые за границы поля рассеяния. Таблица 2. Процент риска P и коэффициент риска t для нормального закона распределения. P, % 0,1 0,2 0,27 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 10,0 t 3,29 3,12 3,0 2,8 2,57 2,33 2,17 2,06 1,96 1,65 То есть коэффициент риска для нормального закона распределения представляет собой отношение t = ω . Если закон распределения отличается 2σ от нормального, то коэффициент риска будет зависеть от формы кривой распределения. Процент риска определиться как P= Δ min ∫ f ( x)dx + −∞ где ∫ f ( x)dx , Δ max f (x) - закон распределения размера рассматриваемого звена. Коэффициент риска распределения t = Для ∞ определяется как и для нормального закона Δ max − Δ min ω = . 2σ 2σ упрощения расчетов используют относительное среднее квадратическое отклонение, характеризующее закон рассеяния размера рассматриваемого звена λ = 2σ / ω ′ . Здесь ω ′ - ширина поля рассеяния случайной величины. Так как нормальный закон распределения определен в диапазоне (− ∞... + ∞ ) , для него принимают ω ′ = 6σ . Закон Симпсона и закон равной вероятности имеют ограниченные поля рассеяния: а) б) Рис. 13. Поля рассеяния для законов равной вероятности а) и закона Симпсона б). Таблица 3. Относительное среднее квадратическое отклонение. Закон распределения λ2 Гаусса (нормальный) 1 9 Симпсона 1 6 Равной вероятности 1 3 С учетом вышесказанного, а также того, что случайные величины складываются геометрически, поле рассеяние или допуск замыкающего звена при заданном проценте риска будут равны ω0 = TA∑ = t m ∑ λi2TAi2 , i =1 где m – число составляющих звеньев размерной цепи; t – коэффициент риска, λi2 - квадрат относительного среднеквадратического отклонения i – го звена, TAi – допуск i – го звена. Для сравнения с примером, приведенным ранее при рассмотрении метода полной взаимозаменяемости определим допуски на составляющие звенья. (Пример предельно упрощен, числовые значения приняты с некоторой долей условности). Примем процент риска P=0,27%. Коэффициент риска в этом случае t=3. Требуемый по условиям работоспособности допуск на исходное звено TA∑ = 0,1 мм. Определим допуски на составляющие звенья. ω0 = TA∑ = t m ∑ λi2TAi2 i =1 1 ⎛1 ⎞ = 3 ⎜ TA12 + TA22 ⎟ , 9 ⎝9 ⎠ при методе равных допусков TA1 = TA2 = TA , имеем ω 0 = TA∑ = 0,1 = TA 2 , откуда TA = 0,1 2 ≈ 0,07 мм. Сравните с TA = 0,05 мм при методе полной взаимозаменяемости. Иногда задача ставиться иначе. Производство может обеспечивать некоторую заданную точность изготовления деталей. Например, для рассмотренного случая производство может обеспечить экономическую точность для деталей шарнира TA1 = TA2 = 0,1 мм. Требуется определить вероятный процент изделий, которые при сборке не смогут обеспечить заданную точность замыкающего звена, и определить можно ли допустить связанные с этим дополнительные затраты на пригонку по деталям, а такжеи убытки неисправимого предусмотреть простой предположениях о брака. по Либо рациональнее конструкции нормальном в компенсатор. законе распределения конструкции При тех звеньев же и предварительном проценте риска ω0 = TA∑ = t m ∑ λi2TAi2 i =1 1 ⎛1 ⎞ = 3 ⎜ TA12 + TA22 ⎟ = 0,12 + 0,12 ≈ 0,14 мм. 9 ⎝9 ⎠ Процент изделий, в которых не будет обеспечиваться требуемая точность замыкающего стандартного звена отклонения, в оценим следующим предположении образом. Оценка нормального закона распределения замыкающего звена будет σ = ω0 / 6 = 0,14 / 6 = 0,023 и оценка вероятности брака составит в предположении симметричного расположения относительно конструктивно заданного среднего значения замыкающего звена P= Δ min ∫ −∞ − 1 e σ 2π ( x − Δ m )2 2σ 2 ∞ − 1 dx + ∫ e Δ max σ 2π ( x − Δ m )2 2σ 2 dx = 0 ,1 P= 1 e − ∞ 0,023 2π ∫ − ( x − 0 ,15 )2 2⋅0 , 023 2 ∞ 1 e 0 , 2 0,023 2π dx + ∫ − ( x − 0 ,15 )2 2⋅0 , 023 2 dx ≈ 0,03 , или 3%. Результат будет отличаться при других законах распределения. Если закон распределения размеров звеньев неизвестен, рекомендуется условно распределение всех звеньев принимать соответствующими закону Симпсона. В этом случае λ2 = 1 6 , а поле рассеяния замыкающего звена будет оцениваться формулой ω0 = 1,2 m ∑ TAi2 . i =1 Если в конструкцию заложен метод неполной взаимозаменяемости, то на сборочном чертеже обязательно должно быть указано замыкающее звено с диапазоном допустимых значений размеров. Рис.14. Указание замыкающего звена на сборочном чертеже при методе неполной взаимозаменяемости. В технологии сборки обязательно должны быть предусмотрены мероприятия обеспечивающие достижение конструктивно заданной точности замыкающего звена. Мероприятиями могут быть: - предварительное измерение звеньев и включение в сборочный комплект составных частей, обеспечивающих требуемую точность; - сборка без последующим предварительного контролем подбора, замыкающего звена. но с Если обязательным требования к замыкающему звену не будут выдержаны, в технологии должны быть предусмотрены либо дополнительно пригонка, либо разборка и разгруппирование деталей по другим сборочным комплектам. При выполнении работ по конструкторско – технологической подготовке производства нормирование точности размерных звеньев осуществляется также, как и при методе полной взаимозаменяемости. Используют те же методы: равных допусков, равной точности, рационального распределения допусков между составляющими звеньями. Отличие – суммирование допусков осуществляется геометрически. Предварительно определяется средняя величина допуска составляющих звеньев: Tm = TA∑ 1,2 m , где Tm - средняя величина допуска составляющего звена; 1,2 – поправочный коэффициент, характеризующий распределение размера составляющих звеньев по закону Симпсона; TA∑ - допуск замыкающего звена, задается из условия работоспособности, собираемости конструкции; m – число составляющих звеньев размерной цепи. Далее требуемая точность сравнивается с той, которую производство экономически может обеспечивать. Если в среднем точность всех звеньев будет соответствовать 7…8 квалитету и точнее, то изготовление деталей существенно удорожает. Необходимо в конструкции предусмотреть компенсатор. При средней точности грубее 9 квалитета метод вполне применим. При рациональном распределении допусков составляющих звеньев может оказаться, что среди составляющих звеньев одно может быть выполнено с существенно большей точностью, чем остальные, выполненные по экономически достижимой точности. Данное звено выбирают в качестве регулирующего и его допуск определиться как TAP = где m −1 1 TA∑2 − ∑ k i2TAi2 , kP i =1 TAP - допуск регулирующего звена, kP - коэффициент относительного рассеяния размера регулирующего звена; k i - коэффициент относительного рассеяния i – звена. Коэффициент относительного рассеяния размера характеризует степень отличия рассеяния рассматриваемого звена от нормального закона распределения: k i = λi λ H = 6σ ωi . После определения допусков требуется определить предельные размеры составляющих звеньев и выполнить проверку. Метод групповой взаимозаменяемости. Селективная сборка. Требуемая точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивается методом полной взаимозаменяемости, путем включения в нее составляющих звеньев, принадлежащих Принадлежность к заданной предварительным измерением, к одной размерной сортировкой размерной группе и при группе. определяется необходимости маркированием. Метод групповой взаимозаменяемости применим для малозвенных размерных цепей – трех-, реже четырех- звенных. Селективная сборка используется для сборочных соединений, характеризуемых высокими требованиями к точности замыкающего звена: золотниковые и плунжерные пары, соединения поршневой палец – отверстие в поршне, подшипники качения и др. Т.е. в тех случаях, когда достижимая точность изготовления деталей, участвующих в сборке не способна обеспечить требуемую точность замыкающего звена. Селективная сборка применима для сопряжений по цилиндрическим поверхностям, по плоским, коническим и резьбовым поверхностям. На этапе конструкторской подготовки производства, исходя из требуемой точности замыкающего звена, а также точности, которую можно достичь при изготовлении деталей, определяют число размерных групп n. Например для трехзвенной цепи: охватывающая деталь А2, охватываемая деталь, зазор между ними Δ. Технология изготовления позволяет достичь точности ТА1 – для охватываемой детали; ТА2 – для охватывающей. Требуемый же, конструктивно заданный допуск на замыкающее звено ТΔк меньше достижимого по методу полной взаимозаменяемости: TΔ = Δ max − Δ min = TA2 + TA1 , TΔ к < TΔ . Другими словами, допустимый диапазон изменения размера замыкающего звена уже того, что обеспечивается подачей на сборку любых деталей А1 и А2. В этом случае, для обеспечения требуемой точности замыкающего звена можно перед подачей на сборку детали А1 и А2 рассортировать на группы таким образом, что конструктивно заданный диапазон изменения замыкающего звена при сборке обеспечивался бы: TΔгр. = TΔ к . То есть, в пределах размерной группы предельные значения замыкающего звена соответствовали бы конструктивно заданным: . . Δгрmax = Δ К max , либо Δгрmax ≤ Δ К max , и Δгрmin. = Δ К min , либо Δгрmin. ≥ Δ К min . Число размерных групп n определиться из соотношения допусков замыкающего звена обеспечиваемых в целом и требуемых по конструкции: n= TΔ TΔ = гр. . TΔ К TΔ Относительное же расположение полей допусков составляющих звеньев в пределах размерной группы будет определяться как по методу полной взаимозаменяемости. . Δгрmax = A2гр. max − A1гр. min , Дополнительно будет иметь место соотношение: Δгрmin. = A2гр. min − A1гр. max . Aij+1min = Aij max , где j – составляющее звено размерной цепи, i = 1, n − 1. Рис. 15. Разбиение допусков на изготовление звеньев А1, А2 на размерные группы, исходя из требуемой точности замыкающего звена. Разбиение деталей, участвующих в соединениях, образующих размерную цепь, на размерные группы приводит к необходимости ужесточения требований к шероховатости поверхностей и величине допустимых отклонений формы и расположения поверхностей. Ужесточения по точности должны обеспечивать конструктивно заданную точность замыкающего звена. Поэтому число размерных групп и применимость метода селективной сборки обеспечивается также достижимой геометрической точностью и шероховатостью изготовления деталей. В пределах полей допусков составляющих звеньев поля рассеяния могут отличаться от закона равной вероятности. Следовательно, число деталей, попадающих в разные размерные группы может различаться для различных деталей, участвующих в сборке. Это может привести к наличию невостребованных деталей. Как то управлять процессом вхождения в сборку любых деталей любых размерных групп можно только в условиях крупносерийного и массового производства. Если в конструкцию заложен метод групповой взаимозаменяемости, то в конструкторской документации это должно найти отражение в виде таблиц размеров принадлежности к заданной размерной группе. Дополнительно должны быть предусмотрены маркирование и клеймение деталей, по которым на комплектовании можно будет включать в сборочные комплекты детали, принадлежащие к одной размерной группе. Лекция 8. Методы пригонки и регулирования. Требуемая точность замыкающего звена сборочной размерной цепи обеспечивается изменением размера компенсирующего звена. При заложенном в конструкцию методе пригонки, размер замыкающего звена выводится в диапазон допустимых значений за счет изменения размера компенсатора путем удаления с него слоя материала (шлифованием, точением, припиливанием и др.). Размер компенсатора должен обеспечивать возможность получения размера замыкающего звена в диапазоне допустимых значений для любых размеров составляющих звеньев. Если по отношению к уменьшающим замыкающему звеном, то звену размер конструктивно компенсатора предусмотренный является размер компенсатора должен иметь максимальный размер плюс допуск на изготовление. Остальные составляющие звенья изготовляются также с экономической точностью. Величину компенсации определяют либо при предварительной сборке, либо путем измерения размеров составляющих звеньев. Производственный допуск замыкающего звена определиться как (для размерной цепи с параллельными звеньями): TA∑П = A∑ max − A∑ min , где предельные размеры определяться по формулам: n m−n s r A∑ max = ∑ Ai max − ∑ A j min , i =1 j =1 n m−n s r A∑ min = ∑ Ai min − ∑ A j max . i =1 j =1 Допуски на составляющие звенья назначены экономические. По другому, производственный допуск замыкающего звена определиться суммой допусков составляющих звеньев TA∑П = ∑ TAi . i Величина наибольшей возможной компенсации (для компенсирующего звена, параллельного замыкающему) определиться как Δ к = TA∑П − TA∑ , где TA∑ - допуск замыкающего звена, требуемый по конструкции (по условию работоспособности, собираемости и т.д.). Предельный размер компенсатора определяется из уравнения размерной цепи при условии, что он будет выполнять роль замыкающего звена. В зависимости от характера влияния размера компенсатора на замыкающее звено конструктивно заданное нужно корректно выбрать предельные размеры составляющих звеньев. При расчете через номинальные размеры, в случае коллинеарных звеньев, номинальный размер компенсатора увеличиться на величину компенсации – если компенсатор – звено уменьшающее. Если компенсатор – звено увеличивающее, то его размер уменьшается на величину компенсации. Если в конструкцию заложен метод пригонки, то на сборочном чертеже или в спецификации данная информация должна фигурировать, либо в виде указания, либо указанием величины диапазона допустимых значений замыкающего звена при наличии позиции в спецификации – компенсатор. Рис. 1. Деталь поз.1 пригнать по дет поз.2 с зазором не более 0,02 мм. Если в конструкцию заложен метод регулирования, то величина максимальной вероятной компенсации определяется аналогично методу пригонки. При проверке сборочной размерной цепи определяют наличие возможности регулировкой вывести замыкающее звено в диапазон допустимых значений, а также проверяют точность, с которой может быть выполнена регулировка. Если регулирование дискретное, то минимальное возможное изменение размера регулирующего звена не должно превышать допуска на замыкающее звено размерной цепи. При использовании комплектов регулировочных прокладок, минимальное их число определиться из соотношения: N= ΔК , TA∑ − TAК где N – число регулировочных прокладок, ТАК – допуск на изготовление компенсатора. При количестве регулировочных прокладок превышающем 10, целесообразно прокладки назначать не одинаковой толщины, а по геометрическому ряду с коэффициентом геометрической прогрессии равным двум. Минимальную толщину прокладки обычно назначают меньщей допуска на замыкающее звено. Прокладок с минимальной толщиной назначают не менее двух. Если регулировка осуществляется с помощью резьбовых элементов с дискретной фиксацией по углу поворота резьбового регулятора, то регулирование также будет дискретным. Необходимо проверить, что минимальный угол поворота регулирующего элемента обеспечивает изменения размера регулирующего звена на величину, не превышающую допуск на замыкающее звено. Рис. 2. Гайка установочная и шайба предохранительная. Рис.3. Регулировка подшипникового узла. Например, если регулировка подшипникового узла Рис. 3. осуществляется с помощью гайки установочной (рис. 1) с фиксацией загибом усика шайбы предохранительной, минимальное гарантированное возможное регулировочное воздействие будет Δ min = p α min 360 = 1,5 15 = 0,0625 (мм). 360 И если допуск на замыкающее звено превысит полученное выше значение, то имеется вероятность, что отрегулировать подшипниковый узел не удастся. Он будет либо прослаблен, либо перетянут. Сборщику придется изыскивать дополнительные возможности обеспечить правильность сборки подшипникового узла – либо под гайку дополнительно установить шайбу, либо подшлифовать торец гайки или что-то иное. Иногда имеется возможность заранее рассчитать комплект компенсаторов, выполненных с различными размерами таким образом, что при сборке гарантированно удастся подобрать один компенсатор из комплекта, который обеспечит требуемую точность замыкающего звена. Например рис. 4. в конструкции предусмотрены компенсаторы 23…34. Рис. 4. Регулировка зацепления конических зубчатых колес подбором компенсаторов поз. 23…34. Подбором компенсатора добиваются требуемой величины бокового зазора. После пробной сборки, застопорив одно из колес, контролем угла поворота второго, определяют величину бокового зазора. Если она отличается от требуемой, рассчитывают необходимое изменение толщины регулировочного кольца поз.23…34 по формуле ΔΒ = Δj n 2 sin α w sin β , где: ΔΒ − значение изменения толщины; регулировочного кольца поз. 23..34; Δj n − необходимое изменение бокового зазора в зацеплении конических зубчатых колес; α w − угол зацепления зубчатой передачи; α w ≈ α . Здесь α −угол профиля зуба ( α =20°); β - угол начального конуса ведущего зубчатого колеса. Подсчитывают новый размер регулировочного кольца поз.23…34 по выражению Β нов = Β стар + ΔΒ , где: Β нов и Β стар − новый и старый размеры регулировочного кольца; ΔΒ − поправка (с учетом знака) на размер регулировочного кольца. Примечание. Поправка ΔΒ берется с плюсом, если нужно увеличить боковой зазор j n или с минусом, если нужно уменьшить боковой зазор j n . Далее регулируют зацепление по пятну контакта. Для того, чтобы боковой зазор оставался в прежнем диапазоне необходимо менять одновременно оба кольца. Рис. 5. Регулирование зацепления с контролем по пятну контакта. Рис. 6. Регулировка подшипникового узла и осевого положения червячного колеса. На рис. 6. показан червячный редуктор. В конструкции предусмотрены винт 1 для регулировки подшипникового узла и комплект регулировочных прокладок 2 для регулировки зацепления червяк – червячное колесо. Рис. 7. Контроль правильности зацепления червячной пары по пятну контакта. Рис. 8. Регулировка подшипникового узла винтом 40. Для червячного редуктора рис. 8. регулировка подшипникового узла осуществляется с помощью винта 40. Осевое положение винта фиксируется (винт контриться) с помощью гайки 47. Регулирующее воздействие не является дискретным. Рис. 9. Подшипниковый узел ступицы. На рис. 9. приведен эскиз подшипникового узла ступицы колеса. Контроль правильности регулировки подшипникового узла затруднен. Используют контроль по косвенным параметрам, например – по величине крутящего момента, для этого полуось отсоединяют от ступицы. И измеряют крутящий момент. Другой способ – затянуть регулировочную гайку до тугого вращения (задать величину момента), затем гайку отвернуть на заданный угол. Если в конструкцию заложен метод регулирования, то на сборочном чертеже, по которому будет разрабатываться технология сборки, должны быть приведены допустимые диапазоны значений размеров замыкающих звеньев, и указания о методе регулирования, если он не очевиден. Метод использования компенсирующих материалов. Данный метод компенсации заключается в том, что детали, относительно которых определено замыкающее звено, позиционируются друг относительно друга с требуемой точностью и фиксируются в этом положении за счет заливки с последующим отвердением компенсирующего материала. Лекция 9-10. Анализ сборочных размерных цепей в современных средствах технической подготовки производства CAD/CAM/CAE системах Разработка технологических процессов сборки непосредственно под внедрение на производстве (безотладочная технология) может осуществляться только после отработки изделия на собираемость и обеспечения в конструкции норм точности, гарантирующих правильную и надежную работу конструкции. Одним из методов решения данных задач является анализ размерных цепей. Расчету размерных цепей предшествует этап геометрического моделирования, нормирования точности геометрических моделей деталей (Создание так называемых ассоциативных моделей). Нормирование точности осуществляется для линейных и угловых размеров, координирующих поверхности деталей. На моделях могут быть предусмотрены поверхности, являющиеся базами, относительно которых можно нормировать допуски формы и расположения (биения, допуск параллельности, допуск соосности и др.) При необходимости, нормируются допуски формы и расположения поверхностей детали. Нормы точности, закладываемые в модели должны соответствовать тем, которые способно обеспечить производство. Задача обеспечения требуемой точности может начинаться также от модели сборки, с последующим нормированием точности составляющих звеньев. Но в данном случае, целесообразно оценить допуск на замыкающее звено и количество составляющих звеньев. Так как в результате может оказаться что допуски на составляющие звенья окажутся недостижимыми. В обоих случаях, если в результате проверки окажется, что замыкающее звено не имеет требуемой точности, либо на составляющие звенья требуется назначить недостижимую на производстве точность, разработчик должен предусмотреть метод достижения требуемой точности. Либо предусмотреть конструктивно возможность регулировки, компенсации и т.д. Методику расчета размерной цепи рассмотрим на простом примере. В шарнире (рис.1.) требуется обеспечить осевой зазор 0,1…0,2 мм. Рис. 1. Шарнир. Так как в данном случае имеет место трехзвенная размерная цепь, и допуск на замыкающее звено TΔ = Δ max − Δ min = 0,2 − 0,1 = 0,1 мм. Данный допуск распределиться между двумя звеньями TA1 = TA 2 = TΔ 2 = 0,1 2 = 0,05 . Допуски составляющих звеньев могут быть обеспечены в производстве. Можем из заложить в конструкцию. Нормирование точности начнем со сборки, с допуска на замыкающее звено. В сборке активизируем последовательно «Инструмент», «Выражения» и задаем минимальное и максимальное значения зазора. Рис. 2. В сборке вводим максимальное и минимальное значение требуемого зазора. Определяем также допуск на замыкающее звено Рис. 3. Допуск на замыкающее звено, также определенный в «Выражениях». Затем открываем часть, где выполнена модель детали «Вилка», звено А2. Также заходим в «Инструмент», «Выражения» и организуем связь со сборкой, активизировав инструмент . Определяем часть, с параметрами которой требуется связать значения параметров рассматриваемой части, то есть выбираем сборку. В сборке необходим допуск на замыкающее звено ТZ (или ТΔ), так как от него будет зависеть допуск на звено составляющее ТА2. При методе равных допусков, допуск на составляющее звено составит TA2 = TΔ / 2 . Рис. 3. Выбор части «Сборка» для связи параметров. Рис. 4. Выбор требуемого параметра. Рис. 5. Присвоение допуску на составляющее звено половины допуска на звено составляющее – А2. Нормирование точности соединения осуществим в «Системе отверстия». Для этого определим на звено А2 предельные отклонения. Так как рассматриваемое звено – охватывающее и используем систему отверстия, то нижнее отклонение EI=0, а верхнее отклонение ES=EI+TA2. Рис. 6. Определение допуска на звено А2. Рис. 7. Задание предельных отклонений на звено А2. Далее необходимо значения предельных отклонений размера А2 реализовать на модели детали «Вилка». Для этого активизируем «Инструмент», «Ассоциативные модели», «Геометрические допуски». Рис. 8. Ассоциативные модели, геометрические допуски. Активизировав верхнюю кнопку – «Создание элементов допуска» реализуем в модели нормирование точности. Имеется возможность отдельные поверхности определять в качестве баз, нормировать по точности размеры (в размерных цепях являются линейными или угловыми звеньями). Задавать на модели допуски формы и расположения поверхностей (в размерных цепях будут выступать в качестве векторных звеньев). Рис. 9. Нормирование точности детали «Вилка». При нормировании точности требуется задавать допуски, которые может обеспечить производство. Если же для обеспечения точности замыкающего звена допуски на составляющие звенья окажутся недостижимыми, то в конструкции или в технологии необходимо будет предусмотреть мероприятия, которые позволят обеспечить требуемую точность замыкающего звена. Например, для повышения точности, характеризуемой допусками расположения можно предусмотреть обработку в сборе, либо обработку по сопрягаемой детали. Элементы геометрии детали, которые требуется определить в качестве баз указываются на модели, затем активизируется инструмент – «Создать элемент базы» . Для определения допусков, на модели выбирается геометрия и активизируется инструмент «Создание элемента Допуск» . Например: Рис. 10. Определение на модели базы. При создании элементов допуска активизируется диалог, позволяющий задать допуски на размер в виде предельных отклонений, либо в виде допуска через «Основное отклонение» и квалитет. Дополнительно можно задать допуски формы и расположения. Рис. 11. Диалог создания допусков. Рис. 12. Определение на модели элементов допуска. Рис. 13. Определение на модели допусков формы и расположения. Аналогично нормируется точность звена А1. Для рассматриваемого примера, в сборочной размерной цепи, интерес будут представлять допуск, непосредственно связанный с предельными отклонениями размера А1. Рис. 14. Организация связи со сборкой и определение предельных отклонений звена А1. Рис. 15. Нормирование точности охватываемой детали. Анализ сборочной размерной цепи. Возвращаемся в сборку. Активизируем «Анализ», «Анализ размерных цепей». Инструментальные средства анализа размерных цепей присутствуют на соответствующей панели инструментов. «Геометрическое проставление элементов . Слева на право допусков», «Условия сопряжений», «Измерение», «Симуляция» - или расчет размерной цепи вероятностным методом, «Настройки». Первоначально необходимо нормы точности деталей, участвующие в сборочной размерной цепи экспортировать от деталей в сборку. Для этого активизируется инструмент . Используя следующий диалог (рис. 16), можно экспортировать допуски звеньев, участвующие в сборочной размерной цепи. Затем необходимо уточнить условия сопряжений между поверхностями деталей, образующих соединения. Рис. 16. Инструментальные средства «Геометрического проставления элементов допуска» и диалог экспорта допусков деталей (компонент) в сборку. Между поверхностями деталей, образующими соединения, по которым координируются звенья, должны быть установлены сопряжения, поддерживаемые «Анализом размерных цепей». Между поверхностями, ограничивающими замыкающее звено связи (сопряжения) быть не должно. Если оно было реализовано при создании сборки, его требуется погасить. Затем необходимо реализовать измерение замыкающего звена с помощью инструмента - измерение. Указывают поверхности, ограничивающие замыкающее звено. Порядок указания поверхностей имеет значение. Желательно, чтобы первой указывалась поверхность, ближе расположенная к началу координат. В противном случае вектор измерения будет противоположен координатной оси, и результат измерения нужно будет умножить на минус один. Рис. 17. Определение «Измерение» замыкающего звена размерной цепи. Далее необходимо произвести вычисление размера замыкающего звена, активизировав - вычисление («Симуляция»). Если размерная цепь не будет удовлетворять условиям выполнения расчета, система выдаст сообщение. Иногда сообщения могут быть лишь предупреждением, которые необходимо проанализировать, как они могут повлиять на результаты. Если предупреждение не критическое. Можно активизировать «симуляцию». Рис. 18. Диалог активизации «симуляции» расчета размерной цепи. После предусмотренного в настройках количества симуляций визуализируются предварительные результаты (рис.19), а также характеристика стабильности результатов вычислений (расчет выполняется имитацией размеров составляющих звеньев в пределах определенных для них полей допусков). Рис. 19. Предварительные результаты расчета размерной цепи. При необходимости, расчеты можно продолжить. При высокой стабильности результатов можно вывести результаты. В результатах визуализируется вклад составляющих звеньев в получение поля рассеяния замыкающего звена, для удобства дальнейшей отработки конструкции. Рис. 20. Результаты анализа размерной цепи. Если создавалась параметрическая модель конструкции, данные могут быть экспортированы в электронную таблицу, где можно организовать доступ к параметрам моделей. Либо использовать экспортированные данные для анализа. Результаты можно также вывести в текстовом формате. Рис. 21. Экспортирование результатов анализа размерной цепи в электронную таблицу. Рис. 22. Результаты анализа размерной цепи в информационном окне. Анализ собираемости дополнительно проводят с помощью инструмента «Зазоры в сборке», «анализ интерференций» Вопросы: 1.Отражаются ли допуски на размеры, характеризующие геометрию деталей на модели как на геометрическом объекте? 2.Каким образом допуски формы и расположения поверхностей влияют на замыкающее звено – линейный размер? Приведите примеры. 3.Каким образом осуществляется нормирование точности деталей, участвующих в сборке, если из условия собираемости, работоспособности известно замыкающее звено в производстве точность составляющих звеньев? 4.Какие технологические мероприятия по обеспечению точности замыкающего звена сборочной размерной цепи можно предусмотреть, если для обеспечения заданной точности замыкающего звена требуется недостижимая при изготовлении деталей точность? 5.Объясните понятие «Ассоциативные модели». 6.Какие звенья размерных цепей считаются векторными? 7.Минимальное возможное количество звеньев в размерной цепи? 8.Если на рабочем чертеже не указаны допуски формы и расположения, то каким образом они определяются? 9.В каких случаях возможно не учитывать влияние векторных звеньев? 10. Каким образом возможно контролировать величину натягов при сборке? 11. Что представляет собой позиционный допуск? 12. Как интерпретировать размер на чертеже, если он обведен прямоугольной рамкой? 13. Каким образом можно контролировать диапазон изменения размера регулирующего звена на модели? 14. Каким образом определяется регулировочной прокладки? минимальная толщина 15. Каким образом следует моделировать комплект регулировочных компонент, необходимых для вывода замыкающего звена в диапазон допустимых значений применением только одного из них? 16. Какова специфика контроля размерных цепей, заданных на цилиндрических поверхностях, участвующих в соединениях? 17. Специфика анализа размерных цепей, координирующих совмещение начальных конусов конической передачи. Лекция 11. Проектирование технологических процессов сборки. Исходными данными для разработки технологического процесса сборки являются: 1. Конструкция изделия, представляемая обычно Чертежом общего вида, сборочными чертежами и техническим описанием. В условиях разработки изделия в системах автоматизированного проектирования, в CAD/CAE/CAM системах, конструкция изделия может представляться соответствующей программно реализованной моделью. В некоторых, наиболее благоприятных условиях для разработки технологии, конструкция изделия дополнительно может быть представлена его образцом. 2. Спецификации деталей по узлам. 3. Технические условия на приемку. 4. Производственная программа. Объем и сроки выполнения заказа. Подготовительным этапом разработки технологического процесса сборки является анализ конструкции изделия по конструкторской документации. Оценивается технологичность конструкции, то есть наличие возможности изготовить изделие в условиях данного предприятия экономически целесообразными методами. Технологичность конструкции закладывается на стадии конструкторской подготовки производства, в процессе разработки изделия. Ранее технологическую подготовку производства и технологический контроль регламентировали стандарты ГОСТ 14.205 – 83. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГОСТ 14.201 – 83 ОБЩИЕ ПРАВИЛА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ. В настоящее время следует руководствоваться стандартами: ГОСТ Р 50995.0.196. Технологическое обеспечение создания продукции. ГОСТ Р 50995.3.1.-96. Технологическая подготовка производства. Задачами технологического обеспечения являются: • Технологическое обоснование возможности разработки и производства конкурентноспособной конструкции. • Обеспечение технологической реализуемости продукции в производстве на стадии разработки. • Отработка технологии до начала производства. • Своевременное сведениями обеспечение необходимыми информационных, технологическими материально-технических и организационно-экономических процессов подготовки производства. • Своевременное обеспечение готовности производственных и испытательных мощностей к выпуску изделий в заданном объеме. • Обеспечение технологической готовности производства к изготовлению продукции в соответствии с требованиями конкретного потребителя. • Обеспечение стабильности технологии в установившимся производстве. • Обеспечение требований сертификации систем качества продукции и производства в части технологии. Конструкторская контролю (ГОСТ 14.206 КОНСТРУКТОРСКОЙ технологические документация и – 83. подвергается технологическому ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТАЦИИ). производственные КОНТРОЛЬ Конструкторские, характеристики продукции рассматриваются как равнозначные составляющие при формировании решений по разработке и производству продукции. Конструкторская документация, прошедшая технологический контроль, формально получила подтверждение, что разработка является технологичной в условиях данного производства. Перед тем, как приступить к разработке технологического процесса сборки, и в процессе разработки, технологичность оценивается на всех этапах. Оцениваются габариты изделия и его конструктивных элементов, масса, жесткость конструкции. До начала разработки технологического процесса выявляются все соединения и характеризующие их параметры, отраженные в конструкторской документации (диапазоны допустимых значений зазоров, натягов, посадки, регламентированные методы сборки и контроля; параметры резьбовых соединений, методы контроля усилий предусмотренные затяжки, элементы условия и испытаний, методы конструктивно регулирования, диапазон регулирования и его соотношение с допустимым диапазоном значений регулируемого параметра, и т.д.). Оценивается возможность проведения узловой сборки, удобство постановки в изделие всех его составных частей, наличие базовых деталей в каждом узле и базового узла или детали в конструкции в целом, инструментальная доступность при проведении сборочных операций и операций контроля и испытаний, наличие механообработки, необходимой в процессе сборки, а также другие аспекты, обеспечивающие возможность и удобство проведения процесса сборки. Последовательность разработки технологического процесса сборки в общем случае может включать следующий перечень работ: 1. Определение организационной формы и метода сборки. В зависимости от программы и сроков устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм. Оценивается технологичность конструкции, соответствие с предполагаемой формой сборки. 2. Разбивка изделия на сборочные группы и подгруппы. Составляется схема сборки. 3. Технологический маршрут. Определение содержания сборочных операций и установление наиболее рациональной последовательности их выполнения. Схема сборки дополняется сведениями: разбиение на операции, оценка трудоемкости, ориентировочное определение требуемого оборудования, требования к квалификации и специализации исполнителей. 4. Расчет технологических параметров сборки, режимов. Установление режимов сборки и норм времени на выполнение сборочных операций. Подбор оборудования, оснастки, инструмента (по альбомам, 5. каталогам и т.д.). В необходимом случае разработка технического задания на их разработку, или непосредственно разработка. Назначение технических условий на сборку элементов и общую 6. сборку изделия по операциям. Выбор методов и средств технического контроля сборки и 7. необходимых технологических испытаний. В случае невозможности подбора или нецелесообразности приобретения средств контроля и испытательного оборудования – разработка технического задания на разработку контрольноизмерительных средств, испытательных стендов, или непосредственно их разработка. 8. Определение транспортировки. Подбор рациональных и способов проектирование межоперационной транспортных средств, межоперационной тары и различного рода средств, предохраняющих изделие от повреждений в процессе транспортировки и хранения. 9. Разработка планировки сборочного участка, цеха. 10. Разработка и оформление технологической документации. Оформление сборочного чертежа узла Оформление сборочного чертежа узла или агрегата должно осуществляться в соответствии с ЕСКД, в частности с четом стандарта ГОСТ 2.109-73. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЧЕРТЕЖАМ. Следует особо уделить внимание следующим пунктам. Особенности передаваемой сборочным чертежом информации следует также иметь в виду при анализе конструкции и проектировании технологического процесса сборки. 3. ЧЕРТЕЖИ СБОРОЧНЫЕ (ГОСТ 2.109 -73 (2002)). 3.1. Содержание, изображения и нанесения размеров 3.1.1. Количество сборочных чертежей должно быть минимальным, но достаточным для рациональной организации производства (сборки и контроля) изделий. При необходимости на сборочных чертежах приводят данные о работе изделия и о взаимодействии его частей. 3.1.2. Сборочный чертеж должен содержать: а) изображение сборочной единицы, дающее представление о расположении и взаимной связи составных частей, соединяемых по данному чертежу, и обеспечивающее возможность осуществления сборки и контроля сборочной единицы. Допускается на сборочных чертежах помещать дополнительные схематические изображения соединения и расположения составных частей изделия; б) размеры, предельные отклонения и другие параметры и требования, которые должны быть выполнены или проконтролированы по данному сборочному чертежу. Допускается указывать в качестве справочных размеры деталей, определяющие характер сопряжения; в) указания о характере сопряжения и методах его осуществления, если точность сопряжения обеспечивается не заданными предельными отклонениями размеров, а подбором, пригонкой и т. п., а также указания о выполнении неразъемных соединений (сварных, паяных и др.); г) номера позиций составных частей, входящих в изделие; д) габаритные размеры изделия; е) установочные, присоединительные и другие необходимые справочные размеры; ж) техническую характеристику изделия (при необходимости); з) координаты центра масс (при необходимости). Примечания: 1. Данные, указанные в перечислении д, допускается не указывать на чертежах сборочных единиц, не являющихся предметом самостоятельной поставки. 2. Данные, указанные в подпунктах ж и з настоящего пункта, не помещают на сборочном чертеже, если они приведены в другом конструкторском документе на данное изделие, например, на габаритном чертеже. 3.1.3. При указании установочных и присоединительных размеров должны быть нанесены: координаты расположения, размеры с предельными отклонениями элементов, служащих для соединения с сопрягаемыми изделиями; другие параметры, например, для зубчатых колес, служащих элементами внешней связи, модуль, количество и направление зубьев. 3.1.4. На сборочном чертеже допускается изображать перемещающиеся части изделия в крайнем или промежуточном положении с соответствующими размерами. Если при изображении перемещающихся частей затрудняется чтение чертежа, то эти части допускается изображать на дополнительных видах с соответствующими надписями, например: "Крайнее положение каретки поз. 5". 3.1.5. На сборочном чертеже изделия вспомогательного производства (например, штампа, кондуктора и т. п.) допускается помещать в правом верхнем углу операционный эскиз. 3.1.6. Сварное, паяное, клееное и тому подобное изделие из однородного материала в сборе с другими изделиями в разрезах и сечениях штрихуют в одну сторону, изображая границы между деталями изделия сплошными основными линиями (Рис. 3.1.). Допускается не показывать границы между деталями, т. е. изображать конструкцию как монолитное тело. Рис. 3.1. 3.1.7. Если необходимо указать положение центра масс изделия, то на чертеже приводят соответствующие размеры и на полке линии-выноски помещают надпись: "Ц. М.". Линии центров масс составных частей изделия наносят штрихпунктирной линией, а на полке линии-выноски делают надпись: "Линия Ц. М.". 3.2. Номера позиций 3.2.1. На сборочном чертеже все составные части сборочной единицы нумеруют в соответствии с номерами позиций, указанными в спецификации этой сборочной единицы. Номера позиций наносят на полках линий-выносок, проводимых от изображений составных частей. 3.2.2. Номера позиций указывают на тех изображениях, на которых соответствующие составные части проецируются как видимые, как правило, на основных видах и заменяющих их разрезах. 3.2.3. Номер позиций располагают параллельно основной надписи чертежа вне контура изображения и группируют в колонку или строчку по возможности на одной линии. 3.2.4. Номер позиций наносят на чертеже, как правило, один раз. Допускается повторно указывать номера позиций одинаковых составных частей. 3.2.5. Размер шрифта номеров позиций должен быть на один-два номера больше, чем размер шрифта, принятого для размерных чисел на том же чертеже. 3.2.6. Допускается делать общую линию-выноску с вертикальным расположением номеров позиций: а) для группы крепежных деталей, относящихся к одному и тому же месту крепления (Рис. 3.2.). Если крепежных деталей две и более и при этом разные составные части крепятся количество их допускается одинаковыми проставлять крепежными в скобках деталями, после то номера соответствующей позиции и указывать только для одной единицы закрепляемой составной части, независимо от количества этих составных частей в изделии; б) для группы деталей с отчетливо выраженной взаимосвязью, исключающей различное понимание, при невозможности подвести линиювыноску к каждой составной части (Рис.3.3.). В этих случаях линию-выноску отводят от закрепляемой составной части; в) для отдельных составных частей изделия, если графически изобразить их затруднительно, в этом случае допускается на чертеже эти составные части не показывать, а местонахождение их определять при помощи линиивыноски от видимой составной части и на поле чертежа, в технических требованиях помещать соответствующее указание, например: "Жгуты поз. 12 под скобками обернуть прессшпаном поз. 22". Рис. 3.2. Рис. 3.3 3.3.4. На поле сборочного чертежа допускается помещать отдельные изображения нескольких деталей, на которые допускается не выпускать рабочие чертежи, при условии сохранения ясности чертежа. Над изображением детали наносят надпись, содержащую номер позиции и масштаб изображения, если он отличается от масштаба, указанного в основной надписи чертежа. 3.3.5. Если соединяется деталь больших запрессовкой, размеров пайкой, и сложной конфигурации сваркой, клепкой или другими подобными способами с деталью менее сложной и меньших размеров, то при условии сохранения ясности чертежа и возможностей производства допускается на сборочных чертежах изделий помещать все размеры и другие данные, необходимые для изготовления и контроля основной детали, и выпускать чертежи только на менее сложные детали. 3.3.6. Если при сборке изделия для его регулировки, настройки, компенсации составные части подбирают, то на сборочном чертеже их изображают в одном из возможных вариантов применения. 3.3.7. Запись "подборных" составных частей в спецификацию и указание на полках линий-выносок номеров позиций наносят в зависимости от способа применения составных частей: а) если подбор производится одинаковыми изделиями (например, требуемая нагрузка пружины достигается установкой под нее одинаковых шайб), то в графе "Кол." спецификации указывают наиболее вероятное при установке количество изделий, а в графе "Примечания" записывают - "Наиб. кол.". В технических требованиях сборочного чертежа помещают необходимые указания при установке таких "подборных" частей, например: "Нагрузку пружины обеспечить установкой необходимого количества дет.поз..."; б) если подбор производится установкой одного из изделий, имеющих разные размеры и самостоятельные обозначения (например, величина зазора должна обеспечиваться установкой только одного установочного кольца), то в спецификацию записывают каждую "подборную" часть под разными номерами позиций. В графе "Кол." для каждой части указывают "1" и в графе "Примечание" - "Подбор". В технических требованиях помещают запись типа: "Размер (зазор, ход и т. д.) А обеспечить установкой одной из дет. поз. ..."; в) если подбор может быть осуществлен установкой нескольких изделий с различными размерами, обозначениями и в различных количествах, то в спецификацию записывают все изделия. Каждой "подборной" части присваивают свой номер позиции и свое обозначение. В графе "Кол." в этом случае указывают наиболее вероятное при установке количество для каждой "подборной" части и в графе "Примечание" - "Наиб. кол.". На полках линий-выносок помещают номера позиций всех "подборных" частей. В технических требованиях соответственно указывают: "Размер (зазор, ход и т. д.) Б обеспечить установкой дет. поз. ...". При необходимости в графе "Примечание" спецификации для "подборных" частей допускается давать ссылки на пункт технических требований, в котором даны указания по подбору, например: "См п. ...". 3.3.8. Когда после сборки изделия на время его транспортирования и (или) хранения требуется установить защитные временные детали (крышку, заглушку и т. п.), на сборочном чертеже эти детали изображают так, как они должны быть установлены при транспортировании и хранении. 3.3.9. Если защитные временные детали на время транспортирования и хранения должны устанавливаться вместо снимаемых с изделия каких-либо приборов, механизмов, то об этом на сборочном чертеже в технических требованиях помещают соответствующие указания, например: "Насос поз. ... и регулятор поз. ... перед упаковыванием снять и на их место установить крышки поз. ..., плотно затянув их болтами поз. ..." и т. п. На сборочном чертеже допускается помещать изображение части машины с устанавливаемой защитной временной деталью, поясняющее положение детали. 3.3.10. Присвоение наименований и обозначений защитным временным деталям, изображение их на сборочном чертеже и запись в спецификацию производят по общим правилам. 3.3.11. В случаях, когда отдельные части покупного изделия устанавливают в различные сборочные единицы изделия (например, роликовые конические подшипники), покупное изделие записывают в спецификацию той сборочной единицы, в которую оно входит в собранном виде. В технических требованиях сборочного чертежа разрабатываемого изделия указывают те сборочные единицы, в которые входят отдельные части покупного изделия. В спецификациях этих сборочных единиц в графе "Примечание" указывают обозначение той спецификации, в которую входит покупное изделие в собранном виде. При этом в графе "Наименование" указывают наименование составной части покупного изделия, а графа "Кол." не заполняется. Следует учесть, что в соответствии с ГОСТ 2.051 -2006 электронная модель изделия, при выполнении определенных требований, также может являться конструкторским документом. При выполнении электронных моделей следует учитывать требования вышеуказанного стандарта. Лекция 12 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ CAD/CAM/CAE СИСТЕМ Модельная отработка технологии сборки в модуле «Сборка» системы UGS. Для модельной отработки технологии сборки необходимо наличие геометрических моделей всех деталей входящих в сборку. Предварительно осуществляют сборку в соответствии с конструктивными требованиями, без учета технологических особенностей выполнения процесса. Для этого, используя инструментальные средства «Сборки» выполняют конструктивно предусмотренные соединения (Сопряжения). - «Сборки» Рис. 1. Моделирование конструкции сборочной единицы (узла). 43 При моделировании сборки осуществляется выбор базовой детали (узла) и последовательно к ней осуществляется присоединение деталей по поверхностям, участвующим в соединениях. Например: базовая деталь – вал, присоединяемые: шпонка, зубчатое колесо. Сборку рекомендуется начинать в новом файле. Первым в сборку устанавливается базовая деталь или узел с помощью инструмента «Добавить существующий компонент» деталь устанавливается с требуемой координацией в . Базовая пространстве моделирования. 44 45 46 47 48 49 Рис. 2. Запрессовка шпонки, установка зубчатого колеса. Соединения образуют: - по плоскостям: нижняя грань шпонки – дно паза на валу, боковая поверхность шпонки – боковая поверхность паза на валу, торец зубчатого колеса – торец упорного буртика на валу, боковая поверхность шпонки – боковая поверхность шпоночного паза в ступице зубчатого колеса; - по цилиндрической поверхности: отверстие в ступице зубчатого колеса – шейка вала. Модель сборки, ход процесса отображается в навигаторе сборки. Например: вал –базовая деталь, располагается в заданной точке модельного пространства с заданно ориентацией. Шпонка – присоединяемая деталь. Входит в сборку по соединениям с поверхностями вала. Шестерня. Входит в сборку по соединениям с поверхностями вала и шпонки. Таблица 1. Модель узла Sb1, отражаемая в навигаторе сборки. Описательное имяТолько части чтение Состояние Положение Кол-во Ссылочный набор 50 Sb1 Val2 4 Модель ("MODEL") Модель ("MODEL") Модель ("MODEL") Sponk Koleso2 Фактически рациональнее запрессовать вал со шпонкой в шестерню на прессе. В дальнейшем, пространственную при ориентацию моделировании компонентов сценария желательно сборки учитывать. Возможно также моделирование процесса сборки с применением средств технологического оснащения. Рекомендуется, поверхности деталей, участвующих в соединениях моделировать по номинальным размерам. В этом случае сопрягаемые поверхности будут на моделях иметь одинаковые размеры. Характер же посадок гладких цилиндрических и плоских соединений будет моделироваться через ассоциативную геометрию. Рис. 3. Посадка вал –шестерня. При сборке вал запресоввывается в шестерню. Шпонка не показана. 51 Рис 4. Реализованные в собранном узле соединения. Системой предусматривается возможность моделирования различных видов соединения и относительной пространственной координации компонентов. Соединения, сопряжения бывают следующих видов: 1) «Сопряжение». Моделирует соединения по геометрически подобным поверхностям. Гладкие цилиндрические, конические соединения, постановка по плоским поверхностям. Моделируются как подвижные, так и неподвижные соединения. При использовании в соединениях – соединения могут участвовать в размерных цепях. Характеризуются наличием пятна контакта в реальной конструкции на сопрягаемых поверхностях. Распространенные случаи: сопряжение по плоскостям (например, касание шайбы и гайки при завинчивании), сопряжения по коническим поверхностям с одинаковым углом при вершине (конические штифты по коническим 52 отверстиям в соединяемых деталях, посадки подшипниковых колец на шейки вала и в корпус и др.). 2) «Выравнивание». Используется в случае необходимости размещения нескольких поверхностей разных деталей на одном уровне (только для плоских поверхностей). Например запрессовка оси в корпус – выравнивание торца оси и торца бобышки. Рис. 5. Пример выравнивания торца оси с торцом бобышки. 3) «Угол». Используется в случае необходимости расположения плоских граней разных деталей под заданным углом друг к другу (существует также возможность использования данной функции для определения угла между ребром и плоскостью либо между ребрами деталей), 53 но в данном случае необходимы дополнительные сопряжения для определения относительного положения деталей в пространстве. Предполагается, что в процессе сборки предусматривается процесс выверки, базирования и последующего закрепления деталей в данном относительном положении. 4) «Параллельный». Используется для выравнивания плоских граней параллельно друг к другу. При использовании с ребрами возникает необходимость задания дополнительных ограничений. Часто используется при задании движения деталей в плоских пазах без касания граней детали и паза. 5) «Перпендикулярный». Может быть использовано для граней как плоских, так и цилиндрических и конических (если последние относятся к сопрягаемой детали). При ориентации ребер возникает необходимость дополнительной ориентации деталей, для того чтобы лишить компонент лишних степеней свободы – если они конструктивно не предусмотрены. 6) «Центр». Задает соосное расположение деталей в собираемом узле. Используется при центрировании. Например в технологии сборки предусмотрено центрирование с заданной точностью с последующей фиксацией компонент, в том числе путем совместной обработки под постановку штифтов или призонных болтов. Может также использоваться для посадок гладких цилиндрических соединений с натягом. 7) «Расстояние». Используется при задании конструктивно-заданных вылетов деталей, либо расстояния между деталями или узлами. Например, вылет инструмента из инструментального блока, из адаптера. Если предполагается в последующем анализировать конструкцию методами размерных цепей – относительное геометрическое позиционирование элементов геометрии деталей через данный метод восприниматься не будет. 8) «Касательно». Используется для задания сопряжений по геометрически сложным поверхностям, когда характер касания поверхностей - прямая или точка. Примером может служить касание сферической 54 поверхности и плоскости, фасонной поверхности кулачка и плоской поверхности толкателя. Следует отметить, что при моделировании касания с участием сферических и тороидальных поверхностей могут быть трудности. Использования данного вида сопряжения возможно также при соединении по поверхностям (плоскость- плоскость, цилиндр – цилиндр). 55 Лекция 13. Проектирование технологических процессов сборки Моделирование сценариев (последовательностей) сборки Современные программные продукты технической подготовки производства, CAD/CAM/CAE системы позволяют осуществлять разработку технологических процессов сборки путем модельной отработки процесса. Для осуществления моделирования процесса сборки необходимо иметь собранную модель конструкции изделия. Рис. 1. Исходная модель для разработки сценария сборки. Червячеый редуктор. Разработку сценария сборки можно вести, начиная от базовой детали, но рациональнее производить в обратной последовательности, начиная с собранного изделия, заканчивая базовой деталью. Последовательность разработки сценария сборки: 1) Активизировать инструментальное средство «Последовательности сборки» . 2) Создать новую последовательность 3) . - использовать инструментальное средство «Разборка». 4) Выбрать деталь или сборочную единицу, которые на изделие должны устанавливаться последними, указав их либо на модели, либо в навигаторе модели. Рис. 2. Выбор компонентов, удаляемых из сборки. 5) Подтвердить выбор, указав зеленую галочку. 6) Повторяя шаги 3, 4, 5 продолжать разборку. 7) При необходимости визуализации перемещений компонентов сборки в процессе разборки-сборки, необходимо погасить мешающие сопряжения: Рис. 3. Выключение сопряжений, моделирования перемещений. Визуализация процессов для обеспечения сборки-разборки возможности может быть усовершенствована, если в процессе использовать также и инструмент, который будет использоваться в разрабатываемой технологии. В этом случае возможно осуществлять проверку инструментальной доступности, возможность использования спец. оснастки (различного рода струбцин, поддержек, оправок, силовых цилиндров и т.д.). Желательно иметь средства технологического оснащения в базах данных. Перемещение моделируется активизацией инструментальных средств – «Перемещение» - . Необходимо выбрать перемещаемые объекты. Определить характер перемещения. Имеется возможность перемещать по опорным точкам предполагаемой траектории. Рис. 4. Моделирование перемещений. 8) - «Дизассемблировать вместе» - используйте, если из сборки уходит узел, сборочная единица. 9) Разрабатываемый сценарий сборки отображается в соответствующем навигаторе. Рис. 5. Навигатор сценария (последовательности). При необходимости, для каждого шага разборки (сборки) можно вводить описание в соответствии с классификатором технологических операций и переходов в машиностроении и приборостроении, выполнять нормирование, а также подбирать инструмент, оснастку, которые могут использоваться при модельной отработке технологии сборки. Сценарий сборки в навигаторе экспортируется в приемлемых для оформления КТД форматах. При наполненности базы данных соответствующей информацией, процесс разработки комплектов технологической документации на сборку может быть существенно упрощен. Ниже приведен весьма упрощенный фрагмент варианта экспортирования данных. Таблица 1. Экспортируемые данные. Имя объекта Последовательность_1 Arrangement 1 Игнорируемый Заранее собранный Камера probka prokladka_28x3 bolt_M10x32 bolt_M10x32 bolt_M10x32 Шаг Описание Созданный на 200801-07 18:12 Кол-во Начало Продолжительность 276 185 10 20 30 40 50 60 Завернуть Завернуть 1 2 10 18 26 34 При моделировании перемещений в процессе сборки необходимо дополнительно использовать возможности моделирования траекторий перемещений объектов, возможности контроля столкновений (остановкой или подсветкой при столкновении объектов). - нет контроля, - подсветка столкновений, - остановка при столкновении. - инструментальные средства разработки последовательностей сборки. 1 8 8 8 8 8 Лекция 14. Сборка соединений с натягом Посадки с натягом, в том числе переходные посадки с большей вероятностью натяга достаточно широко распространены. Постановка зубчатых колес на валы, постановка вкладышей в корпус, штифтов и т.д. (Подшипники качения рассматриваются отдельно, но величину усилия запрессовки можно оценить и по предлагаемой методике). На сборочных чертежах посадки обозначаются условным обозначением в соответствии с ГОСТ 25347-82, допускается характер посадки также определять записью, ГОСТ 2.109-73(2001): указания о характере сопряжения и методах его осуществления, если точность сопряжения обеспечивается не заданными предельными отклонениями размеров, а подбором, пригонкой и т. п. Например: «Натяг» - с указанием диапазона в виде численного интервала. В данном случае косвенно присутствует информация о том, что посадка не обеспечивается методом полной взаимозаменяемости, и в технологическом процессе сборки требуется обеспечить характер посадки подбором деталей, образующих соединение, если нет других указаний. Рис. 1. Указание характера посадки на сборочном чертеже, если в конструкцию не заложен метод полной взаимозаменяемости. В представленном случае необходим входной контроль (измерение посадочных размеров) деталей и подшипников, образующих сборочный комплект. Рис. .2. Схема к расчету технологических параметров сборки соединения типа посадка с натягом. Проектирование технологических операций сборки соединений с натягом требует подбора метода, расчета технологических параметров, подбора оборудования, оснастки, оформления результатов проектирования в технологической документации. Различают следующие основные методы сборки соединений типа посадок с натягом: 1) сборка под прессом за счет его осевого усилия при нормальной температуре, так называемая продольная запрессовка (иногда запрессовка осуществляется при наличии ультразвуковых колебаний, для небольших номинальных диаметров посадки и относительно больших значениях натяга); 2) сборка с предварительным разогревом охватывающей детали (отверстия) или (и) охлаждением охватываемой детали (вала) до определенной температуры (способ термических деформаций или поперечная запрессовка); (как подтип следует отметить сборку деталей из материалов «с памятью формы»); 3) слесарная сборка ударами молотка через оправку по запрессовываемой или напрессовываемой детали. Запрессовка штифтов, заглушек, а также в условиях единичного или мелкосерийного производства сборка соединений с небольшими величинами натягов. Выбор способа сборки определяется конструктивными параметрами, может непосредственно указываться в технических требованиях, и производственными условиями (форма и размеры сопрягаемых деталей, величины натягов, наличие оборудования и т.д.). Сборка под прессом наиболее известный и несложный процесс, применяемый преимущественно при относительно небольших натягах (до 0.001dн.с.). Однако к его недостаткам следует отнести: неравномерность деформации тонкостенных деталей, возможность повреждения сопрягаемых деталей, потребность в мощных прессах, более высокие требования к шероховатости сопрягаемых поверхностей. Шероховатости посадочных поверхностей должны быть в пределах Rа≤1,25 мкм. Для предупреждения задиров поверхностей. и уменьшения сил запрессовки применяют минеральную смазку или дисульфид молибдена. При сборке сопряжений, работающих при повышенных температурах, поверхность охватываемой детали покрывают специальной смазкой, содержащей графит. В случае разборки соединений с гарантированным натягом применяют съемники; в конструкциях деталей для облегчения демонтажа должны быть предусмотрены соответствующие элементы. При сборке посадки с натягом под прессом требуется определить усилие запрессовки. Исходя из величины усилия запрессовки и особенностей конструкции подбирается или разрабатывается технологическое оборудование (пресс) и оснастка. Усилие запрессовки рассчитывается по формуле 0,5 N max f maxπdl , (5.1.) λ1 + λ2 где Nmax – максимальная величина натяга в посадке, конструктивно Fз = заданная, м; fmax – максимальный коэффициент трения в посадке, определяемый материалами деталей соединения, шероховатостями поверхностей, наличием смазки, λ1 λ2 - коэффициенты радиальной податливости вала и втулки соответственно. ⎡ ⎛ d1 ⎞ 2 ⎤ ⎢1 + ⎜ ⎟ ⎥ d ⎢ ⎝d ⎠ λ1 = −ν 1 ⎥ , 2 ⎢ ⎥ 2 E1 ⎛d ⎞ ⎢1 − ⎜ 1 ⎟ ⎥ ⎣⎢ ⎝ d ⎠ ⎦⎥ (5.2.) ⎡ ⎛ d ⎞2 ⎤ ⎢1 + ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ d ⎢ ⎝ d2 ⎠ ⎥ +ν 2 ⎥ , λ2 = 2 ⎢ 2E2 ⎢1 − ⎛⎜ d ⎞⎟ ⎥ ⎢ ⎜⎝ d 2 ⎟⎠ ⎥ ⎣ ⎦ (5.3.) где d – диаметр посадки; Е1,ν1 и Е2, ν2 – модули упругости и коэффициенты Пуассона соответственно для охватываемой и охватывающей деталей; d1 – диаметр отверстия в охватываемой детали (d1=0 – для сплошного вала); d2 – наружный диаметр охватывающей детали. Пресс должен развивать усилие не менее чем в полтора раза превышающее требуемое усилие запрессовки. Усилие запрессовки может быть уменьшено на 20— 30% при наложении осевых вибраций (импульсов, в том числе ультразвуковых). Для этого необходимо предусмотреть встраивание в прессующее оборудования или оснастку специального вибратора. Качество соединений с гарантированным натягом контролируют по величине усилия запрессовки. При сборке ответственных соединений снимают диаграмму усилия запрессовки, которая отражается в паспорте изделия. Для проверки качества соединений может быть применен ультразвуковой метод контроля. Сборка с тепловым воздействием Сборка способом термических деформаций применяется как при относительно больших, так и при небольших натягах и дает более высокое качество соединения за счет меньших повреждений сопрягаемых деталей и уменьшения влияния шероховатости поверхности. В случае сборки с нагревом охватывающей детали температура tD (°C), до которой она должна быть нагрета, tD ≈ N max + S сб + t сб . (5.4.) αD При сборке с охлаждением охватываемой детали температура td (°C), до которой она должна быть охлаждена, td ≈ tсб − N max + Sсб , αd (5.5.) где tсб- температура помещения сборки, (°C); Sсб, (мм) – минимально необходимый, монтажный зазор обеспечивающий удобство сборки, зависит от массы, размеров деталей и применяемых приспособлений (часто Sсб принимают равным Smin в посадках H/g дл заданного номинального размера посадки); α -коэффициент линейного расширения (сжатия) при нагреве (охлаждении). В процессе переноса детали от места термического воздействия до места выполнения сборки температура может изменяться. Изменение температуры зависит от времени переноса и других факторов. Оценивать величину изменения температуры в принципе нецелесообразно – расчетные методы достаточно сложны и имеют невысокую точность в общем случае. Косвенно изменение размеров за счет изменения температуры в процессе переноса присутствует в величине монтажного зазора. Компоновка участка сборки должна обеспечивать минимальные потери времени на перемещения. При запрессовке и сборке с тепловым воздействием применяют специальные приспособления для правильной установки сопрягаемых деталей, а на их поверхностях предусматривают направляющие фаски или цилиндрические пояски. При невозможности ограничиться нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой деталей по причине недостижимости нужной температуры охлаждения или превышения требуемой температурой нагрева допустимой, возможно их одновременное применение. Расчет в данном случае осуществляется также из условия обеспечения требуемого можно подставлять монтажного зазора. При индивидуальной сборке вместо Nmax действительный натяг Nд, (мм), определяемый путем измерения размеров посадочных поверхностей и расчета. В данном случае следует учитывать изменение температуры нагретой (охлажденной ) детали в процессе переноса детали из зоны нагрева (охлаждения) на позицию сборки – можно оценить экспериментально. Средства, применяемые для нагрева охватывающих деталей: кипящая вода (tD≤100°C), масляная ванна (tD=110…130 °С), газовые горелки (для крупных деталей при больших натягах и допустимостью неконтролируемой температуры нагрева в условиях единичного производства), нагревательные шкафы или печи, установки ТВЧ и др. Использование ограничивается нагрева для температурами сборки фазовых соединений превращений с натягом материала нагреваемой детали, возможностью появления окалины, коробления. При охлаждении охватываемых деталей используют охлажденные рассолы (температура до - 18°С), сухой лед (твердая двуокись углерода, температура испарения -79°С, при использовании сухого льда охлаждаемую деталь можно поместить в контейнер, обложить сухим льдом, залить Нефрасом), твердая двуокись углерода и спирт (температура испарения около - 100°С, в расчетах принимать -79°С), жидкий азот или кислород (температура испарения - 196°С). Помимо требуемой температуры необходимо также оценить время термического воздействия на детали. Преимущественное применение способов охлаждения имеет при осуществлении посадок с натягом для относительно небольших тонкостенных деталей (типа втулок), соединяемых с массивными корпусами. Комбинированный способ (нагрев охватывающей детали, охлаждение охватываемой) применяется при невозможности или нецелесообразности реализации температурного перепада деталей соединения, изменением температуры только одной из деталей. Находят ограниченное применение так называемые термомеханические соединения элементами «с памятью формы». «Памятью формы» обладают сплавы, испытывающие обратимое мартенситное превращение. Свойство характеризуется способностью материала, деформированного в мартенситном состоянии, полностью или частично восстанавливать свою форму в процессе последующего нагрева. Данным свойством обладают некоторые никель-титановые сплавы с температурами мартенситного превращения -80…-150°С и восстановлением формы при температуре 140…-60°С. При наличии противодействия процессу восстановления формы сплав способен развивать напряжение до 200…400 МПа. Технология выполнения соединения с применением деталей с памятью формы включает: • Изготовление деталей соединения с допусками, соответствующими характеру посадки. Одна из деталей соединения – охватываемая, либо охватывающая или промежуточная выполняется из сплава с памятью формы. • Деталь с памятью формы охлаждается в жидком азоте (температура кипения -196°С) и деформируется в радиальном направлении для обеспечения технологического зазора. (Сквозь отверстие охватывающей детали пропускают дорн, охватываемую деталь деформируют фильерой). • Деформированную деталь помещают в контейнер с жидким азотом для сохранения при температуре ниже температуры восстановления формы. • Монтаж осуществляют при температуре окружающей среды. Необходимо предусматривать сохранение температуры ниже температуры восстановления формы до конца процесса сборки соединения. • Нагрев детали теплотой окружающей среды, восстановление формы, образование натяга в соединении. В проектируемом технологическом процессе необходимо предусмотреть мероприятия по технике безопасности, средства защиты. При расчете технологических параметров сборки требуется определить их верхние граничные значения, иногда диапазон. Параметры соединения закладываются в конструкцию исходя из условий эксплуатации. В данном случае в учет могут приниматься смятие микронеровностей на поверхностях деталей, участвующих в соединении, изменение наружного диаметра охватывающей и внутреннего диаметра охватываемой деталей, ослабление натяга при наличии вращения, проверяется отсутствие пластических деформаций. Таблица. 5.1. Коэффициенты линейного расширения для металлов и сплавов. Металл или сплав Алюминиевые сплавы Деформируемые Литейные Сталь углеродистая Сталь жаропрочная Титан и его сплавы Чугун 20-50 20-100 Температурный перепад при нагревании деталей, °C 20-200 20-300 20-400 20-500 6 -1 Значение α⋅10 , град (мм на 1 мм и 1°C 20-600 22…24 19…24,5 10,6…12,2 11,3…13,0 12,1…13,5 12,9…13,9 10,1…12,2 11,5…12,7 12,9…13,2 13,5…14,3 14,2…14,7 16,0 8,0…8,4 8,7…11,1 Таблица. 5.2. Коэффициенты трения при сборке посадок с натягом (охватываемая деталь из стали). Материал охватывающей детали Сталь Чугун Алюминиевые Латунь, Пластмассы и магниевые бронза сплавы f 0,06…0,13 0,07…0,12 0,02…0,06 0,05…0,1 0,4…0,5 * Поверхности сопрягаемых деталей предварительно смазаны минеральным маслом. Таблица 5.3. Ориентировочные значения модуля упругости первого рода Е и коэффициента Пуассона ν для некоторых материалов Материал Е, Н/м2 ν 11 Сталь и стальное литье (1,96…2,10)⋅10 0,3 Чугун (0,74…1,05 0,25 11 0,35 Бронза 0,84⋅10 11 0,38 Латунь 0,78⋅10 11 Пластмассы (0,005…0,35) ⋅10 Таблица 5.4. . Методы выполнения посадок с натягом. № п.п. 1 Методы выполнения соединений Слесарная сборка. (Соединение выполняется Применяемое оборудование и инструмент Ручники массой 0,25 … 1,25 кг с выколотками; мягкие Область Примечание применения метода Запрессовка штифтов, клиньев, шпонок, № п.п. 2 3 4 5 Методы выполнения соединений нанесением удара по запрессовываемой детали) Применяемое оборудование и инструмент или протектированные молотки. Грузы (тарированные) с направлением для нанесения центрального удара. Сборка на прессе Винтовые ручные прессы Реечно-рычажные прессы Маятниковые педальные прессы Пневматические прессы Винтовые приводные прессы Реечные приводные прессы Гидравлические прессы Соединение путем Масляные ванны нагревания охватывающей Электрические детали устройства для нагревания индукционные или сопротивления Нагревательные печи и шкафы Соединение путем Спиртовая (или охлаждения Нефрасовая) ванна, охватываемой охлаждаемая твердой детали углекислотой. Холодильник с жидким воздухом или азотом. Рефрижераторные установки Область применения метода заглушек. Примечание Запрессовка втулок, колец, гильз, конических штифтов. Усилие 10 … 20 кН Усилие 10 … 15 кН Усилие 3 … 5 кН Подбор пресса необходимо соотносить с габаритами рабочего пространства, Усилие 30 … 50 ходом ползуна, габаритами кН Усилие 50 … 100 собираемого узла кН Усилие 50 … 100 кН Усилие свыше 100 кН колец Температура 70 Посадка подшипника … 120°С Температура 150 Необходимо соотносить с …200°С и выше возможностью и допустимостью структурных изменений. Температура минус 78°С Необходимо с … соотносить допустимой до скоростью охлаждения. Применимо преимущественно для небольших тонкостенных деталей. Соединение Оборудование, оснастка соответствующих методов. комбинированным Возможность сборки соединений с большими натягами. методом 3 и 4 Температура минус (180 190) °С Температура минус 120°С № п.п. 6 Методы выполнения соединений Соединения на полуавтоматах и автоматах. Применяемое Область оборудование и применения инструмент метода Спец. оборудование узкоцелевого назначения. Примечание Рис. . Натяг в конических соединениях при сборке контролируется по осевому смещению. Лекция 15 СБОРКА УЗЛОВ С ПОДШИПНИКАМИ КАЧЕНИЯ Подшипники качения различают: по направлению воспринимаемой нагрузки относительно оси вала — радиальные, радиально - упорные, упорно-радиальные и упорные; по форме элементов качения — шариковые и роликовые, причем ролики могут быть цилиндрическими (короткими, длинными и игольчатыми), коническими, бочкообразньими и витыми; по способности самоустанавливаться при несоосности посадочных отверстий под наружные кольца, или при перекосе вала — самоустанавливаюшиеся и несамоустанавливающиеся; по способу монтажа — устанавливаемые непосредственно на шейке вала и устанавливаемые на шейке вала с помощью закрепительной втулки (в том числе с конической внутренней поверхностью, для регулировки радиального зазора). В зависимости от отношений основных размеров подшипники делят на следующие серии: особо легкие, легкие, средние, тяжелые. Точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей подшипников установлена ГОСТ 520-71*. Этим же ГОСТ установлены следующие классы подшипников: 0, 6, 5, 4, 2. В общем машиностроении применяют подшипники классов 0 и 6. В изделиях высокой точности и с большой частотой авиадвигателестроения, вращения (подшипниковые шпиндельные узлы узлы скоростных изделий станков, высокооборотные электродвигатели и др.) используют подшипники классов 5 и 4. Подшипники класса 2 применяют в основном в гироскопических приборах. Долговечность подшипников зависит от правильного выбора посадок и монтажа подшипниковых узлов. Поля допусков подшипников в зависимости от вида нагружения колец подшипников даны в табл. _. Неправильно выбранные посадки, перекосы при монтаже, повреждения и загрязнения при сборке могут вызвать преждевременный выход подшипника из строя. Основные требования к сопрягаемым с подшипниками деталям по шероховатости поверхности, величине торцового биения заплечиков и отклонениям от правильной геометрической формы посадочных поверхностей установлены ГОСТ 3325—55 и приведены в табл. 26. Высота заплечиков вала и корпуса должна быть достаточной для надежной фиксации подшипника в осевом направлении и в то же время должна обеспечивать возможность съема подшипника при демонтаже узла. В том случае, когда второе требование не может быть выполнено, необходимо предусматривать расположенные под углом 120° пазы под лапы съемников. Радиус галтели у заплечиков вала и корпуса должен быть меньше радиуса галтели подшипника для обеспечения касания торца кольца и упорного буртика. Особое внимание следует обращать на обеспечение соосности расточек и посадочных шеек валов при установке несамоустанавливающихся подшипников. Причиной отклонения от соосности расточек в корпусах могут явиться остаточные напряжения в литых заготовках, а также напряжения, приобретенные в процессе черновой расточки отверстий. Поэтому корпусные детали для монтажа подшипников классов 5 и 4 следует подвергать старению. При запрессовке подшипников на вал с большими натягами происходит уменьшение зазора e между беговой дорожкой и телами качения или даже защемление последних. И то и другое может явиться причиной преждевременного выхода подшипника из строя. Уменьшение зазора Δ′e рассчитывают по формуле Δ′e = 0.8δ dk , d + 5.85 (1 − k 2 ) (5.6.) где δ - номинальный натяг в сопряжении кольца подшипника с валом; d – номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника; k = d dH ; dH - наружный диаметр приведенного внутреннего кольца подшипника, имеющего в сечении прямоугольную форму при той же ширине и площади, равную площади реального кольца. Приближенно можно считать, что уменьшение зазора составляет (0,550,60)δ при запрессовке внутреннего кольца и (0,65- 0,70)δ - при запрессовке наружного кольца в корпус. Если по условиям эксплуатации возможен неодинаковый нагрев колец подшипника, то это может привести к уменьшению радиального зазора на величину Δ′′e = 1.1⋅10−5 d1t , где d1 - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника; t – разность температуры внутреннего и наружного колец. Фактический зазор, равный e − Δ′e − Δ′′e , не должен быть меньше минимального зазора, определяемого техническими условиями на подшипник. Монтаж подшипников. Подшипники качения поставляются, как правило, в специальной упаковке, покрытые слоем защитной смазки. Для ответственных подшипниковых узлов необходимо предусмотреть контроль состояния упаковки, контроль срока консервации и изготовления. Перед сборкой необходимо предусмотреть промывку и последующий контроль состояния. На промывку, консервацию и хранение подшипников в процессе сборки разрабатывается инструкция. Удаление защитной смазки и вероятных загрязнений может осуществляться в 6% - ном растворе минерального масла в бензине с присадкой сигбола (ТУ 38-40125-71) для защиты от статического электричества, в Нефрасе С2-80/120 (ТУ 38.401-67108-92). Промывка может осуществляться также в горячих антикоррозионных водных растворах (70-80°С), например следующего состава: триэтаноламин -0,5…1,0%, нитрат натрия 0,15…0,20%, смачиватель. После промывки подшипник проверяют наружным осмотром на отсутствие следов коррозии, механических повреждений и на легкость вращения и шум. При необходимости предусматривают также контроль размеров посадочных поверхностей и величины радиального биения. Непосредственно сборка подшипникового узла начинается с выполнения посадки с натягом. Если по условиям сборки монтаж подшипника требуется осуществлять одновременно по наружному и внутреннему кольцам – усилие желательно прикладывать по обоим кольцам одновременно специальную (через оправку). При невозможности одновременно прикладывать усилия к обоим кольцам, усилие следует прикладывать к кольцу устанавливаемому с натягом. Усилие запрессовки, Н P= δ ф fEπ B 2N , (5.7.) где δ ф - фактический натяг, мм; E – модуль упругости, МПа (2,12⋅105); B – ширина напрессовываемого кольца, мм; f – коэффициент трения (при напрессовке f=0,1…0,15; при снятии кольца f=0,15…0,25); N = d0 ≈ d + 1 ⎛ d ⎞ ⎜1 − ⎟ ⎝ d0 ⎠ 2 ; здесь D−d ; d – номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца, мм; D 4 – наружный диаметр подшипника, мм. Фактический натяг всегда меньше номинального. Его определяют по формуле δ ф = δ − 1, 2 ( Rz Д + Rz П ) , где Rz П , Rz Д - средние высоты микронеровностей сопрягаемых поверхностей детали и подшипника. Ориентировочно величину фактического натяга можно принимать δ ф = 0,8δ . При запрессовке внутреннего кольца подшипника (кроме конических подшипников) на стальной сплошной вал усилие запрессовки можно оценить по формуле ⎡ ⎛ d P = 40 ⋅ B ⋅ ⎢1 − ⎜⎜ ⎢⎣ ⎝ Dm ⎞ ⎟⎟ ⎠ 2 ⎤ d ⋅δф ⎥⋅ , кН ⎥⎦ d + 3 (5.8.) где B – ширина кольца подшипника, мм; d – номинальный внутренний диаметр кольца подшипника, мм; Dm – средний наружный диаметр внутреннего кольца, мм (зависит от серии подшипника); δ ф - фактический натяг, мм. При демонтаже подшипника, усилие выпрессовки увеличиться ориентировочно в полтора раза. Установка подшипников качения, особенно с посадочным диаметром на вал более 60…70 мм облегчается при использовании метода теплового воздействия. Подшипник нагревают в масляной ванне при температуре около 90 °С в течение 15 – 20 минут и в горячем виде устанавливают на вал. При этом натяг уменьшается на величину Δtα d , где Δt - разность температур подшипника и вала; α - коэффициент линейного расширения, равный для стали 1,1⋅10−5 , d - внутренний диаметр подшипника. Для полной компенсации натяга температурным расширением деталей разность температур Δt сопрягаемых с натягом деталей должна быть Δt ≥ δ α d . Температура нагрева подшипника не должна превышать 100°С; при более высокой температуре возможно ухудшение механических свойств материала подшипника. Если только одного нагрева подшипника недостаточно для компенсации натяга, дополнительно охлаждают вал. Метод охлаждения особенно целесообразен при запрессовке подшипника в корпус, так как наружное кольцо обладает меньшей жесткостью и при значительных натягах возможен перекос колец в расточке корпуса. Нагрев корпуса осуществляют погружением его в масляную ванну (при небольших габаритах) или обдувкой горячим воздухом. Заданную температуру нагрева подшипников при сборке 60 - 100°С обеспечивают применением электрических регуляторов температуры масляной ванны. Охлаждают подшипники и валы до температуры минус 75-77°С в термостатах с сухим льдом, либо укладкой в термоизолированный контейнер с последующей обкладкой сухим льдом и заливкой нефрасм. При монтаже нагретый подшипник устанавливают на вал и досылают на место с небольшим осевым усилием. Аналогично устанавливают охлажденный подшипник в корпус. При сборке подшипников качения особое внимание следует обращать на чистоту рабочего места, сборочных приспособлений и сопрягаемых деталей. При монтаже крупногабаритных подшипников в разъемные корпуса обычно проверяют по краске прилегание наружного кольца к посадочной поверхности. Площадь касания должна составлять не менее 75% общей площади поверхности. В случае плохого прилегания посадочные места пришабривают. Рис. 5.3. Контроль радиального зазора и осевого зазора, а также осевой «игры» шарикоподшипника после запрессовки на вал. После установки подшипников на вал проверяют фактическую величину радиального зазора в подшипнике. Для этого можно использовать приспособление, схема которого показана на рис. 5.3. Величина радиального зазора е радиальных шарикоподшипников может быть определена и по величине осевого зазора ео по формуле eo2 e= , 4(2r − d ш ) (5.9.) где r – радиус желоба; dш – диаметр шарика. Плотность касания подшипником торцов заплечиков вала или корпуса проверяют с помощью щупа. После запрессовки кольца упорного подшипника на вал с помощью индикатора проверяют отсутствие осевого биения беговой дорожки подшипника, а также плотность прилегания его к заплечику вала. В ряде конструкций подшипниковых узлов, при необходимости повышения жесткости опор и уменьшение вибраций в работе, радиального зазор устраняют, создавая при этом предварительный натяг. Предварительный натяг при работе узла не должен увеличиваться настолько, что тела качения заклинит между беговыми дорожками. Натяг создают относительным осевым смещением внутренних колес относительно колец) подшипников наружних. Монтаж игольчатых некомплектных (без осуществляют несколькими способами. Если торец подшипника открыт, то иглы вводят в зазор между валом и корпусом до набора всего комплекта. Если торцы подшипника недоступны для монтажа, то иглы в отверстие охватывающей детали устанавливают с помощью монтажного валика, диаметр которого на 0,1…0,2 мм меньше собираемого вала (оси). Для того, чтобы иглы не выпадали из зазора, в отверстие детали наносят тонкий слой консистентной смазки. После этого собранную группу вставляют в корпус и вводят в него рабочий вал, выталкивая при этом монтажный валик. Комплектные игольчатые подшипники запрессовывают в корпус с помощью прессов. Во всех случаях, когда позволяют габариты изделий, установку подшипников следует приспособлений, деталей (рис. 5.4.). выполнять обеспечивающих на прессах надежное с использованием базирование собираемых Рис. 5.4. Базирование подшипника 1 в корпусе 2 при сборке. Регулирование осевых зазоров в подшипниках. Если вал устанавливают на радиально-упорных и упорных подшипниках, то для их нормальной работы необходимо отрегулировать оптимальную величину осевого зазора. Допускаемые пределы осевой игры для конических роликоподшипников даны в табл. 5.5. и 5.6.. Указанные величины осевой игры рекомендуются для подшипников класса точности 0, причем данные для ряда I относятся к схеме установки подшипников по два на опоре, а для ряда II – по одному. Допускаемые пределы осевой игры для двойных и сдвоенных упорных подшипников приведены в табл. 5.7. Таблица 5.5.. Допускаемые пределы осевой игры, мкм, для конических однорядных роликоподшипников. Подшипник Номинальный диаметр Подшипник L С углом контакта отверстия подшипника, С углом контакта 10-16° мм 25-29° Ряд I Ряд II Ряд I До 30 20…40 40…70 14d 30…50 40…70 50…100 20…40 12d 50…80 50…100 80…150 30…50 11d 80…120 80…150 120…200 40…70 10d 120…180 120…200 160…250 50…100 9d 180…260 160…250 200…300 80…150 6.5d 260…360 200…300 250…350 360…400 250…350 Примечание. L – примерное расстояние между подлшипниками, при установке по одному подшипнику в каждой опоре. Таблица 5.6. Допускаемые пределы осевой игры, мкм, для радиально-упорных шарикоподшипников. Внутренний диаметр Угол контакта 12° Угол контакта 26°, 36° подшипника, мм Ряд I Ряд II Ряд I До 30 20…40 30…80 10…20 Св.30…50 30…50 40…70 15…30 Св. 50…80 40…70 50…100 20…40 Св. 80…120 50…100 60…150 30…50 Св. 120…180 80…150 100…200 40…70 Св. 180…260 120…200 150…250 50…100 Таблица 5.7. Допускаемые пределы осевой игры, мкм, для двойных и сдвоенных одинарных упорных шарикоподшипников. Серии подшипников Номинальный диаметр отверстия подшипника, мм 8100 8200, 8300 8400 До 50 10…20 20…40 Св.30…120 20…40 40…60 60…80 Св. 120…140 40…60 60…80 80…120 Регулирование осевого зазора в радиально-упорных подшипниках осуществляется смещением наружного кольца в осевом направлении. Это достигается установкой прокладок под крышку подшипника, применением подшлифовываемых колец или с помощью регулировочных винтов или гаек. При определении толщины прокладок или толщины установочного кольца подшипниковый узел собирают без прокладок (в первом случае) или с заведомо более широким установочным кольцом (во втором случае) и затягивают крышку до появления заметного торможения вала. При этом зазоры в подшипнике будут выбраны. После этого замеряют зазор между торцом крышки и корпусом и с учетом требуемой осевой игры подшипников определяют толщину прокладок или толщину установочного кольца. При регулировании зазоров в подшипниках винтами или специальными гайками вначале их затягивают до появления заметного торможения вала, а затем отворачивают на угол ϕ = ( l0 P ) 3600 , (5.10.) где l0 - осевой зазор в подшипнике; P – шаг резьбы регулировочного винта или гайки. При заметном нагреве вала необходимо учитывать его тепловое удлинение при определении осевого зазора. В первом приближении тепловое удлинение вала можно определить по формуле ΔL = 1,1⋅10−5 , (5.11) где L – расстояние между опорами, мм; Δt - разность температур вала и корпуса. Следует учесть, что в некоторых конструкциях подшипниковых узлов, в частности с использованием конических радиально-упорных подшипников регламентируется предварительный натяг. Правильность регулировки подшипниковых узлов данного типа проще проверять по величине крутящего момента. Рис. 5. Подшипниковый узел с предварительным осевым натягом. Известны три способа регулировки подшипниковых узлов с предварительным натягом. Первый - непосредственным замером (в реальной обстановке этот наиболее достоверный способ часто практически невыполним). Второй способ - по моменту сопротивления вращению вала в подшипнике. Как вариант – затянуть регулировочную гайку до тугого вращения (задать величину момента), затем гайку отвернуть на заданный угол. Третий способ - косвенные замеры. Здесь замеряют затяжку гайки (гаек), обеспечивающей натяг (способ упоминался выше), а также величины деформаций, связанных с затяжкой подшипников (например, расстояние между опорами подшипников. Особенно чувствительны к перетяжке подшипники низкой точности, у которых нагрузку воспринимают не все тела качения при их локализованном контакте с дорожками качения. Попытка отрегулировать такие подшипники (устранить быстро появляющийся зазор) часто приводит к сколу внутреннего кольца со стороны меньшего диаметра дорожки качения. Рис.5. Подшипниковый узел ступицы. СБОРКА УЗЛОВ С ПОДШИПНИКАМИ СКОЛЬЖЕНИЯ Виды подшипников скольжения. В соответствии с ГОСТ 18282 – 72 подшипники скольжения разделяют: по направлению воспринимаемого усилия – на осевые и радиальные; в зависимости от смазочного материала – на гидродинамические, гидростатические, с твердым смазочным материалом, самосмазывающиеся пористые, самоустанавливающиеся и сегментные. Основными элементами подшипника скольжения являются шейка вала, корпус подшипника, втулка или вкладыши подшипника. Втулки и вкладыши, у которых отношение толщины к наружному диаметру равно 0,065…0,095, называют толстостенными, при отношении 0,025 … 0,045 – тонкостенными. Сборка подшипников скольжения с втулками состоит из запрессовки втулки в корпус подшипника, крепления втулки в корпусе и обработке отверстия втулки. К подшипникам предъявляют следующие требования: 1) отверстие втулки должно быть изготовлено с допусками, исключающими пригонку ее внутренней поверхности к шейке вала; 2) смазочные отверстия и канавки должны иметь плавные закругления на кромках; несовпадение маслоподводящих отверстий во втулке и корпусе – не более 0,2 …0,5 мм; 4) углубление фиксирующих штифтов и винтов относительно рабочей поверхности втулки 0,5 … 2 мм; 5) диаметральный зазор для наиболее распространенных подшипников 60 … 100 мкм, для быстроходных подшипников 150 … 220 мкм; отклонение от круглости и цилиндричности отверстия, установленной в корпус втулки – не более половины допуска на отверстие; 7) отклонение от соосности отверстий двух подшипников – не более 50 мкм; 8) температура подшипника при приработке не должна превышать 70°С. В зависимости от габаритов деталей и вида сопряжения установку втулок в корпус подшипника осуществляют методами силового (на прессах, виброударными и винтовыми приспособлениями) и теплового воздействия (охлаждением втулки в жидком азоте или индукционным нагревом). При запрессовке втулок в корпус во избежание задиров посадочные поверхности смазывают машинным маслом. Для взаимной ориентации применяют приспособления, показанные на рис. 64. Запрессовка втулок на прессе эффективна в тех случаях, когда наружный диаметр втулки выполнен с допусками не более чем s6, а отверстие в корпусе – Н7. При посадках с большим натягом следует нагревать корпус подшипника до температуры 100 … 150 °С, что часто невозможно вследствие больших габаритов, или охлаждать втулку в жидком азоте, теоретическая температура которого -196 … -190 °С. Этот метод целесообразен для крупногабаритных тонкостенных втулок. После посадки втулки ее дополнительно крепят в корпусе с помощью винтов или штифтов устанавливаемых с торца по поверхности сопряжения или в отверстия буртов. Сверление отверстий и нарезание резьбы в них под крепежные детали выполняют после запрессовки. Перед обработкой отверстия втулки выполняют сверление отверстий для подвода смазочного материала. Далее втулку подвергают тонкому растачиванию, развертыванию, калиброванию упрочняющими оправками или шариками, раскатыванию. Соосно расположенные втулки после запрессовки растачивают за одну установку или развертывают удлиненной разверткой. Втулки диаметром более 80 мм пригоняют только шабрением. При установке втулок с посадками Н7/k6 и Н7/n6 диаметры и форма втулок почти не меняются; их крепят от провертывания и дополнительную обработку отверстия не производят. Для уменьшения объема пригоночных работ при установке крупных втулок их отверстия обрабатывают с технологическими допусками, учитывающими изменение диаметра отверстия после запрессовки. Сборка подшипников скольжения с тонкостенными и толстостенными вкладышами. Тонкостенные вкладыши взаимозаменяемы, но верхний и нижний вкладыши составляют комплект. Замена вкладышей вне комплекта недопустима. Фиксацию тонкостенных вкладышей осуществляют посредством специального уса, выштампованного в месте разъема. Усы упираются в опорные плоскости крышки или корпуса подшипника и препятствуют проворачиванию вкладыша. В крупносерийном и массовом производстве вследствие высокой точности обработки вкладышей и отверстий в корпусе для них не требуется подгонки сопрягаемых поверхностей. Иногда вкладыши подбирают по краске, отпечатки которой должны располагаться равномерно по всей наружной поверхности вкладыша. Тонкостенные вкладыши почти полностью копируют форму отверстия в корпусе и крышке и поэтому к ним предъявляют повышенные требования по точности: овальность посадочных гнезд допускается не более 15-20 мкм, конусность не более 10-15 мкм на 100 мм диаметра, параметр шероховатости не более Ra=0,63…1,25 мкм. Вкладыши подбирают по размеру, указанному в маркировке. Равномерное прилегание вкладышей по наружной поверхности к отверстию в корпусе и крышке, а также на стыках вкладышей необходимо не только для обеспечения жесткости подшипника, но и для хорошей отдачи тепла от вкладыша корпусу. При сборке подшипников скольжения с толстостенными вкладышами к подшипникам предъявляют следующие требования: 1) смазочные канавки и отверстия должны иметь плавно закругленные кромки; 2) несовпадение маслоподводящих отверстий во вкладыше и корпусе не должно быть более 0,2 …0,5 мм; 3) углубление фиксирующих штифтов 0,2 …0,3 мм; штифты ставят в корпус с натягом 40 – 70 мкм, а в отверстие вкладыша с зазором 100 – 300 мкм; 4) прилегание вкладышей к корпусу – не менее 80% по площади; прилегание вкладышей к шейкам вала проверяют по краске; 5) болты следует затягивать динамометрическим ключем с заданным моментом затяжки; 6) температура подшипника при приработке не должна превышать 60°С. Крышки подшипников фиксируют штифтами, шипами или точно пригнанными болтами. Толстостенные вкладыши устанавливают в корпус и крышку с натягом 20…60 мкм или по посадке Н7/f7 или Н7/h6 и фиксируют от смещения заплечиками с установочными штифтами (рис. 65). При этом в одном вкладыше отверстие под штифт в плоскости возможного его поворота делают удлиненным, чтобы вкладыш мог самоустанавливаться. Подшипники скольжения с толстостенными вкладышами, как правило, изготавливают невзаимозаменяемыми. При сборке необходимое прилегание вкладыша к корпусу и крышке подшипника достигают шабрением. Сборка подшипника состоит из пригонки нижнего вкладыша к корпусу, верхнего вкладыша к крышке подшипников, нижнего и верхнего вкладышей к валу и проверке прилегания деталей. Правильность формы отверстия вкладыша контролируют по краске при стандартной нагрузке по точности прилегаемой шейки вала. На закрепленные нижние вкладыши укладывают вал с нанесенным на шейки вала тонким слоем краски (берлинской лазури и голландской сажи) и поворачивают вал 2-3 раза. Пятна краски размером около 3 мм в диаметре должны равномерно покрывать 80-90% поверхности вкладыша, при этом на каждом квадратном сантиметре должно быть не менее 3 пятен. Расположение их удобно контролировать прозрачным шаблоном с сеткой (рис. 66, в). Хорошее качество прилегания достигается пришабриванием, которое удобно выполнять при закреплении вкладыша в приспособлении (рис. 66, а,б). При сборке ответственных подшипников результаты определяют также по блеску, гак как при затяжке подшипника и проворачивании вала на два-три оборота участки поверхности подшипника и шейки вала, входящие в контакт, приобретают блестящий оттенок. Окончательную пригонку вкладышей подшипника осуществляют в собранном виде с крышками. Гайки проверяемого подшипника затягивают динамометрическим ключом, вал проворачивают на два-три оборота, затем эти гайки ослабляют, затягивают гайки следующего подшипника, вал снова проворачивают и т. д. После этого все подшипники раскрывают и выполняют окончательное пришабривание верхних и нижних вкладышей. Операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока не будет достигну-то требуемое качество прилегания. Для контроля масляных зазоров применяют латунные пластинки. Толщина пластинки должна соответствовать предельному масляному зазору и не затруднять проворачивание вала при затянутых подшипниках. Масляный зазор можно проверить также при помощи калиброванной свинцовой или пластмассовой проволоки. Для этого вал укладывают во вкладыши корпуса, на шейку вала кладут калиброванную проволоку, устанавливают крышки и затягивают с нормированным моментом гайки. Крышки снимают, и определяют зазор по ширине сплющенной калиброванной проволоки. Лекция 16 Сборка заклепочных соединений. Соединение клепкой применяют при сборке деталей, материал которых плохо сваривается, а также в конструкциях, где важно растянуть во времени развитие процесса разрушения. Такие соединения называются заклепочными. По назначению заклепочные соединения разделяют на прочные (в металлоконструкциях), прочноплотные (в котлах и резервуарах с высоким давлением) и плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением). Если зоны действия соседних заклепок пересекаются, то соединение считают плотным. Для обеспечения плотности шва могут выполнять чеканку вокруг заклепок и на кромках листов. По конструктивному признаку различают заклепочные соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные, односрезные и многосрезные. Клепку применяют в неразъемных соединениях, нагрев которых нежелателен (сепараторы подшипников качения, крепления плоских пружин и т. п.), в соединениях, где детали выполнены из разнородного материала (сталь—чугун, металл—пластмасса), в других соединениях, где соединяемые детали изготовлены из листового материала. Рис. 1. Некоторые виды заклепочных соединений: а — однорядный односрезный шов внахлестку; б— однорядный двухсрезный шов встык с двумя накладками; , — напряжение смятия и среза соответственно; Р — внешняя нагрузка Обычно используют стандартные заклепки с головками различного вида, специальные (пустотелые, трубчатые) из сталей Ст2, СтЗ, 10, 15, иногда легированных, из латуни, алюминия и других материалов. Клепке предшествует подготовка отверстий и сжатие соединяемых деталей. Отверстие получают пробивкой и сверлением (для ответственных соединений). Повышение точности расположения отверстий обеспечивается многошпиндельным сверлением или одновременной пробивкой несколькими пуансонами. Прижатие склепываемых деталей повышает прочность соединения на 15...20%. Существуют разные способы формирования замыкающей головки заклепки. При прямой клепке закладную головку вводят в углубление поддержки и замыкающая головка образуется обжимкой. При обратной клепке, применяемой для склепывания в труднодоступных местах, удары наносят по закладной головке и замыкающая головка образуется поддержкой. При комбинированном воздействии усилие примерно в 10 раз меньше, чем при ударах и прессовании. В качестве технологического оборудования применяют клепальные пневматические молотки, клепальные прессы, полуавтоматы и автоматы. Клепку клепальным пневматическим молотком выполняют двое рабочих. При зажиме в тисках склепываемых деталей а) один рабочий прижимает поддержкой закладную головку, а другой молотком расклепывает замыкающую головку. При зажиме в тисках поддержки 6) второй рабочий поддерживает и перемещает склепываемые детали. Используют также клепальные установки), оснащенные гидроскобой с усилием на штоке от 15 до 100 кН и сменными Рис. 2. Методы формирования замыкающей головки заклепки: а — прямая клепка обжимкой; б — обратная клепка поддержкой; в комбинированное воздействие давлением и раскатыванием; г — орбитальный метод Рис. 3. Применение клепального пневматического молотка при клепке изделий двумя способами (а, 6) наладками 10 и 12 для выполнения клепки заклепками различных типоразмеров, а также для запрессовки штифтов, подшипников, втулок и т.п. Установка представляет собой консольно-поворотный кран 4, оснащенный пневмогидроусилителем 1, шкафом 2 электрооборудования, шкафом 3 пневмооборудования, гидроскобой 11, подвешенной на шарнирной подвеске 9 с балансиром 8 к тележке 7, которая перемещается по двутавровой балке 6. Пневмогi’щродвигатель и гвдроскоба соединены гибким рукавом 5. Установка оснащается поворотным столом 13 с фиксатором 14. В условиях автоматизированных производств процесс клепки включает в себя операции установки скрепляемых деталей в сборочное приспособление, вставки заклепок в отверстия скрепляемых деталей, формирования замыкающей головки, удаления собранного изделия. Клепка может осуществляться с последовательной вставкой и клепкой заклепок в установленной очередности либо с последовательной вставкой и одновременной клепкой всех заклепок. Вставка заклепок может производиться двумя способами: вставкой в предварительно обработанные (пробитые) отверстия или пробивкой отверстия заклепкой. При проектировании операций автоматической клепки рассчитывают силу Р, необходимую для образования замыкающей головки: P = kd 1.75σ B0.75 где k — коэффициент формы замыкающей головки (для сферических головок k= 51, для потайных 46, для плоских 27, для трубчатых заклепок 7,7);d— диаметр стержня заклепки, мм; σ B — предел прочности материала заклепки, МПа. Для обеспечения герметичности клепки листы сжимают силой в пределах 10... 15 % от силы Р образования замыкающей головки. Сила, развиваемая прессующим устройством клепального автомата, должна быть на 30... 50 % больше расчетной. При контроле качества клепки путем внешнего осмотра выявляют дефекты замыкающих головок, выпучивание или подсечку листов; простукиванием обнаруживают слабо затянутые заклепки. В условиях автоматизированной клепки качество контролируют по силе образования замыкающей головки и по величине хода штока, равной высоте головки. Рис. 4. Клепальная установка: 1 — пневмогидроусвлитель; 2 — шкаф электрооборудования; З — шкаф пневмооборудования; 4 — консольно-поворотный кран; 5 — гибкий рукав; б — двутавровая балка; 7 — тележка; 8 — балансир; 9 — шарнирная подвеска; 10, 12 — сменные наладки; 11 — гидроскоба; 13 — поворотный стол; 14— фиксатор поворотного стола Необходимо, чтобы все конструктивные элементы и размеры шва клепаного соединения были приведены на чертеже в конструкторской документации. Размещение заклепок указывают условно. Примеры условного изображения клепаных соединений на чертеже приведены в табл. 17.18. Если предмет, изображенный на сборочном чертеже, имеет многорядные клепаные соединения, то одну-две заклепки в сечении или на виде следует показать условно (см. табл. 17.18), а остальные — центровыми или осевыми линиями (рис. 17.29). Таблица 1. Условное обозначение клепаных соединений на чертеже по ГОСТ 2.313—82 Тип заклепки Изображение Условное обозначение соединения в сечении Заклепкой с полукруглыми, плоскими или скругленными головками Заклепкой с потайной головкой и с полукруглой, плоской или на виде скругленной замыкающей головкой Заклепкой с потайными головками Заклепкой с полупотайной головкой и с потайной замыкающей головкой Специальными заклепками При анализе конструкторской документации можно выполнить проверочный расчет прочности по напряжениям среза и смятия (τ ср иσ см ) ⎡⎛ π ⎞ ⎤ τ ср = P / ⎢⎜ ⎟ d 2i ⎥ ≤ ⎡⎣τ ср ⎤⎦ 4 ⎣⎝ ⎠ ⎦ Рис. 5. Варианты условного обозначения клепаных соединений где i— число плоскостей среза; ‚d — диаметр заклепки; Р — внешняя нагрузка; ⎡⎣τ ср ⎤⎦ — допустимое напряжение заклепки на срез; для средней детали (и при соединении только двух деталей) σ см = P / ( dδ 2 ) ≤ [σ см ] для крайней детали σ см = P / ( 2dδ1 ) ≤ [σ см ] где δ1 , δ 2 — толщина скрепляемых деталей; [σ см ] — допустимое напряжение заклепки на смятие. .При соединении клепкой широких листов (рис. 17.30) за расчетную нагрузку принимают силу Рn , действующую на фронте одного шага n. Значение Рn определяют по напряжениям о’ растяжения в сечении а — а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение о’ полагают известным из основных расчетов конструкции (расчета прочности стенок резервуара и т.д.): Рn = σ ' nδ Прочность о листа в сечении b-b: σ = P / ( n − d ) δ ≤ [σ ] Отношение σ ' /σ = (n − d ) / n = ϕ называют коэффициентом ( прочности заклепочного шва — он выражает уменьшение прочности листов в процентном отношении. Если в результате расчета оказалось, что прочности соединения недостаточно, то следует применить многорядные и многосрезные швы. Лекция 17. Сборка цилиндрических зубчатых передач Рис. 1. Цилиндрический двухступенчатый редуктор. Сборку цилиндрической зубчатой передачи начинают с установки колеса на посадочную шейку вала. При этом правильность назначения посадки в сочленении ступица зубчатого колеса — шейка вала при установке на гладкие цилиндрические поверхности можно проверить по табл. 1. Таблица 1. Посадки зубчатых колес на вал. Посадки Условия, определяющие выбор посадки H7 При необходимости ; k6 часто снимать колесо и H 7 H 8 при неудобной ; js 6 k 6 разборке в труднодоступных местах машины. При значительной длине соединения посадка Н8/к6 обеспечивает центрирование Область применения Из переходных посадок наиболее часто применяют Н7/к6; посадка конических и цилиндрических зубчатых колес редукторов при спокойной работе; в приборостроении для всех видов зубчатых колес; посадка сменных шестерен, шестерен на Способ сборки и разборки Под прессом, съемниками, деревянными ручниками; сборка и разборка требуют незначительн ых усилий шпинделе станка При необходимости Для сменных шестерен на хорошей соосности валах металлорежущих часто снимаемых станков зубчатых колес — H7/h6, при невысоких требованиях к соосности ─ H8/h9, H9/h8 H7 При легкой установке Передвижение шестерни g6 сменных колес и перебора обеспечении свободного перемещения вдоль оси вала при точном центрировании H 7 H 8 Перемещение Посадки свободно ; ; f 7 f 9 шестерни от руки вдоль вращающихся шестерен со H8 вала. Шестерни, средней скоростью — свободно вращающиеся H7/f7, со значительной e9 на валах, и шестерни, скоростью ―H8/f9, H8/e9 включаемые муфтами H7 При большой длине Блок шестерен заднего e8 ступицы, когда хода коробки передач требуется легкое грузовых автомобилей скольжение колеса относительно вала H7 ; h6 H8 ; h9 H8 ; h8 H9 h8 Вручную Вручную Вручную Вручную Для зубчатых колес классов точности 7 и точнее важно обеспечение постоянства межосевого расстояния и гарантированное перекрытие зубчатого колеса шестерней. Кинематическую точность косвенно можно контролировать по величине биений рис.2. При сборке цилиндрических зубчатых передач необходимо обеспечить требуемую величину бокового зазора в зацеплении. На стадии проектирования передачи или при технологическом анализе конструкторской документации необходимые для нормальной эксплуатации минимальную и максимальную величины бокового зазора можно ориентировочно определить расчетом. Минимальный гарантированный боковой зазор j n min определяют по формуле ≥ j n min где j n j n1 + jn2 , — величина бокового зазора, соответствующая возможной 1 температурной компенсации: [ ] j n1 = a α p1 (t1 − 20°) − α p 2 (t 2 − 20°) 2 sin α , где а — межосевое расстояние передачи, мм; α p1 , α p 2 — коэффициенты линейного расширения материалов колес и корпуса, которые находят по таблицам соответствующих стандартов; t 1 и t2 — предельные значения температуры колес и корпуса, для которых рассчитывается боковой зазор; α — угол профиля; j n2 — величина бокового зазора, необходимая для размещения слоя смазки: Рис. 2. Контроль величины торцового и радиального биения ступени редуктора: 1, 2 — индикаторы часового типа. Фактическую величину бокового зазора при сборке контролируют щупом (если имеется доступ со стороны торца) или прокатыванием в зацеплении свинцовых П-образных скоб, надеваемых на зуб. Диаметр d проволоки принимают равным (1,4... l,5) j n min . Величину бокового зазора можно проверить также по свободному повороту колеса при заторможенном втором. На валу одного из колес укрепляют поводок так, чтобы его конец упирался в щуп индикаторной головки, установленной на корпусе или плите. Если второе колесо удерживать от вращения, а поводок слегка поворачивать в том и другом направлении, то поворот возможен только на величину зазора в зацеплении, который может быть определен по показанию индикатора, приведенному к радиусу начальной окружности (рис. 3). Рис. 3. Схема определения величины бокового зазора в зацеплении: / — поводок; 2 — щуп индикаторной головки; 3 — индикатор Расчетное значение углов поворота определяют по формулам: наименьший свободный угловой поворот зубчатого колеса, с: Δϕ min = 2 j n min 206; mz cos α наибольший свободный угловой поворот зубчатого колеса: Δϕ max = 2 j n min 206. mz cos α К цилиндрической зубчатой передаче предъявляются также требования по расположению осей: f x и f y — допуски по параллельности осей в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. В зависимости от степени точности передачи ГОСТ 1643—81 предусматривает требования по форме и расположению суммарного пятна контакта в зацеплении между зубьями колеса и шестерни — по высоте и по длине зуба (%). Перекос в зацеплении часто бывает причиной обломов, сколов, выкрашивания зубьев и снижения долговечности колес в целом. В процессе сборки могут возникнуть следующие дефекты в зацеплении. 1. Недостаточный зазор в зацеплении по всему венцу. Причина: все зубья на одном или обоих колесах выполнены с превышением толщины; межосевое расстояние меньше допустимого. 2. Превышенный зазор в зацеплении. Причина: все зубья на одном или обоих колесах выполнены с заниженной толщиной; межосевое расстояние больше допустимого. 3. Неравномерный зазор в зацеплении. Причина: эксцентриситет зубчатого венца относительно посадочных шеек; перекос оси отверстия или шейки вала. При возникновении вышеуказанных дефектов в зацеплении отдельные сборочные единицы, детали и элементы деталей подвергают более тщательному контролю. По возможности эти дефекты устраняют либо заменяют соответсвующие сборочные единицы или детали. Окончательно выполняют контроль величины зазора в зацеплении, проверяют плавность хода, форму и расположение пятна контакта. Собранные передачи подвергают обкатке на специальных стендах с измерением передаваемых крутящих моментов, температуры и звукового давления. В результате улучшается КПД передачи. обеспечивается приработка поверхностей, Лекция 18. Сборка конических передач. Сборка червячных передач. Конические зубчатые передачи. Различают конические передачи с прямым зубом, косозубые, с круговым зубом, а также гипоидные зубчатые передачи. Для обеспечения надежной работы требуется осевая фиксация зубчатых колес передачи. Подшипниковый узел должен быть достаточно жестким. Как правило используют конические радиально-упорные роликовые подшипники, для передач точнее 7 класса точности – с предварительным натягом. Недостаточная жесткость в осевом направлении оказывает существенное влияние на изменение положения зубчатых колес (совмещение начальных конусов). Совмещение начальных конусов с заданной точностью обеспечивает работоспособность передачи и контролируется по боковому зазору и пятну контакта. Рис. 1. Точность совмещения начальных конусов обеспечивает надежность работы передачи. При сборке конической зубчатой передачи необходимо обеспечить требуемое пятно контакта, которое определяют (по стандарту) в зависимости от степени точности передачи. Относительные размеры суммарного пятна контакта приведены ниже. В скобках указаны предельные отклонения этих размеров для колес с продольной модификацией. Степень точности.......................................6 — 7 8—9 Относительные размеры пятна контакта, %, не менее: по высоте зубьев................................65( ± 10) 55( ± 15) по длине зубьев..................................60( ± 10) 50( ± 15) Также необходимо обеспечить допустимое значение бокового зазора j n min . Эти параметры достигаются точностью изготовления шестерен и их подшипниковых опор, а также регулировкой предварительного натяга в подшипниках. Рис. 2. В конической передаче регламентируется величина бокового зазора и пятно контакта. Подбором компенсатора добиваются требуемой величины бокового зазора. После пробной сборки, застопорив одно из колес, контролем угла поворота второго, определяют величину бокового зазора. Если она отличается от требуемой, рассчитывают необходимое изменение толщины регулировочного кольца поз.23…34 по формуле ΔΒ = Δj n 2 sin α w sin β , где: ΔΒ − значение изменения толщины; регулировочного кольца поз. 23..34; Δj n − необходимое изменение бокового зазора в зацеплении конических зубчатых колес; α w − угол зацепления зубчатой передачи; α w ≈ α . Здесь α −угол профиля зуба ( α =20°); β - угол начального конуса ведущего зубчатого колеса. Подсчитывают новый размер регулировочного кольца поз.23…34 по выражению Β нов = Β стар + ΔΒ , где: Β нов и Β стар − новый и старый размеры регулировочного кольца; ΔΒ − поправка (с учетом знака) на размер регулировочного кольца. Примечание. Поправка ΔΒ берется с плюсом, если нужно увеличить боковой зазор j n или с минусом, если нужно уменьшить боковой зазор j n . Далее регулируют зацепление по пятну контакта. Для того, чтобы боковой зазор оставался в прежнем диапазоне необходимо менять одновременно оба кольца. Рис. 3. Регулирование зацепления с контролем по пятну контакта. Регулирование зацепления с контролем по пятну контакта осуществляют следующим образом: Обезжирить рабочие профили зубьев ведущей шестерни, протерев их салфеткой, смоченной в чистом нефрасе с присадкой «Сигбол» 9антистатическая присадка). Нанести тонкий слой краски (Берлинская глазурь) (6..8 мкм) на рабочие профили зубьев ведущей шестерни. Визуальный контроль правильности нанесения краски производить по образцу а). Повернуть ведущую шестерню поз.2 по часовой стрелке, если смотреть со стороны хвостовика шестерни, притормаживая одновременно ведомую шестерню. Размеры и расположение пятна контакта на рабочих профилях ведомой шестерни должны соответствовать образцу допустимого пятна контакта. При неудовлетворительном зацеплении зубчатых колес изменение положения пятна контакта производить корректировкой толщины регулировочного кольца поз.23…34 (рис.2) согласно операционному эскизу рис. 3. Рис. 4. Схемы установки ведущего колеса конической зубчатой передачи с регулированием предварительного натяга подшипников (а) и регулирование ведомого колеса (б): 1,2,6— компенсаторы; 3 — подшипники; 4— ведомое колесо; 5— ведущее колесо Рис.5. Форма и расположение пятна контакта в неправильном (я—г) и в правильном (д) зацеплении в конической зубчатой передаче Сборку конических зубчатых передач обычно начинают с установки шестерни, которая будет являться технологической базой для достижения необходимой точности зацепления. Существуют различные конструктивные схемы установки ведущей шестерни с опорами на конических роликовых подшипниках и компенсаторами для обеспечения положения ведущей шестерни. Как правило сначала регулируют подшипниковые узлы, затем зацепление. Величину зазора в зацеплении контролируют одним из трех способов: при помощи щупа, (если имеется доступ); прокатыванием свинцовой проволочки или пластинки в зацеплении; индикатором, как при контроле цилиндрических зубчатых передач. Возможен также контроль зацепления по форме и расположению пятна контакта при помощи краски. Относительные размеры суммарного пятна контакта и предельные отклонения его относительных размеров приведены ранее. Форма и расположение пятна контакта могут косвенно показывать характерные дефекты в зацеплении. Если кинематическая точность зубчатых колес относительно рабочей оси соответствует стандарту и селективная сборка не предполагается, то контроль кинематической точности передач и пар не обязателен. В соответствии с таблицами показатели кинематической точности колес можно выбирать для одного из комплексов. Например, для 74 —8-й степеней точности это может быть биение Frr зубчатого венца и погрешность обката; для 9—12-й степеней точности — только биение Frr зубчатого венца. Иногда колеса в пары и размеры компенсаторов подбирают до сборки в корпус. Рис.6. Приспособление для проверки на краску при подборе колес в пары. Сборка червячных передач Рис. 7. Червячный редуктор. Рис.8. Разнесенная сборка червячного редуктора. Червячные (гиперболоидных) передачи передач относятся с к категории перекрещивающимися зубчато-винтовых осями вращения входного и выходного валов. Угол перекрещивания обычно равен 90°. Червячные передачи более чувствительны к погрешностям в зацеплении по сравнению с другими зубчатыми передачами, поэтому к геометрической точности передачи требования. процессе сборки, В предъявляются для обеспечения более жесткие конструктивно предусмотренной нагрузочной способности, предъявляются повышенные требования к регулировке зацепления червяк - червячное колесо. Обеспечить сборку по методу полной взаимозаменяемости, за редким исключением, для червячных передач не удается. Это обусловлено тем, что требуемая в данном случае точность деталей на производстве недостижима. Как правило, элементы передачи устанавливают в опорах, подшипниковых узлах, предназначенных для восприятия как радиальных, так и значительных осевых нагрузок. Осевые смещения элементов передачи не должны приводить к потере точности, потере характера зацепления. Поэтому при сборке требуется предварительно осуществить регулировку подшипниковых узлов, а затем регулировку зацепления. Регулировка подшипниковых узлов должна осуществляться в процессе предварительной сборки. Отдельно регулируется подшипниковый узел червяка, отдельно вала. Достигнув требуемой точности регулировки подшипниковых узлов, приступают к регулировке зацепления. Так как точность зацепления и точность регулировки подшипниковых узлов обеспечивается общими звеньями размерных цепей, при регулировке зацепления, суммы составляющих звеньев, обеспечивающих регулировку подшипниковых узлов не должны изменяться. Рис.9. Регулировка подшипникового узла винтом поз.1, регулировка зацепления комплектом регулировочных прокладок поз 2. Рис. 10. Контроль правильности зацепления червячной пары по пятну контакта. Рис. 11. Форма и расположение пятна контакта в неправильном (а, б) и в правильном (в) зацеплении в червячной передаче В соответствии с ГОСТ 3675—81 для червячных передач, как и для цилиндрических и конических зубчатых передач, установлены комплексы, определяющие требования к червякам, червячным колесам и передачам. Кинематическая точность передачи характеризуется параметром Fior′ — наибольшей алгебраической разностью значений кинематической погрешности червячной передачи за полный цикл изменения относительного положения червячного колеса и червяка (т. е. в пределах числа оборотов червячного колеса, равного частному от деления числа витков червяка на общий наибольший делитель числа зубьев червячного колеса и числа витков червяка). Контроль червячной передачи выполняют по форме и расположению пятна контакта (рис. 10, 11), по величине бокового зазора в зацеплении и по величине крутящего момента. Эти три показателя косвенно отражают обеспечение точности зацепления. Форму пятна контакта контролируют с использованием краски. При неудовлетворительном пятне необходимо более тщательно проконтролировать показатели контакта f ar , f xr , f ∑ r , характеризующие нормы контакта; если возможно, то отрегулировать или заменить соответствующую деталь (сборочную единицу, например корпус). Величину бокового зазора контролируют по свободному повороту червячного колеса или по углу свободного поворота червяка при заторможенном колесе. При этом величина бокового зазора будет связана с углом поворота зависимостью j n = 8,7ϕd sin λ cos α ДП , где ϕ — свободный угол поворота червяка; d — диаметр делительного цилиндра червяка; λ — угол подъема витка червяка на делительном цилиндре; α ДП — профильный угол прямобочной рейки, сцепляющейся с эвольвентным червяком в нормальном сечении. Собранную передачу контролируют на легкость вращения, используя специальные стенды или упругие ключи. Для передач обычной точности отклонение крутящего момента от среднего значения не должно превышать 25 %, а для передач повышенной точности — 10%. Затем передачи подвергают обкатке, постепенно доводя нагрузку до рабочих значений. После обкатки иногда требуется заменить масло. Лекция 19. Сборка резьбовых соединений. Основные функции резьбовых соединений состоят в обеспечении: а) взаимной неподвижности сопрягаемых деталей; б) герметичности и прочности соединения; в) правильности установки сопрягаемых деталей. Крепежные элементы (болты, шпильки) должны обладать достаточной выносливостью при наличии переменных нагрузок. Стык деталей, скрепленных резьбовым соединением, не должен расходиться под действием рабочих нагрузок и должен быть герметичным при действии газов или жидкостей. Взаимозаменяемость резьбовых соединений достигается изготовлением их с размерами, ограниченными допусками ГОСТов. Рис.1. Основные резьбовые соединения. Методы обеспечения заданного усилия затяжки При сборке резьбового соединения необходимо обеспечить заданное усилие затяжки, величина которого определена расчетным путем, исходя из условий работы соединения. Это усилие направлено вдоль оси болта (шпильки). Непосредственно контролировать его величину не представляется возможным. Поэтому прибегают к косвенному контролю. Наиболее широкое распространение получили на практике следующие три метода, косвенным путем контролирующие усилие затяжки: 1) затяжка с контролем крутящего момента на ключе; 2) затяжка с контролем угла поворота гайки; 3) затяжка с контролем величины удлинения болта (шпильки). 4) Затяжка с контролем удлинения стержня болта относительно контрольного штифта. 5) Затяжка с контролем деформации тарированной шайбы. Задачей технолога является назначение метода затяжки, наиболее подходящего для конкретных условий сборки и работы резьбового соединения. Затяжка с контролем крутящего момента на ключе Рис.2. Соотношение деформаций стыка и стержня болта при предварительной затяжке. В этих случаях используются так называемые предельные ключи, отрегулированные на определенную величину крутящего момента (рис.1) или динамометрические ключи, позволяющие регистрировать по шкале величину крутящего момента в процессе затяжки. Крутящий момент на ключе Мкл , прикладываемый к гайке, идет на преодоление трения торца гайки о неподвижную поверхность скрепляемых деталей и трения по резьбе, т.е. Мкл = Мтг + Мтр где Мтг и Мтр моменты трения соответственна на торце гайки и на резьбе. На основе этой формулы установлена зависимость между моментом на ключе и усилием затяжки: M кл P ⎛ ⎞ + f p′ ⎟ ⎜ 3 3 f D − d0 d2 π ⋅ d2 ⎟ = A ⋅Р , = Рз ⋅10 − 3 ⎜ r ⋅ r2 + ⋅ кл з 2 ⎜ 3 Dr − d 0 2 1− P ⋅ f ′ ⎟ ⎜ π ⋅ d 2 p ⎟⎠ ⎝ (1) где Мкл - момент на ключе, Н⋅м; Рз - осевое усилие затяжки, Н; Dr - наибольший диаметр опорной поверхности гайки (рис.2), мм; d2 - средний диаметр резьбы, мм; Р - шаг резьбы, мм; d0 - диаметр отверстия под болт или наименьший опорный диаметр гайки, fr - коэффициент трения по торцу гайки; fp′ - приведенный коэффициент трения в резьбе, учитывает угол профиля α (для метрической резьбы α=60°); fp - коэффициент трения в резьбе; fp′ = fp/cos(α/2) Aкл - коэффициент постоянный для данного соединения. В правой части равенства (1) первый член представляет момент трения на торце гайки, а второй — момент трения в резьбе. Для определения Мкл необходимо знать коэффициенты трения по торцу гайки и по резьбе. Однако последние могут изменять величину в значительных пределах (от 0,05 до 0,4). Такой разброс величин зависит, главным образом, от смазки трущихся поверхностей, их шероховатости, вида покрытия трущихся поверхностей (кадмирование, омеднение уменьшают величину коэффициента трения), скорости завинчивания. Рис. 3. Динамометрические и предельные ключи. Для стабильности экспериментальное осевой определение силы затяжки коэффициентов рекомендуется трения в каждом конкретном случае сборки. Пределы колебания коэффициентов трения можно сузить за счет стабилизации шероховатостей трущихся поверхностей на резьбе и на плоскостях сопрягаемых деталей, а также за счет применения покрытий (кадмирования, омеднения). Для стабилизации и уменьшения коэффициента трения возможно предусмотреть покрытие резьбы до затяжки графитовой смазкой. Качество резьбового соединения может быть повышено предварительным обжатием деталей соединения приложением крутящего момента превышающего заданную величину. После обжатия гайку отвертывают несколько витков, а затем вновь завертывают, затягивая соединение заданным (расчетным) крутящим моментом. Возможно также применение гидравлических усилителей крутящего момента. Рис. 4. Применение гидравлического устройства для обжатия стыка при затяжке гаек. Пример. Внутреннее кольцо подшипника крепится на хвостовик шестерни резьбовым соединением. С целью обжатия поверхности соединения производится предварительное затягивание крутящим моментом (40-3) кгс⋅м, ((393-29) Н⋅м), а затем при повторном завертывании гайки моментом (30+3) кгс⋅м, ((294+29) Н⋅м). Затяжка резьбы по крутящему моменту отличается высокой производительностью, легко механизируется и автоматизируется. Поэтому он широко используется на практике. Затяжка с контролем крутящего момента является более точной при коротких болтах (lδ/α ≤ 6) и шпильках (lш/α ≤ 10). Затяжка с контролем угла поворота гайки Сущность метода состоит в том, что гайку поворачивают на угол, величина которого определяется расчетом на основе заданной силы затяжки и коэффициентов податливости болта и стягиваемых деталей. Угол поворота гайки отсчитывается с помощью специального устройства, содержащего градуированный диск и стрелку, которая поворачивается вместе с ключом и гайкой. Для определения расчетного угла поворота гайки (болта) αр (в градусах) следует использовать зависимость αр = ⎛ ⎞ 360⋅ Рз (Кδ + К g )⋅106 = 360⋅ Рз ⎜⎜ lδ + lg ⎟⎟ ⋅106 = Aα ⋅ Pз (2) Р ⎝ Eδ ⋅ Fδ Eg ⋅ Fg ⎠ Р Здесь Рз - сила затяжки, Н; Р - шаг резьбы; мм lδ и lg - соответственно длина болта (шпильки) и толщина фланцев стягиваемых деталей, мм; Fδ и Fg – соответственно площади сечения болта и стягиваемых деталей, мм2 ; Eδ и Eg - соответственно модули упругости материалов болта и стягиваемых деталей; Кδ и Kg - соответственно коэффициенты податливости болта и стягиваемых деталей; Aα - постоянный для данного соединения коэффициент. Расчетная длина болта lδ (рис.2) принимается равной lδ = l1 + l2 . Рис. 5. Распределение деформаций в предварительно затянутом болтом стыке. При стягивании стыков условно принимают, что деформация деталей от усилия затяжки захватывает "конус давления" (рис.5.10.), образующие которого составляют с осью болта угол θ ≈ 22°-26°, а диаметр меньшего основания конуса равен диаметру опорного торца гайки Dr . Для упрощения расчетов конус условно заменяют полым цилиндром с диаметром Dц = Dr + l⋅tgθ и его площадь сечения принимается в качестве расчетной площади Fg = (D 4 π 2 ц ) [ ] π4 − d 02 = (Dr + l ⋅ tgθ ) − d 02 ⋅ 2 где l - высота "конуса давления". Рис. 6. Схема поля деформаций стыка. Преимуществом метода затяжки по углу поворота является отсутствие в расчетных формулах коэффициентов трения, величины которых могут существенно изменяться, что значительно снижает точность расчетов. Кроме того, этот метод прост в исполнении, и зачастую не требует специальных средств измерения угловой величины. Недостатки метода, относящиеся к точности контроля силы затяжки, обусловлены, главным образом, следующими причинами. B начальный период затяжки происходит выбор зазоров в соединениях, пластическая деформация (смятие) шероховатостей поверхностей резьбы и сопрягаемых плоских поверхностей деталей. При этом удлинение болта λδ происходит до точки a (рис.5.11.) непропорционально углу поворота гайки α , как это предусмотрено выражением (2). Скорректируем график, заменив криволинейный участок прямой пунктирной линией. В результате получим значение исходного угле αо , на протяжении которого поворот гайки как бы не вызывает удлинение болта. Теперь предполагается, что удлинение болта начинается после "холостого" поворота гайки на угол αо . В таком случае необходимый угол поворота гайки в процессе затяжки αз должен быть равен αз = αр + αо , где угол αр - расчетный угол затяжки, определяемый выражением (2). Для уменьшения величины αо рекомендуется каждый раз перед затяжкой болта (шпильки) производить предварительно двух- или трехкратное обжатие деталей (завинчивание - отвинчивание гайки) с усилием несколько превышающим расчетную величину Рз . После такого обжатия деталей гайка завертывается от руки до упора в деталь, а затем поворачивается ключом на угол αо . К недостаткам метода следует отнести также допущения, принимаемые для оценки коэффициента податливости Кg и, в частности, при определении площади сечения стягиваемых деталей вследствие условности замены конуса давления полым цилиндром с Dц ,а также вследствие неопределенности данных по величине угла конуса θ. Затяжка с контролем угла поворота гайки характеризуется низкой точностью особенно при затяжке коротких болтов и шпилек. Однако с увеличением длины болта (шпильки) точность затяжки возрастает. Поэтому его используют при lδ⏐d > 5 и lш⏐d > 10. Зависимость удлиннения стержня болта от угла поворота гайки λ = -0,0216+0,0016*x 0,07 0,06 0,05 λ, ММ 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 -0,01 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 α , град Рис. 7. Зависимость удлинения стержня болта от угла поворота гайки. Примером затяжки с контролем угла поворота гайки является крепление втулки на валу ротора турбогенератора. В техпроцессе его сборки говорится: произвести обжатие поверхностей соединяемых деталей затягиванием гайки до отказа спец. ключом, затем отвернуть гайку, вновь затянуть гайку на 45°, отвернуть гайку и завернуть ее окончательно на угол 25°… 30°. Этот метод затяжки используется часто в соединениях трубопроводных систем (масляных, топливных и др.). Комбинированный метод затяжки Он совмещает положительные свойства рассмотренных методов затяжки. При этом затяжка выполняется в два этапа: вначале определенным крутящим моментом с помощью динамометрического или предельного ключа, а затем довертыванием гайки с замером ее угла поворота. Крутящий момент выбирается с таким расчетом, чтобы он вызвал удлинение болта, превышающее точку a на рис.4. Тогда при последующей затяжке угол поворота гайки назначается в диапазоне линейной зависимости. Точность затяжки комбинированным методом резко возрастает, но возрастает и трудоемкость операции затяжки. По этой причине этот метод используется крайне редко. Затяжка с контролем удлинения болта (шпильки) В процессе затяжки происходит удлинение болта (шпильки). Зависимость удлинения болта (шпильки) λδ от усилия затяжки определяется формулой λδ = Рз ⋅ lδ ⋅ 106 = Aкл ⋅ Рз . Eδ ⋅ Fδ (3) Здесь lδ - длина болта (шпильки) между опорными плоскостями, мм; Aλ - постоянный для данных условий коэффициент. На рис. 5 показана схема замера удлинения болта. Зависимость (3) в отличие от (1) и (2) не содержит трудноопределяемых коэффициентов трения и не требует учета "конуса давления". Этот метод затяжки является наиболее точным. Его используют при затяжке наиболее ответственных резьбовых соединений авиадвигателей (стяжных болтов ротора компрессора, узлов турбины). С наибольшей точностью он обеспечивает заданную силу затяжки при lδ ≥ 10⋅d К погрешностям метода относится влияние удлинения болта на участке гайки, которое не учитывается зависимостью (3). Контроль силы затяжки по удлинению болта является малопроизводительным. В ряд конструкций его использование сдерживается невозможностью подведения измерительного устройства к болтам (шпилькам). Рис. 8. Контроль усилия затяжки по удлинению болта. Рис. 9. Фактическая деформация болтов. Практика показывает, что болты с нарезанной и с накатанной резьбой разрываются: 60-65% - по витку в плоскости нажатия гайки на опорную поверхность; 20-25% - по сбегу резьбы; 10-20% - под головкой и в других местах. Для ответственных изделий, особенно работающих при динамических нагрузках необходима отработка конструкции болтового или шпилечного соединения. Рабочий, упруго деформируемый участок должен располагаться на гладком цилиндрическом участке стержня. Стержень должен работать преимущественно на растяжение. Опорные поверхности не должны приводить к изгибным нагрузкам при затяжке. Рис. 10. Последовательность затяжки. Для ответственных изделий, особенно работающих при динамических нагрузках необходима отработка конструкции болтового или шпилечного соединения. Рабочий, упруго деформируемый участок должен располагаться на гладком цилиндрическом участке стержня. Стержень должен работать преимущественно на растяжение. Опорные поверхности не должны приводить к изгибным нагрузкам при затяжке. Имеет существенное значение также и порядок затяжки резьбовых соединений с целью устранения перекосов деталей стыка, а также обеспечения равномерной нагруженности болтов (шпилек). Вопросы. 1. Как понимаете выражение – Жесткий стык, податливый болт? 2. В каких случаях применяется контроль усилия затяжки по удлинению? 3. В каких случаях применяется контроль усилия затяжки по моменту? 4. В каких случаях применяется контроль усилия затяжки по углу поворота гайки? 5. Что представляет собой комбинированный метод контроля усилия затяжки? 6. Каким образом конструктивно можно увеличить податливость болта для заданного стягиваемого пакета? 7. Что представляет собой конус давления? 8. Что представляет собой предельный ключ? 9. Какие методы контроля усилия затяжки можно применить при стягивании коренных подшипников ДВС? 10. Какие методы контроля усилия затяжки можно применить для затягивания шатунных болтов? Лекция 20. Механизация и автоматизация сборочных работ. Технологические испытания. Особенности процессов сборки. • Многообразие соединениях конструктивных при достаточно форм деталей, участвующих большом количестве широкий диапазон в разнообразных соединений. • Разнообразие движений и технологических параметров при выполнении однотипных соединений. • Особые требования к технологичности конструкций, ориентированных на автоматизированную сборку. • Недостаточная изученность некоторых явлений, имеющих место при выполнении сборочных операций. Все это значительно удорожает и иногда делает не рациональным процесс автоматизации сборочных работ (за исключением ограниченной номенклатуры изделий, специально разработанных для условий автоматизированной сборки. Применительно же к механизации, ограниченная номенклатура видов соединений позволяет механизировать их выполнение при сборке. Например, механизация сборки соединений с натягом, механизация сборки резьбовых соединений, сборки заклепочных соединений. Для автоматизации сборочных работ должны быть предусмотрены следующие мероприятия: 1. Отработка технологичности конструкции с позиции возможности автоматизации. Детали должны иметь простые, симметричные геометрические формы. Необходимо предусмотреть наличие баз, служащих для надежной ориентации деталей при проведении сборочных работ (в том числе на позициях загрузки, подачи к месту сборки, облегчать требуемую пространственную ориентацию). 2. Необходимость обеспечения полной взаимозаменяемости. Исключение пригоночных и регулировочных работ при выполнении сборки. Все это существенно повысит требования к точности и, соответственно удорожает производство деталей. 3. Ограничение конструктивных решений деталей, соединений, иногда в ущерб функциональным возможностям конструкций. («Штамповка» «Ручная сборка»). 4. Унификация и типизация технологических процессов сборки различных классов изделий. Приспособление конструкций изделий под возможности спроектировать и изготовить сборочные механизмы, использования сборочных роботов. 5. Экономическая целесообразность автоматизации. Основные узлы сборочных единиц Узлы, непосредственно участвующие в сборочном процессе Узлы, обеспечивающие выполнение сборочного процесса Рабочие головки Узлы питания Узлы закрепления Узлы сопряжения Узлы контроля Узлы питания Узлы транспортны Узлы съема Несущие конструкции Узлы управления Рис. 1. Структура оборудования для автоматической сборки. Функции узлов оборудования для автоматической сборки. Узлы питания: подача, пространственная ориентация, поштучное отделение, подача на сборочную позицию. Узлы сопряжений: выполнение конструктивно предусмотренных соединений. Узлы закрепления: фиксация деталей, изделий в заданной позиции. Узлы контроля: контроль наличия и пространственной ориентации деталей, параметров процесса, параметров изделия. Узлы съема: сбрасывание или съем изделий с требуемой или без пространственной ориентацией. Узлы транспортные: межоперационное транспортирование деталей, изделий, материалов. Узлы управления: управление ходом процесса и режимами. Несущие конструкции: обеспечивают конструктивную целостность системы. Разработка технологического процесса автоматической сборки. Разработка технологического процесса автоматической сборки осуществляется в следующей последовательности: - конструкторская технологичности подготовка конструкции с учетом производства, возможности обеспечение выполнения автоматической сборки; - проектирование рационального технологического маршрута, подбор методов выполнения соединений, разработка приемлемых вариантов технологии с учетом тонкостей ведения процесса (наличие базовой детали, необходимость ее заданной пространственной ориентации и фиксации, подача присоединяемых деталей, возможность выполнить соединения и др.). - функционально – стоимостной анализ вариантов; - тщательная проработка технологии; - формирование ТЗ на разработку сборочного оборудование. Необходимо предусмотреть возможность автоматизации всех переходов технологических операций сборки, в том числе связанных с перемещениями. Технологический процесс начинается с подачи деталей на сборочные позиции с заданной ориентацией. Базовая деталь в сборочной позиции должна лишаться шести степеней свободы. Присоединяемые детали также должны требуемым образом, с заданной точностью располагаться относительно базовой детали до выполнения соединения с последующей фиксацией. Каждый переход должен быть тщательно проработан с точки зрения возможности обеспечения качества сборки при приемлемых затратах. Рис. 2. Технологическая схема автоматической узловой сборки. Технологическая схема автоматической узловой сборки имеет непосредственную привязку к сборочному оборудованию. Собираемые детали и сборочные единицы изображены прямоугольниками. Операции – окружностями с номерами в соответствии с последовательностью выполнения. П – подача и установка детали. К – контроль. О – обработка, З – закрепление. В – выдача собранного узла. У – удаление брака. Требования и технические решения автоматизации сборки рассматриваются в соответствующем курсе. Механизация сборочных работ подразумевает использование в качестве средств технологического оснащения инструмент с пневмо-, гидро-, электро- приводом. Различного рода гайковерты, шуруповерты, клепальные машины, прессовое оборудование т т.д. Рис.3. Ударный электрогайковерт. Рис. 4. Гайковерты. Рис. 5. Пневмошуруповерт. Рис. 6. Роторный пресс. Запрессовка резиновых подушек со стальными вставками. Рис. 7. Пневмогайковерт. Рис. 8. Пневматический пресс. Рис. 9. Электрогайковерт Технологические испытания. Конструктивная сложность изделий машиностроения не всегда обеспечивает получение требуемого качества в результате сборки. Качество сборки должно осуществляться на различных этапах сборки. Не всегда операции технического контроля могут установить соответствие изделия техническим требованиям. В этих случаях осуществляют технологические испытания. Под испытанием продукции понимается экспериментальное определение значений параметров показателей качества продукции в процессе функционирования или при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе (ГОСТ 16504 – 81). Различают контрольные и специальные (исследовательские) испытания. Контрольные испытания – это испытания, проводимые с целью контроля качества продукции. Одним из видов контрольных испытаний являются приемосдаточные испытания, под которыми понимают контрольные испытания готовой продукции, проводимые изготовителем для принятия решения о ее пригодности к поставке или использованию. Приемосдаточные испытания, как правило, проводятся в следующем объеме. Проверка изделия в статическом состоянии (геометрическая точность, жесткость, плавность перемещения подвижных частей, стабильность положения подвижных частей при фиксации органов ручного управления в заданных положениях, проверка герметичности, отсутствия электрического пробоя изоляции, наличие заземления и др. Проверка изделия на холостом ходу. Проверяется правильность функционирования механизмов и систем, потребляемая мощность на холостом ходу; надежность срабатывания различных систем, блокировок; уровень и спектр шума; температуры подшипниковых узлов и др. Проверка на холостом ходу сопровождается, как правило, первичной приработкой и, при необходимости, регулировкой. Проверка изделия под нагрузкой. Проверяется безотказность работы всех механизмов и систем. Мощность нагрузки может при испытаниях превышать максимальную расчетную для условий эксплуатации (определение перегрузочной способности). Специальные или исследовательские испытания. Проводятся с целью изучения параметров конструкции и показателей качества. Проводят в том числе при серийном выпуске изделий с целью совершенствования. Например ресурсные испытания. Рис. 10. Испытательный стенд. их дальнейшего Лекция 21. Балансировка. Статическая балансировка. Неуравновешенность – состояние ротора, при котором распределение его масс приводит во время вращения к переменным нагрузкам на опоры, иногда к деформации ротора. Мерой неуравновешенности является дисбаланс, равный произведению неуравновешеннй массы на расстояние до оси вращения. D = mr . Причинами наличия дисбаланса являются геометрические погрешности изделия (отклонение от цилиндричности, наличие односторонней лыски, шпоночного паза и др), неравномерная плотность материала, накопленные погрешности сборки. Следует добавит эксплуатационные причины: деформации ротора под действием нагрузок, неравномерный износ и др. Различают три вида неуравновешенности: 1. Статическая. Центр тяжести не лежит на оси вращения. Главная центральная ось инерции параллельна оси вращения. Количественно статическая неуравновешенность характеризуется главным вектором дисбалансов: Dcт = m p eст , где mp – масса ротора, кг. (Для роторов массой до 1000 кг дисбаланс принято определять в г*мм, г*см). Для удобства сопоставления роторов различных балансировке) используют понятие удельный дисбаланс: eст = Dст . mp Рис. 1. Статическая неуравновешенность. масс (при 2. Моментная. Ось вращения ротора и главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс. Рис.2. Моментная неуравновешенность. 3. Динамическая неуравновешенность. Ось вращения ротора и главная центральная ось инерции перекрещиваются. Дисбаланс, в связи со спецификой работы балансировочных станков, удобно приводить к опорам. Рис.3. Динамическая неуравновешенность. Статической балансировкой устраняют неуравновешенность, возникающую вследствие смещения центра тяжести относительно оси вращения. То есть в результате статической балансировки центр тяжести ротора выводят на ось вращения. Таблица 1. Методы статической балансировки. Метод балансировки На горизонтальных параллелях Масса и тип Способ Чувствительность балансируемых определения и метода г*см изделий устранения юисбаланса До 10 т. (Шкивы, Пробным 1000fm маховики, диски, прикреплением тихоходные корректирующих роторы) грузиков и На дисках То же удалением эквивалентного количества материала с диаметрально противоположной стороны То же d⎞ ⎛ 1000m⎜ f + μr ⎟ D⎠ ⎝ cos α 1000fm На сферической До 200 т (рабочие Дисбаланс пяте колеса водяных обнаруживается турбин) по величине отклонения от горизонтали, протяженной горизонтальной плоскости изделия На специальных До 100 кг Подсчитывается 20…30 весах (шкивы, по уравнению маховики) равновесия, в зависимости от схемы установки изделия при взвешивании На специальном До 100 кг Место 15…30 станке с (маховики, диски, расположения и приданием рабочие колеса) величина балансируемому дисбаланса изделию регистрируются колебательного на оборудовании движения То же Место 1…4 На расположения и балансировочных величина станках с дисбаланса приданием регистрируются балансируемому на оборудовании изделию быстрого вращательного движения Примечание: m- масса изделия, кг; f – коэффициент трения качения (0.001…005 см); μ - коэффициент трения в подшипниках дисков; r – радиус цапфы дисков; d – диаметр оправки, см; D – диаметр дисков, см; α - угол между осью оправки и осями дисков. Рис. 4. Балансировка на горизонтальных параллелях: 1- центр тяжести изделия; 2 – пробный корректирующий груз. Рис. 5. Статическая балансировка на параллелях. Прикрепляя пробный груз ΔG добиваются равновесия, безразличного углового положения ротора на ножах. Условие равновесия: Δmг R = m p ecт , где Δmг - масса уравновешивающего груза; R - расстояние от груза до оси вращения; m p - масса ротора; ecт - величина определяемого дисбаланса. Определив массу и положение уравновешивающего груза можно осуществить статическую балансировку путем удаления эквивалентного количества материала, либо постановкой балансировочного груза. Метод не обладает высокой точностью, так как в зоне контакта оправки и ножей имеет место деформация, препятствующая перекатыванию ротора. Рис. 6. Схема возникновения момента сопротивления при статической балансировке на параллелях. Рис. 7. Балансировка на дисках: 1 – балансируемый объект; 2 – пробный корректирующий груз. Рис. 8. Балансировка на сферической пяте; b – место установки пробного груза для устранения дисбаланса;а1, а2 – по их разности определяют положение дисбаланса. Рис. 9. Балансировка на специальных весах. 1 – балансируемый объект, 2 – указательный прибор, 3 – уравновешивающий груз. Для статической балансировки можно использовать любой станок для динамической балансировки, соответственно изменив его наладку. Рис. 10. Методика уточненной балансировки. Уточненная статическая балансировка может осуществляться несколькими методами. Один из методов, позволяющий уменьшить влияние величины деформации в зоне контакта оправки с параллелями заключается в следующем рис. . Находят тяжелое место и отмечают его вертикальной чертой на изделии х – а). Деталь поворачивают на 90° б) так, чтобы проведенная черта располагалась в горизонтальной плоскости. На черте прикрепляют временный пробный груз (мастика, пластилин) такой массы, чтобы под действием неуравновешенности деталь поворачивалась примерно на 135° в). Отмечается высота подъема груза h. Изделие перекатывают в обратную сторону так, чтобы груз А находился в положении г). Изделию дают возможность повернуться в обратную сторону и отмечают высоту груза h1 д). Путем проб, перемещают груз А по окружности, добиваясь равенства высот h и h1. Далее изделие приводят в положение е). Груз А перемещают в диаметрально противоположное положение и располагают на том же радиусе. Добавлением груза А1 с той же стороны где будет располагаться игруз А на радиусе, где удобно осуществлять съем металла добиваются качания с равенством высот h и h1. ж,з). Груз А1 снимают и взвешивают. Масса материала, которую необходимо удалить, равно половине массы А1. Материал удаляется со стороны метки х на радиусе расположения груза А1. Рис. 11. Метод обхода контрольным грузом. Следующий метод уточненной статической балансировки – метод обхода контрольным грузом. Для этого окружность ротора делят на четное (8-12) число равных частей. На одинаковом радиусе для каждой части подбирают минимальную массу груза, которая выведет ротор из равновесия. Грузы взвешивают. Место расположения центра тяжести – со стороны, где потребовался пробный груз наименьшей массы. Остаточный дисбаланс, приведенный к заданному радиусу R определиться как (по величинам максимальной и минимальной массы корректирующих грузов): Δm x R = (Δmmax − Δmmin )R 2 . Дополнительный груз, устанавливаемой с легкой стороны, или масса удаляемого материала, с тяжелой стороны на радиусе r определиться как Δm x = (Δmmax − Δmmin )R . Способы, 2r рассмотренные выше отличаются чрезвычайной трудоемкостью и могут быть рекомендованы для условий опытного и единичного производств. Для условий серийного и массового производства целесообразнее приобрести или изготовить балансировочное оборудование. В силу ограниченных возможностей, статическая балансировка применяется для деталей типа диск с отношением длины ротора к диаметру менее 0,2. Статическая балансировка может быть использована как предварительная балансировка. Лекция 22. Балансировка. Динамическая балансировка. Современные машины работают при высоких динамических показателях. Частоты вращения, скорости и ускорения кинематических звеньев современных механических систем весьма значительны. Существенную роль приобретают нагрузки, вызванные неуравновешенностью. Особенно высокое значение неуравновешенность приобретает в роторах, вращающихся со значительными угловыми скоростями. Надежность и долговечность машин в значительной степени зависит от уровня их вибраций. Причинами вибраций могут являться неуравновешенности вращающегося ротора. Под неуравновешенностью ротора понимают такое его состояние, при котором его массы распределены так, что во время вращения возникают переменные нагрузки на опоры. Мерой неуравновешенности является дисбаланс ⎯Di, равный произведению любой неуравновешенной массы mi на расстояние ⎯ri от ее центра масс до оси вращения: ⎯Di = mi ⋅ ⎯ri Направление вектора ⎯Di всегда совпадает с направлением радиусавектора ⎯ri . Всякий ротор имеет множество дисбалансов в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Поэтому суммарный дисбаланс равен ∑⎯Di = ∑ mi ⋅⎯ri Дисбаланс принято измерять в г⋅см или г⋅мм. Неуравновешенность ротора возникает в результате неизбежных погрешностей изготовления деталей ротора и его сборки. К числу основных погрешностей относятся: а) погрешности механической обработки деталей (отклонения от соосности поверхностей, непараллельность торцев, погрешности формы поверхностей и др.); б) погрешности получения заготовок (газовые раковины, шлаковые включения, неравномерная плотность материала и др.); в) погрешности сборки деталей (взаимные смещения деталей в пределах зазоров в сопряжениях, ошибки подбора лопаток по массе и др.). Различают три вида неуравновешенностей ротора: 1. Статистическая неуравновешенность. Она имеет место при параллельности оси вращения ротора (рис.1) и главной центральной оси инерции ротора.1 Статистическая неуравновешенность характеризуется неравенством ∑⎯Fi = ∑ mi ⋅⎯ri ⋅ ω2 = mр ⋅⎯lст ⋅ ω2 ≠ 0 , где Fi – неуравновешенная сила i-ой массы; mi – i-я масса; mp – масса ротора; ri – эксцентриситет i-ой ri - эксцентриситет i-ой массы; mp - эксцентриситет центра масс относительно оси вращения ротора; ω - угловая скорость вращения ротора. Главная центральная ось инерции – центральная ось тела, относительно которой центробежные моменты инерции тела равны нулю. 1 2 L 1 L1 2 L2 Центр масс Ось ротора А В lст ⎯Dст1 ⎯Dст2 ⎯Dст Главная центральная ось Инерции ротора Рис. 1 Статическая неуравновешенность количественно характеризуется главным вектором дисбалансов ротора⎯Dст , равным ⎯Dст = mp ⋅⎯lст . Для межопорного ротора, указанного на рис.1, главный вектор дисбалансов может быть заменен двумя составляющими⎯Dст1 и⎯Dст2 , ему параллельными и в общем случае неравными друг другу. Расположенные в плоскостях 1 и 2, перпендикулярных оси ротора и совпадающих с серединами опор А и В, эти дисбалансы определяются уравнениями: ⎯Dст =⎯Dст1 +⎯Dст2 ; ⎯Dст1 =⎯Dст ⋅ L2 / L ; ⎯Dст2 =⎯Dст ⋅ L1 / L где L - расстояния между серединами опор. 2. Моментная неуравновешенность. Она характеризуется тем, что ось вращения ротора и главная центральная ось инерции ротора пересекаются в центре масс (рис. 2). Моментная неуравновешенность характеризуется количественно главным моментом дисбалансов ⎯MD . Этот момент представляет собой пару сил с плечом L, равных по значению и 3 антипараллельных, расположенных в двух плоскостях, перпендикулярных оси ротора: ⎯MD = ⎯DM1 ⋅ L = ⎯DM2 ⋅ L , где DM1 и DM2 – дисбалансы соответственно в плоскостях 1 и 2, перпендикулярных оси ротора, определяющие моментную неуравновешенность ротора (моментный дисбаланс). Рис. 2 3. Динамическая неуравновешенность. Она характеризуется тем, что ось ротора и главная центральная ось инерции либо перекрещиваются, либо пересекаются не в центре масс (рис. 3). Положение главной центральной оси инерции характеризуется здесь параллельным смещением ее с оси ротора на величину lст и поворотом на угол γ . В реальных конструкциях роторов встречается этот, общий вид неуравновешенности. Количественно он характеризуется векторами ⎯Dст и ⎯МD или, если векторно сложить их составляющие в каждой из выбранных плоскостей 1 и 2, двумя суммарными векторами дисбалансов ⎯D1 и⎯D2 :⎯D1 =⎯Dст1 +⎯DМ1 ; ⎯D2 =⎯Dст2 +⎯DМ2 . Они в общем случае неравны и непараллельны. Как видно, суммарные векторы дисбалансов⎯D1 и⎯D2 содержат статические и моментные 4 составляющие, которые при вращении ротора со скоростью ω вызывают следующие силы: а) центробежные силы инерции ⎯Р1 и ⎯Р2 , порождаемые статическими составляющими ⎯Dст1 и ⎯Dст2 неуравновешенностей ⎯D1 и ⎯D2 : ⎯P1 = ⎯Dст1 ⋅ ω2 = m1 ⋅⎯r1 ⋅ ω2 ; ⎯P2 = ⎯Dст2 ⋅ ω2 = m2 ⋅⎯r2 ⋅ ω2 ; где m1 и m2 – неуравновешенные массы, "расположенные" соответственно в плоскостях 1 и 2; r1 и r2 – расстояния от центров этих масс до оси вращения ротора. Силы ⎯Р1 и ⎯Р2 вращаются вместе с ротором, нагружая его опоры. б) центробежные силы инерции ⎯Р1′ и ⎯Р2′ , порожденные моментными составляющими ⎯DM1 и ⎯DM2 неуравновешенностей ⎯D1 и ⎯D2 : ⎯P1′ =⎯DM1 ⋅ ω2 ; ⎯P2′ =⎯DM2 ⋅ ω2 , причем ⎯Р1′ =⎯Р2′ . Эти силы также вращаются вместе с ротором, нагружают его опоры и, кроме того, создают изгибающий момент вдоль оси ротора. С целью снижения уровня вибраций следует уменьшать неуравновешенность ротора до допустимых значений путем балансировки. Балансировка представляет собой технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции ротора с осью его вращения. Это достигается корректировкой масс ротора путем удаления корректирующей массы, добавления ее или перемещения. 5 Рис. 3 В производстве ДЛА применяются два вида балансировки роторов и их составных частей (дисков с лопатками) — статическая и динамическая. Статическая балансировка имеет целью добиться расположения центра масс ротора на оси его вращения. При этом устраняется влияние только главного вектора дисбалансов ⎯Dст (моментная неуравновешенность не устраняется). Очевидно статической балансировкой можно ограничиться только в случаях дискообразных роторов, у которых плечо L пары сил мало, либо при малой угловой скорости вращения ротора. В производстве ДЛА статическая балансировка используется как предварительная ступень общей балансировки роторов. Она относится к дискам - составным частям ротора. Их статическая балансировка облегчает последующую динамическую балансировку собранного ротора. Динамическая балансировка Динамическую балансировку жесткого ротора проводят в двух плоскостях коррекции (плоскостях уравновешивания) 1 и 2, перпендикулярных оси ротора. Эти плоскости, как правило, не совпадают с опорами ротора. В плоскостях коррекции производится уравновешивание ротора посредством изменения величины массы в этих плоскостях. Практически динамическая балансировка ротора состоит из двух этапов: 6 1) измерения величин дисбалансов ⎯D1 и ⎯D2 в плоскостях коррекции; 2) устранения дисбалансов путем корректирования массы ротора в плоскостях коррекции, стремясь соблюсти равенства: ⎯D1 + mk1 ⋅ ⎯rk1 = 0 , ⎯D2 + mk2 ⋅ ⎯rk2 = 0 , где mk1 и mk2 – корректирующие (уравновешивающие) массы, расположенные соответственно в плоскостях коррекции 1 и 2; rk1 и rk2 - расстояния от центров этих масс до оси ротора. Произведение mi⋅ri - представляет собой статический момент массы, необходимый для уравновешивания ротора в i - ой плоскости коррекции. Общую неуравновешенность ротора ГТД можно устранять несколькими способами: а) добавлением материала к ротору посредством постановки специальных грузов-противовесов; б) снятием материала ротора; в) перераспределение масс частей ротора; г) использованием комбинированного способа. Удаление массы частей ротора во многих случаях трудно реализуемо, так как при конструировании обычно уже приняты меры по снижению его массы. Удалять металл можно с тяжелого места сверлением, фрезерованием, другими методами механической обработки. Перспективна балансировка роторов с удалением металла лучом лазера. Причем процесс удаления металла производится в процессе вращения ротора. В автоматической балансировочной машине обеспечивающий совпадение должен быть блок момента прохождения синхронизации, тяжелого места вращающегося ротора с моментом излучения лазера. В результате воздействия луча происходит мгновенное расплавление и выбрасывание испаренного металла с поверхности уравновешиваемого тела. Чтобы не создавать концентраторы напряжений не ослаблять ротор, следует удалять меньший слой металла, но с большей площади или с 7 нескольких участков тяжелого места. Поэтому целесообразно подавать на операцию динамической балансировки ротора с меньшей неуравновешенностью. Добавление масс постановкой противовесов используется довольно широко. В качестве противовесов можно использовать балансировочные винты, штифты, накладки. Балансировка перераспределением масс частей ротора. Уменьшение дисбаланса ротора ГТД можно производить за счет оптимизации распределения лопаток в диске по их статическим моментам (при значительной длине лопаток) или по их массам (при коротких лопатках). На практике используются различные методы такого уравновешивания роторов. Ниже рассматриваются некоторые из них Уравновешивание ротора перестановкой лопаток. На рис. 4 представлена ступень ротора ГТД - диск с лопатками. Буквами А и В здесь обозначены две диаметрально расположенные лопатки. После установки лопаток в диск производится балансировка ступени ротора. Допустим, она показала наличие дисбаланса D с вектором, направленным к лопатке В. Такую ступень ротора можно уравновесить заменой лопатки А со статическим моментом mA⋅rA новой лопаткой А′ с большим по величине статическим моментом mА′⋅rА′= mА⋅rА+ D . Вместо этого можно заменить лопатку В, имеющую статический момент mB⋅rB , новой лопаткой B′ со статическим моментом mB′⋅rB′= mB⋅rB – D . 8 Рис. 4 Однако такая замена требует наличия большого числа запасных лопаток, из которых выбирают одну с требуемой величиной статического момента. Целесообразнее заменять одновременно две лопатки А и В, подбирая новые лопатки А′ и В′ по разности статических моментов с соблюдением равенства mА′⋅rА′= mА⋅rА+ D . Уравновешивание ротора таким методом достигается двумя - тремя перестановками лопаток с определенной разностью статических моментов или при коротких лопатках - с определенной разностью масс лопаток. К недостаткам метода следует отнести необходимость иметь запасные лопатки и относительно низкую производительность уравновешивания. Уравновешивание ротора с оптимизацией расстановки лопаток в диске при помощи ЭВМ. Для оптимизации распределения лопаток по статическому моменту используют одноосные весы с электронно-цифровым устройством и миниЭВМ. На рис. 5 представлена схема определения величины статического момента лопатки по отношению оси ротора. Весы настраиваются по эталонной лопатке, установленной в приспособлении 1 и уравновешиваются 9 при помощи гирь 2 в чашке весов, а на табло электронно-цифрового устройства устанавливается нуль (на рисунке не показано). Рис. 5 При взвешивании каждой серийной лопатки на цифровом индикаторе табло указывается ее относительная величина статического момента положительная или отрицательная разность статических моментов эталонной и серийной лопаток. Лопатки комплекта нумеруются карандашом и записываются в ведомости их величины относительных статических моментов. Эти данные затем вводятся в ЭВМ; вводятся также величина дисбаланса, который имеет диск без лопаток, и номер паза, которому соответствует "легкое место" диска. ЭВМ выдает распечатку оптимальной раскладки лопаток по пазам диска. В ней указаны номера лопаток комплекта и соответствующий каждой из них номер паза диска. В распечатке указываются также величина остаточного дисбаланса, которая будет после такой раскладки лопаток, и угловое расположение дисбаланса относительно паза № 1. Далее следует окончательная динамическая балансировка ротора на балансировочной машине. Уравновешивание производится добавлением специальных сегментов в "легкое место" с креплением их болтами. Для двигателей семейства НК-8 указанный метод раскладки лопаток по пазам диска на основе статических моментов производится для лопаток компрессора 1 и 2 ступеней. Остальные лопатки двигателя распределяются 10 по пазам дисков с учетом масс лопаток. Понятно, что раскладка лопаток по статическим моментам их масс позволяла бы получать меньшую неуравновешенность узла перед динамической балансировкой. 11 Лекция 23,24. Технологическая документация, разрабатываемая на технологические процессы сборки На технологические процессы вообще, на сборку в частности, разрабатываемая технологическая документация подразделяется на основную и вспомогательную. К основной относят документацию полностью и однозначно определяющую технологический процесс (технологическую операцию) изготовления изделия или его составной части. Основная документация может быть общего (карта эскизов, технологическая инструкция) или специального назначения (маршрутная карта, карта технологического процесса). К вспомогательной относится документация, необходимая для внедрения и функционирования технологического процесса или операции. В соответствии с ГОСТ 3.1102 – 81 (ЕСТД. Стадии разработки и виды документов), применяются следующие виды технологических документов: Таблица 1. Документы общего назначения. Вид документа Условное обо- Назначение значение Титульный лист ТЛ Является первым листом комплекта технологических документов Карта эскизов КЭ Графический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы и предназначенный для пояснения выполнения ТП, операции или перехода изготовления изделия, включая контроль и перемещения. Технологическая ТИ Предназначена для описания техноинструкция логических процессов, методов и приемов, повторяющихся при изготовлении изделий или их составных частей, правил эксплуатации средств технологического оснащения. Применяется в целях сокращения объема разрабатываемой технологической документации. Таблица 21. Документы специального назначения. Вид документа Условное Назначение Маршрутная карта обозначение МК Карта технологиче- КТП ского процесса Карта типового (груп- КТТП пового) технологического процесса Операционная карта ОК Предназначена для маршрутного или маршрутно-операционного описания технологического процесса, включая контроль и перемещения по всем операциям различных технологических методов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, технологической оснастке, материальных нормативов и трудовых затратах. Примечания: 1. МК является обязательным документом. 2. Допускается МК разрабатывать на отдельные виды работ. 3. Допускается МК применять совместно с соответствующей картой технологической информации, взамен карты технологического процесса, с операционным описанием в МК всех операций и полным указанием необходимых технологических режимов в графе «Наименование и содержание операции». 4. Допускается взамен МК использовать соответствующую карту технологического процесса. Предназначена для операционного описания технологического процесса изготовления изделия в технологической последовательности по всем операциям сборки с указанием переходов, технологических режимов и данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых затратах. Аналогична КТП, но предназначена для описания типового (группового) технологического процесса. Применяется совместно с ВТП. Предназначена для описания технологической операции с указанием после- Карта типовой (груп- КТО повой) операции Карта технологиче- КТИ ской информации Комплектовочная кар- КК та Ведомость оснастки Ведомость вания Ведомость лов ВО оборудо- ВОБ материа- ВМ Ведомость сборки из- ВСИ делия Ведомость деталей ВТП (сборочных единиц) к (ВТО) типовому (групповому) технологическому процессу (операции) довательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимов и трудовых затратах. Применяется для единичных технологических процессов. Аналогична ОК, но предназначена для описания типовой (групповой) технологической операции. Применяется совместно с ВТО. Предназначена для указания дополнительной информации, необходимой при выполнении отдельных операций (технологических процессов) и связанной с применением уникальных средств технологического оснащения, прогрессивных методов изготовления. Предназначена для указания данных о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия. Предназначена для указания применяемой технологической оснастки. Предназначена для указания применяемого оборудования . Предназначена для указания данных о подетальных нормах расхода материалов, о заготовках. Предназначена для указания состава деталей и сборочных единиц, необходимых для сборки изделия в порядке ступени входимости, применимости и количественного состава. Предназначена для указания состава деталей (сборочных единиц, изделий), изготавливаемых или ремонтируемых по типовому (групповому) технологическому процессу (операции), и переменных данных о материале, средствах технологического оснащения, режимах, трудозатратах. Формы и правила оформления документов общего назначения регламентирует ГОСТ 3.1105 – 84. 1. Титульный лист. Допускается несколько видов оформления титульного листа: Формат А4, формат А3; вертикальное и горизонтальное направление. Титульный лист должен содержать следующую информацию: поле 1 - наименование министерства или ведомства, в систему которого входит организация-разработчик: МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКИ РФ Допускается в поле 1 записывать наименование организации разработчика при невозможности внесения этого наименования в графу 1 основной надписи, КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. Туполева графу 1 в этом случае не заполняют. На поле 2 в левой части – должность и подпись лица, согласовавшего комплект документов от заказчика с указанием организации, в правой части поля – должность и подпись лица, утвердившего комплект документов. На поле 3 – наименование комплекта документов или наименование вида документов. Запись данных следует выполнять в следующем порядке: на первой строке прописными буквами наименование комплекта документов, например: КОМПЛЕКТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ На второй и последующих строках строчными буквами – для компекта технологической документации – указание общего понятия изготовления изделия без указания применяемого метода, например: КОМПЛЕКТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ изготовления изделия Для комплекта документов на технологический процесс - наименование или аббревиатуру вида технологического процесса по организации производства, например, единичный технологический процесс (ЕТП), типовой (групповой) технологический процесс ТТП (ГТП) и наименование основного технологического метода, применяемого при изготовлении изделий, например: КОМПЛЕКТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ на единичный технологический процесс сборки Допускается: выполнять запись на второй и последующих строках прописными буквами; не указывать наименование (или аббревиатуру) вида технологического процесса по его организации для единичных технологических процессов, например: КОМПЛЕКТ ДОКУМЕНТОВ на технологический процесс сборки Рис. 1. Пример оформления титульного листа. 2. Технологическая инструкция. (ТИ) Технологические инструкции применяют для описания работы, имеющей общий и повторяющийся характер, независимо от состава изготовляе- мых изделий (например на сборку типовых соединений, на приготовление клеев и их применение), а также для описания правил эксплуатации средств технологического оснащения, настроечных и регулировочных работ. Правила оформления технологической инструкции (ТИ) определяются ее назначением. При разработке ТИ следует предусматривать вводную часть, в которой должна быть отражена область распространения и назначения данного документа. Инструкции следует приводить в технологической последовательности выполнения действий. Текст ТИ может быть разбит на разделы и подразделы (Нумерация пунктов в соответствии с ГОСТ 2.105 – 79). Допускается выполнять графические иллюстрации, таблицы непосредственно на формах ТИ. Рис. 2. Оформление титульного листа технологической инструкции при его наличии. А) Б) Рис. 3. Оформление технологической инструкции без титульного листа. А) первый лист; Б) Последующие листы Для сокращения состава документов допускается ТИ выполнять без титульного листа, размещая информацию, характерную для титульного листа по всему полю формы 5, либо только в верхней части поля. 3. Карта эскизов (КЭ). КЭ применяют для разработки графических иллюстраций, таблиц к текстовым документам. КЭ может выполняться на форматах А4, А3, А2, А1, А0, допускается А5 (в отличие от текстовых технологических документов). Оформление карт эскизов регламентируется ГОСТ 3.1105 – 84. Рис. 4. Пример оформления карты эскизов. Общие правила выполнения графических технологических документов устанавливаются ГОСТ 3.1128 – 93. На технологические процессы сборки эскизы выполняются на сборочные единицы и изделия, изготовляемые с применением различных методов сборки, а также для операций контроля и испытаний. Изображения изделий должны приводиться в их рабочем положении. Допускается изображения выполнять как с соблюдением, так и без соблюдения масштаба, но с соблюдением пропорций. На эскизах для операций сборки должны быть указаны обозначения позиций составных частей, при необходимости приведены технические требования, посадки, обозначения опор, зажимов и установочных устройств, размеры, допуски формы и расположения, которые необходимо выдержать в процессе сборки. 4. Маршрутная карта. (Формы и правила оформления маршрутных карт регламентирует ГОСТ 3.1118 – 82) Маршрутная карта является составной и неотъемлемой частью комплекта технологических документов, разрабатываемых на технологические процессы изготовления, в частности сборки, изделий. Формы МК по ГОСТ 3.1118-82 являются унифицированными. Эти формы допускается применять для любых видов технологических процессов, независимо от типа и характера производства. По этой причине, для облегчения процедуры нормоконтро- ля, на некоторых предприятиях технологические процессы выполняют исключительно на этих формах. При маршрутном и маршрутно-операционном описании технологического процесса МК является одним из основных документов, на котором описывается весь процесс в технологической последовательности выполнения операций. При операционном описании ТП в МК представляется сводная информация: наименование операций в последовательности их выполнения, перечень документов, применяемых при выполнении операций, технологическое оборудование, трудозатраты, и приводиться адресная информация – цех, участок, рабочее место. Информация в формах МК вноситься построчно. Используется несколько типов строк. Тип строки определяется служебным символом, простановка которых является обязательной. Таблица 3. Служебные символы и соответствующая им информация. (ГОСТ 3.1118-82). Служебный Содержание информации, вносимой в графы, расположенные символ на строке А Номер цеха, участка, рабочего места, где выполняется операция, номер операции, код и наименование операции, обозначение документов, применяемых при выполнении операции (применяется только для форм с горизонтальным расположением поля подшивки). Б Код, наименование оборудования и информация по трудозатратам (применяется только для форм с горизонтальным расположением поля подшивки) В Номер цеха, участка, рабочего места, где выполняется операция, код и наименование операции (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки) Г Обозначение документов, применяемых при выполнении операции (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки) Д Код, наименование оборудования (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки) Е Информация по трудозатратам (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки) К Информация по комплектации изделия (сборочной единицы) М О Т Л Н составными частями с указанием наименования деталей, сборочных единиц, их обозначений, обозначений подразделений, откуда поступают комплектующие составные части, кода единицы величины, единицы нормирования, количества на изделие и нормы расхода (применяется только для форм с горизонтальным расположением поля подшивки). Информация о применяемом основном материале и исходной заготовке, информация о применяемых вспомогательных и комплектующих материалах с указанием наименования и кода материала, обозначения подразделений, откуда поступают материалы, кода единицы величины, единицы нормирования, количества на изделие и нормы расхода. Содержание операции (перехода) Информация о применяемой при выполнении операции технологической оснастке Информация по комплектации изделия (сборочной единицы) составными частями с указанием наименования деталей, сборочных единиц (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки). Информация по комплектации изделия (сборочной единицы) составными частями с указанием обозначения деталей, сборочных единиц, обозначения подразделений, откуда поступают комплектующие составные части, кода единицы величины, единицы нормирования, количества на изделие и нормы расхода (применяется только для форм с вертикальным расположением поля подшивки). При заполнении информации на строках, имеющих служебный символ О, запись следует выполнять по всей длине строки с переносом информации на последующие строки, если необходимо. При операционном описании ТП на формах МК в начале строки необходимо проставлять номер перехода. При заполнении информации на строках, имеющих служебный символ Т, запись о технологической оснастке следует выполнять в следующей последовательности: • Приспособления; • Вспомогательный инструмент; • Режущий инструмент; • Слесарно-монтажный инструмент; • Специальный инструмент, применяемый при выполнении специфических операций (сварка, штамповка); • Средства измерения. Запись следует выполнять по всей длине, с возможностью, при необходимости, переноса информации на последующие строки. Разделение информации по каждому средству технологической оснастки следует выполнять через знак «;». Количество одновременно применяемых единиц технологической оснастки следует указывать после кода (обозначения) оснастки, заключая в скобки, например, АБВГ ХХХХХХ.ХХХ (4) струбцина. (Количество допускается не указывать). Таблица 4. Очередность заполнения служебных символов для единичных технологических процессов сборки. Вид описания техноло- Вид поля подшивки Очередность служебных гического процесса символов Маршрутное горизонтальное А, Б, К, М, О, Т вертикальное В, Г, Д, Е, Л, Н, М, О, Т Операционное горизонтальное А, Б, К, М вертикальное В, Г, Д, Е, Л, Н, М Рис. 5. Пример оформления маршрутной карты. Рис. 6. Оформление технологической операции в форме МК. Виды работ, входящих и сопутствующих процессу сборки. 1. Подготовительные. Комплектование – формирование сборочных комплектов. Подготовка составных частей изделия деталей, узлов к сборке. Деконсервация, промывка, контроль, сортировка, укладка в комплектовочную тару. 2. Пригоночные. Обеспечение собираемости изделия, обеспечение требуемой точности замыкающих звеньев сборочных размерных цепей изменением размеров компенсирующих звеньев механообработкой. 3. Слесарные. Подготовка к сборке, обеспечение собираемости, обеспе- чение технических требований к изделию. Правка, гибка, притирка и др. 2. Наименование операций следует записывать в документах в сокращенной или полной форме. При применении сокращенной формы наименование операции следует записывать именем существительным в именительном падеже. Исключение составляют такие наименования операций, как «Слесарная», «Сверлильная» и т. п. Полная запись наименования операций должна содержать сокращенную форму с указанием предметов производства, обрабатываемых поверхностей или конструктивных элементов. Например: «Шабровка направляющих поверхностей», «Запрессовывание шпилек». Таблица . Перечень операций. Наименование слесарных операций 1. Слесарная 2. Гибка 3. Гравировка 4. Доводочная 5. Зачистка 6. Зенковка 7. Завивка 8. Калибровка 9. Керновка 10. Нарезка 11. Навивка 12. Отрубка Наименование сборочных операций Наименование слесарных операций Наименование сборочных операций 1. Сборка 2. Базирование 3. Балансировка 4. Застегивание 5. Закрепление 6. Запрессовывание 7. Клепка 8. Контровка 9. Маркирование 10. Пломбирование 11. Склеивание 12. Стопорение 13. Отрезка 14. Опиловочная 15. Очистка 16. Полирование 17. Правка 18. Разметка 19. Разрезка 20. Развертывание 21. Развальцовка 22. Сверлильная 23. Смазывание 13. Свинчивание 14. Установка 15. Центровка 16. Штифтование 17. Шплинтование 18. Разборка 19. Распрессовывание 20. Расшплинтовывание 21. Расштифтовывание 22. Распломбирование 23. Развинчивание Рис. 7. Пример оформления операционной карты. Рис.8. Пример оформления комплектовочной карты. Комплектование. Качественное проведение комплектовочных работ обеспечивает правильность и точность подбора деталей по номенклатуре и сборочным параметрам (посадке, массе, взаимному положению деталей в узле и др.), а также рациональную раскладку их в таре. Комплектовочные работы оказывают большое влияние на качество и надежность собираемых изделий. Комплектовочные работы должны выполняться в строгом соответствии с техническими условиями. Освоение на предприятиях CALS, PLM технологий, при регистрации фактических геометрических и иных параметров каждой детали в результате изготовления, позволит подобрать сборочные комлекты оптимальным образом, повысив надежность и ресурс изделий. В условиях поточного производства сборочные комплекты должны обеспечить собираемость конструкций по методу полной взаимозаменяемости. Документация операций технического контроля и испытаний. Формы и правила оформления документов на технический контроль регламентируются стандартом ГОСТ 3.1502 – 85. На технологические процессы и операции технического контроля, применяемые при изготовлении изделий оформляют документы: ведомость операций (ВОП), операционная карта (ОК), карты эскизов (КЭ). Карты эскизов выполняют по ГОСТ 3.1105 84. Ведомость операций (ВОП) технического контроля используется для операционного описания технологических операций технического контроля в технологической последовательности с указанием переходов, технологических режимов и данных о технологической оснастке, а также, при необходимости, норм времени. Ведомость операций (ВОП) применяется совместно с маршрутной картой (МК) или картой технологического процесса (КТП). Если операции технического контроля предусматриваются в технологическом процессе сборки, то на эти операции оформляется операционная карта ОК. В технологических процессах сборки, как правило, требуется контролировать правильность сборки ответственных соединений, узлов, а также правильность регулировки параметров изделия. Например контроль правильности регулировки подшипникового узла (по величине осевой игры, либо по крутящему моменту). Контролю могут подвергаться различные параметры изделия: геометрические (размеры), физические (крутящий момент, шум, давление, электрические параметры, наличие заземление, отсутствие пробоя изоляции). Физические параметры, в силу специфики работ, связанных с контролем, могут выполняться на операциях технологических испытаний. В простейших случаях качество сборки может определяться визуальным контролем. Если контроль выполняет исполнитель слесарно-сборочных работ, то допускается в операционных картах или картах технологического процесса указывать переходы, связанные с контролем, которые исполнитель должен выполнить при проведении работ. При описании операций технического контроля полную или краткую форму записи содержания переходов. Краткую форму следует применять только при проверке контролируемых размеров и параметров, выражаемых числовым значением. Контролируемый параметр при этом должен быть отражен в карте эскизов в виде числового значения с допуском, либо диапазон допустимых значений числового параметра. Данные по применяемым средствам технологического процесса следует записывать по применимости, для контроля одного или нескольких параметров. Особые указания к отдельным контролируемым размерам или параметрам, следует выполнять после их записи с новой строки по всей длине, с возможностью переноса информации на последующие строки. Рис.6. Пример оформления операции технического контроля. Рис.7. Пример оформления операции контроля на форме ГОСТ 3.1118-82 Правила оформления документов на испытания регламентируются стандартом ГОСТ 3.1507 – 84. В технологической документации на испытания должна отражаться информация Рис. 8. Пример оформления операции испытаний. Лекция 25 Оформление технологической документации на сборку в CAPP системах В современных условиях машиностроительное производства имеет тннденцию к все технологий, в том производства. более широкому числе Одним из в применению области направлений информационных технологической подготовки информатизации является использование инструментальных средств разработки технологической документации. Сборка является одним из наиболее малообеспеченным базами данных разделом. Поточная сборка отличается широкой номенклатурой операций, иногда выходящих за рамки слесарно-сборочных работ. Это отражается и в требованиях на комплекты технологических документов. Тенденция информатизации машиностроительного производства привела к возникновению CAD/CAE/CAM-систем. Одна из таких систем ADEM. Система содержит полный комплект модулей от ADEM CAD – 3D (объемное моделирование) и ADEM CAM (разработка УП) до ADEM TDM (разработка форм технологической документации). Модуль AdemTDM (генератор технической документации) является модулем системы, который предназначен для разработки и оформления технической документации: технологических процессов, карт эскизов, контрольных карт, спецификаций и на их основе комплектовочных карт и т.д. Диалог с пользователем создается на основе файлов инициализации и алгоритмов, которые формируются пользователем при адаптации системы. В результате работы диалога создается База Данных AdemTDM, которая является основой для формирования документации. Документация создается в формате метаданных. Созданную информацию можно сохранить в ADMфайле (*.adm) и в дальнейшем использовать для текущего редактирования или как прототип для создания нового. Выходные формы Выходные формы и карты могут быть любой конфигурации: в соответствии с ЕСКД, ЕСТД, стандартом предприятия и др. Подготовка карт осуществляется в модуле AdemCAD. ADEMTDM Файлы настройки *.ini, *.mnu AdemCAD AdemCAM Диалог с пользователем Алгоритм диалога Файл *.adm Просмотр результатов База Данных AdemTDM Нормативно -справочная информаци Формирование выходных форм Текстовый файл Алгоритм печати “Пустые” формы Настраивается пользователем при адаптации системы Рис.1 Функциональная схема AdemTDM. Основой модуля является База данных AdemTDM (БДА) - область данных, в которой хранится исходная информация для создания технической документации. Логически завершенная часть БДА, например: операция, переход, инструмент и т.д., - это объект БДА. Объект характеризуется набором параметров, определяющих его составные части, и имеет имя и код, устанавливаемые при настройке. Имя и код объекта в дальнейшем используются в алгоритмах для распознания и сортировки объектов. Параметр объекта - числовая или текстовая информация, определяющая составную часть объекта, например, номер цеха (для операции), наименование перехода (для перехода) и т.д. Каждый параметр объекта имеет имя, также установленное при настройке диалога. Структура БДА - упорядоченность объектов в виде дерева (графа), определяющего принадлежность одних объектов другим. Для любой пары различных объектов существует одна и только одна цепочка, соединяющая эти объекты. Уровень объекта - понятие, устанавливающее статус объекта в общей иерархии базы данных. Для работы с объектом его необходимо установить. Чтобы установить объект, необходимо установить все объекты более высокого уровня, которым принадлежит данный объект. После того, как необходимая информация введена, наступает этап заполнения выходных форм документа. В основу подсистемы формирования документов был положен принцип заполнения подготовленных пустых форм (так называемых “слепышей”). Использоваться могут формы и карты любой конфигурации, подготовленные в соответствии с ЕСКД, ЕСТД или стандартом предприятия. Эти формы могут быть как текстовые, так и графические. Заполнение производится в соответствии с алгоритмом печати, который создается при настройке системы на конкретную форму документа. Для контроля сформированной документации имеется режим предварительного просмотра на экране. Вывод осуществляется средствами системы ADEM на принтер или на плоттер. Нормативно-справочная информация Нормативно-справочная информация хранится в таблицах базы данных. Структура таблиц не ограничивается системой, поэтому c AdemTDM можно использовать как вновь созданные таблицы базы данных, так и уже существующие на предприятии. Имеется возможность формировать SQLзапросы к базам данных, разработанных с помощью СУБД различного типа: MS FoxPro, MS Access, MS SQL Server, Paradox и др. Взаимодействие с другими системами Создание форм, карт, эскизов, рисунков и т.д. осуществляется в модуле AdemCAD, разработка УП - в модуле AdemCAM. Для обмена информацией с другими системами используется текстовый файл. Работа в модуле TDM/ • содержание операций и переходов заполняется по ГОСТ3.1407 - 86. (Допускается ГОСТ 3.1118 – 82). • формируются основные (ГОСТ3.1105-81. Форма 2), документы: маршрутные карты титульный лист (ГОСТ3.1118 -82), операционные карты (ГОСТ3.1407-86.), карты эскизов (ГОСТ3.1105-84.), ведомость оснастки (ГОСТ3.1122-84.Форма 3); • нормативно-справочные базы по материалам, оборудованию, режущему инструменту (сверла, фрезы), наименованиям операций и содержанию переходов – для слесарных операций и операций механообработки. Для сборки базы данных может заполнить пользователь; • расчет основного и штучного времени на операцию (для сборки не предусмотрено, необходимо организовывать свой инструмент); • автоматическое комплектовочной карты; формирование ведомости оснастки и Структурная схема базы данных AdemTDM, изображенная на рис.1 для варианта формирования технологического процесса (ТП) представлена на рис.2. ТП Операции Режимы резания Оборудование Переходы Вспомогательный инструмент Приспособл ения Режущий инструмент Средства измерения Слесарный инструмент Рис. 2 Структурная схема технологического процесса. На первом уровне расположен объект, определяющий общие для ТП параметры: обозначениеизделия, фамилия и инициалы разработчика и т.д. На втором уровне располагаются объекты, описывающие операции, составляющие данных техпроцесс. Последовательность объектов определяет технологический маршрут обработки сборки. Составные части операции, такие как, оборудование, приспособление, переходы, также являются объектами и располагаются на третьем уровне нашей структуры. И, наконец, на четвертом уровне расположены составные части переходов: инструменты, системы инструментов,технологические режимы. Для создания комплекта технологической документации необходимо зайти в модуль AdemTDM Рис.3. Окно модуля AdemTDM. Активизировать кнопку -создать, выбрать «Технологический процесс» - «Создание технологического процесса» - «Сборка». Появиться диалог – «Общие данные». Данный диалог требуется заполнить. В диалоге фигурирует «деталь», но в создаваемом наименование собираемого изделия. КТД корректно создается Рис. 4. Диалог «Общие данные». После заполнения диалога необходимо нажать «ОК», система перейдет на уровень создания операций. Следующая активизация кнопки -создать позволить создать «Операция», - «Сборка». Необходимо будет заполнить форму. Рис. 8. Диалог создания операции. Подтверждение «ОК» переводит систему на уровень создания переходов. Следующая активизация кнопки определить информацию по технологическому переходу. -создать, позволит Рис. 9. Диалог создания технологического перехода. На данном же уровне можно определить информацию относительно средств технологического оснащения. Весь процесс создания комплекта документов отражается в окне проекта. Рис. 10. Окно проекта. Указателем мыши можно указать на любой объект окна проекта и активизировать его для редактирования - , удалить объект - . Указав на требуемый уровень, можно перейти на него и создать следующую операцию или переход и т.д. Завершив создание комплекта документов его требуется сформировать в виде, предусмотренном активизировать кнопку необходимо нажать формами ЕСТД. Для этого требуется - формирование. Для просмотра результата - «Просмотр графики». В окне проекта будут отражаться все созданные технологические документы, просмотр которых на экране возможен активизацией соответствующего листа Рис. 11. Созданная документация отражается в «окне проекта». Рис. 12. Маршрутная карта. Глава 6. БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ 6.1. ВИБРАЦИИ И ДИСБАЛАНС РОТОРОВ Надежность ДЛА в значительной степени зависит от уровня вибраций – изменяющихся во времени сложных вибрационных перемещений изделия, характеризуемых амплитудой, скоростью и ускорением. Возникновение вибраций является результатом совместного влияния циклических процессов при работе двигателя: вращения неуравновешенного ротора, периодических нагрузок (в частности из-за парциальности газового потока), овальности внутреннего кольца подшипников качения или шейки вала подшипника скольжения, огранки тел качения, несоосности соединяемых роторов и т.д. С увеличением неуравновешенности ротора, являющегося главным источником возбуждающих сил в системе ротор – корпус, вибрации резко возрастают, достигая опасных значений; вызывают разрушение узлов подшипников и оказывают вредное физиологическое воздействие на организм людей, обслуживающих двигатель и летательный аппарат. При оценке уровня вибраций за основу принимают ускорение a (м/с2) гармонического колебательного движения a = Aω 2 , где А – амплитуда колебаний; ω - круговая частота колебаний, равная произведению числа 2π на частоту колебаний f, ω = 2πf , с-1. Измерение вибраций двигателя ведется с помощью аппаратуры, включающей: преобразователи, жестко прикрепляемые сверху и с боков корпуса двигателя, преобразующие механические величины (перемещения, ускорения) в электрические сигналы; фильтр, позволяющий выделить наиболее опасные частоты (вращения роторов); усилитель; регистратор сигналов, обычно шлейфный осциллограф. По осциллограмме находят среднюю (из максимальных значений) амплитуду А и частоту колебаний f (частоту вращения роторов) за промежуток времени, принятый за базу, и подсчитывают ускорение. В производстве ДЛА уровень вибраций часто оценивают по безразмерному коэффициенту виброперегрузки К, равному отношению ускорения а к ускорению свободного падения g: K = a / g . Состояние двигателя рассматриваемого типа считается удовлетворительным, если полученный коэффициент не превышает установленного для него значения (например, для ряда ГТД К≤3, а для агрегатов К≤2). Предельные значения виброскорости обычно составляют не более 0,03-0,05 м/с. Однако заданные значения параметров вибраций не всегда выдерживаются. Из общего числа ГТД в процессе испытаний выявляется до 10-15% двигателей, имеющих повышенный уровень вибраций, обусловленный, главным образом, неуравновешенностью роторов. Ниже приводятся основные понятия о неуравновешенности и балансировке роторов, соответствующие ГОСТ 19534-74, 22061-76, ИСО 1940, а также утвердившиеся в области производства ДЛА. Неуравновешенность – состояние ротора, при котором его массы распределены так, что во время вращения возникают переменные нагрузки на опоры и иногда его прогиб. Мерой неуравновешенности является дисбаланс Di, равный произведению любой неуравновешенной массы mi на расстояние ri от ее центра (центра масс – ц.м.) до оси вращения: Di = mi ri . Направление вектора Di всегда совпадает с направлением радиусавектора ri . Ротор имеет множество дисбалансов в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, ΣDi = Σmi ri . Появление их связано с первичными производственными погрешностями на этапах изготовления изделия, а также с изменением состояния изделия в эксплуатации. При получении заготовок (в частности, дисков, крыльчаток) методами штамповки или литья это неравномерная плотность материала; при механической обработке – погрешности формы и взаимного положения поверхностей (биение, разностенность); в процессе сборки – накопленные погрешности взаимного положения дисков и цапф, смещения деталей в пределах зазоров в сопряжениях, погрешности подбора лопаток по массе и зазорам в замке; при технологических испытаниях это упругопластические деформации от динамических и тепловых нагрузок (вытяжка лопаток, релаксация). К этому следует добавить эксплуатационные дисбалансы как следствие неравномерности износа (см. гл. 2), образования кавитационных каверн, абляции, коррозии, развития деформаций и релаксации, начавшиеся при испытании, и т.д.). Неуравновешенность разделяют на три вида: 1. Статическая, при которой ось ротора (о.р.) и его главная центральная ось инерции (ГЦОИ) параллельны (рис. 6.1, а). Расстояние между ними равно ест центра масс. (Название статическая эксцентриситету неуравновешенность получила потому, что ее можно выявить и устранить статическими способами). Количественно она характеризуется главным вектором дисбалансов Dст (кг⋅м), равным Dcт = m p ecт , где mp – масса ротора, кг. (Для роторов массой от 0,01 до 1000 кг Dст принято измерять в г⋅мм или г⋅см). Для удобства сопоставления роторов различных масс (при балансировке) пользуются понятием удельный дисбаланс, выражающим отношение модуля Dст к массе ротора и численно равным эксцентриситету масс (мкм) ecт = Dcт / m p . Для межопорного ротора Dст может быть заменен двумя составляющими DстI и DстII , ему параллельными (в общем случае друг другу неравными), в плоскостях I и II, перпендикулярных оси, совпадающих с серединами опор А и В (рис. 6.1, в): DстI = Dст LII / L ; DстII = Dст LI / L , где L – расстояние между опорами. Рис. 6.1. Виды неуравновешенности 2. Моментная, при которой ось ротора и ГЦОИ пересекаются в центре масс (рис. 6.1, б). Количественно она характеризуется главным моментом дисбалансов M D , равным моменту пары равных антипараллельных сил с плечом L: M D = DMI L = DMII L . 3. Динамическая, при которой ось ротора и ГЦОИ пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (рис. 6.1, в). В реальных конструкциях роторов встречается именно этот, наиболее общий вид неуравновешенности. Количественно она характеризуется векторами Dст и M D или (в результате сложения их составляющих в плоскостях I и II) двумя суммарными векторами дисбалансов DI = DcтI + DMI ; DII = DcтII + DMII , в общем случае неравными и непараллельными. При вращении ротора со скоростью ω статические компоненты этих дисбалансов вызывают центробежные силы инерции ( PI и PII ), действующие на опоры: PI = DcтI ω 2 ; PII = DcтII ω 2 . ′ Динамические компоненты также вызывают силы инерции ( PI ′ и PII ), действующие на опоры, и как моментные составляющие они создают, кроме того, изгибающий момент вдоль оси ротора: PI ′ = DМI ω 2 ; PII′ = DМII ω 2 , причем PI ′ = PII′ . С целью снижения уровня вибраций изделий желательно полное устранение неуравновешенности роторов. Но это практически неосуществимо. Поэтому стремятся ее уменьшить путем балансировки до допустимых значений, определяемых техническими, экономическими и санитарными нормами на изделия. Балансировка ротора, таким образом, это процесс определения величины и углов дисбалансов (в плоскостях, перпендикулярных оси) и уменьшение их корректировкой масс (теоретически это означает сближение оси вращения и ГЦОИ). В производстве ДЛА применяется два вида балансировки роторов и их составных частей – статическая и динамическая. 6.2. СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА. Статическая балансировка, при которой определяется и уменьшается статическая неуравновешенность, т.е. главный вектор дисбалансов, проводится, как правило, в одной плоскости, называемой плоскостью коррекции, и практически осуществляется следующим образом. Ротор 1 (рис. 6.2, а) своими цапфами устанавливается на стальные закаленные призмы 2, с узкой верхней гранью, называемые ножами (применяются также цилиндрические валики и сдвоенные вращающиеся ролики). Неуравновешенный ротор будет перекатываться и повернется так, что центр тяжести займет самое нижнее положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии (сторону или участок ротора, обращенный вниз, принято называть тяжелым местом). Таким образом определяется угловое положение Dст в плоскости, перпендикулярной оси. Прикрепляя в противоположном, легком месте уравновешивающий груз ΔG (обычно в виде навеска пластилина), добиваются равновесия ротора (рис. 6.2, б), когда ΔGR = Gест , где G, R - соответственно вес ротора и расстояние от его оси до центра тяжести груза, или иначе mR = mP eст = Dcт , т.е. величина дисбаланса будет равна произведению массы уравновешивающего груза m на расстояние его до оси ротора. Рис. 6.2. Статическая балансировка. Затем груз снимают, взвешивают и производят окончательную корректировку масс, заменяя его балансировочными винтами, штифтами или накладками равного веса. Иногда удобнее удалять металл с тяжелого места, применяя фрезерование, сверление или обработку световым лучем. Чтобы не ослаблять деталь и не создавать концентраторы напряжений, часто удаляют меньший слой металла, но с большей площади или с нескольких участков тяжелого места. Плоскость коррекции, в которой ведется корректировка масс, намечается при проектировании изделия исходя из конструктивнотехнологических соображений. Выбираются менее ответственные, свободные боковые поверхности дисков, ступиц, к которым открыт доступ. Таким образом, плоскость коррекции в общем случае не совпадает с плоскостью действительного положения центра масс, т.е. с плоскостью Dст . Статическая балансировка подкупает простотой, но ей свойственны недостатки, ограничивающие область ее применения. Прежде всего она не обеспечивает достаточной точности. Это связано с тем, что цапфы (или валы) роторов и ножи (ролики) не являются абсолютно жесткими, и контакт их происходит не по линии (или точке), а по некоторой поверхности (рис. 6.3). В результате между ними возникает трение, препятствующее ротору занять однозначное положение устойчивого равновесия. Рис. 6.3. Схема возникновения статической балансировке момента сопротивления при Допуская, что ножи термообработаны на более высокую твердость, их деформацией можно пренебречь. Полухорда l зоны контакта, называемая плечом трения качения, для данных материалов есть величина постоянная, и для закаленных сталей находится в пределах 0,01-0,03 мм. Пока момент силы тяжести стремящийся повернуть ротор, превосходит момент трения качения, т.е. Geст > RG l , перекатывание и определение дисбаланса возможно. Если Geст ≤ RG l , ротор будет неподвижным и дальнейшая балансировка невозможна, хотя в роторе остается так называемая невыявленная неуравновешенность, или остаточный дисбаланс, равный mPl. При массе ротора 100 кг и среднем значении l=0,02 мм остаточный дисбаланс составит 2000 г⋅мм. Как будет показано ниже, такой дисбаланс во много раз превышает допустимые значения для роторов современных ДЛА. Рис. 6.4. Схема возникновения моментной неуравновешенности при статической балансировке К недостаткам статической балансировки следует отнести также то, что она не позволяет выявить и устранить моментную неуравновешенность (одной плоскости коррекции для этого недостаточно), а иногда даже увеличивает ее. Допустим, что нужно сбалансировать ротор с центром масс в плоскости I (рис. 6.4). Помещая уравновешивающий груз ΔG с противоположной стороны, например в плоскости коррекции II, добиваемся, что ротор будет статически уравновешен. Однако при вращении с эксплуатационной скоростью возникает моментная неуравновешенность, как результат действия пары сил с плечом L, равным расстоянию между плоскостями I и II. Очевидно, изгибающий момент будет тем больше, чем больше масса ротора и плечо L. Момент удается уменьшить, если корректирующий груз разнести вдоль оси ротора на две плоскости, разделив его обратно пропорционально расстояниям LI и LII этих плоскостей от плоскости центра масс. Плечи LI и LII (и положение центра масс) ротора ориентировочно можно определить расчетом по результатам взвешивания его на двух весах. Ротор укладывается на платформы весов с помощью ложементов (выполненных по типу ножей), расстояние между которыми соответствует расстоянию между плоскостями коррекции L. Очевидно, размеры LI и LII будут обратно пропорциональны весам частей ротора. Операцию можно выполнять и на одних весах, но в два приема. Сначала взвешивается ротор, а затем часть его, прилегающая к одной из плоскостей коррекции в положении, когда ротор подвешен и удерживается горизонтально с помощью троса, закрепленного в месте прохождения другой плоскости коррекции. Взвешивание крупногабаритных роторов ГТД представляет трудности, поэтому разнесение масс при статической балансировке применимо в основном для роторов агрегатов. Повышения точности статической балансировки добиваются способом обхода контрольным грузом. Для этого окружность ротора делят на четное число (8-12) равных частей (рис. 6.5,а) и затем в отмеченных точках прикрепляют последовательно такие минимальные грузы ΔG, которые создадут моменты, необходимые для преодоления момента трения. При этом ротор каждый раз устанавливают так, чтобы отметка с грузом находилась на горизонтальной линии, соединяющей ее с осью ротора (рис. 6.5, б). Величину и место остаточного дисбаланса можно определить по диаграмме (рис. 6.5, в), на которой по оси ординат откладывают вес грузов, а по оси абсцисс развертку окружности ротора. Построенная кривая будет иметь вид синусоиды, и расположение минимума будет указывать на угловое положение вектора остаточного дисбаланса. Величина его определяется на основании уравнения моментов, поворачивающих ротор (рис. 6.5, б): ΔG1 + ΔG X R = ΔG2 R − ΔG X R , где ΔG1, ΔG2 – соответственно наименьший и наибольший (среди минимальных) грузы, а ΔGXR – остаточный дисбаланс (приведенный к (ΔG2 − ΔG1 )R . радиусу ротора), равный ΔG X R = 2 Рис. 6.5. Метод обхода контрольным грузом. Следовательно, дополнительный груз, который необходимо прикрепить к легкому месту (на рис. 6.5 вблизи отметки 4), равен полуразности наибольшего и наименьшего грузов, ΔG2 − ΔG1 . ΔG X = 2 Этот способ, хотя и повышает точность, но очень кропотлив, поэтому находит ограниченное применение. Статическая балансировка ввиду ее особенностей, отмеченных выше, применяется в производстве ДЛА главным образом как предварительная для дисков и других составных частей ротора перед окончательной динамической балансировкой полностью собранного ротора. В других областях машиностроения, где используются роторы дискообразные с отношением L/d≤0,2, работающие на сравнительно невысоких угловых скоростях, статическая балансировка может быть окончательной. В данном случае находит применение балансировка в одной плоскости в динамическом режиме, которую статической можно назвать с большой условностью, так как определение дисбаланса ведется не в статике, а при вращении ротора с постоянной скоростью. Величина и угловое положение дисбаланса определяются или механически на резонансных станках путем регистрации амплитуды подвижной системы станка в момент резонанса, или электрически на дорезонансных или зарезонансных станках с помощью преобразователей (пьезокварцевых, электродинамических), встроенных в опоры станка. Этот способ регистрации используется в станках для динамической балансировки и подробнее рассматривается ниже. 6.3. ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА. Динамическая балансировка в отличие от статической ведется в двух (или более) плоскостях коррекции при постоянной частоте вращения. Это позволяет определять и уменьшать динамическую неуравновешенность, т.е. статическую и моментную одновременно. Динамическую балансировку необходимо проводить с учетом динамических свойств ротора. Всякий ротор обладает некоторой податливостью в поперечном направлении, что в совокупности с массой определяет критические частоты вращения. В зависимости от соотношения между критическими частотами и частотой вращения роторов в эксплуатационном режиме различаются жесткие и гибкие роторы. Жесткими считают роторы, эксплуатационные частоты которых nЭ ниже первой критической частоты nкр1. Что касается количественного соотношения указанных частот, то оно индивидуально и зависит от конструкции ротора, требуемой точности балансировки, демпфирования и других переменных факторов. При определенных сочетаниях этих факторов ротор может оказаться гибким в докритической области, упругая линия его вала получит прогиб и тем больший, чем больше неуравновешенность ротора. Это породило различия в трактовке понятий жесткого и гибкого ротора. В частности к жестким часто относят роторы, у которых nЭ≤0,2nкр1. Жесткими в соответствии с ГОСТ 22061 – 76 называют роторы, у которых после балансировки на частоте вращения nбi>2) будет в интервале значений, характеризуемых кривыми 2 и 3. Местоположение плоскостей коррекции, масса и место корректирующих грузов в каждой из них определялось графоаналитически, с помощью векторных диаграмм [18]. Так как расчеты указанных величин трудоемки, была создана электронная приставка к аппаратуре станка, которая позволила автоматизировать процесс расчетов. Дальнейшее снижение неуравновешенных инерционных сил достигается на специальном стенде. Результаты ее (кривая 4) для сравнения приведены на рис. 6.10. Использован метод по измененным реальным прогибам в диапазоне частот, близких nкр.1. Причем определение оптимальных плоскостей коррекции производилось аналитическим методом, указанным выше. Как видно, такая балансировка позволяет снизить прогибы и инерционные силы на 85-90%. Балансировка в k плоскостях коррекции требует дополнительной отработки ротора на технологичность, с тем чтобы корректировку масс можно было осуществлять в найденных плоскостях доступными способами, не нарушая функций ротора. Рис. 6.10. Зависимость прогибов от относительных частот вращения. Раздельная (или последовательная) низкочастотная балансировка на станке отличается тем, что она проводится последовательно, по мере установки отдельных составных частей при сборке многомассового ротора. В начале балансируется в двух плоскостях узел ротора, принятый за базовый (например, вал или вал с диском первой ступени). Потом устанавливается второй узел (например, диск второй ступени) и производится балансировка в двух плоскостях коррекции, принадлежащих этому узлу. В соответствии с планом сборки последовательно устанавливаются третья и остальные составные части, и производится балансировка в плоскостях, принадлежащих каждой из них. Таким образом, плоскости коррекции приближаются к плоскостям действительного расположения неуравновешенных масс. Метод имеет промышленное применение. Раздельная балансировка ротора турбины ГТД «Эвон» (США), введенная вместо балансировки в двух крайних плоскостях, позволила резко снизить уровень вибраций. Метод дал также удовлетворительные результаты при балансировке ротора центробежного компрессора двигателя ВК-1. 6.4. Пути совершенствования методов балансировки. Развитие ДЛА, сопровождающееся повышением частот вращения, созданием составных двух- и трехвальных роторов многоступенчатых лопаточных машин, снижением жесткости системы ротор-опоры, требует непрерывного совершенствования уже имеющихся и разработки новых методов и средств балансировки. В настоящее время проблема балансировки жестких роторов в основном решена. Поэтому наибольшее внимание уделяется методам высокачастотной и низкочастотной балансировки гибких роторов. В эом направлении продолжаются работы в области создания промышленного оборудования, аппаратуры и технологической оснастки для балансировки (в том числе для роторов составных, консольных и др.). Ведется совершенствование методов балансировки, в частности методов по измеренным деформациям ротора (с последующим расчетом эксцентриситетов, с учетом коэффициентов влияния), по измеренным реакциям его опор и др. Важное место отводится автоматизации балансировки, осуществляемой в направлениях: А) автоматизации расчетных работ с помощью ЭВМ (расчеты эксцентриситетов, корректирующих масс и т.д.); Б) автоматизированного проектирования процесса балансировки, включая выбор оптимального метода на основе расчета податливости системы ротор – опоры; В) автоматизации операций корректировки масс ротора (включая операции фрезерования, сверления или лучевой обработки, а также добавления груза); Г) автоматической балансировки в процессе эксплуатации с помощью специальных устройств (случайного поиска, принудительного центрирования и др.).