Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса, цель и задачи исследований
1.1. Анализ существующих методов расчета размерных цепей 7
1.2. Анализ существующих методов простановки размеров в чертежах деталей машин 23
1.3. Конструкторские и технологические требования к простановке размеров 28
1.4. Анализ размерных связей в действующей технической документации на примере деталей газонефтяного машиностроения 36
1.5. Цель и задачи исследований 55
ГЛАВА II. Разработка методики построения пространственных размерных цепей
2.1. Выявление поверхностей деталей изделия, участвующих в формировании точности его геометрических параметров 59
2.2. Методика построения прямоугольных декартовых систем координат на комплектах баз деталей машин 64
2.3. Разработка единого подхода к выявлению размерных связей, определяющих относительное расположение в пространстве комплектов баз деталей 77
Выводы 91
ГЛАВА III. Исследования механизм формирования величин размерных параметров замыкакщего звена пространственной размерной цепи
3.1. Анализ разновидностей пространственных размерных цепей, выявление факторов, влияющих на точность замыкающего звена 95
3.2. Установление аналитических зависимостей, описывающих взаимосвязи между величинами составляющих и замыкающих размерных параметров пространственной цепи
3.3. Методика проведения исследований механизма формирования точности замыкающего звена пространственной размерной цепи Ю4
3.4. Аналитические исследования механизма формирования точности замыкающего звена 108
3.5. Экспериментальные исследования пространственных размерных цепей на ЭВМ 127
Выводы 143
ГЛАВА ІУ. Разработка мероприятий по рациональной простановке размеров в чертежах и установлению норм точности наних
4.1. Разработка методики простановки размеров в чертежах деталей машин 147
4.1.1. Классификация размеров, проставляемых в чертежах в соответствии с функциями, выполняемыми поверхностями деталей 148
4.1.2. Угловая координация комплектов баз, занимающих частное положение в пространстве. 150
4.1.3. Выявление размеров между поверхностями внутри комплектов баз 159
4.1.4. Простановка размеров, определяющих доложение рабочих поверхностей деталей . X7I
4.1.5. Выявление размерных связей, относящихся к связующим поверхностям деталей 176
4.1.6. Выявление технологических размерных связей 180
4.2. Разработка методики расчета пространственных размерных цепей по методу полной взаимозаме няемости 183
ВЫЕОДЫ 192
Глава V. Внедрение результатов работы
5.1. Разработка рекомендаций по изменению системы размерных параметров Е чертежах деталей буро вого трехшаротечного долота 193
5.2. Разработка рекомендаций по простановке размеров в чертежах деталей сгрыйского завода "Металлист" 212
5.3. Расчет экономической эффективности от внедрения результатов работы 224
Выводы 232
Общие выводы 233
Список литературы 234
- Анализ существующих методов простановки размеров в чертежах деталей машин
- Методика построения прямоугольных декартовых систем координат на комплектах баз деталей машин
- Установление аналитических зависимостей, описывающих взаимосвязи между величинами составляющих и замыкающих размерных параметров пространственной цепи
- Классификация размеров, проставляемых в чертежах в соответствии с функциями, выполняемыми поверхностями деталей
Введение к работе
Намеченное ХХУІ съездом КПСС повышение надежности и долговечности машиностроительной продукции предусматривает существенное повышение ее качества.
Одним из наиболее важных показателей качества является точность, которая, в сбою очередь, во многом зависит от того, насколько правильно назначены и обеспечены в процессе изготовления изделий допуски на размерные параметры их деталей [7,10,16,17,18,20,39,45,76,72,81] .
Для решения данной задачи в настоящее время широко используется аппарат размерных цепей. Однако, названный аппарат имеет ряд недостатков, причиной которых является отсутствие учета пространственное ти характера процесса образования погрешности изделия. В результате допуски на линейные и угловые размеры деталей устанавливаются на основе разобщенного расчета линейных и угловых размерных цепей. Это неизбежно вызывает либо необоснованно жесткие требования к точности изготовления деталей изделия, либо неудовлетворительную точность его выходных геометрических параметров.
Кроме того, существенным недостатком, вызывающим снижение точности изделий является несовершенство методов простановки размеров в их чертежах, что чаото предполагает накопление погрешностей на выходных геометрических параметрах вследствие появления производных размерных цепей изделий. Этому вопросу посвящены работы Пузановой В.П., Брук СИ., Гончарова Г.И. и других ученых. Однако, общим недостатком существующих методов простановки размеров является отсутствие учета служебного назначения поверхностей деталей.
Учитывая вышеизложенное, в настоящей работе, с целью повышения точности выходных геометрических параметров изделий, впервые проведены исследования механизма их пространственного формирования. В результате разработан единый подход к выявлению и построению их пространственных размерных цепей, дано математическое описание процесса формирования точности параметров замыкающих звеньев последних.
На основе пр об еденных исследований разработана методика простановки размеров в чертежах, позволяющая учитывать служебное назначение поверхностей деталей, а также методика расчета пространственных размерных цепей по методу полной взаимозаменяемости. Главной особенностью предложенной методики расчета является возможность согласованного установления допусков на линейные и угловые размерные параметры деталей изделий, оказывающих совокупное влияние на точность их выходных геометрических параметров.
Анализ существующих методов простановки размеров в чертежах деталей машин
Известно [I] , что каждая машина создается для удовлетворения определенных потребностей человека, которое находит отражение в служебном назначении машины. Для того, чтобы выпускаемая машина правильно выполняла свое служебное назначение, раньше чем приступить к ее созданию, необходимо его выявить и четко сформулировать. Под служебным назначением машины [I] понимается максимально уточненная и четко сформулированная задача, для решения которой предназначена машина. Известно [82D , что каждая ошибка, допущенная при выявлении и уточнении служебного назначения машины, а также ее механизмов, не только приводит к созданию недостаточно качественной машины, но и вызывает лишние затраты труда на ее изготовление и эксплуатацию, а также удлинение сроков ее освоения. Нередко недостаточно глубокое изучение и выявление служебного назначения машины порождает излишне жесткие, экономически неоправданные требования к точности и другим показателям качества машины.
В процессе конструирования машины исходят из того, что каждая машина, как и отдельные ее механизмы и детали, выполняют свое служебное назначение при помощи ряда поверхностей или ряда их сочетаний, принадлежащих деталям машины. Такие поверхности или их сочетания называют "рабочими" поверхностями машины или ее механизмов [4І . После того как выявлено и четко сформулировано служебное назначение машины, выбирают рабочие поверхности или заменяющие их сочетания поверхностей надлежащей формы. Затем выбирается закон относительного движения рабочих поверхностей, обеспечивающий выполнение машиной ее служебного назначения, разрабатывается кинематическая схема машины и всех составляющих ее механизмов.
На следующем этапе рассчитываются силы, действующие на рабочих поверхностях машины, и характер их действия. Используя эти данные, рассчитывают величину и характер сил, действующих на каждом из звеньев кинематических цепей машины и ее механизмов с учетом действия сил сопротивления.
Зная служебное назначение каждого звена кинематических цепей машины или ее механизмов, закон движения, характер, величину действующих на него сил и ряд других факторов, выбирают материал для каждого звена. Путем расчета определяют основные конструктивные формы, т.е. превращают их в детали машин.
Для того, чгрбы детали, несущие рабочие поверхности машины и ее механизмов, а также и все другие, выполняющие функции звеньев ее кинематических цепей, двигались в соответствии с требуемым законом их относительного движения и занимали относительно других требуемое положение, их соединяют при помощи различного рода других деталей в виде корпусов, станин, коробок, кронштейнов и т.д.
Из изложенной выше приближенной схемы разработки конструкции машины видно, что конструктивные формы каждой детали машины и ее механизмов создаются исходя из служебного назначения в последней, посредством ограничения необходимого количества выбранного материала различными поверхностями и их сочетаниями. Однако, мало выбрать поверхности, предназначенные для получения требуемых конструктивных форм детали, надо еще чтобы все поверхности заняли определенное служебным назначением относительное расположение в пространстве. Известно, что относительное положение поверхностей деталей определяется величинами расстояний и поворотов, которые в свою очередь задаются в их рабочих чертежах с помощью соответствующих размеров. В соответствии с этим, для правильной простановки размеров в чертежах деталей машин необходимо иметь четкое представление о функциях, выполняемых поверхностями последних в данной машине.
В ряде литературных источников Сі,3,4,27,28,66"] приводится классификация поверхностей деталей машин в соответствии о выполняемыми ими функциями. Действительно, если провести анализ функций, которые могут выполнять поверхности деталей, их можно разделить на четыре основные группы.
Как было отмечено выше, с помощью поверхностей первого вида, называемых "рабочими",машина или ее механизмы выполняют свое служебное назначение. При помощи второго вида поверхностей определяется положение детали относительно других деталей в машине, на которые она монтируется. Их принято называть основными базами детали. Третий вид составляют поверхности, при помощи которых определяется положение всех других деталей, присоединяемых к данной, относительно ее основных баз, а тем самым и относительно других деталей машины или ее механизмов, а также относительное расположение данных деталей между собой. Этот вид поверхностей принято называть вспомогательными базами. Четвертый вид составляют все оставшиеся поверхности, помогающие вместе с рассмотренными придать детали конструктивные формы, габариты, жесткость и другие необходимые качества, обусловленные служебным назначением ее, и, прежде всего, обеспечить определенное относительное расположение в пространстве всем выше перечисленным поверхностям. Этот вид поверхностей характерен отсутствием сопряжения с поверхностями других деталей в машине при ее работе и получил название "связующих" [4] поверхностей.
Методика построения прямоугольных декартовых систем координат на комплектах баз деталей машин
Корпус редуктора Аналогичному анализу был подвергнут корпус редуктора (рис. I.I2, I.I3). Его служебным назначением является придание точного относительного положения деталям редуктора. В первую очередь деталям, принимающим непосредственное участие в выполнении редуктором своего служебного назначения. Такими деталями в редукторе являются ведущий и ведомый валы, несущие на себе исполнительные поверхности (поверхности зубчатых колес).
На рис. I.I2 изображен корпус, где показаны его основные поверхности. Для базирования редуктора ЕО время работы служат поверхности К, М, Л (рис. I.I2) и следовательно являются элементами комплекта ОСНОЕНЫХ баз В I.
Поверхности Д, Е, Г образуют комплект вспомогательных баз (комплект № 2), служащий для присоединения к корпусу ведущего вала редуктора.
Поверхности, А, Н, Б, I служат для присоединения к корпусу редуктора ведомого вала и, следовательно, являются элементами комплекта вспомогательных баз $ 3 (таблица 1.2).
Поверхности 3, К, П являются элементами комплекта вспомогательных баз № 4 и служат для присоединения крышки подшипника.
Поверхности Р, С, Т предназначены для присоединения крышки (рис. I.I3) и следовательно являются комплектом вспомогательных баз В 5.
Поверхности У, Ф являются комплектом вспомогательных баз В 6 (таблица 1.2) и служат для базирования масляного щупа.
В соответствии со служебным назначением комплектов баз была выявлена схема, в соответствии с которой они должны быть ориентированы между собой (рис. I.I4). Так, при работе редуктора его ведущий вал должен быть точно ориентирован относительно вала двигателя или какого-либо другого механизма, приводящего в движение ведущий вал редуктора.
Для этого необходимо точно ориентировать комплект вспомогательных баз J 2, который служит для базирования ведущего вала, относительно комплекта ОСНОЕНЫХ баз Ш I, с помощью которого сам редуктор принимает определенное относительное положение.
Для правильного зацепления зубчатых колес необходимо точно ориентировать между собой ведущий и ведомый вал редуктора. С этой целью необходимо точно ориентировать между собой комплекты вспомогательных баз № 2 и № 3, которые служат для базирования этих валов.
Комплект вспомогательных баз Л 4 согласно своему служебному назначению предназначен для базирования крышки подшипника, которая должна быть ориентирована относительно поверхности Ж, принадлежащей комплекту вспомогательных баз J! 3. Следовательно, он должен быть ориентирован относительно комплекта В 3.
Комплект вспомогательных баз J 5 служит для присоединения крышки, которая должна быть ориентирована относительно зубчатой пары редуктора. Для этого комплект вспомогательных баз № 5 должен быть ориентирован относительно комплекта вспомогательных баз Л 2.
На рисунках I.I5 и I.I6 представлены размерные связи, определяющие относительное расположение поверхностей корпуса редуктора, которые имеются в имеющейся технической документации.
Видно, что существующая простановка размерных СЕЯЗЄЙ имеет ряд недостатков. Так, например, совокупность поверхностей, составляющих комплект вспомогательных баз # 2 (поверхности Д, Е, Г) координируются тремя размерами - fl{ , В л и // (угол определен техническим условием).
Недостатком в данном случае является то, что:
1) отсутствует размер, определяющий положение комплекта % 2 в направлении перпендикулярном плоскости чертежа;
2) отсутствует параметр, определяющий угловое расположение комплекта Л 2 в плоскости, проходящей через ось отверстия Е перпендикулярно плоскости чертежа;
3) отсутствует параметр, определяющий угловое расположение комплекта В 2 в плоскости перпендикулярной плоскости чертежа и оси отверстия Е.
Положение комплекта вспомогательных баз Ш 3 определено в технической документации лишь двумя размерами - % и & (рис. I.I5). Причем с помощью первого размера определяется положение данного комплекта баз относительно комплекта основных баз Ш I, а не относительно комплекта вспомогательных баз Ш 3, как это предусмотрено его служебным назначением. Остальные размеры, необходимые для определения положения данного комплекта баз, не проставлены, видимо, по той причине, что он находится в плоскости чертежа.
Установление аналитических зависимостей, описывающих взаимосвязи между величинами составляющих и замыкающих размерных параметров пространственной цепи
Прежде чем переходить непосредственно к анализу разновидностей пространственных размерных цепей, необходимо четко сформулировать ряд определений, относящихся к теории таких цепей.
Так, под пространственной размерной цепью будем понимать замкнутый контур, состоящий из совокупности радиусов-векторов, соединяющих между собой начала прямоугольных декартовых систем координат, построенных на комплектах баз деталей изделия, непосредственно принимающих участие в формировании точности его выходных геометрических параметров.
Звеном пространственной размерной цепи будем называть в общем случае совокупность шести независимых размерных параметров, определяющих пространственное расположение одной из систем координат, построенной на комплекте баз детали, относительно другой, включающей в себя три линейных и три угловых параметра.
Исходным или замыкающим звеном будем называть совокупность размерных параметров непосредственно связывающих различные элементы деталей машины, точность расположения которых требуется обеспечить. Исходное звено - звено, с которого непосредственно начинается построение размерной цепи, при помощи которой решается поставленная задача. Замыкающее звено - ЗЕЄНО, последним включенное при построении размерной цепи, соединяющее различные элементы детали, положение которых требуется обеспечить или измерить.
Составляющим звеном пространственной размерной цепи условимся считать ЗЕЄНО, изменение величин параметров которого оказывает влияние на величину исходного или замыкающего звена. Составляющими являются все ЗЕЄНЬЯ, исклвдая исходное или замыкающее.
Увеличивающий или уменьшающий параметр составляющего звена-- параметр, с увеличением которого соответственно увеличиваются или уменьшаются величины параметров замыкающего звена.
Компенсирующее звено пространс ГЕенной цепи - ЗЕЄНО, в результате изменения параметров которого поглощается излишняя, против допустимой, величина отклонения параметров замыкающего звена.
Общее звено - ЗЕЄНО, одновременно принадлежащее нескольким цепям.
Параллельно связанные размерные цепи - несколько размерных цепей, имеющих одно или несколько общих звеньев.
Последовательно связанные размерные цепи - несколько размерных цепей, из которых каждая последующая имеет одну общую базу с предыдущей.
Комбинированные размерные цепи - несколько размерных цепей, имеющих одновременно параллельный и последовательный ЕИД СЕЯЗЄЙ.
Анализ многочисленных конструкций машин показал, что Е соответствии со своим служебным назначением комплекты баз, входящих в нее деталей, могут быть ориентированы таким образом, что образуют пространственную размерную цепь, имеющую одну ветвь (рис. 3.1,а), в которой положение каждой последующей системы координат определено относительно предыдущей, от системы а до 2з Замыкающим звеном такой цепи будет совокупность размерных параметров, определяющих положение системы 21з относительно системы 2о
Довольно частыми являются случаи, когда в соответствии со своим служебным назначением комплекты баз могут быть ориентированы таким образом, что образуют прос транс ТЕ енные размерные цепи, имеющие две ветви (рис. 3.1,6). Замыкающим звеном такой размерной цепи будут являться размерные параметры, определяющие относительное расположение последних систем координат двух вет ЕЄЙ.
Например, Е буровом трехшаротечном долоте одним из геометрических параметров является его диаметр, образуемый гремя калибрующими точками, расположенными на соответствующих шарошках. Ввиду того, что долото собирается из трех секций, состоящих,в свою очередь, из лапы с базируемой на ней шарошкой, положение шарошки, а следовательно, и калибрующей точки в каждой секции определено относительно ОСНОЕНЫХ баз лапы, предназначенных для базирования секции в долоте. Таким образом, относительное положение двух калибрующих точек определяется двумя ветвями пространственной размерной цепи (рис. 3.2).
Анализ многочисленных конструкций машин показал, что для правильного выполнения ими возложенных на них функций необходимо обеспечить определенное расположение в пространстве различных элементов ее деталей, к которым относятся: точки, отрезки прямых линий, плоскости, комплекты баз. Перечисленные элементы деталей могут образовывать на замыкающем звене различные сочетания, основные из которых приведены в таблице 2.1.
Классификация размеров, проставляемых в чертежах в соответствии с функциями, выполняемыми поверхностями деталей
Анализ функций, выполняемых различными поверхностями дета-лей машин позволил разделить все размеры, проставляемые в рабочих чертежах, на три основные группы, приведенные на рис. 4.1. К первой из них следует отнести размеры, принадлежащие комплектам баз деталей. В эту группу входят размеры, необходимые для определения пространственного положения комплектов баз детали, размеры, определяющие точность относительного расположения поверхностей внутри каждого комплекта, а также размеры, определяющие габариты каждой указанной поверхности. Ко второй группе относятся размеры, принадлежащие рабочим поверхностям деталей. В данную группу входят размеры, определяющие пространственное положение рабочих поверхностей относительно комплекта баз детали. В том случае, если свое служебное назначение машина выполняет с помощью совокупности поверхностей какой-либо детали, в рассматриваемую группу размеров войдут размеры, необходимые для определения точности их относительного расположения. Кроме того, в данную группу войдут размеры, определяющие габариты рабочих поверхностей, а также размеры, характеризующие имеющиеся особенности их геометрических форм. В третью группу размеров вошли размеры, принадлежащие связующим поверхностям деталей. Аналогично двум предыдущим группам в нее входят размеры, определяющие относительное пространственное расположение данных поверхностей деталей, размеры, определяющие относительное положение связующих поверхностей, входящих в группу таких поверхностей и выполняющих одно служебное назначение, а также размеры, характеризующие, габариты и форму названных поверхностей.
Разработка методики простановки.размеров осуществлялась в соответствии с приведенной выше классификацией поверхностей деталей машин. Следует отметить при этом тог факт, что изложенная во второй главе методика выявления составляющих звеньев пространственных размерных цепей машин вполне может быть использована в процессе простановки размеров, характеризующих относительное пространственное расположение комплектов баз. С этой целью при простановке указанных размерных параметров на чертежах деталей могут быть использованы те же основные приемы, присущие каждому виду комплектов баз, выделенных во второй главе. Поэтому, с тем чтобы избежать повторений, рассмотрим лишь частные случаи простановки размеров, координирующих между собой комплекты баз, связанные с рядом особенностей их относительного пространственного расположения.
Анализ литературных данных [11,15,36,37] , а также многочисленной технической документации на изделия, выпускаемые различными предприятиями машиностроения показал, что поверхности комплектов баз деталей могут занимать самое разнообразное относительное расположение в пространстве в силу выполняемых ими функций. Разумеется, что указанное разнообразие накладывает определенные требования на простановку размерных СЕЯЗЄЙ, определяющих относительное расположение комплектов баз на рабочем чертеже детали.
Проведенный анализ позволил выделить несколько частных случаев относительного расположения в пространстве комплектов баз, характерных для деталей машиностроения. Лредполоким, что направляющие и установочные базы двух комплектов баз соответственно параллельны друг другу (рис.4.2).
Как показал проведенный анализ, данный случай относительного расположения в пространстве двух комплектов баз является наиболее распространенным. Для координации относительного расположения таких комплектов баз на рабочем чертеже детали необходимо дать три ее вида в направлениях, перпендикулярных соответственно установочной и направляющей базам данных комплектов (соответственно ЕИД к и Б, рис. 4.2), а также в направлении осей "У", являющихся осями пересечения соответственно двух перечисленных базовых поверхностей (вид В).
Так, например, предположим, что деталь I (рис. 4.3,а) имеет два полных комплекта вспомогательных баз "А" и "Б", предназначенных для базирования деталей 2 и 3, которые по условиям сборки должны занимать вполне определенное относительное угловое расположение.
Виды, необходимые для их относительной координации на рабочем чертеже детали, показаны на рис, 4.3,6. Следует отметить гот факт, что в подавляющем большинстве случаев перечисленные выше виды и сечения комплектов баз давать не приходится, поскольку поверхности интересующих комплектов баз ооЕпадают с плоскостями проекций чертежа. Характерными для координации углового расположения таких комплектов баз является то, что на рабочих чертежах проставляются отклонения углового расположения при номинальных значениях этих углов рагных нулю.
