CC BY
34
Изд-во ТулГУ, 2010. 388 с.
I. W. Grigorov, A.S. Yamnikov
PROCESS MODEL LADDER LEVER MECHANISM
The original technological decision of a difficult multilink dimensional circuit of lever mechanisms by imitation in станочной positions of working conditions of the gear in an article construction is reduced. It is displayed that the given reception reduces computing processes on a bench, simplifies technique of fitting operations and creates premises for substitution of manual adjustment mechanised.
Key words: the mechanised adjustment, a dimensional circuit, a lever mechanism.
Получено 20.12.11
УДК 621.7.57
И.В. Григоров, соискатель, (4872) 33-23-95, tms@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-95, yamnikovas@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА
Дано технологическое решение сложной многозвенной размерной цепи рычажных механизмов путем имитации в станочной позиции условий работы механизма в конструкции изделия. Показано, что данный прием упрощает технологию пригоночных работ и создает предпосылки для замены ручной пригонки механизированной.
Ключевые слова: механизированная пригонка, размерная цепь, рычажный механизм.
Качество машин, а, следовательно, их конкурентоспособность значительно зависят от качества сборки. Качество машин характеризуется системой показателей и регламентируется системой стандартов (ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ 23660-79, ГОСТ 14.203-83, РД 50-635-87). Одним из важнейших показателей качества, обеспечение которого зависит от технологии изготовления машины, является точность ее изготовления. На соответствие этого показателя служебному назначению машины следует обратить внимание в первую очередь.
Сборочные операции с ручными пригоночными работами трудоемки, так как требуемая точность выходных характеристик достигается в процессе многократных последовательных пробных съемов компенсационного слоя. После съема каждого пробного слоя производится сборка, узла для промера контрольных размеров. Промежуточные сборки-разборки узла являются основной причиной длительного выполнения сборочной
операции. Пригоняемые детали имеют повышенную твердость (ЫЯС 46...48). Обработка деталей повышенной твердости напильником требует больших физических усилий от слесаря. Кроме того, сборочные операции с ручными пригоночными работами невозможно точно пронормировать, так как длительность каждого рабочего приема зависит от субъективных особенностей слесаря-сборщика. Типичным примером рычажного механизма, при сборке которого применяют пригонку, является конструкция узла рычажного механизма, в который входит шептало с крышкой (рис. 1). Она включает: крышку 1, шептало 2, рычаг шептала 3, рычаг толкателя 4, защелку 5. Техническими условиями на сборку и приемку механизма предусматривается нормированный по копоти контакт плоскостей М и Л шептала и базовой детали-крышки (не менее 50 % от номинальной площади). Одновременно с этим должен быть обеспечен выход выступа Д правого плеча шептала относительно плоскости крышки на величину Ад = 5,5 ± 0,2 мм.
Определим условия для выполнения изложенных выше требований. На рис. 2 представлены предельные положения рычага в механизме. Шептало показано в положении, когда малое плечо прижато к поверхности крышки Л. В идеально выполненном механизме контактирование будет происходить по всей поверхности при одновременном выдерживании замыкающего размера Ад (рис. 2, а). В реальном же механизме, изготовленном с отклонениями, пусть даже небольшими, контакт будет осуществляться по линии. На рис. 2, б в показаны два возможных крайних положения линий контактирования, обусловленных сочетанием отклонений размеров рычажного механизма. Возникающие в результате неблагоприятного сочетания размеров рычажного механизма раскрытие стыка д и
Прилегание не менее 50%
1
Рис. 1. Схема типового рычажного механизма
погрешность величины выхода плеча шептала ААа могут превышать допустимые значения.
Определим предельно допустимые отклонения взаимного расположения поверхностей Л и М, а также расчетный допуск замыкающего звена ТАд, который необходимо обеспечить перед статическим нагружением размерных звеньев цепи.
Это необходимо для выявления возможности обеспечения предписанных норм точности доработкой поверхности М шептала.
Относительная площадь пятна контакта Фо, выраженная в процентах по отношению к номинальной площади соприкасающихся поверхностей, [1]:
Фо =—гк, (1)
А
где Ьк = 0,02 мм - толщина нанесенного слоя копоти; А - величина раскрытия стыка.
Допустимая величина раскрытия стыка при заданной относительной площади пятна контакта Фо = 50 %, не должна превышать значения:
. 100Ьк 100 • 0,02 ЛЛ.
А =-к =--— = 0,04 мм.
Фо 50
Раскрытие стыка определяется действительными значениями размеров Г1 и Г3, а также смещением отверстия шептала относительно пальца в пределах имеющегося зазора. Отклонения размеров Г и Г3 приводят к раскрытию поверхностей Л и М на угол у-.
Возможное отклонение сопрягаемых поверхностей в направлении перпендикулярном плоскости чертежа компенсируется, при силовом замыкании механизма, путем установки поверхности М шептала по поверхности Л крышки. При этом возможны два предельных положения контакта. Первое положение (см. рис. 2, б) возможно, когда размер Г1 выполнен по своему верхнему отклонению, а размер Г3 - по нижнему, второе (см. рис. 2, в), когда размер Г1 выполнен по нижнему, а размер Г3 - по верхнему отклонениям.
Величина раскрытия стыка:
А = Г , (2)
где Г6= 6 мм - длина контактирующей поверхности крышки; у- - угол раскрытия стыка.
Углы раскрытия стыка У1 и у2 первого (см. рис. 2, б) и второго (см. рис. 2, в) положений определяются с помощью уравнений, которые вследствие малости углов У1 и у 2, можно записать в виде
У1 = ( Г1 + Г 3 + Г 5)/ Г4, (3)
У 2 =( Г1 + Г3)/ Г 4
(4)
а
б
в
Рис. 2. Схемы предельных положений шептала
Длина плеча, определяющая место контактирования поверхности шептала, может изменяться от 14 мм (размер Г4, см. рис. 2,б) до 8 мм (размер Г4 рис. 2,в). Величина смещения осей сопряженных цилиндрических поверхностей (диаметр 10—8) Г5 = 0,03мм, Условия приемки меха-
к9
низма по контакту будут выполнены, если размер Г1, превышает размер Г з не более чем на 0,063 мм или размер Г 3 превышает размер Г1 не более чем на 0,053 мм, т.е.
Г1тах - Г3т1п = 0,63 мм; ГГП - Г3тах = -0,53 мм.
Принимаем отклонения размеров ТГ1 =-0,°40 мм, ТГ3 =—(^0у23 мм.
Звено Г1 является замыкающим в размерной цепи
Г1 = БД = Б2 - Б1 - Б3,
а Г3 , в свою очередь, - замыкающим звеном в размерной цепи
Г3 = Кд= Кб - К7. (5)
Достижение регламентированного прилегания поверхностей М и Л при сборке по методу полной взаимозаменяемости возможно лишь в том случае, если размеры Б1,Б2,Б3,Кб и К7 будут выполнены с допусками ТБ1 = 0,02мм, ТБ2 = 0,033мм, ТБ3 = 0,02мм, ТК6 = 0,023мм, ТК7 = 0,02мм.
По результатам расчета можно сделать вывод, что выдерживание столь жестких допусков вызовет значительные затруднения и поэтому можно считать оправданным применение метода пригонки для обеспечения точности сборки узла.
Обычно пригонку производят, удаляя специально оставляемый компенсационный слой припуска с поверхности М шептала припиловкой, с контролем качества контакта плоскости М по копоти и выступа правого конца шептала по калибрам. Для механизации пригонки шептала целесообразно в станочной позиции создавать условия, имитирующие положение пригоняемого шептала в конструкторском узле. Реализация этого тезиса представлена в виде установочного станочного приспособления (рис. 3).
Шептало при установке с требуемой посадкой на палец 5 прижимается штифтом 3 пружинного зажима к опорной поверхности С клина 2. Ось направляющих втулок 4 и 6, в которых базируется палец, расположена относительно базовой поверхности Н приспособления на расстоянии 13,5±0,01 мм (размер, заданный чертежом механизма). В этом начальном положении шлифовальный круг подводится до касания с поверхностью М шептала (момент касания фиксируется по искре). Далее при возвратно-поступательных движениях стола подачу на врезание производят с помощью клино - винтового механизма приспособления. При этом правое плечо рычага - шептала поворачивается по часовой стрелке до тех пор, пока не
произойдет контакт выступа Д шептала с базовой поверхностью Н приспособления. Это положение соответствует окончанию обработки.
Таким образом, в процессе обработки - шлифования исключается необходимость осуществлять контроль съема металла с поверхности М. Требуемое для работы конкретного механизма положение исполнительных поверхностей М и Д обеспечивается автоматически.
Рис. 3. Конструкция установочного приспособления
В результате между плоскостями С и Н обеспечивается размер П2, равный отклонению положения выступа Д шептала, поступившего на сборку спускового механизма.
Определение максимально допустимых отклонений на размеры, определяющие положения элементов станочной установки, проводилось из условия обеспечения при сборке узла нормированного прилегания плоскостей Л и М. В качестве допустимых отклонений замыкающего звена Пд размерной цепи станочной установки были приняты значения:
ДвПд = Гтах - ГГ1 = Двг1 - Днг3 = 0,063 мм,
ДнПд = Гт1П - Гзтах = ДнА - ДвГ3 = -0,053 мм.
Д
(6) (7)
Проверка правильности назначенных по условию обеспечения регламентированного прилегания поверхностей Л и М норм точности на размерные параметры станочной установки осуществлялась по условию обеспечения, при сборке узла, предписанной величины выхода выступа Д плеча шептала относительно плоскостей Г крышки. При этом нами учитывались возможные колебания относительного положения выступа Д плеча шептала, вызываемые погрешностью формы сопрягаемых поверхностей деталей и контактными деформациями, имеющими место при приложении к шепталу статической нагрузки. Допуск замыкающего звена с учетом влияния перечисленных факторов определится из уравнения
ТАд = Ъ +ЪXТАф +1XдТАдк , (8)
где Ъ ХТА}, Ъ XjTAjф , Ъ XдТАдк - составляющие допуска замыкающего
звена, учитывающие соответственно допуски размеров механизма, погрешности формы сопрягаемых поверхностей и контактные деформации поверхностей, воспринимающих приложенную к шепталу статическую нагрузку.
Определение составляющих Ъ XjTAjф = ТАдф, Ъ XдТАдк = ТАдк
производилось на основе экспериментальных данных. Порядок проведения экспериментов и их результаты приведены ниже. Расчетный допуск ГАд = Ъ ^¿ТА;, являющийся составляющим допуска замыкающего звена механизма, определяется из уравнения
ГАд = ТАд- ТАдф - ТАдк. (9)
Базирование шептала производилось с помощью пальца 3, а его угловое положение определялось сопряжением плоскости М с плоскостью крышки Л (рис. 4).
Л 2 1 4 5
Рис. 4. Схема измерения положения точки Д шептала
Сопряжение пальца в отверстиях модели крышки осуществлялось по посадке Н9/И8, сопряжение шептала с пальцем - по такой же посадке Н9/И8. Поверхность Л модели крышки фрезеровалась, обработанная поверхность имела шероховатость Rz = 20 мкм. Шлифованная поверхность М рычага имела шероховатость Rz = 10 мкм.
Измерения проводились с помощью индикатора 4 с ценой деления шкалы 0,001 мм, закрепленного на стойке 5. Отклонения положения контрольной точки Д плеча шептала фиксировались в вертикальной плоскости. Для варьирования условий контакта поверхностей пальца с шепталом и корпусом, измерения отклонений положения контрольной точки Д проводились по следующей схеме:
а - измерение положения контрольной точки - совмещение отметки "0" шкалы со стрелкой индикатора;
б - поворот пальца на 90° - измерение; в - поворот пальца на 90° - измерение; г - поворот пальца на 90° - измерение;
д - сдвиг пальца в осевом направлении относительно шептала на 10 мм - измерение;
е - поворот пальца на 90° - измерение и т.д.
Измерение положения контрольной точки Д осуществлялось при приложении силы 5 Н, обеспечивающей беззазорный контакт сопрягаемых поверхностей. Сила, действующая на плечо шептала по направлению стрелки, создавалось с помощью пружины. Наблюдаемые значения случайной величины х^, которые определялись при изменении положений контрольной точки Д в десяти моделях, сведены в таблицу.
Анализ результатов измерения показывает, что несмотря на то, что каждая сборочная модель собиралась из одних и тех же деталей, наблюдалось изменение положения контрольных точек Д при измерении всех десяти моделей. Различие в положении контрольных точек может быть объяснено лишь тем, что, с изменением относительного положения цилиндрической поверхности пальца и поверхностей отверстия в крышке и шептале, их контакт происходил по разным точкам. В результате менялось относительное положение основных и вспомогательных баз.
Статистическая обработка результатов измерения, проведенная по методике, изложенной в работе [2], позволила определить среднее значение случайной величины х =0,84 мкм и ее среднеквадратическое отклонение S = 1,078 мкм. Для определения составляющей допуска замыкающего звена ТАдф следует найти его верхнее Дв^Аф и нижнее ДнАфф предельные
отклонения. Возможное рассеивание случайной величины определяем по уравнениям [3]
ДвАДф = х + А^ , (10)
ЛнАаф=х-А23. (11)
Для симметричного распределения по закону Гаусса
4= А2=А = -&г + 1уг], (12)
л/П- 1
где tqJc- параметр распределения Стьюдента; Г|- коэффициент распределения; /у - коэффициент; п - количество измерений.
Колебания положений контрольной точки Д в десяти моделях
№ опыта Изменение относительного положения поверхностей шептала и пальца :опря мкм □гаемых
0° 90° 180° 270° 10мм 90° 180° 270° 10мм 90° 180° 270° 10мм 90° 180° 270°
1 0 2 -1 0 2 -1 1 0 1 1 0 2 0 2 1 1
2 0 +1 0 +0 +1 2 2 0 -1 1 0 1 -1 0 0 -1
3 0 +2 +3 1 1 0 -1 0 1 0 1 0 2 2 1 0
4 0 -1 1 2 -1 2 1 2 0 1 2 0 1 -1 0 1
5 0 2 -1 2 1 1 0 2 1 -1 0 0 1 0 1 1
6 0 3 1 2 2 -1 0 1 1 1 2 0 3 2 1 3
7 0 1 0 1 2 2 3 0 2 1 -1 0 2 2 1 0
8 0 1 1 0 1 0 2 -1 2 1 0 1 2 3 1 0
9 0 1 2 0 1 2 1 2 -1 0 2 1 2 0 2 1
10 0 2 2 1 -1 1 0 0 1 2 1 1 2 3 0 2
Значения коэффициента /у подсчитаны и приведены в работе [3]. Составляющая допуска замыкающего звена, учитывающая погрешности формы сопрягающихся поверхностей, ТА^ф - А- А= 0,006 мм,
что составляет всего около 1,5 % от величины предписанного техническими условиями допуска на размер Лд. Небольшое влияние погрешностей форм и относительного положения сопрягаемых деталей на отклонения замыкающего размера объясняется малым количеством стыков (два), имеющих поверхности небольшой площади при высокой точности обработки.
На основании проведенного расчета можно сделать заключение, что в рычажных механизмах, типичным представителем которых является механизм, изображенный на рис. 1, при механизированной пригонке нет необходимости вносить поправки, учитывающие погрешности формы сопрягаемых поверхностей, вследствие незначительного их влияния на размер замыкающего звена.
Список литературы
1. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. 206 с.
2. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972. 216 с.
3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. М.: Машиностроение, 1981. 189 с.
I.V. Grigorov, A.S. Yamnikov
THE DIMENSIONAL ANALYSIS OF THE LEVER MECHANISM
The approach to the technological decision of a difficult iterative dimensional chain of lever mechanisms by imitation in is presented position of working conditions of the mechanism in a product design. It is shown that the given reception simplifies technology offitting works and creates preconditions for replacement of manual adjustment mechanized.
Key words: the mechanized adjustment, the dimensional chain, the lever mechanism.
Получено 20.12.11
УДК 621.7.57
И.В. Григоров, соискатель, (4872) 33-23-95, tms@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
СТАНОЧНАЯ ПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАЦЕПОВ ЗАТВОРА
Описана технология механизированной пригонки специфичного узла автоматики высокотемпного устройства. Показано, что применение принципа подобия станочной позиции собираемому механизму облегчает настройку режущего инструмента на размер обработки.
Ключевые слова: пригонка, сборка, механизация, позиция.
Качество машин, а, следовательно, их конкурентоспособность значительно зависят от качества сборки. Качество машин характеризуется системой показателей и регламентируется системой стандартов (ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ 23660-79, ГОСТ 14.203-83, РД 50-635-87). Одним из важнейших показателей качества, обеспечение которого зависит от технологии изготовления машины, является точность ее изготовления. На соответствие этого показателя служебному назначению машины следует обратить внимание в первую очередь.
Сборочные операции с ручными пригоночными работами трудоемки, так как требуемая точность выходных характеристик достигается в
130
