Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Изделия и его элементы.

Глава 1

Основные понятия и определения.

Знания, полученные студентами при изучении этой главы, являются базовыми для дальнейшего изучения технологии машиностроения. После ее изучения студенты долж­ны четко знать и понимать основные стандартизованные понятия и определения, ис­пользуемые в технологии машиностроения.

Изделия и его элементы.

Изделием называется продукт конечной стадии любого машиностроительного про­изводства. Изделием может быть машина, узел (сборочная единица), заготовка или де­таль, в зависимости от того, что является объектом данного производства.

Машина - это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих целенаправ­ленные движения для преобразования энергии или выполнения работы. Практически все машины в настоящее время являются мехатронными системами. Механическая часть этих систем является объектом производства машиностроительных предприятий, элек­тронная — предприятий электронной промышленности.

Заготовкой в машиностроительном производстве является изделие, используемое для изготовления детали.

Деталь - это изделие, характерным признаком которого является отсутствие в нем разъемных или неразъемных соединений (например: вал, шестерня, корпус, державка резца и т.д.),

У каждой детали, предназначенной для сборки, есть сопрягающиеся и несопрягающиеся поверхности. Сопрягающиеся поверхности при сборке соприкасаются с по­верхностями других деталей, образуя сопряжения.

Сопрягающиеся поверхности, служащие для присоединения к данной детали дру­гих деталей, называются вспомогательными базами (например, направляющие стани­ны, на которые устанавливают переднюю бабку; опорная плоскость державки под ре­жущую пластинку и т.д.).

Поверхности, выполняющие некоторые рабочие функции, называются функцио­нальными (исполнительными или рабочими) (например, боковая поверхность зуба зуб­чатого колеса, направляющие станков).

Базовые детали - это детали, выполняющие в узле роль соединительного звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное положение других дета­лей (например: станина станка, рама автомобиля, державка резца и т.д.).

Сборочная единица (узел) - это часть изделия, которую собирают отдельно, и в дальнейшем она участвует в процессе сборки как одно целое (например, задняя бабка токарного станка).

Сборочные единицы (узлы), непосредственно входящие в изделие в процессе об­щей сборки, называют сборочными единицами 1-го порядка (например, передняя бабка токарного станка).

Рис.1.1 Технологическая схема изделия

Сборочные единицы, входящие в сборочную единицу 1-го порядка, называются сбо­рочными единицами 2-го порядка и т.д. (например, шпиндельный узел передней бабки).

Отдельные детали могут входить в сборочные единицы любого порядка или непо­средственно в собираемое изделие (например, болты).

Таким образом, схему изделия можно представить в виде рис. 1.1.

Сборочные единицы могут быть конструкторскими, технологическими и конструк­торско-технологическими.

Конструкторская сборочная единица - это единица, спроектированная лишь по функциональному принципу без учета технологии сборки (например, механизм привода суппорта).

Технологическая сборочная единица (узел) - это сборочная единица, которая мо­жет собираться отдельно от других частей изделия (например, консоль фрезерного стан­ка).

Конструкторско-технологическая сборочная единица (агрегат) - это единица, которая отвечает условию ее функционального назначения в изделии и условию самостоятельной независимой сборки (насос, коробка передач, агрегатная головка).

Наилучшим вариантом конструкции любой машины, состоящей из конструкторско-технологических сборочных единиц и нормализованных деталей, является ее агрегати­рование или модульное построение. Машина, спроектированная по агрегатному (мо­дульному) принципу, будет конкурентоспособной, так как обладает лучшими технико-­экономическими показателями, как при изготовлении, так и в эксплуатации и ремонте.

Пример модульной конструкции авиационного двигателя представлен на рис. 1.2.

Каждая сборочная единица включает в себя определенные виды соединения дета­лей. По возможности относительного перемещения составных частей соединения под­разделяются на подвижные и неподвижные (рис. 1.3).

По сохранению целостности при сборке соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. Соединение считается разъемным, если при его разборке сохраняется целостность его составных частей, и неразъемным, если при разборке его составные час­ти повреждаются и их целостность нарушается.

Рис. 1.2 Модульная конструкция авиационного двигателя:

1 – вентилятор; 2 – компрессор среднего давления; 3 – переходный модуль; 4 – турбина привода компрессора среднего давления; 5 – турбина привода вентилятора; 6 – компрессор и турбина высокого давления; 7 – коробка приводов.

Характеристика сборочных соединений

При этом соединения могут быть; неподвижными разъемными (резьбовые, пазовые, конические); неподвижными неразъемными (соединения запрессовкой, развальцовкой, клепкой); подвижными разъемными (подшипники скольжения, плунжеры-втулки, зубья зубчатых колес, каретки-станины); подвижными неразъемными (подшипники качения, запорные клапаны).

Количество разъемных соединений в современных машинах и механизмах составляет 65 - 85 % от всех соединений.

Неразъемные соединения в процессе эксплуатации и ремонта нередко подвергают­ся разборке, вызывающей большие затруднения и часто приводящей к порче сопряжен­ных поверхностей (одной или обеих деталей соединения), а также дополнительной при­гонке, доработке или замене.

По форме сопрягаемых поверхностей соединения подразделяются на цилиндриче­ские (до 35 -40 % всех соединений), плоские (15-20 %), комбинированные (15-25 %), конические (6-7 %), сферические (2-3 %), винтовые и профильные.

По методу образования соединения подразделяются на резьбовые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, сварные, паяные, клепаные, клееные, фланцевые, прессовые, развальцованные (соединения, полученные с применением совместного из­гибания их кромок), комбинированные и др.

1 .2 Понятие баз в технологии машиностроения и их классификация по назначению.

В любой машине детали и сборочные единицы занимают определенное взаимное положение. Из механики известно, что каждое свободное твердое тело имеет шесть сте­пеней свободы относительно системы координат X, Y, Z. Оно может перемещаться па­раллельно трем взаимно перпендикулярным координатным осям и вращаться вокруг каждой из них (рис. 1.4).

Таким образом, для определения положения детали необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек. Этот вывод получил название «правила шести точек». Это правило широко используют при конструировании изделий, где возникают задачи соединения с требуемой точностью двух или большего количества деталей. Например, при сборке и регулировке машины и ее механизмов, при обработке деталей на различ­ных технологических операциях, когда деталь необходимо установить и закрепить с заданной точностью на столе станка или в приспособлении.

Аналогичные задачи приходится решать при установке и закреплении режущего инструмента на шпинделе станка, борштанге, резцедержавке или другом виде приспо­собления, а также каждый раз, когда необходимо произвести измерения детали или заго­товки при помощи любого измерительного инструмента или приспособления. Те же за­дачи возникают при ремонте машин и их эксплуатации

/

/ Рис. 1.4. Степени свободы твердого тела в пространстве

В общем случае базирование - это придание изделию требуемого положения отно­сительно выбранной системы координат. При обработке заготовок на станках под бази­рованием понимается придание им требуемого положения относительно элементов станка или обрабатывающего инструмента.

Поверхности детали, участвующие в ориентировке и соприкосновении с элемента­ми приспособлений при обработке или сборке по опорным точкам, называются бази­рующими поверхностями.

Применительно к призматическим деталям (рис. 1.5) различают: установочную базу - поверхность А, несущую на себе три опорные точки; направляющую базу - поверхность В, несущую на себе две опорные точки; опорную базу - поверхность С, несущую на себе одну опорную точку. Комплект из всех трех базирующих поверхностей составляет базу детали. Таким образом, под термином база подразумевается сочетание поверхностей, линий или точек, принадлежащих заготовке или изделию и используемых для их бази­рования при обработке, сборке или измерении.

Для повышения точности и надежности ориентировки детали при выборе базы в качестве установочной принимают поверхность с наибольшими размерами, позволяю­щую расположить три опорные точки достаточно далеко друг от друга. В качестве на­правляющей базирующей с той же целью принимают самую длинную поверхность. В качестве опорной базирующей может быть использована поверхность любых, даже самых малых размеров, при условии хорошего ее состояния и постоянства формы (отсутствие заусенцев, литейных швов и т.п.).

Для ориентировки и базирования цилиндрического тела в пространстве необходимо соединить цилиндрическую поверхность А двумя жесткими удерживающими связями с плоскостью XOZ или положить тело на нее; и двумя связями - с плоскостью Y0Z или при­жать к ней, лишив этим тело четырех степеней свободы (возможности линейных и угло­вых перемещений относительно осей X и Y). Для устранения возможности перемещения тела вдоль оси Z необходимо соединить его торец В жесткой связью с плоскостью XOYили прижать к ней (рис. 1.6). Для лишения тела шестой степени свободы - возможности вра­щения вокруг собственной оси Z - должна быть предусмотрена шестая опорная точка, ко­торая может располагаться на поверхности шпоночной канавки С (см, рис. 1.6).

рис. 1.5 Базирующие поверхности призматич-го тела

В реальных условиях для ориентировки цилиндрических деталей обычно исполь­зуют призмы, отбирающие четыре степени свободы, с соответствующими упорами и шпонками, дающими две дополнительные опорные точки (рис, 1.7).

Таким образом, в случае ориентировки цилиндрической детали, ее цилиндрическая поверхность А, несущая на себе четыре опорные точки, называется двойной направляю­щей базой. Торцовая поверхность В называется опорной базой и поверхность шпоночной канавки С - второй опорной базой.

Рис 1.8 Базирующие поверхности коротких цилиндрических тел в пространстве

При о ориентировке цилиндрических деталей малой длины типа дисков, цилиндриче­ская поверхность уже не может выполнять функции двойной направляющей и нести на себе четыре опорные точки (рис, 1.8). Относительно большие размеры торцовой поверх­ности делают возможным размещение на ней трех опорных точек, что вносит опреде­ленность в ориентировку деталей в пространстве. В этом случае торцовая поверхность А диска, несущая на себе три опорные точки, называется установочной базирующей по­верхностью, цилиндрическая поверхность В, несущая на себе две опорные точки, - двойной опорной базой, а поверхность шпоночной канавки С - опорной базой.

Технологически это осуществляется закреплением диска в трехкулачковый патрон (рис. 1.9). Поверхность А имеет три опорные точки, поверхность В - две. По аналогии с вышесказанным эту деталь нужно лишить еще одной степени свободы - вращения. При установке детали по длинной конической поверхности с относительно не­большой конусностью (отверстие в шпинделе станка, конусные хвостовики режущих инструментов, конические оправки трения) коническая поверхность лишает деталь пяти степеней свободы (рис. 1.10). Поверхность А является установочно-направляющей или двойной направляющей опорной.

Рис 1.11 Пример основной конструкторской базы:

I,II,III – комплект основных конструкторских баз шестерни

По своему назначению базы классифицируются на конструкторские, технологиче­ские и измерительные.

Конструкторской базой детали называется база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

По своему значению для готового изделия конструкторские базы могут быть ос­новными и вспомогательными.

Основная конструкторская база - это база, принадлежащая детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии (рис, 1,11),

Вспомогательная конструкторская база - это база, принадлежащая изделию и используемая для определения положения присоединяемой к нему детали или сбороч­ной единицы (рис. 1.12).

Технологической базой называется база, используемая для определения положения изделия в процессе изготовления или ремонта. Например, при фрезеровании уступа призматической детали на фрезерном станке, при выдерживаемых размерах А, В и С (рис. 1.13).

Рис 1.12 Пример вспомогательной конструкторской базы:

I,II,III – комплект вспомогательных баз вала со шпонкой

Рис 1.13 Пример технологической базы: Рис 1.14 Пример измерительной базы:

I,II,III – комплект технологических баз А – измерительная база

Измерительной базой детали называется база, используемая для определения от­носительного положения изделия и средств измерения. Например, измерение парал­лельности поверхности В относительно А (рис, 1.14). Измерительные базы связывают с контролируемыми поверхностями детали непосредственно размерами или определен­ными условиями.

1.3Функциональное назначение изделий машиностроения

Каждая машина предназначена для выполнения определенных функций при за­данных условиях эксплуатации. Определение этих функций базируется на научном ана­лизе и маркетинге. При этом необходимо добиться:

1) конкурентоспособности и экологичности технологического процесса, для реали­зации которого предназначена проектируемая машина;

2) конкурентоспособности и перспективности продукции и услуг, для производства и реализации которых предназначается данная машина.

После этого вырабатываются требования к служебному назначению машины:

1) Вид продукции или услуг, для которых предназначена машина;

2) Производительность машины;

3) Уровень автоматизации;

4) Технологичность машины;

5) Условия эксплуатации машины (температура, влажность, агрессивность среды и т.д)

6) Безотказность и долговечность машины;

7) Удобство управления машиной, безопасность работы и обслуживания;

8) Дизайн машины.

Учитывая многообразие машин, для каждого их наименования эти требования уточняются и конкретизируются.

Сборочная единица, как правило, предназначается для передачи и увеличения силы, преобразования движения и осуществления других действий, необходимых для выпол­нения машиной своих функций. Исходя из этого, все сборочные единицы должны удов­летворять требованиям к своему служебному назначению, перечисленным для машины.

Свое функциональное назначение машина и сборочные единицы выполняют с по­мощью связей, действующих между исполнительными поверхностями отдельных дета­лей. Эти связи могут быть размерными, кинематическими, динамическими, гидравличе­скими, пневматическими, электрическими, магнитными, световыми, звуковыми и др. Проектирование машины и сборочных единиц начинают с выбора такого сочетания свя­зей, которое позволяет им выполнять свое функциональное назначение с наивысшим КПД.

Наиболее широкими функциями обладают цилиндрические и резьбовые соедине­ния деталей машин.

Цилиндрические соединения используют как для ориентированного перемещения (осевого и вращательного) одной из сопрягаемых деталей относительно другой, так и для передачи осевых нагрузок и крутящего момента, от одной сопрягаемой детали к другой.

Анализ показывает, что резьбовые соединения в наилучшей степени позволяют обеспечить сборку и разборку неподвижных соединений деталей и сборочных единиц машины, увеличение передаваемого усилия, а также точность линейного перемещения одной детали относительно другой.

Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняю­щих различные функции. Исполнительные поверхности бывают соприкасающимися и функциональными. Соприкасающиеся поверхности детали машины или сборочной еди­ницы контактируют с соответствующими поверхностями других деталей. Функциональ­ные поверхности детали предназначены для выполнения определенных функций при эксплуатации машины.

На каждую деталь в машине или сборочной единице возлагают исполнение опреде­ленных функций, вытекающих из общего функционального назначения машины или сборочной единицы. Например: корпусные детали, станины, кронштейны и т.п., выпол­няя несущую роль, служат для крепления других деталей и сборочных единиц; валы служат для передачи крутящего момента и установки на них деталей, с помощью кото­рых передается крутящий момент; зубчатые колеса передают крутящий момент.

Безотказность и долговечность исполнения своих функций изделием машино­строения определяется рядом эксплуатационных свойств деталей и их соединений: статической и усталостной прочностью, поверхностной контактной статической и динамической прочностью, коррозионной стойкостью, контактной жесткостью, герметичностью, износостойкостью, прочностью посадок и др. Все эти эксплуатаци­онные свойства в значительной мере зависят от качества поверхностного слоя деталей, так как все разрушения (статические, усталостные, контактные, коррозионные и др.) начинаются с поверхности.

Под статической и усталостной прочностью деталей понимают их способ­ность сопротивляться разрушению при воздействии соответственно статической и ди­намической нагрузки,

Качество поверхностного слоя оказывает влияние на статическую и усталостную прочность деталей через коэффициент концентрации напряжений, который рассчитыва­ется по формуле:

(1.1)

где tm – относительная длина опорной линии профиля шероховатости на уровне средней линии, %; Sm – средний шаг неровностей профиля шероховатости, мм; – коэффициент учитывающий влияние поверхностных остаточных напряжений на прочность детали,

(1.2)

( – предел точности материала детали; – поверхностные остаточные напряжения; – напряжение от нагрузки); Rmax – максимальная высота профиля шероховатости, мкм; Rp – высота сглаживания профиля шероховатости (расстояние от линии выступа до средней линии), мкм.

Поверхностная контактная статическая и динамическая прочность опреде­ляется способностью поверхностного слоя детали сопротивляться разрушению при кон­такте с другой деталью под воздействием соответственно статических и динамических нагрузок.

При статической нагрузке начало поверхностных контактных разрушений опреде­ляется ее величиной, которая рассчитывается по формуле:

где т - масса контактирующей детали; v₀ - скорость приложения нагрузки; - пласти­ческие контактные деформации детали, определяемые по формуле (1.8).

При действии статической (P_ст) и динамической (Pд) нагрузок контактные разруше­ния определяются величиной накапливаемой контактной деформации, которая опреде­ляется по формуле: