CC BY
51
УДК 621.81.004.1; 621.(075.8)
В.М. Грязев, бакалавр, (8472) 33-23-10, tms@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЫЯВЛЕНИЕ И РЕШЕНИЕ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ С УЧЁТОМ КОНТАКТНОЙ ПОДАТЛИВОСТИ В СТЫКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ
Представлена методика выявления и решения размерных цепей с учётом контактной податливости в стыковых поверхностях взаимодействующих деталей. Предложено в размерную цепь ввести специальные звенья, отражающие особенности контакта между телами с реальными поверхностями. Изменение введённых в размерную цепь "контактных" составляющих звеньев в процессе эксплуатации вследствие смятия вершин неровностей, наклёпа, а также износа поверхностных слоев, вызовет соответствующие изменения замыкающего размера, которые необходимо учитывать при определении его начальных и конечных значений и при расчётах долговечности машин.
Ключевые слова: копоть, пятно контакта, размерная цепь, реальные физические тела, допуски и отклонения размеров.
При проектировании машин возникает ряд размерных задач, заключающихся в определении относительного расположения отдельных деталей и их поверхностей, обеспечивающих заданные условия их функционирования [1-4]. Эти задачи решают с помощью расчётов размерных цепей [1,2,5,6]. Обычно границы между двумя звеньями конструкторской размерной цепи, принадлежащие разным деталям, принимаются в этих расчётах в виде геометрически правильных прототипов точек, линий, гладких поверхностей (рис. 1), т.е. характеристики рельефа контактирующих поверхностей сопрягаемых деталей не учитываются.
Рис. 1. Схема размерной цепи без учёта контакта сопрягаемых деталей
Рассматривая контакт между двумя звеньями размерной цепи, например, А1 и А2, как реальными физическими телами, имеющими ряд отклонений стыковых поверхностей от их идеального геометрического прототипа в виде погрешности положения, волнистости и шероховатости, следует ввести в размерную цепь новые звенья, отражающие особенности контакта между этими телами. Тогда рассмотренную выше размерную цепь можно представить, вводя в неё в качестве самостоятельных звеньев
Технологии и оборудование обработки металлов резанием
контактные зоны между звеньями А4у5) в виде, изображённом на
рис. 2.
42
Ч-
А,
\5
-ь -+
4
Рис. 2. Схема размерной цепи с учётом контакта сопрягаемых деталей
Обозначать эти "контактные11 звенья на схеме предлагается следующим образом: или .
Изменение введённых в размерную цепь "контактовых'1 составляющих звеньев в процессе эксплуатации вследствие смятия вершин неровностей, наклёпа, а также износа поверхностных слоев, вызовет соответствующие изменения замыкающего размера, которые необходимо учитывать при определении его начальных и конечных значений и при расчётах долговечности машин.
Для упрощения расчётов эти дополнительные звенья могут быть выделены в самостоятельные размерные цепи (дополнительные или контактные).
Для случая, изображенного на рис. 2 такая размерная цепь будет состоять из четырёх звеньев, рис. 3.
Рис. 3. Схема контактной размерной цепи, выделенной из размерной цепи на рис. 2
Очевидно, что в качестве "контактных" звеньев следует выделять не все контактные зоны между деталями, а только те из них, которые по данным испытаний, расчётам или предположениям могут оказывать существенное влияние на замыкающее звено. Дополнительные изменения замыкающего размера могут быть представлены в виде самостоятельного замыкающего "контактного" звена А1д , (см. рис. 3).
к
Величину замыкающего звена для размерной цепи с учётом контактных деформаций можно представить в виде:
Л1=ЛА+ЛАг. 141
где Ад - величина замыкающего звена размерной цепи без учёта условий контакта; Ад - величина замыкающего звена контактной размерной цепи,
учитывающая условия контактных деформаций при нагружении. В общем виде замыкающий размер равен:
т+п
АД = Х^Л; (2)
I =1
а его допуск
т+п
ТАд = Х^Щ (3)
;=1
Для контактной размерной цепи (см. рис 3)
т+п
Адк = Х (4)
З=1
и соответственно его допуск
т+п
Зк
т+п
ТАДк = Х ^ТАзк (5)
З=1
Можно представить допуск замыкающего звена контактной размерной цепи в виде
ТАДк =ДвАдк -ДнАдк (6)
а координату его середины
д 0 Ад к = °4д вАд к -д нАд к ] (7)
Координата середины допуска замыкающего звена размерной цепи, учитывающей контактную деформацию в момент нагружения:
д0 АЕ = д 0 Ад + д 0 Ад к (8)
Из данной зависимости вытекает, что координата середины поля допуска размерной цепи с учётом условий контакта получает дополнительное перемещение, учитывающее контактные сближения по отношению к координате середины поля допуска идеализированной размерной цепи. Величина этого перемещения определяется при расчёте значений составляющих звеньев контактной размерной цепи.
Данная постановка задачи относится к случаю, когда необходимо определить изменение конструктивного параметра в процессе нагружения. Однако при проектировании изделий возникает задача, когда необходимо обеспечить величину исходного звена после нагружения в пределах Ад.
Тогда составляющая допуска замыкающего звена Т'Ад, которую необходимо обеспечить перед нагружением размерных звеньев цепи, определяет-
ся как разность допусков ТАд и ТАд :
Т Ад = ТАд- Т Ад к (9)
а координата его середины
д0 Ад =д 0 Ад-дАд к (10)
Предельные отклонения замыкающего звена размерной цепи без учёта условий контакта до нагружения в этом случае равны:
Т А а
двАд=д 0 Ад + (11)
2
днАд=д 0 Ад — Цд (12)
Расчёт контактных размерных цепей в автоматических машинах сводится к определению контактных деформаций в стыках. О полноте контакта судят по площади отпечатка красящего слоя [2].
Необходимость нормирования контакта в автоматических машинах объясняется тем, что многие детали и стыки между ними в процессе работы автоматики подвергаются воздействию значительных динамических нагрузок. Это обстоятельство составляет отличительную особенность контактных процессов в автоматических машинах по сравнению с другими видами машиностроительных изделий. При проектировании автоматических машин конструктор, стараясь уменьшить величину изменения важного для функционирования точностного параметра сборки, устанавливает, как правило, на основе накопленного опыта, нормы контакта стыковых поверхностей. На стадии изготовления опытных образцов и их испытаний уточняются точностные нормы исходного и составляющих звеньев, образующих контактные сопряжения, с последующей корректировкой конструкторской документации.
Учёт контактной податливости поверхностей при назначении их норм точности расширяет область применения расчётов размерных цепей, выполняемых на стадии проектирования изделий. Выбор рациональных значений исходных параметров на основе расчётов с учётом податливости стыковых поверхностей позволит сократить сроки разработки и производственного освоения изделий за счёт сокращения периода экспериментально-отладочных работ.
Список литературы
1. Грязев В.М., Ямников А.С. Размерные цепи с нормированным контактом поверхностей /«Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», №6-3 (290) 2011. С. 12-17.
2. Васильев А.С., Грязев В.М., Ямников А.С. Функционально связанные сборочные размерные цепи, обеспечивающие нормированный контакт поверхностей./ Сборка в машиностроении, приборостроении. Издательство «Машиностроение», № 5, 2012. С.36-40.
3. Грязев В.М. Аналитическое определение величины контактного сближения плоских стыковых поверхностей / Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. №8. С. 3-10.
4. Васильев А.С., Грязев В.М. Определение характеристик поверхностного слоя деталей, обработанных различными способами /«Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», №2-5 (292) 2012. С. 3-6.
5. РД 50-635-87. Методические указания. Цепи размерные. Основные понятия. Методы расчета линейных и угловых цепей. ОКС 01.100; 25.020. Взамен ГОСТ 19415-74, ГОСТ 19416-74, ГОСТ 16320-80, ГОСТ 16319-80, Введен с 01.07.1988. 45 с.
6. Грязев В.М., Ямников А.С. Обеспечение точности размерных цепей обработкой по сопряженной детали. «Вопросы науки и практики»: материалы МНТК. Ч. 1. (16 января 2012 г.). Новосибирск: Изд. «Экор - книга», 2012. С.16-22.
V.M. Gryazev
IDENTIFICATION AND THE SOLUTION OF DIMENSIONAL CHAINS TAKING INTO ACCOUNT THE CONTACT PLIABILITY IN BUTT SURFACES OF COOPERATING DETAILS
The technique of identification and the solution of dimensional chains taking into account a contact pliability in butt surfaces of cooperating details is presented. It is offered to enter the special links reflecting features of contact between bodies with real surfaces into a dimensional chain. Change of the "contact" components of links entered into a dimensional chain in use owing to a smyatiya of tops of roughnesses, a peening, and also wear of blankets, will cause corresponding changes of the closing size which are necessary for considering at determination of its initial and final values and at calculations of durability of cars.
Key words: soot, contact spot, dimensional chain, real physical bodies, admissions and deviations of the sizes.
Получено 20.11.12
