Сайт о телевидении

РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ И РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

Общие сведения о размерном анализе. Основные определения.

Расчёты допусков на размеры деталей посадок (вал - отверстия) относительно просты. Они позволяют решать многие задачи теории точности и взаимозаменяемости в технике. Однако на практике в машинах и механизмах, приборах и других технических устройствах взаимное расположение осей и поверхностей деталей, соединяемых в изделиях, зависит от большего числа (три и более) сопрягаемых размеров. Одним из средств определения оптимальных допусков на все конструктивно и (или) функционально связанные размеры в изделии является размерный анализ , который выполняется на основании расчётов размерных цепей . Взаимосвязь размеров и их допустимых отклонений, регламентирующая расположение поверхностей, и осей как одной детали, так и нескольких деталей, в узле или изделий, называется размерной связью деталей .

Размерной цепью называют совокупность размеров, образующихзамкнутый контур , и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. (ГОСТ 16319-80)

С помощью расчётов размерных цепей и размерного анализа решаются следующие задачи:

Устанавливаются ответственные размеры и параметры деталей и узлов, оказывающие влияние на эксплуатационные показатели машины, прибора;

Уточняются номинальные размеры и их предельные отклонения;

Рассчитываются и (или) уточняются нормы точности на машины, приборы и их узлы и детали;

Обосновываются технологические и измерительные базы;

Проводятся метрологические расчёты, определяющие допустимые величины погрешностей (базирования деталей при измерении измерительных средств и методов измерения);

Выбираются измерительные средства для контрольных операций в процессах изготовления, испытания, контроля качества изделий, деталей и др.

Задачи размерного анализа решаются на основе теории размерных цепей. Расчёт размерных цепей является необходимым этапом конструирования машин и приборов.

Основные признаки размерной цепи:

В размерную цепь могут входить только те размеры, которые, будучи функционально и (или) конструкторски связанными, позволяют решить конструкторские, технологические, измерительные или другие, выше названные задачи;

Размеры, входящие в размерную цепь всегда должны образовывать замкнутый контур.

Размеры, входящи е в размерную цепь, называются звеньями.

Звено размерной цепи, являющееся исходным при постановке задачи (например, при конструировании), или получающееся последним в результате решения поставленной задачи (например, технологическая), называется замыкающим .

Замыкающее звено в размерной цепи всегда одно. Остальные звенья размерной цепи (любое число (2 или более)) называются составляющими. Составляющие звенья бывает увеличивающие и уменьшающие.

Увеличивающим называют составляющее звено, с увеличением которого увеличивается замыкающее звено.

Уменьшающим н азывают составляющее звено, с увеличением которого уменьшается замыкающее звено.

Звенья размерной цепи на схеме обозначают прописной (заглавной) буквой с порядковыми цифровыми индексами (1,2,..,n) для составных звеньев и треугольным индексом (А) для замыкающего звена.

Например, размерная цепь А,

Для выделения увеличивающих и уменьшающих составляющих звеньев их помечают стрелкой, размещаемой над буквой:

Стрелка направленная вправо для увеличивающих звеньев A 1, A 2 ;

Стрелка направленная влево для уменьшающих звеньев: B 1, B 2 .

При построении схемы размерной цепи анализируется чертёж изделия

(например, чертёж детали (рисунок 3.1, а); изделия в сборке (рисунок 3.1, б)).

1. Определить поверхности детали, назначенные конструкторскими и измерительными базами;

2. Установить размеры детали, которые могут быть измерены прямыми измерениями непосредственно от конструкторской базы;

3. Установить размеры детали, для оценки точности которых потребуется построение и расчёт размерных цепей, при этом конструкторская база сохраняется;

4. Установить размеры детали, для оценки точности которых, целесообразно назначить новую базовую поверхность (не совпадающую с конструкторской базой). Из этих размеров требуется выделить размеры, которые могут быть измерены прямыми измерениями от новой базы, и размеры, для оценки точности которых потребуется построения и расчёты размерных цепей.

Суть размерного анализа спроектированного технологического про-цесса состоит в решении обратных задач для технологических размерных цепей.

Размерный анализ позволяет оценить качество технологического процесса, в частности, определить, будет ли он обеспечивать выполнение конструкторских размеров, непосредственно не выдерживаемых при обра-ботке заготовки, найти предельные значения припусков на обработку и оценить их достаточность для обеспечения требуемого качества поверхно-стного слоя обрабатываемых поверхностей и (или) возможность удаления припусков без перегрузки режущего инструмента.

Исходными данными для размерного анализа являются чертеж дета-ли, чертеж исходной заготовки и технологический процесс изготовления детали.

При разработке ТП сборки изделий практически всегда возникает задача выбора метода и средств обеспечения точности прибора (изделия). Она решается путем расчета размерной цепи изделия (узла), который проводится в целях определения результирующего отклонения показателей точности изделия, выявления отклонения каждого компонента размерной цепи из числа компонентов, оказывающих наибольшее влияние на выходные параметры или функциональные показатели прибора (изделия).

В конструкторской документации размеры и допуски на выходные параметры изделия обычно указывают исходя из служебного назначения детали, узла или прибора. Однако в некоторых случаях такое задание размеров или такая система их расстановки либо не соответствует выбранной технологии, либо эти размеры невозможно непосредственно измерить. Кроме того, при разработке ТП сборки практически всегда необходимо решить задачу выбора технологического метода и технологических средств обеспечения точности прибора. Устранить недочеты, которые появляются вследствие разного задания размеров, позволяют технологическая инспекция КД, анализ и расчет размерных цепей изделия, по их результатам конструкторские размеры и допуски могут быть заменены технологическими. Однако при такой замене должны быть выдержаны все конструкторские размеры и допуски. Конструкторские и технологические размеры, заданные в документации, можно пересчитывать на максимум-минимум, когда предполагается, что все размеры изделия, составляющие размерную цепь, выполняются по своим предельным значениям или по теории вероятности, когда сочетания отдельных отклонений размеров рассматривают как явления случайного характера. Методика расчета на максимум-минимум наиболее полно отвечает производственной практике.

Рис.4

На рис. 4 представлен исследуемый ГМ.

Размеры А2, А3, А5 – увеличивающие; А1, А4 – уменьшающие.

АΔ – замыкающий – величина зазора между ротором и корпусом.

Так же учтём смещение внутреннего кольца ш/п относительно наружного. Величина смещения

Зазор равен:

7. Контрольное приспособление.

7.1 Описание и принцип работы приспособления.

В рамках курсового проекта было разработано приспособление для контроля, которое должно осуществлять досылку наружного кольца ш/п в корпус ГМ. Необходимо на наружное кольцо ш/п приложить осевое усилие в 15 кг, так же необходимо регистрировать перемещение этого кольца с точностью не менее 0,0001 мм.

Один из вариантов такого приспособления показан на рис.5.

Приспособление представляет из себя Плиту поз.10 которая стоит на 4-х стойках.

Корпус прибора с кольцом ш/п отдельно устанавливается в тарелку поз.15, а затем вставляется во фланец поз.18 по средствам байонета поз.1, при этом верхний свободный торец корпуса упирается в уплотнительное кольцо поз.25, приклеенное к плите 10, что позволяет исключить возможные люфты и защитить поверхность корпуса ГМ от механических повреждений.

Рис.6. Тарелка поз.15 с корпусом ГМ.

Фланец поз.18 закреплён под плитой шестью винтами поз.20. На плите установлен кронштейн, который держит эксцентрик, при вращении которого вокруг оси поз.9 происходит поступательное движение толкателя поз.16. Толкатель сжимает пружину поз.12, которая передаёт усилие от вращения эксцентрика к валу поз.3, который давит на кольцо ш/п, создавая необходимое усилие в 15 кг. Величину силы в процессе выполнения операции нужно отслеживать по шкале на торце толкателя поз.16. Указатель поз.17 вкручен в вал поз.3. В процессе измерения усилия его положение можно считать неизменным (он движется на десятые доли микрона), тогда как толкатель может передвигаться до 8мм (после чего для защиты изделия и продления срока службы пружины приспособления - нижний торец толкателя доходит до упора в кронштейн поз.8).

Согласно ТТ на ГМ, он годен к дальнейшей сборке если усилие в 15 кг вызовет относительное перемещение стрелки микрокатора при 3-х кратном замере не более чем на 0,0004 мм. И для проверки относительного перемещения в приспособлении присутствует микрокатор 01ИГПВ поз. 28, зажим (поз. 7) которого установлен на стойке поз.13. Регулирование положения микрокатора вдоль направляющей стойки осуществится винтом поз.4, а фиксация микрокатора в зажиме поз.7 осуществляется гайкой поз.23. Перед приложением усилия на кольцо ш/п измерительную головку микрокатора необходимо подвести к консоле вала поз. 3 и выставить на шкале микрокатора нулевое значение. Перемещение вала поз.3, измеряемое микрокатором, равно перемещению кольца ш/п.

Основной деталью приспособления является пружина поз. 12, от которой зависит передаваемое на вал поз.3 усилие. Далее представлен расчёт этой пружины.

Сделаем предварительный расчёт диаметра проволоки и пружины.

Примем индекс пружины с=6

К-т влияния кривизны витков к=1,24

τ для данного материала при ∅ 2…2,5 мм ~ 950 МПа

Диаметр проволоки:

Диаметр пружины:

D=c*d=13.2 – средний диаметр

D н =D+d=15.4 – наружний диаметр

Подберём пружину по ГОСТ 13766-86.

Наиболее подходящий вариант – позиция 407.

Для этой пружины:

Уточним расчёты среднего диметра:

D=15-2.1=12.9 мм

Жёсткость пружины:

Число рабочих витков:

n=C 1 /C=97/21.5=4

Максимальная деформация:

λ 3 =F 3 /C=180/21.5=8.3 мм

Полное число витков:

n 1 =n+n 2 =4+2=6

Шаг пружины:

Высота пружины при максимальной деформации:

Высота пружины в свободном состоянии:

Технологический анализ

Технологический анализ детали обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса и является одним из важнейших этапов технологической разработки.

Основная задача при анализе технологичности детали сводится к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Это позволяет снизить себестоимость ее изготовления.

Вал-шестерню можно считать технологичной, так как она представляет собой ступенчатый вал, где размеры ступеней уменьшаются от середины вала к торцам, что обеспечивает удобный подвод режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям. Обработка ведётся унифицированным режущим инструментом, контроль точности поверхности проводится измерительным инструментом. Деталь состоит из унифицированных элементов таких как: центровые отверстия, шпоночный паз, фаски, канавки, линейные размеры, шлицы.

Материалом для производства служит сталь 40Х, которая является относительно недорогим материалом, но при этом обладает хорошими физико-химическими свойствами, имеет достаточную прочность, хорошую обрабатываемость резанием, легко подвергается термообработке.

Конструкция детали обеспечивает возможность применение типовых и стандартных технологических процессов её изготовления.

Таким образом, конструкцию детали можно считать технологичной.

1. Поверхность 1 выполнена в виде шлицевой части.

2. Поверхность 2 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

3. Поверхность 3 используется для внешнего контакта с внутренней поверхностью манжеты. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность полируется до достижения шероховатости Ra 0,32 мкм.

4. Поверхность 4 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

5. Поверхность 5 также является несущей и предназначена для посадки подшипника. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность шлифуется до достижения шероховатости Ra 1,25 мкм.

6. Поверхность 6 Выполнена в виде канавки, которая нужна для вывода шлифовального круга. Жестких требований к ней предъявлять нецелесообразно.

7. Поверхность 7 является несущей и предъявлять жесткие требования к ней не нужно.

8. Боковые стороны зубьев участвуют в работе и определяют как долговечность узла, так и его шумность, поэтому к боковым сторонам зубьев и их взаимному расположению предъявляют ряд требований как по точности расположения, так и по качеству поверхности (Ra 2,5 мкм).

9. Поверхность 9 является несущей и предъявлять жесткие требования к ней не нужно.

10. Поверхность 10 Выполнена в виде канавки, которая нужна для вывода шлифовального круга. Жестких требований к ней предъявлять нецелесообразно.

11. Поверхность 11 является несущей и предназначена для посадки подшипника. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность шлифуется до достижения шероховатости Ra 1,25 мкм.

12. Поверхность 12 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

13. Поверхность 13 используется для контакта с внутренней поверхностью манжеты. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность полируется до достижения шероховатости Ra 0,32 мкм.

14. Поверхность 14 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

15. Поверхность 15 представлена в виде шпоночного паза, который предназначен для передачи крутящего момента от вала-шестерни к ременному шкиву Rz 20 мкм.

16. Поверхность 16 представлена канавкой, которая служит для вывода резьбонарезного резца.

17. Поверхность 17 выполнена в виде шпоночного паза для посадки стопорной шайбы Rz 40 мкм.

18. Поверхность 18 представляет собой резьбу под гайку, которая служит для поджатия шкива Ra 2,5 мкм.

Требования к взаимному положению поверхностей, считаю целесообразно назначенными.

Одним из немаловажных факторов является материал, из которого изготавливается деталь. Исходя из служебного назначения детали видно, что деталь работает под действием значительных знакопеременных циклических нагрузок.

С точки зрения ремонта данная деталь является довольно ответственной, поскольку для выполнения ее замены необходим демонтаж всего узла с машинного агрегата, а при его установке выверка механизма сцепления.

Количественная оценка

Таблица 1.3 - Анализ технологичности конструкции детали

Коэффициент унификации конструктивных элементов детали определяется по формуле

где Qу.э.- число унифицированных конструктивных элементов детали, шт;

Qу.э.- общее число конструктивных элементов детали, шт.

Деталь технологична, так как 0,896>0,23

Коэффициент использования материала определяется по формуле

где mд- масса детали, кг;

mз- масса заготовки, кг.

Деталь технологична, так как 0,75 = 0,75

Коэффициент точности обработки определяется по формуле

где - средний квалитет точности.

Деталь нетехнологична, так как 0,687<0,8

Коэффициент шероховатости поверхности определяется по формуле

где Бср- средняя шероховатость поверхности.

Деталь нетехнологична, так как 0,81 < 1,247

Исходя из произведенных расчетов, можно сделать вывод, что деталь технологична по коэффициенту унификации и по коэффициенту использования материала, но не технологична по коэффициенту точности обработки и по коэффициенту шероховатости поверхности.

Размерный анализ чертежа детали

Размерный анализ чертежа детали начинаем с нумерации поверхностей детали, представленных на рисунке 1.3

Рисунок 1.3-Обозначение поверхностей

Рисунок 1.4-Размеры рабочей поверхности детали

Выполняется построение размерных графов на рисунке 1.5

Рисунок 1.5 -- Размерный анализ рабочей поверхности детали

При построении размерного анализа определили технологические размеры и допуски на них для каждого технологического перехода, определили продольные отклонения размеров и припусков и расчет размеров заготовки, определили последовательность обработки отдельных поверхностей детали, обеспечивающих требуемую точность размеров

Определение типа производства

Тип производства выбираем предварительно, исходя из массы детали m = 4,7 кг и годовой программы выпуска деталей В = 9000 шт., производство серийное.

От правильности выбора типа производства в дальнейшем зависят все остальные разделы разработанного технологического процесса. При крупносерийном производстве технологический процесс разрабатывается и хорошо оснащается, что позволяет взаимозаменяемость деталей, малую трудоемкость.

Следовательно, будет более низкая себестоимость изделий. Крупносерийное производство предусматривает более широкое применение механизации и автоматизации производственных процессов. Коэффициент закрепления операций при среднесерийном производстве Кз.о = 10-20.

Среднесерийное производство характеризуется широкой номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися небольшими партиями, и сравнительно небольшим объемом выпуска.

На предприятиях среднесерийного производства значительная часть производства состоит из универсальных станков, оснащенных как специальными, так и универсально-наладочными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и удешевить производство.

Рис. 8.11.

Рис. 8.10.

Пример 8.7

Размерный анализ процесса механической обработки проводят в следующем порядке. Для детали (рис. 8.11) вычерчивают совмещенный эскиз исходной заготовки и готовой детали (рис. 8.12), на котором отражают также промежуточные состояния заготовки. Все поверхности заготовки и детали нумеруют по порядку, слева направо, и через них проводят вертикальные линии. Между этими линиями указывают размеры исходной заготовки В, готовой детали А , припуски Z n (индекс п обозначает номер поверхностей, к которым они относятся), а также технологические размеры S, получаемые в результате выполнения каждого технологического перехода. Размеры S указывают в виде направленных стрелок, при этом точка ставится на линии, соответствующей поверхности, которая используется в качестве технологической или настроечной базы.

Рис. 8.12.

Рис. 8.13.

На рис. 8.12 представлен размерный анализ ТП изготовления ступенчатого валика из штампованной заготовки за три операции. На первой операции («фрезерно-центровальная») выполняются размеры S ] и 5 2 , на второй операции («токарная 1») - размер S:i . На третьей операции («токарная 2») выдерживаются размеры S A и S 5 (двукратная обработка торцовой поверхности может быть обусловлена повышенными требованиями, например, к шероховатости поверхности). Выявление размерных цепей начинают с последней операции, т.е. двигаясь по размерной схеме снизу вверх. Для упрощения процесса выявления размерных цепей рекомендуется построить граф размерных связей (рис. 8.13). Вначале строят граф технологических размеров, где кружочками с цифрами внутри обозначаются обрабатываемые поверхности (в виде двойного кружочка обозначается поверхность заготовки, от которой начинается обработка).

Данный граф дополняют графом размеров заготовки (размеры заготовки изображают при этом двойными линиями) и получают совмещенный граф, на котором в виде дуг изображают размеры готовой детали и в виде ломаных линий - припуски на обработку (стрелка на таких линиях указывает, к какой поверхности относится припуск). Важно строить совмещенный граф так, чтобы его ребра (линии) не пересекатись. Любой замкнутый контур совмещенного графа образует размерную цепь. Замыкающим звеном (которое обычно заключают в квадратные скобки) у такой цепи является либо размер детали, либо припуск на обработку (рис. 8.14). Размерные цепи рекомендуется строить таким образом, чтобы припуски и размеры А детати не входили в них в качестве составляющих звеньев. Любая технологическая размерная цепь имеет одно замыкающее звено и два или более составляющих звеньев.

Свои особенности имеет размерный анализ технологических процессов механической обработки заготовок для корпусных детатей. При построении размерной схемы таких процессов следует учитывать, что размеры, опре-

Рис. 8.14.

а-в - для определения технологических размеров S v S 3 и 5, соответственно; г-е - для определения размеров заготовки B v В 3 и В 2 соответственно

деляющие положение основных отверстий корпусной детали, обрабатываемых на нескольких операциях, имеют одинаковые номинальные значения, но выполняются с различной точностью. В этой связи на размерной схеме линия, определяющая положение оси основного отверстия, выполняется прерывистой. На рис. 8.15 изображена размерная схема обработки заготовки корпусной детали, выполняемой за три операции. На первой операции («фрезерная») выполняется размер S 0 , на второй операции («расточная 1») размер S v на третьей операции - размер S 2 . В результате решения размерных цепей выясняется, может ли принятый вариант технологического процесса изготовления детали обеспечить ее точность в соответствии с чертежом.

При этом важно, чтобы точность выполнения технологических размеров S не превышала среднюю экономическую точность принятых методов обработки. В противном случае следует пересмотреть рассматриваемый вариант технологического процесса изготовления детали.

Рис. 8.15. Размерная схема (а) и технологические размерные цепи (б) процесса механической обработки заготовки корпусной детали (R = D/2)