CC BY
41
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)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОЗВЕННОГО РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА
Приведено оригинальное технологическое решение сложной многозвенной размерной цепи рычажных механизмов путем моделирования в станочной позиции условий работы механизма в конструкции изделия. Показано, что данный прием сокращает вычислительные операции на рабочем месте, упрощает технологию пригоночных работ и создает предпосылки для замены ручной пригонки механизированной.
Ключевые слова: механизированная пригонка, размерная цепь, рычажный механизм, технологическая модель.
Многочисленные наблюдения процесса формирования точности выходных параметров собираемых автоматических машин при контроле по копоти полноты контакта поверхностей взаимодействующих деталей показали, что существует определённая закономерность: если расстояние между противолежащими точками на сопрягаемых поверхностях равно или меньше толщины слоя копоти, последняя при контроле облетает с поверхности. Таким образом, при полном облетании слоя копоти максимальная (для обеих сопрягаемых поверхностей) погрешность геометрической формы не должна превосходить его толщину. Если же одна из сопрягаемых поверхностей является геометрическим эталоном другой, то и в этом случае максимально возможное отклонение от правильной геометрической формы после подгонки её также должно быть равно максимальному слою копоти, который будет облетать при сопряжении этих поверхностей. Это расстояние можно рассматривать как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются отклонения формы и расположения сопрягаемых поверхностей. В данном случае допуск замыкающего звена - это максимально возможный слой копоти, который облетает при сопряжении поверхностей, удостоверяя тем самым удовлетворительное качество их контакта [1].
Для уточнения связи между толщиной копоти и её цветом был поставлен специальный эксперимент. Результаты эксперимента подтвердили известную из практики определённую связь между цветом копоти и её толщиной [2]. В таблице приведены значения толщины копоти в зависимости от её цвета. При проведении экспериментов установлено, что контролируемая поверхность просвечивается через слой копоти, если его толщина не превышает 0,010 мм. Производственные наблюдения показали, что нанесение тонких слоев копоти (0,001 ...0,010 мм) представляет определён-
ные трудности и требует, поэтому соответствующего навыка. Практически контроль пятна контакта производится по чёрной копоти. Естественно, точность контроля в этом случае снижается.
Зависимость толщины слоя копоти от её цвета
Цвет слоя копоти Толщина слоя копоти (мкм)
Серый 1...3
Светло-коричневый 4...5
Коричневый 6.8
Темно-коричневый 9.10
Черный, с коричневым отливом 11.13
Черный 14 и более
Проверка и достижение контакта по копоти обязательно должны сопровождаться соударением сопрягаемых поверхностей. При соударении контактирующих поверхностей копоть облетает с выступающих участков и остаётся в глубоких впадинах. Таким образом, соотношение светлых и тёмных пятен на испытуемых поверхностях свидетельствует о полноте контакта.
Сама по себе задача достижения контакта между двумя поверхностями как точностная задача может быть интерпретирована схемой размерной цепи, где замыкающим звеном является расстояние между точками двух сопряжённых поверхностей, измеренное по нормали к номинальной линии (поверхности) сопряжения. Составляющими же звеньями являются расстояния точек сопрягаемых реальных поверхностей от номинальной поверхности (линии) сопряжения. Следует заметить, что в частном случае номинальная поверхность (линия) сопряжения может быть в то же время и прилегающей.
В точностных задачах совокупность двух контактирующих поверхностей целесообразно представить в виде схемы размерной цепи, откуда могут быть выявлены требования к параметрам этих поверхностей.
В реальных конструкциях сопрягаемые детали ориентируются друг относительно друга внешними направляющими связями. Эти связи можно идеализировать, считая при этом, что имеет место вполне определённое базирование одной из сопрягаемых деталей относительно другой. В большинстве же случаев практически труд но, а подчас и невозможно, создать условия, обеспечивающие определённость базирования. В конкретных задачах неопределённость базирования в некоторой степени способствует обеспечению требуемого пятна контакта (в случае задания норм точности по пятну контакта при проверке по краске или копоти).
Рассмотрим случай сопряжения деталей в рычажном механизме, характерном для узлов автоматических машин (рис. 1). При рассмотрении
115
данной схемы считаем, что зазоры в шарнире и перекос последнего в плоскости, перпендикулярной чертежу, отсутствуют. При идеальном исполнении размеров и геометрических форм поверхностей деталей возможно их полное прилегание на заданной длине I под воздействием силы Р (рис. 1,а).
Рис. 1. Виды контакта в сопряжённых деталях рычажного механизма: а - контакт деталей с идеальными размерами; б - раскрытие стыка из-за неточности размеров; в - возможное уменьшение раскрытия стыка
При отклонении размеров от номинальных значений (рис. 1,б) происходит раскрытие стыка на угол у, величина которого определяется из уравнения размерной цепи А
А1 + А^зт у- А3соз у = 0. (1)
Ввиду малости угла g можно принять sin g = g и cos g = 1. Тогда
.. Аз - Al
Замыкающее звено Бд^, как это следует из схемы размерной цепи Б
Бде=7-Бь (3)
или с учётом (1)
БД;= ^ . , , (4)
где Ь = А4, I = Б1.
По равенству (4) могут быть определены при заданной длине участка контакта I предельные значения конструктивных размеров А1, А3 и Ь, при которых раскрытие стыка не превзойдёт допустимой для него величины Бде , т.е. толщины слоя копоти, обычно задаваемого для контроля качества контакта деталей автоматики стрелкового оружия.
На рис. 1,в показана схема взаимодействия тех же деталей с учётом наличия зазора 8, в шарнире и соответствующей взаимной их переориентации. В этом случае уравнение (1) принимает вид
8
А1 + —+ А4бш у-А3соб у = 0, (5)
где 8 - величина зазора в шарнирном сочленении деталей.
При тех же допущениях о малости угла раскрытия стыка будем
иметь
Л Л 8
Аз - А1
у:
2
А
(6)
4
Переориентация деталей, приведшая к одному из множества их возможных взаимных расположений, вызвала изменение величины угла раскрытия стыка, в данном случае, уменьшение. Из схемы механизма, а также из равенства (6), видно, что у - величина утла раскрытия стыка зависит от соотношения размеров, образующих рассматриваемую размерную цепь. Возможен и наружный кромочный контакт деталей Д1 и Д2 при
А1 + 82 . (7)
Аз <
. 2
Рассмотренные примеры размерных цепей определяют пути достижения требуемой полноты контакта как выходного параметра сборочного соединения за счёт регулирования точности взаимодействующих деталей.
О возможной трудоёмкости достижения точности выходных параметров этих размерных цепей можно судить на основании результатов расчёта [2]. Вследствие технологических трудностей при обеспечении высокой точности размеров приходится прибегать к использованию пригоночных работ, выполняемых, как правило, вручную.
Для устранения недостатков, присущих ручной компенсационной доработке деталей, разработаны способы станочного съёма компенсационного слоя [3,4]. Эти способы позволяют с помощью специальных станочных установок производить доработку компенсирующих деталей, обеспечивая при этом необходимую полноту контактных взаимодействий соприкасающихся поверхностей и точность других выходных параметров, характеризующих данное сборочное соединение.
Эти способы базируются на принципах реализации технологических моделей сборочных соединений, сущность которых заключается в воспроизведении положениями элементов станочной установки положении исполнительных и базовых поверхностей деталей сборочного соединения. Исполнительная (контактная) поверхность компенсирующей детали образуется пересечением последней с производящей поверхностью режущего инструмента, имитирующей соприкасающуюся поверхность другой детали. Базовая поверхность станочной установки имитирует измерительную поверхность сборочного соединения, определяющую величину второго выходного параметра. Разработаны установки для станочного съёма компенсационного слоя с компенсирующих деталей типа кулачков, рычагов и корпусов.
На рис. 2 приведена графическая иллюстрация сущности технологического моделирования сборочных соединений, точность выходных параметров которых достигается станочной доработкой компенсирующей детали.
Рассматривается случай, когда компенсирующая деталь имеет форму плоского рычага. Механизмы с рычагами, выполняющими функции компенсаторов, широко распространены в автоматических машинах.
На рис. 2, а показана конструкция механизма. Правое плечо рычага I согласно техническим требованиям должно иметь вылет заданной точности К относительно нижней торцовой плоскости корпуса 2, а левое плечо -одновременный плоскостной контакт с выступом в того же корпуса. Это положение обозначено на чертеже сплошным контуром. Изготовление рычага и корпуса по условию их взаимозаменяемости при сборке связано со значительными технологическими трудностями и поэтому прибегают к пригонке левого плеча рычага, являющегося компенсирующей деталью. С этой целью на нём оставлен компенсационный слой к. с. При наличии компенсационного слоя рычаг занимает положение, обозначенное на чертеже пунктиром, контрольный размер К имеет погрешность д , а левое плечо рычага - точечный контакт с выступом в корпуса. Из этого положения в ходе последовательных съёмов компенсационных слоев рычаг переводится в положение, удовлетворяющее заданным нормам точности вылета К правого плеча и полноты контакта левого плеча с выступом в корпуса.
Рис. 2. Технологическое моделирование размерных связей в сборочных соединениях
Технологическое моделирование сборочного соединения осуществлено следующим образом: размерные характеристики собранного механизма до и после съёма компенсационного слоя с компенсирующей детали - рычага - воспроизведены базовыми и настроечными размерами станочной установки, (рис. 2, б). От базовой плоскости основания 3 приспособления, имитирующей измерительную плоскость сборки, устанавливается выдвижная опора 4 на высоту А, равную погрешности размера К в механизме до съёма компенсационного слоя с левого плеча рычага 1.
На расстоянии А - К от базовой плоскости приспособления размещена ось стойки 5 с пальцем 6 для установки на нём рычага 1. При поджа-тии правого плеча рычага I к опоре 4 (пунктирное положение) до касания с верхней точкой левого плеча подводится режущий инструмент 7, производящая поверхность которого имитирует контактную поверхность выступа в корпуса. Производящая поверхность режущего инструмента отстоит от базовой плоскости приспособления на расстоянии В - К так же, как и контактная поверхность выступа в от контрольной плоскости в механизме. Так имитировано в станочной установке взаимное расположение деталей механизма до съёма компенсационного слоя.
После отвода инструмента при сохранении настроечного размера В - К убирается заподлицо основание опоры 4, и рычаг переводится в положение контакта правого плеча с базовой плоскостью приспособления. Поднимающееся левое плечо пересекает производящую поверхность. При включении подачи инструмента с рычага как с компенсатора удаляется компенсационный слой, размеры и форма которого обеспечивают получение в окончательно собранном механизме требуемой точности контрольного размера К и полноты контакта левого плеча рычага с корпусом. Эти результаты были получены имитацией в станочной установке взаимного расположения деталей в окончательно собранном механизме.
Рассмотренный приём исключает какие-либо явные расчётные операции по определению размеров компенсирующей детали в данном сборочном комплекте. Воспроизведение настроечными размерами контрольных и фактических размерных параметров собираемого механизма даёт те же результаты, которые были бы получены расчётным путем и последующей обработкой каждой детали. Основным достоинством способа является обеспечение высокой точности положения контактной поверхности компенсирующей детали, а, следовательно, и требуемой полноты контакта. Раскрытие стыка, определяющее полноту контакта, при использовании данного способа формируется в короткой размерной связи, в то время как при расчётном определении их составляющих число этих связей возрастает, а вместе с ними возрастает и общая погрешность результата. Изложенная методика технологического моделирования и способ её реализации при помощи станочных установок подтверждены практическим внедрением на одном из предприятий.
Список литературы
1. Маликов А.А., Мигай А.Ю., Ямников А.С. Технология сборки машин: учеб. пособие для вузов / под ред. А.А. Маликова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 127 с.
2. МР 32-82. Цепи размерные: Расчёт допусков с учётом условий контакта сопряжённых деталей /И. А. Коганов [и др.]. М.: ВНИИНМАШ,
1982.-61с.
3. Терёхин Н.А. Влияние параметров технологической оснастки на точность сборки при машинном удалении компенсационного слоя // Исследования в области технологии механической обработки и сборки. Тула,
1983. С. 10 - 17.
4. Технология машиностроения. Специальная часть: учебник /М.Н. Бобков [и др.]; под ред. А.А. Маликова и А.С. Ямникова. Тула:
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
