Технологические схемы сборки

Сборку любой машины или отдельных ее механизмов и узлов нельзя осуществлять в произвольной последовательности. Последовательность сборки определяется, прежде всего, конструкцией собираемого изделия и степенью расчленения его на отдельные элементы.

Для наглядного отображения технологического процесса сборки изделия, а также для оценки технологичности его конструкции с точки зрения сборки составляют технологические схемы сборки. При этом напомним, что технологичной с точки зрения сборки считают ту машину, которую можно скомплектовать из предварительно собранных узлов. Чем больше деталей машины может быть предварительно объединено в отдельно собранные группы и подгруппы, тем короче будет цикл сборки, т.к. узлы могут собираться параллельно (одновременно на нескольких рабочих местах).

На технологических схемах сборки каждый элемент изделия обозначается в виде прямоугольника, в который вписывается наименование элемента, его индекс и количество (рис. 1.).

Рис. 1. Элемент технологической схемы сборки

Индексация элементов производится в соответствии с номерами и индексами, присвоенными элементам на чертежах и спецификациях.

В современном машиностроении сборка расчленяется на общую и узловую, под общей сборкой понимают сборку всей машины из собранных ранее узлов (групп, подгрупп) и отдельных деталей, а узловой оборкой называется сборка групп и подгрупп. Схема сборки, составленная на общую сборку, будет называться технологической схемой общей сборки (рис. 2), и соответственно схема, составленная на узловую сборку, – технологической схемой узловой сборки (рис. 3.).

Технологические схемы общей сборки, в свою очередь, бывают развернутые и укрупненные в зависимости от сложности собираемых изделий.

Развернутые технологические схемы сборки целесообразно и удобно составлять для несложных изделий с небольшим количеством деталей. Для сложных много элементных машин развернутая схема сборки может быть очень большой и поэтому неудобной для пользования; в таких случаях в производстве часто применяют укрупненные схемы сборки, на которых указываются только группы, подгруппы и детали, не вошедшие в них. В дополнение к укрупненным схемам сборки прилагаются схемы узловых сборок (групп, подгрупп).

Рис. 2. Схема общей сборки

Рис. 3. Схема узловой сборки

БД – базовая деталь; Д – деталь

СБОРОЧНЫЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

Целью процесса сборки является соединение отдельных деталей в одно целое таким образом, чтобы основные поверхности деталей занимали бы заданное взаимное положение.

Для достижения необходимой точности сборки и выполнения технических условий, предъявляемых к изделию, применяют два способа сборки: бескомпенсационный и компенсационный. При бескомпенсационном методе детали выполняются с такой точностью, что при их соединении все основные поверхности деталей занимают правильное взаимное расположение без дополнительных пригонок и регулировки.

Точность сборки – свойство технологического процесса сборки изделия обеспечивать соответствие действительных 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.

Собираемые узлы, механизмы или машины представляют собой комбинацию размерных цепей, звеньями которых являются размеры сочлененных деталей. При этом уместно напомнить, что размерной цепью называют замкнутый контур взаимно связанных размеров, обуславливающих их численные значения и допуски, относящихся к одной или нескольким деталям и координирующих относительное положение поверхностей этих деталей. Размерная цепь состоит из составляющих, замыкающего (исходного) и других видов звеньев.

Составляющее звено – звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего (исходного) звена. Составляющие звенья обозначаются прописными буквами русского алфавита с цифровыми индексами (например, А₁, А₂ или Б₁, Б₂).

Замыкающее (исходное) звено – звено, получаемое в цепи последним в результате решения поставленной задачи при изготовлении или ремонте. Оно обозначается той же буквой алфавита с индексом Δ (например, А_Δ или Б_Δ ).

По характеру воздействия на замыкающее звено составляющие звенья подразделяются на увеличивающие и уменьшающие. К увеличивающим относятся звенья, с увеличением которых замыкающее звено увеличивается, а к уменьшающим – звенья, с увеличением которых замыкающее звено уменьшается. Некоторые сборочные размерные цепи содержат компенсирующее звено.

Компенсирующее звено – звено, изменением размера которого достигается требуемая точность замыкающего звена. Компенсирующее звено обозначается той же буквой алфавита с соответствующим цифровым индексом (например, А_3к, А_5к).

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.

Метод неполной взаимозаменяемости – метод, при котором допуски на размеры составляющих звеньев преднамеренно увеличиваются с целью снижения себестоимости обработки. 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 (или доли процента) 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.

Метод групповой взаимозаменяемости (так называемый селективный метод) – метод, при котором детали изготавливают с увеличенными полями допусков для снижения себестоимости обработки. Перед сборкой сопрягаемые детали сортируют на размерные группы с одинаковыми допусками. 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.

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, 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 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.

Сборочные размерные цепи, у которых точность замыкающего звена обеспечивается методом полной взаимозаменяемости, должны рассчитываться по методу максимума-минимума, а цепи, у которых точность замыкающего звена достигается методом неполной взаимозаменяемости – вероятностным методом.

Номинальный размер замыкающего (исходного) звена размерной цепи А

где т — число звеньев размерной цепи, включая замыкающее звено;

ζ – передаточное отношение (для цепей с параллельными звеньями ζ = 1 для увеличивающих звеньев и ζ = –1 для уменьшающих звеньев);

A_i — номинальный размер i -го составляющего звена.

Допуск замыкающего звена рассчитывается: по методу полной взаимозаменяемости (максимума-минимума)

где – допуск i -го составляющего звена.

При сборке по методу неполной взаимозаменяемости

где t – коэффициент риска, определяется в зависимости от принимаемого процента риска Р. Для нормального закона распределения, при совпадении центра группирования с центром отклонения коэффициент риска выбирается из следующего ряда:

Р, % 10, 0 4, 5 1, 0 0, 27 0, 1 0, 01

t 1, 65 2, 0 2, 57 3, 0 3, 29 3, 89

λ ΄ – коэффициент относительного рассеяния (для нормального закона распределения λ ΄ = 1 / 9; для неизвестного характера кривой рассеяния размера звена для изделий мелкосерийного и индивидуальногопроизводства λ ΄ = 1 / 3).

Расчеты показывают, что при Р = 1 % и m ≥ 6 можно использовать детали с увеличением допусков против номинальных в 1, 5 – 2 раза. В этом случае экономия от использования деталей (особенно базовых, корпусных) с расширенными допусками будет превосходить затраты на разборку и повторную сборку соединений с недопустимыми погрешностями.

При использовании метода групповой взаимозаменяемости допуск замыкающего звена в каждой размерной группе

/ n,

где – допуск замыкающего звена, подсчитанный по методу максимума-минимума;

n – число размерных групп (определяется при заданных допусках составляющих звеньев равенством установленного допуска посадки по технической документации и расчетного допуска замыкающего звена в размерной группе).

При применении метода пригонки действительная компенсация

= + ,

где — расчетный допуск замыкающего звена;

– допуск замыкающего звена, обусловленный технической документацией.

При использовании метода регулирования число ступеней компенсатора

где δ _комп – допуск на изготовление компенсатора.

Рассмотрим для примера элементарную цепь, изображенную на рис. 4. Зубчатое колесо должно быть смонтировано на оси между двумя бобышками корпуса.

Если за размер охватывающей детали принять размер А, а охватываемой – В и допуски на эти длины соответственно d _А и d _В, то величина максимального D_max зазора в этом узле будет:

D_max = d _А + D_min + d _В,

а диапазон возможных величин зазоров:

D_max - D_min = d _А + d _В;

Рис. 4. Элементарная размерная цепь

Рис. 5. Размерная цепь с несколькими последовательно монтируемыми деталями

Нетрудно доказать, что в примере размерной цепи с несколькими последовательно монтируемыми деталями (рис. 5) возможная неточность сборки узла

D_max – D_min = d _О + d _А + d _Б + d _В

или в общем случае

D_max – D_min = d ₁ + d ₂ + d ₃ + … + d _n,

где n – число элементов размерной цепи

Так как разность D_max – D_min, представляющая монтажный допуск задаётся исходя из условий работы узла в изделии, то точность изготовления такой детали, входящей в узел, должна быть тем выше, чем больше число деталей. Если же число деталей будет большим, а точность их изготовления недостаточной, то при сборке можно наблюдать разность D_max – D_min, выходящую за пределы допуска.

При расчёте сборочной размерной цепи на максимум и минимум номинальные значения размеров, допуски и отклонения связаны следующими отношениями:

А _Δ = S – S , d = S d _I,

В = S – S ,

Н = S – S ,

где А _Δ – номинальное значение замыкающего звена;

– увеличивающие звенья;

– уменьшающие звенья;

d – допуск замыкающего звена;

d ₀ – допуски составляющих звеньев;

, – верхние и нижние отклонения увеличивающих звеньев, а

, – соответственно уменьшающих.

При компенсационном методе сборки необходимая точность замыкающего звена обеспечивается либо за счет изменения размера одного из заранее намеченных звеньев (метод пригонки или метод неподвижного компенсатора), либо за счёт регулировочного перемещения одной из ранее намеченных деталей (метод регулировки при применении подвижного компенсатора).

При расчёте величина компенсации определяется по формуле

d _к = S d _i – d.

Если компенсатор и замыкающая звено находятся в одной ветви размерной цепи (рис. 6, а), то номинальное значение компенсатора и его верхнее и нижнее отклонения определяются по формулам:

А _к = S – S – А,

В _к = S – S – В,

Н _к = S – S – Н.

Если компенсатор и замыкающее звено находятся в разных ветвях размерной цепи (рис. 6, б), то выражения имеют вид

А _к = S – S + А,

В _к = S – S + В,

Н _к = S – S + Н,

где А _к – номинальное значение компенсатора,

В _к, Н _к – верхнее и нижнее отклонения компенсатора.

При расчете номинального значения и отклонения компенсатора по одной из указанных формул следует иметь в виду, что увеличивающие и уменьшающие звенья следует определять относительно компенсатора, а не относительно замыкающего звена.

При достижении требуемой точности механизма за счёт применения неподвижного компенсатора число компенсаторов определяется по формуле

Р = (d _к – d _р)/(d – d _к)

где d _к – величина компенсации;

d _р – допуск на изготовление неподвижного компенсатора.

а) б)

Рис. 6. Схемы размерных цепей:

а) компенсатор и замыкающее звено находятся в одной ветви размерной цепи;

б) компенсатор и замыкающее звено находятся в разных ветвях размерной цепи.