Теоретический раздел. Для проектирования операций необходимо знать маршрутную технологию, схему базирования и закрепления изделия

Для проектирования операций необходимо знать маршрутную технологию, схему базирования и закрепления изделия, намеченное ранее содержание операций, для поточной линии - такт выпуска изделий. Проектирование операции рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

· уточняется схема базирования и содержание операции, устанавливается последовательность и возможность совмещения переходов во времени;

· окончательно выбирается оборудование, приспособления и инструменты (или даются задания на их проектирование);

· рассчитываются или выбираются режимы работы сборочного оборудования;

· рассчитываются или назначаются нормы времени;

· при необходимости проводится технико-экономический анализ вариантов выполнения сборочной операции;

· заполняются операционные карты и карты эскизов и схем.

В зависимости от конструкции изделия, вида сборочной операции возможны следующие варианты базирования.

1) Базовую деталь изделия базируют на необработанную поверхность и при одной установке производят его полную сборку (применяется преимущественно при ручной сборке простых изделий в приспособлениях, обеспечивающих их неподвижное расположение).

2) Базовую деталь изделия базируют на обработанную поверхность. Схему базирования применяют при ручной сборке в приспособлениях, обеспечивающих точное положение сопрягаемых деталей, а также при механизированной и автоматической сборке.

3) Базовую деталь изделия устанавливают на различные последовательно сменяемые базы.

Содержание операций определяет тип, основные размеры и техническая характеристика сборочного оборудования и технологической оснастки (приспособлений, рабочего и измерительного инструмента). При серийном производстве технологическое оборудование и оснастку применяют универсального, переналаживаемого типа. В массовом производстве преимущественно используют специальное оборудование и оснастку. Тип, основные размеры и грузоподъемность подъёмно-транспортных систем определяют по установленным организационным формам сборки, размерным характеристикам изделий и их массе. Выбор оборудования и технологической оснастки рекомендуется проводить по справочной литературе [3], [4], [5].

Режимы работы сборочного оборудования определяют либо аналитически, либо по нормативным и справочным данным. Более подробно выполняют расчет режимов на типовые сборочные операции, такие как соединения с натягом, резьбовые соединения, клёпанные соединения.

При сборке соединений с натягом под действием осевой силы необходимо точное центрирование деталей. При запрессовке осевая сила растет от нуля до максимальной величины. Усилие запрессовки без теплового воздействия шкивов, шестерен и втулок определяют по формуле

(4.1)

где - коэффициент трения в сопряжении, зависит от материала пары трения:

сталь-сталь =0, 06...0, 22;

сталь-чугун =0, 06...0, 14;

сталь-латунь =0, 05...0, 10;

сталь-алюминий и его сплавы =0, 02...0, 08;

d – средний диаметр контактирующих поверхностей, мм;

L – длина запрессовки детали, мм;

p – удельное давление на поверхности контакта, МПа, определяемое по зависимости

, (4.2)

где – наибольший расчетный натяг, мкм:

(4.3)

где – номинальный (табличный) натяг, определяемый как разность нижнего отклонения отверстия и верхнего отклонения вала, мкм, [2];

Rz₁ и Rz₂ – высоты микронеровностей сопрягаемых поверхностей деталей, их значения берут из рабочих чертежей деталей (при расчетах можно принять Rz₁ = Rz₂ = 3, 2 мкм).

Е₁ и Е₂ – модули упругости материалов охватывающей (отверстие) и охватываемой вал деталей, МПа (см. табл. Б.1 приложения Б).

С₁ и С₂ – безразмерные коэффициенты, зависящие от материала сопрягаемых деталей и отношения их диаметров:

Рисунок 4.1 – Схема продольно-прессового соединения

, (4.4)

где μ ₁ и μ ₂ – коэффициенты Пуассона для тех же материалов (табл. Б.1 приложения Б);

D – диаметр наружной поверхности втулки, мм (см. рис. 4.1);

d_o– диаметр отверстия пустотелого вала, мм (при сплошном вале d_o =0 и С₁ =1-μ).

Значения коэффициентов С₁ и С₂ для различных материалов приведены в приложении Б (табл. Б.2).

Запрессовку рекомендуется выполнять при скорости 2…20 мм/с, для облегчения ориентации детали рекомендуют делать фаску с углом 10º. Для запрессовки применяют винтовые, пневматические, гидравлические и другие виды прессов. При большом натяге сборку производят с термовоздействием. При этом прочность соединений по сравнению с механической запрессовкой повышается в 1, 5…2, 5 раза. При сборке либо нагревается охватывающая, либо охлаждается охватываемая деталь. Сборку с нагревом производят в основном на автоматизированном оборудовании. Деталь нагревают до температуры 320…350º С, при которой сохраняются физико-механические свойства материала. Нагрев производят токами высокой частоты и в масляных ваннах (130º С). При сборке с охлаждением в качестве хладоносителей применяют твердую углекислоту (-78º С) и жидкий азот
(-195º С).

При сборке с тепловым воздействием необходимо определить температуру нагрева охватывающей или температуру охлаждения охватываемой детали, достаточной для сборки соединения (утечками тепла пренебрегают):

, (4.5)

где - увеличение или уменьшения диаметра, мкм;

- гарантированный зазор при сборке, принимается равным минимальному зазору для посадки для значения диаметра d [2];

- коэффициент линейного расширения, 1/º С (табл. Б.3 приложения Б.).

Соединение, собираемое тепловыми методами необходимо проверить на прочность:

, (4.6)

где - предел текучести материала охватывающей детали, МПа (табл. Б.4 приложения Б.).

Для большинства резьбовых соединений автомобилей нормируется момент затяжки. Минимальная сила затяжки выбирается из условия плотности соединения (не раскрытия стыка). Она определяется в зависимости от внешней силы Р по формулам

для осевой силы ; (4.7)

для касательной силы , (4.8)

где К - коэффициент увеличения внешней нагрузки: К=1, 25...2 - постоянная; К=2, 5...4 - переменная; К=1, 25...2, 5 - при условии обеспечения герметичности с мягкими прокладками; К=2, 5...3, 5 - тоже с металлическими прокладками;

а = 0, 2...0, 4 - коэффициент основной нагрузки, учитывающий податливость резьбовых соединений;

- коэффициент трения в резьбе. При стальном стержне для стального корпуса ; для чугунного - ; для алюминиевого или бронзового .

Момент затяжки для метрической резьбы с углом резьбы 60⁰ равен:

, (4.9)

где - средний диаметр резьбы, мм;

- наружный и внутренний диаметры опорных кольцевых поверхностей гайки, головки болта, мм (см. табл. Б.5 приложения Б);

f_р и - коэффициенты трения по резьбе и по опорной поверхности гайки (табл. Б.6 приложения Б). Зависят от вида покрытия и смазочных материалов, состояния трущихся поверхностей, повторяемости сборки, скорости завинчивания и т.д.;

d - номинальный диаметр резьбы.

Для проверки полученных значений необходимо рассчитать максимальный момент затяжки из условия прочности стержня. Если значение силы Р точно неизвестно, то максимальный момент принимается в качестве расчетного, с учетом коэффициента запаса (большие значения принимать для ответственных соединений).

Для болтовых и шпилечных соединений ориентировочно можно рассчитать:

, (4.10)

где - предел прочности материала стержня, МПа (табл. Б.8 приложения Б.).

Для винтов с цилиндрической, сферической или шестигранной головкой:

, (4.11)

для винта с потайной головкой

, (4.12)

где - предел текучести материала винта, МПа (см. табл. Б.4 приложения Б.)

Заклёпочные соединения применяют в конструкциях, воспринимающих интенсивные вибрационные и ударные нагрузки (рама автомобиля), работающих при низких и высоких температурах, а также для прочного соединения пластмассовых изделий с металлическими. Усилие, необходимое для образования головки при холодной клепке равно:

(4.13)

где - коэффициент формы замыкающей головки: для сферических головок =28, 6; для потайных - =26, 2; для плоских - =15, 2; для трубчатых - =4, 33;

- диаметр стержня заклепки, мм;

- предел прочности материала заклепки при растяжении, МПа (табл. Б.7 приложения Б.).