Теоретический раздел. Точность сборки – свойство технологического процесса сборки изделия обеспечивать соответствие действительных значений параметров изделия значениям

2.1.1. Общие сведения

Точность сборки – свойство технологического процесса сборки изделия обеспечивать соответствие действительных значений параметров изделия значениям, заданным в технической документации.

Точность сборки зависит от точности размеров и формы, шероховатости сопрягаемых поверхностей деталей, их взаимного положения при сборке, технического состояния средств технологического оснащения, деформации системы «оборудование – приспособление – инструмент – изделие» в момент выполнения сборки и т. п. Точность сборки аналитически может быть определена с помощью сборочных размерных цепей.

Размерная цепь – совокупность расположенных по замкнутому контуру размеров. Основными признаками размерных цепей является замкнутость размерного контура и непосредственное влияние на точность одного из размеров цепи отклонений любого размера, входящего в данную размерную цепь. Размерная цепь состоит из исходного, составляющих, замыкающего и других видов звеньев.

Исходным называется звено, к которому предъявляются основные требования по точности (по номинальному размеру и допуску этого звена определяются величины номинальных размеров и допусков всех составляющих звеньев). Это звено возникает в результате постановки задачи при проектировании.

Составляющее звено – звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение исходного (замыкающего) звена.Обозначим номинальное значение размера составляющего звена А_i, а допуск размера δ _i.

Замыкающее звено – звено, получаемое в цепи последним в результате решения поставленной задачи при изготовлении. Обозначим номинальное значение размера замыкающего звена А₀, а допуск размера δ ₀.

Компенсирующее звено – звено, изменением размера которого достигается требуемая точность замыкающего звена.

По характеру воздействия на замыкающее звено составляющие звенья могут быть увеличивающими или уменьшающими, т. е. при их увеличении замыкающее звено увеличивается или уменьшается. Увеличивающие звенья могут обозначаться стрелками, направленными вправо – , уменьшающие – стрелками влево – .

При решении прямой задачи, исходя из установленных требований к величине исходного звена, определяют номинальные размеры, величины и координаты середины полей допусков, предельное отклонение всех составляющих размерную цепь звеньев. При решении обратной задачи, исходя из установленных величин составляющих звеньев, вычисляют номинальный размер, величину и координату середины поля допуска, предельные отклонения замыкающего звена, устанавливают метод сборки.

2.1.2. Методы расчёта размерных цепей

Существует два метода расчёта размерных цепей: метод максимума-минимума и вероятностный метод.

Номинальный размер замыкающего звена определяют по формуле

, (2.1)

где i=1, 2…m – порядковый номер звена;

ε _i – передаточное отношение звена; для цепей с параллельными звеньями ε _i=1 для увеличивающих звеньев, ε _i= -1 для уменьшающих звеньев.

Расчёт по методу максимума-минимума

Этим методом рассчитываются размерные цепи, в которых должна быть обеспечена 100% взаимозаменяемость.

Допуск замыкающего звена рассчитывают по зависимости

. (2.2)

Координату середины поля допуска замыкающего звена вычисляют по формуле

, (2.3)

где Δ ₀ и Δ _i – координаты середин полей допусков замыкающего и составляющих звеньев соответственно.

Предельные отклонения размера любого звена цепи определяются по формулам:

; . (2.4)

Средний допуск составляющих звеньев при решении прямой задачи для линейных размерных цепей с параллельными звеньями определяют по формуле

.

Вероятностный метод расчёта

Вероятностным методом рассчитывают размерные цепи на изделия, при производстве которых экономически целесообразно назначить более широкие допуски на составляющие звенья размерной цепи при этом у некоторой части изделий возможен выход размеров замыкающих звеньев за пределы поля допуска.

Номинальный размер замыкающего звена рассчитывают по формуле (2.1). Допуск замыкающего звена определяют так:

, (2.5)

где t - коэффициент принятого процента риска замыкающего звена, определяемый по таблице 2.1;

l² - коэффициент относительного рассеяния размера. Принимают равным 1/3, если при расчёте ничего не известно о характере рассеяния звена; l²=1/6 – если закон распределения кривой рассеяния близок к закону треугольника (крупносерийное и массовое производство); l²=1/9 – если закон распределения нормальный (единичное и мелкосерийное производство).

Таблица 2.1 - Предельные отклонения

2.1.3. Методы достижения точности замыкающего звена. Порядок расчётов

Требуемая точность сборки изделий достигается одним из пяти методов: полной, неполной и групповой взаимозаменяемости, регулирования и пригонки.

Метод полной взаимозаменяемости – метод, при котором требуемая точность сборки достигается путем соединения деталей без их выбора, подбора или изменения размеров.

Применение метода полной взаимозаменяемости целесообразно при сборке соединений, состоящих из небольшого количества деталей, так как увеличение числа деталей требует обработки сопряженных поверхностей с меньшими допусками, что не всегда технически достижимо и экономически целесообразно.

При применении для сборки метода полной взаимозаменяемости решение обратной задачи выполняют в следующей последовательности:

1) определяют номинальные размеры, величины полей допусков составляющих звеньев;

2) рассчитывают номинальный размер замыкающего звена по формуле (2.1);

3) рассчитывают величину поля допуска замыкающего звена по формуле (2.2);

4) рассчитывают координату середины поля допуска замыкающего звена по формуле (2.3);

5) рассчитывают предельные отклонения замыкающего звена по формуле (2.4).

Метод неполной взаимозаменяемости — метод, при котором требуемая точность сборки достигается не у всех соединений при сопряжении деталей без их выбора, подбора или изменения размеров, а у заранее обусловленной их части, т. е. определенный процент соединений не удовлетворяет требованиям точности сборки и требует разборки и повторной сборки.

Метод неполной взаимозаменяемости целесообразен, если дополнительные затраты на выполнение разборочно-сборочных работ меньше затрат на изготовление сопрягаемых деталей с более узкими допусками, обеспечивающими получение требуемой точности сборки у всех соединений.

При применении метода неполной взаимозаменяемости:

1) определяют номинальные размеры, величины полей допусков составляющих звеньев;

2) устанавливают допустимый для данных производственных условий процент риска Р, коэффициент риска t из таблицы 2.1;

3) рассчитывают номинальный размер замыкающего звена по формуле (2.1);

4) рассчитывают величину поля допуска замыкающего звена по формуле (2.5);

5) рассчитывают координату середины поля допуска замыкающего звена по формуле (2.3);

6) рассчитывают предельные отклонения замыкающего звена по формуле (2.4).

Метод групповой взаимозаменяемости – метод, при котором требуемая точность сборки достигается путем соединения деталей, принадлежащих к одной из размерных групп, на которые они предварительно рассортированы.

В пределах каждой группы требуемая точность сборки достигается методом полной взаимозаменяемости. Данный метод обеспечивает высокую точность сборки, однако сопряжен с дополнительной операцией сортировки деталей на размерные группы, необходимостью хранения запасов деталей всех размерных групп и невозможностью использования части деталей, когда сопрягаемые детали неравномерно распределяются по размерным группам.

Порядок при расчете методом максимума-минимума:

1) Определить среднее количество единиц допуска (коэффициенты точности), мкм:

, (2.6)

где - допуск замыкающего звена, мкм;

- суммарный допуск стандартных изделий, входящих в размерную цепь, мкм;

i - значение единицы допуска каждого составляющего звена, мкм, рассчитываемое по формуле:

, (2.7)

где - номинальный размер соответствующего составляющего размера цепи, мм.

Расчет значений единиц допуска свести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Расчет единиц допуска

2) Определить допуски составляющих звеньев по формуле:

. (2.8)

Расчет величин допуска свести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Расчет величин допуска

3) Рассчитать полученную величину допуска замыкающего звена

. (2.9)

Если полученный допуск не равен заданному, принять одно из звеньев за компенсирующее и определить его допуск:

. (2.10)

4) Назначить предельные отклонения на звенья цепи, кроме компенсирующего (табл. 2.4).

Таблица 2.4 - Предельные отклонения

5) Определить предельные отклонения компенсирующего звена. Для уменьшающих звеньев предельные отклонения рассчитываются по формулам:

(2.11)

6) Проверить правильность расчета, определив предельные размеры замыкающего звена:

(2.12)

При расчетах вероятностным методом:

1) Определить среднее количество единиц допуска при способе одной степени точности допусков составляющих звеньев по формуле:

, (2.13)

2) Произвести расчет величин допуска по формуле (2.8). Если полученный допуск не равен заданному, то провести корректировку допуска корректирующего звена.

. (2.14)

3) Назначить предельные отклонения на звенья цепи, кроме компенсирующего и определить координату середины поля допуска компенсирующего звена и предельные отклонения компенсирующего звена по формулам (2.11).

4) Рассчитать максимальный и минимальный размер замыкающего звена по формулам (2.12).

Метод регулирования – метод, при котором требуемая точность сборки достигается путем изменения размера одной из деталей (или группы деталей) соединения, называемой компенсатором, без снятия слоя материала.

Например, требуемая точность осевого зазора (натяга) соединений с коническими подшипниками качения (дифференциал, главная передача, механизм рулевого управления и др.) обеспечивается изменением толщины неподвижного компенсатора (набор дистанционных втулок, дистанционные прокладки), а точность зазора между торцом клапана и болтом толкателя или коромысла (клапаном-коромыслом) достигается путем изменения положения подвижного компенсатора – регулировочного болта – в осевом направлении.

Метод регулировки заключается в следующем. Выбирается компенсирующее звено, устанавливаются величины допусков экономически приемлемые в данных производственных условиях, рассчитывается величина компенсации, рассчитывается число ступеней компенсаторов, рассчитываются размеры компенсаторов.

Ниже приведена методика расчета размерной цепи методом регулировки с неподвижным компенсатором.

На звенья цепи устанавливаем допуска по грубому (например 10-му) квалитету. При принятых допусках получаем расширенный допуск замыкающего звена

. (2.15)

В соответствии с этим возможна компенсация

, (2.16)

где - допуск на замыкающее звено.

Для расчета количества ступеней компенсаторов (целое число) необходимо учитывать погрешность изготовления компенсатора

. (2.17)

С целью облегчения расчета размеров компенсатора назначаем координаты середин расширенных допусков так, чтобы совместить одну из границ расширенного поля допуска замыкающего звена с соответствующей границей его поля допуска.

Для этого необходимо соблюсти условия

(2.18)

Назначаем координаты середины полей допусков охватываемых размеров по j_S 10. Размеры компенсаторов следующей ступени будут отличаться на величину компенсации

. (2.19)

Метод пригонки – метод, при котором требуемая точность сборки достигается путем изменения размера компенсатора со снятием слоя материала.

Например, требуемая точность посадки плунжера в гильзе или клапана в корпусе форсунки, а также герметичность в соединении клапан – гнездо головки цилиндров достигается путем притирки.