Требования к качеству изделий, обеспечиваемому сборкой

Качество изделий машиностроения определяется совокупностью свойств материалов, размерных и силовых параметров. Эта совокупность определяется в процессе проектирования машины и реализуется процессом ее изготовления.

Размерные параметры качества изделия описывают требуемое по служебному назначению изделия относительное положение и движение его исполнительных поверхностей. Требуемое относительное положение может характеризоваться тремя расстояниями и тремя поворотами в относительном положении координатных систем, построенных на ее исполнительных поверхностях. Требуемое относительное движение характеризуется параметрами траектории и допустимыми отклонениями действительной траектории от расчетной.

Рис. 2.1.Требования к положению и движению выходного вала редуктора

На рис. 2.1 показан внешний вид редуктора привода конвейера. Для выполнения редуктором своего служебного назначения, заключающегося, в том числе, в передаче крутящего момента с выходного вала редуктора на приводной вал конвейера, необходимо обеспечить соосность указанных валов при сборке. Поверхность выходного вала редуктора является одной из его внешних исполнительных поверхностей (ИП). Для обеспечения соосности валов необходимо обеспечить при изготовлении редуктора определенное расстояние АΔ и параллельность ВΔ оси вращения его выходного вала плоскости основания. Эти требования относятся к относительному расположению ИП в данном случае вала и плоскости основания — основной базы редуктора. Требуемая точность движения выходного вала редуктора описывается допустимыми радиальным 2БΔ и осевым биениями вала при вращении. Указанные требования к координатам положения выходного вала редуктора относительно основных баз, а также к точности вращения вала определяют возможность стыковки выходного вала редуктора с приводным валом конвейера.

Помимо внешних у редуктора есть и внутренние исполнительные поверхности, например поверхности зубьев шестерен, с помощью которых крутящий момент передается, увеличиваясь от входного вала к выходному валу при соответствующем уменьшении частоты вращения. Поэтому следует также устанавливать требования к точности относительного расположения и движения взаимодействующих повер­хностей зубьев каждой пары шестерен. Первое характеризуется допусками межосевого расстояния и параллельности осей делительных цилиндров, второе — допусками радиального биения. Кроме размерных параметров, характеризующих положение и движение исполнительных поверхностей редуктора, к нему предъявляются требования, выражающиеся допустимыми силами и моментами сил, которые характеризуют, в частности, плавность и легкость движения исполни­тельных поверхностей. Например, могут предъявляться требования к легкости и плавности вращения валов, которые можно характеризовать соответственно крутящим моментом холостого хода Мх и колебанием крутящего момента ΔМ за один оборот при холостом ходе.

Размерные и силовые параметры качества изделий определяются при проектировании изделий, исходя из параметров, описывающих их служебное назначение.

Требуемые свойства материалов и часть размерных параметров обеспечиваются процессами изготовления деталей машин. Другая часть размерных параметров и силовые параметры формируются в процессе сборки, при котором осуществляется соединение деталей в сборочные единицы.

Соединение деталей машин может быть подвижным и неподвижным, разъемным и неразъемным. К подвижным соединениям относятся: соединения по ходовой резьбе валов и гаек, подвижные соединения по шлицам, плоским, призматическим и другим направляющим, по цилиндрическим поверхностям с трением скольжения или трением качения. Неподвижные соединения по плоским, цилиндрическим, коническим поверхностям могут быть с натягом (прессовые соедине­ния), с закреплением другими деталями, например заклепками, резьбовыми соединениями, а также с помощью клея, сварки, пайки. В результате сборки подвижных и неподвижных соединений должны быть тоже обеспечены требуемые по их служебному назначению размерные и силовые параметры качества (табл. 2.1.).

В результате сборки неподвижного соединения должно быть обес­печено: требуемое положение присоединенной детали относительно базовой, характеризуемое пространственными смещениями (несовпа­дением) комплекта основных баз присоединяемой детали с комплектом вспомогательных баз базирующей детали; требуемая прочность соединения, характеризуемая значениями передаваемых соединением сил и моментов, например силой Q затяжки резьбового соединения.

2,1. Параметры качества подвижник и неподвижных соединений деталей машин, достигаемые 8 результате сборки

В подвижных соединениях должны обеспечиваться требуемые параметры траектории движения (перемещения или вращения). На­пример, должны быть обеспечены прямолинейное перемещение суппорта токарного станка по направляющим станины в пределах установленных ограничений; требуемые силы и моменты сил сопро­тивления движению, например, ограничивается крутящий момент холостого хода редуктора.

Таким образом, показатели качества собранного изделия можно разделить на размерные и силовые. Размерные показатели выражаются размерами, характеризующими положение (например, отклонение от соосности, параллельности и т.п. одной детали относительно дру­гой, базовой) или движение (например, биение). Силовые показатели характеризуют прочность неподвижного соединения и выражаются значениями сил и моментов, которые передаются этим соединением. В подвижных соединениях силовые показатели характеризуют сопро­тивление движению — силы трения.

На все основные показатели качества изделия устанавливают предельно допустимые отклонения, так что любое из условий можно записать в общем виде:

Пmin ≤ П ≤ Пmах, (2.1)

где П — какой-либо показатель качества; Пmin Пmах — соответственно минимально и максимально допустимые значения параметров.

Например, крепежное резьбовое соединение должно обеспечивать требуемую силу Q, достигаемую затяжкой резьбового соединения. При этом необходимо соблюдение условия

Qmin ≤ Q ≤ Qmax, (2.2)

Величины Qmin и Qmax определяет конструктор при расчете соеди­нения. Задачей сборки является обеспечение силы затяжки в допусти­мых пределах. Если, например, Q < Qmin, то стык под действием внешних нагрузок может раскрыться. Если Q > Qmax, то болт данного диаметра может не выдержать такой силы и разрушится в процессе эксплуатации. Поэтому для качественной работы болтового соедине­ния необходимо выполнить условие (2.2).

Если условия (2.1) в результате сборки выполнены, то изделие соответствует нормам точности и является качественным, годным для эксплуатации.

Рис. 2.2. Схема неформального алгоритма построения размерной цепи

В ряде случаев силовые параметры качества изделия достигаются через размерные. Так, например, момент холостого хода вала редук­тора зависит от натяга подшипников, который регулируется при сборке установкой прокладки соответствующей толщины. Нормальное давление запрессованных деталей зависит от натяга, т.е. разности диаметров вала и втулки.

Таким образом, получение изделия требуемого качества при сборке во многом определяется достижением требуемых размеров: установочных размеров между основными и вспомогательными база­ми соединяемых при сборке деталей, а также размеров, характе­ризующих положение и движение исполнительных поверхностей изделия.

Размеры, характеризующие положение и движение ИП маши­ны, принимаются в качестве ис­ходных звеньев конструкторских размерных цепей при размерном анализе конструкции и образуют­ся как замыкающие звенья раз­мерных цепей в результате изго­товления машины или сборочной единицы.

Размерный анализ конструк­ции включает три основных эта­па: выявление структуры размер­ной связи построением размерной цепи; выбор метода достижения точности исходного звена; опре­деление параметров всех состав­ляющих звеньев.

Конструкторские размерные цепи строят по известной методи­ке (рис. 2.2) для каждого размер­ного параметра положения и дви­жения исполнительных повер­хностей машины, которые прини­мают в качестве исходных звень­ев. Для этого от поверхностей или осей, ограничивающих замыкаю­щее звено, проставляют размеры до основных баз ОБ деталей, кото­рым принадлежат исполнительные поверхности машины. Далее переходят на вспомогательные базы ВБ сопряженных деталей и проставляют очередные размеры до основных баз этих деталей. Так продвигаются по обе стороны от исходного звена, пока не приходят на одну и ту же базовую деталь. Несовпадения основных и вспомога­тельных баз сопряженных деталей учитывают отдельным размером, что особенно важно для последующего обоснования требований к точности монтажа деталей при сборке. В результате этого этапа получают конструкторские размерные цепи.

В качестве примера на рис. 2.3 показаны конструкторские размерные цепи, характеризующие требуемое положение и точность вращения выход­ного вала редуктора (см. рис. 2.1).

Составляющими звеньями размерных цепей являются размеры составляющих деталей А3, Б1, а также установочные размеры установки А2, Б2 деталей, т.е. размеры несовпадения ос­новных и вспомогательных баз соединяющихся деталей, в данном случае отклонение Б2 от соосности шейки вала с внутренним кольцом шарикопод­шипника и отклонение А2 от соосности наружного кольца подшипника с отверстием в корпусе.

Следующим этапом анализа является выбор метода дости­

жения точности исходного звена с учетом возможностей его реализа­ции в автоматическом режиме. Последний этап состоит в расчете допусков составляющих звеньев и координат середин полей допусков. Номинальные размеры составляющих звеньев определяют заранее исходя из расчетов, деталей машин на прочность, жесткость и т.д. по соответствующим формулам при проектировании конструкции изде­лия. Практически два последних этапа выполняются параллельно. Оптимальное решение прямой задачи распределения допусков по составляющим звеньям осуществляется таким образом, чтобы затраты на изготовление деталей и сборку машины были минимальны. Наи­лучшим образом эту сложную задачу можно решить с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР) в интегри­рованном производстве. В этом случае, опираясь на базы данных, пополняемые в процессе производства, можно быстро оценить измене­ния стоимости изготовления и сборки сборочной единицы при измене­нии допусков составляющих звеньев.

Рис. 2.3. Размерные цепи для размер¬ного анализа конструкции

Расчет допусков размеров составляющих звеньев осуществляют с учетом выбранного метода достижения точности замыкающего звена при сборке. При отсутствии возможностей для оптимального распре­деления допусков по составляющим звеньям используют метод расче­та' по среднему допуску, по единому квалитету изготовления звеньев, метод подбора экономично достижимых допусков. В последнем случае предварительно назначается допуск Т{ каждого составляющего звена с учетом экономично достижимой точности изготовления каждого звена в условиях данного производства или по справочным таблицам.

Затем допуски всех т составляющих звеньев суммируют. Полученную сумму допусков сравнивают с требуемым допуском TΔ исходного звена.

С учетом этого параметра и других факторов (особенно конструк­ции, объема выпуска, количества составляющих звеньев, возможнос­тей автоматизации и др.) выбирают метод достижения точности. Пользуясь соответствующим для выбранного метода уравнением допусков, осуществляют перерасчет допусков составляющих звеньев.

В результате размерного анализа конструкции обосновывают: метод достижения точности при сборке; требования точности разме­ров деталей при сборке; требования к средствам контроля размеров при изготовлении и сборке.