Основные теоретические положения

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Виды поверхностей деталей машин. Различные поверхности деталей машин в общем случае могут быть классифицированы по функциональному назначению на 4 вида:

1. Исполнительные поверхности - это поверхности, которыми деталь выполняет свое служебное назначение (поверхности детали, с помощью которых реализуется ее служебное назначение).

2. Основные базирующие поверхности (основные конструкторские базы детали) – поверхности, при помощи которых определяется положение детали в машине. Основные базы детали должны включать три базовые поверхности, определяющие одну из трех типовых схем базирования.

3. Вспомогательные базирующие поверхности – поверхности детали, при помощи которых определяется положение других деталей, присоединяемых к данной. У многих деталей вспомогательные базы выполняют функцию исполнительных поверхностей.

4. Свободные поверхности – поверхности, которые не соприкасаются, не контактируют с поверхностями других деталей. Во многих случаях вспомогательные базы деталей выполняют роль исполнительных поверхностей. В качестве примера на рис. 1.1 представлен вал редуктора с установленным на нем зубчатым колесом. Исполнительными поверхностями зубчатого колеса являются боковые поверхности зубьев, обеспечивающие передачу крутящего момента от одного колеса к другому.

Основными конструкторскими базами зубчатого колеса являются базовое отверстие, левый торец и шпоночный паз в отверстии, по которым зубчатое колесо устанавливается на вал. На рис. 1.1 основные базы деталей обозначены точками. В свою очередь, основными базами вала являются опорные шейки под подшипники, торец буртика и шпоночный паз на конце вала, через который передается крутящий момент на вал. Подшипники, определяющие положение вала, установлены в отверстие корпуса. Основными базами подшипника являются цилиндрическая поверхность наружного кольца и его торец, который упирается в крышку. Две крышки закрывают отверстие в корпусе. Основными базами крышки являются фланец и центрирующий поясок, по которым крышка базируется в корпусе.

Положение зубчатого колеса на валу определяют вспомогательные базы вала – это центральная ступень вала и торец его буртика. На рис. 1.1 вспомогательные базы деталей обозначены крестиками. Отверстия, в которых установлены подшипники, являются вспомогательными базами корпуса. Роль вспомогательных баз выполняют также две торцевые поверхности корпуса, которые определяют положение крышек. В свою очередь, вспомогательной базой крышки является её торец, который определяет осевое положение наружного кольца подшипника. Свободные поверхности деталей на схеме обозначены значком в виде змейки.

Таким образом, для деталей редуктора (см. рис. 1.1) следует записать:

Шестерня. Исполнительные поверхности: боковые поверхности зубьев. Основные базы: отверстие, левый торец, паз под шпонку. Вспомогательные базы: правый торец, определяющий осевое положение втулки.

Вал. Основные базы: опорные шейки под подшипники, левый торец буртика, который упирается во внутреннее кольцо подшипника, шпоночный паз на конце вала. Вспомогательные базы: ступени вала, определяющие положение шестерни и втулки, торец, определяющий положение шестерни, и шпоночный паз, определяющий положение шпонки.

Подшипник. Основные базы: наружное кольцо, которое входит в отверстие корпуса; торец наружного кольца, который упирается в буртик крышки; Третья базовая поверхность, определяющая угловое положение наружного кольца является скрытой, конструктивно не оформленной базой. Она формируется в результате натяга, возникающего при запрессовке наружного кольца подшипника в отверстие корпуса. Вспомогательные базы: внутреннее кольцо, торец, определяющий положение вала.

Крышка. Основные базы: торец, который контактирует с корпусом; центрирующий поясок, который входит в отверстие; отверстия под винты. Вспомогательные базы: торец крышки, определяющий положение наружного кольца подшипника.

Анализ приведенной на рис. 1.1 схемы показывает, что соединение деталей в машинах происходит путем совмещения основных базирующих поверхностей присоединяемой детали, например, зубчатого колеса со вспомогательными базирующими поверхностями базовой детали – вала.

Если с основными базами присоединяемой детали – шестерни (см. рис. 1.2) связать координатную систему (X, Y, Z), а со вспомогательными базами базовой детали – вала координатную систему (x, y, z), то сборку деталей можно представить, как совмещение координатной системы основных баз шестерни (X, Y, Z), с координатной системой вспомогательных баз вала (x, y, z):

Отклонение одной координатной системы относительно другой характеризует погрешность установки зубчатого колеса на вал , которая определяется вектором

где - параметры смещения, - параметры поворот одной координатной системы относительно другой.

Рис. 1.2 Схема формирования составляющих погрешности установки в процессе соединения деталей

Так как положение детали в изделии определяют её основные базы, а работает деталь в изделии исполнительными поверхностями или вспомогательными базами, то наиболее важными размерами детали, постановка которых на чертеже обязательна, являются линейные и угловые размеры, определяющие положение вспомогательных баз детали относительно ее основных баз.

Пример выявления функционального назначения поверхностей деталей редуктора

Рис. 1.3 Схема обозначения функционального назначения поверхностей редуктора

Зубчатое колесо Исполнительные поверхности: Боковые поверхности зубьев колеса. Основные базы: 1 -цилиндрическая поверхность отверстия колеса; 2 -левый торец колеса, который упирается в буртик вала; 3 -шпоночный паз, определяющий угловое положение вала. Вспомогательные базы: правый торец колеса, определяющий положение втулки. Свободные поверхности: поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Вал Основные базы: 1- две опорные шейки под подшипники; 2 - торец буртика, который упирается во внутреннее кольцо подшипника; 3 - шпоночный паз на конце вала. Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): 1. ступени вала, определяющие положение зубчатого колеса, двух втулок и колеса, установленного на выходе вала; 2. правый торец буртика, который определяет положение зубчатого колеса и шпоночные пазы, определяющие положение шпонок. Свободные поверхности - поверхности, расположенные по контуру колеса, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Подшипник качения (левый)

Основные базы: 1- цилиндрическая поверхность наружного кольца, которое

устанавливается в корпус; 2 - левый торец наружного кольца, который упирается в крышку; 3 - скрытая база, которая определяется натягом, возникающим при запрессовке наружного кольца в корпус. Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): Цилиндрическая поверхность внутреннего кольца, в которое входит опорная шейка вала. Правый торец внутреннего кольца, определяющий положение вала. Свободные поверхности - поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Подшипник качения (правый)

Основные базы: Основные базы: 1- цилиндрическая поверхность наружного кольца, которое устанавливается в корпус; 2 – правый торец наружного кольца, который упирается в крышку; 3 - скрытая база, которая определяется натягом, возникающим при запрессовке наружного кольца в корпус.

Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности):

1. цилиндрическая поверхность внутреннего кольца, в которое входит опорная шейка вала;

2. левый торец внутреннего кольца, определяющий положение втулки.

Свободные поверхности: поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Крышка (левая)

Основные базы: 1- торец крышки, который упирается в корпус; 2 – цилиндрическая поверхность центрирующего пояска, которая входит в отверстие; 3 - отверстие под крепежные винты.

Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): торец центрирующего пояска, определяющий положение наружного кольца подшипника. Свободные поверхности - поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Втулка

Основные базы: 1 - отверстие, по которому втулка базируется на валике; 2 -левый торец, который упирается в колесо; 3 - скрытая база, образуемая силами трения.

Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности) - правый торец втулки, определяющий положение внутреннего кольца подшипника

Свободные поверхности: - наружная цилиндрическая поверхность втулки.

Уплотнение

Исполнительные поверхности - цилиндрическая поверхность отверстия, которая обеспечивает герметичность по цилиндрической поверхности втулки.

Основные базы - составляющие клинообразной круговой поверхности, по которым уплотнение базируется в крышке.

Свободные поверхности -поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Шпонка

Основные базы - основание и контурная поверхность, по которым шпонка входят в вал.

Вспомогательные базы - две плоские поверхности, которыми шпонка входит в

шпоночный паз зубчатого колеса.

Свободные поверхности - поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Под базированием понимают придание детали требуемой точности относительно положения при лишении ее всех шести степеней свободы. В свою очередь поверхность или сочетание поверхностей, а также ось или точка, принадлежащие заготовке, детали или изделию, которые используют для базирования, называют базами. В зависимости от функционального назначения базы различают на конструкторские, технологические и измерительные. Конструкторские базы - это базы, которые используют для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Следует различать основные и вспомогательные конструкторские базы. С помощью основных конструкторских баз осуществляется базирование самой детали или сборочной единицы в изделии, а с помощью вспомогательных баз определяется положение других деталей, присоединяемых к данной. Различные по форме и размерам детали машин в общем случае могут быть забазированы по одной из трех типовых схем: базирование по трем плоскостям (базирование в координатный угол); базирование с использованием двойной опорной базы; базирование с использованием двойной направляющей базы.

При этой схеме происходит совмещение трех базовых поверхностей присоединяемой детали с тремя поверхностями базовой детали.

Любое твердое тело, расположенное в пространстве, например, призматическая деталь (см. рис. 2.1), имеет шесть степеней свободы, определяемые вектором подвижности

где a, b ,c - параметры смещения в направлении соответствующих координатных осей X, Y, Z; – параметры поворота вокруг соответствующих координатных осей.

Лишение детали всех шести степеней свободы достигается путем наложения на нее двухсторонних связей. Это показано на примере призматической детали, представленной на рис. 2.1

Рис. 2.1 Схема наложения связей для лишения детали шести степеней подвижности

Если на базирующей поверхности детали XOY взять точку 1 и связать ее с соответствующей точкой 1', расположенной в координатной плоскости XOY, то деталь будет лишена одной степени свободы с, т.е. возможности перемещения в направлении оси Z. Если аналогично на плоскости XOY взять точку 2 и наложить на неё двухстороннюю связь, то деталь будет лишена второй степени свободы параметра β – возможности вращения вокруг оси β. Возьмем на плоскости XOY детали точку 3 и также наложим на неё двухстороннюю связь. В результате деталь будет лишена еще одной степени свободы – параметра λ, т.е. возможности поворота вокруг оси X.

Базирующая поверхность, на которой располагаются три опорные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали три степени свободы – одно смещение, например, с, и два поворота, например,β и λ, называется установочной базой:

В рассматриваемом примере установочной базой является плоскость XOY. Для лишения детали оставшихся степеней свободы возьмем на координатной плоскости XOZ току 4 и наложим двухстороннюю связь, связав её с соответствующей точкой 4’, расположенной в плоскости XOZ. В результате деталь будет лишена еще одной степени свободы – параметра b, что исключает возможность её перемещения в направлении оси Y.

Затем возьмем на плоскости XOZ точку 5 и свяжем её с соответствующей точкой 5’. Это позволит наложить на деталь еще одну связь, которая исключает возможность поворота детали вокруг оси Z и отнимает еще одну степень свободы – параметр γ.

Неопределенность базирования

Требуемое положение базируемой детали достигается, когда ее основные базы входят в контакт в опорных точках со вспомогательными базами других деталей. Мы уже говорили о необходимости сохранения этого контакта, когда речь шла о необходимости силового замыкания. Однако в конструкциях машин нередки случаи, когда при реализации принятой схемы базирования базируемой детали представляется возможность однократного (в момент базирования до приложения сил зажима) или многократного (при выполнении служебного назначения в работающей машине) изменения своего положения относительно выбранной системы координат. В этом случае говорят о наличии неопределенности в схеме базирования.

Неопределенность базирования вводится в схемы базирования для достижения двух целей. Во-первых, ряду деталей для выполнения их служебного назначения необходима подвижность в одном или нескольких координатных направлениях. Так, например, валу на рис. 1 необходимо предоставить возможность вращения вокруг оси с угловой скоростью w=f(t). Для того чтобы вал вращался, необходимо предусмотреть гарантированные радиальные зазоры в подшипниках скольжения и гарантировать зазор между торцами подшипниковых втулок и соответствующими торцами вала. Но эти зазоры сразу же делают неопределенными позиционные связи П1-П5, так как при работе вал под действием различных причин получает возможность смещения и поворотов относительно всех осей системы XOYZ. Величина этих смещений и поворотов ограничивается фактическими радиальными и осевыми зазорами. Во-вторых, с технологической точки зрения для упрощения и облегчения процессов сборки всегда желательно иметь соединения деталей с гарантированными зазорами. Например, крышка подшипника может быть установлена в отверстие корпуса по посадке без зазора, т.е. с натягом (рис.2а), и в этом случае ее собственная система координат X^'O^'Y^'Z^' совмещается с системой XOYZ вспомогательной базы корпуса.

После достижения контакта этих баз изменение достигнутого положения крышки невозможно. Но сборочная операция по установке крышки в этом случае усложнена, требует специального оборудования для выполнения соединения с натягом. Всего этого можно избежать, если в соединении крышки с отверстием корпуса допустить гарантированный зазор D, как это показано на рис. 2б. Но в пределах этого зазора крышка при установке может сместиться по плоскости XOY (скользя по торцу корпуса) в любом радиальном направлении и в таком положении будет закреплена винтами, т.е. положение крышки становится неопределенным в пределах зазора D. Поскольку любое смещения базируемой детали относительно выбранной системы координат есть дополнительная погрешность ее положения, явление неопределенности базирования всегда снижает точность позиционирования за счет этой погрешности. Погрешность неопределенности базирования w_НБ по физической природе представляет собой поле возможных смещений базируемой детали, возникающих в том случае, когда при реализации схемы базирования этой детали представляется в определенных пределах возможность неуправляемо (случайно) менять свое положение. Так, например, для крышки подшипника (рис.2б) в координатных направлениях X и Y w_НБ=D, для вала на рис. 1 в координатном направлении Z погрешность w_НБ численно равна осевому зазору между торцами втулки и вала.

В ряде случаев определение положения детали в машине не требует наложения на нее всех шести координатных связей. В этом случае схема базирования оказывается неполной, и деталь в момент базирования или же в течение всего времени работы в машине не сохраняет одну или несколько степеней свободы. К таким случаям относятся все схемы базирования подвижных деталей, ярким примером которых служит любой вал, установленный на подшипники. Так на рис. 1 наложением позиционных (координатных) связей П1-П5 вал лишен пяти степеней свободы, вращение вокруг продольной оси ему сохранено для выполнения служебного назначения. Поэтому схема базирования вала – неполная, как показано на рис. 4. Аналогично ползун любого кривошипно-шатунного механизма также имеет одну степень свободы – движение вдоль одной координатной оси. Конечно, эти движения не хаотичны и не случайны, их характер определяется кинематической схемой машины, но это – уже не базирование. В ряде случаев при соединении деталей в машине не имеет значения их взаимное расположение в некоторых координатных направлениях.

Практическое занятие №3.

Синтез размерного описания детали

Цель занятия: Освоение студентами синтеза размерного описания детали.

На двух конкретных примерах преподаватель иллюстрирует применение методики. Далее студенты выполняют синтез размерного описания двух простых деталей. По предложенному преподавателем сборочному чертежу вычерчивается эскиз детали без размеров. Формулируется её служебное назначение. Анализируются заданные на чертеже и в технических условиях показатели точности (посадки, межосевые расстояния и т.д.).

Определяются функциональные группы поверхностей детали: исполнительные поверхности, комплекты поверхностей, которые составляют основную базу, вспомогательные базы, а также свободные поверхности в соответствии со сборочным чертежом. 5 Выявляются показатели, описывающие отдельные поверхности, в следующей последовательности: исполнительные поверхности; основная база; вспомогательные базы; свободные поверхности. Указывается наименование поверхности (например, цилиндрическая, плоская, коническая и т.д.), размер поверхности (например, если поверхность цилиндрическая), допуск размера, шероховатость, погрешность формы.

Квалитет точности, шероховатость и допустимая погрешность формы поверхности определяется назначением поверхности (основная база, вспомогательная база, свободная поверхность и т.д.) и условиями эксплуатации поверхности. Если на чертеже сборочной единицы указана посадка, то параметры поверхности назначаются в соответствии с этой посадкой. Для свободных поверхностей при отсутствии особых условий эксплуатации назначается 14-й квалитет точности и шероховатость Rz 80-160 (Ra 10- 40) мкм.

Для исполнительных поверхностей (рабочих поверхностей зубчатых колес) параметры назначаются в соответствии с рекомендациями, представленными в справочной литературе. Определяются размеры, описывающие связи между поверхностями внутри одной функциональной группы в следующей последовательности: внутри комплекта исполнительных поверхностей; внутри комплекта поверхностей, составляющих основную базу; вспомогательных баз; внутри комплекта свободных поверхностей.

Определяются размеры, описывающие связи между отдельными функциональными группами поверхностей в следующей последовательности: связи между исполнительными поверхностями и поверхностями, входящими в комплект основной базы; связи между поверхностями, входящими в комплект основной базы и вспомогательными базами; связи между комплектом поверхностей, которые составляют основную базу и свободными поверхностями; связи между вспомогательными базами и свободными поверхностями. Связи описываются одним размером с допуском в каждом координатном направлении. Приводится размерное описание связей комплектов поверхностей разных функциональных групп. При этом указывается размер между поверхностями, соответствующий ему квалитет точности, допуск размера, допуск на взаимное расположение поверхностей. 6 После этого студент анализирует комплект необработанных поверхностей и комплект обработанных поверхностей. Устанавливает однозначность (один размер) связей между ними к каждом координатном направлении.

Далее формируется чертеж детали. Все составляющие размерного описания должны быть на чертеже, но в соответствии с ЕСКД для упрощения чертежа и облегчения его чтения используются обобщающие обозначения, либо формируются технические требования. Например: «Неуказанные предельные отклонения размеров валов h14, отверстий H14, остальных - ±IT14/2» или (поверхности, кроме тех, шероховатость которых указана на чертеже, не обрабатываются).

Пример анализа конструкции заданных деталей и синтеза размерного описания.

Классификация поверхностей деталей по функциональному признаку.

Классификация поверхностей детали «вал позиции 8»

Служебное назначение детали: служит звеном для передачи крутящего момента с промежуточного вала на вал цепного конвейера.

Выделим у детали исполнительные поверхности (ИП), основную базу (ОБ), вспомогательные базы (ВБ), свободные поверхности (СП).

Исполнительных поверхностей (ИП) у детали нет.

Основной базой (ОБ) вала является комплект из цилиндрических шеек 5 и 14 под подшипники и торец вала 9. Поверхности 5 и 14 являются двойной направляющей, лишая деталь четырех степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей и вращений вокруг этих же осей. Поверхность 9 является опорной и лишает одной степени свободы.

Комплект основной базы неполный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ1) состоит из цилиндрической поверхности 12 и торца 11. Они используются для определения положения зубчатого колеса на валу. Поверхность 12 является двойной направляющей, т.к l/d>1 и лишает деталь четырех степеней свободы; поверхность 11 является опорной и лишает деталь одной степени свободы. Комплект (ВБ1) не полный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ2) состоит из поверхностей 20,21,23. (ВБ2) используется для определения положения шпонки в шпоночном пазу. Поверхность 20 является направляющей и лишает деталь двух степеней свободы. Поверхность 21 является установочной и лишает трех степеней свободы. Поверхность 23 является опорной и лишает деталь одной степени свободы. Комплект вспомогательной базы (ВБ2) полный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ3) состоит из поверхностей 25,26,28. (ВБ3) используется для определения положения шпонки в шпоночном пазу. Поверхность 25 является направляющей и лишает деталь двух степеней свободы. Поверхность 26 является установочной и лишает трех степеней свободы. Поверхность 28 является опорной и лишает деталь одной степени свободы. Комплект вспомогательной базы (ВБ3) полный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ4) состоит из цилиндрической поверхности 3 и торца 4. Они используются для определения положения шкива на валу. Поверхность 3 является направляющей и лишает деталь четырех степеней свободы. Поверхность 4 является опорной и лишает деталь одной степени свободы. Комплект (ВБ4) неполный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ5) состоит из участка цилиндрической поверхности 14 и служит для установки втулки на валу. Поверхность 14 является двойной направляющей и лишает втулку четырех степеней свободы. Комплект (ВБ5) неполный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ6) состоит из поверхностей 6 и 7. (ВБ6) используется для определения положения стопорного кольца на валу.

Поверхность 6 является установочной и лишает деталь трех степеней свободы. Поверхность 7 является двойной опорной и лишает деталь двух степеней свободы, т.к l/d?1. Комплект (ВБ6) неполный.

Комплект вспомогательной базы (ВБ7) состоит из поверхностей 15 и 16. (ВБ7) используется для определения положения стопорного кольца на валу. Поверхность 15 является установочной и лишает деталь трех степеней свободы. Поверхность 16 является двойной опорной и лишает деталь двух степеней свободы, т.к l/d?1. Комплект (ВБ7) неполный.

Все остальные поверхности будут свободными: 1; 2; 8; 10; 13; 17; 18; 19; 22; 24; 27; 29.

Классификация поверхностей детали «зубчатое колесо позиции 10»

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 254; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!