Метод групповой взаимозаменяемости

Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые они предварительно рассортированы.

При применении метода групповой взаимозаменяемости поле допуска T_Δ замыкающего звена, заданное условиями задачи, увеличивается в целое число n раз. Расширенное поле допуска, часто называемое производственным допуском, , используют для ограничения отклонений составляющих звеньев размерной цепи. Детали, изготовленные по более широким допускам, в сравнении с методами полной или неполной взаимозаменяемости, сортируют на п групп. Изделия собирают из деталей, принадлежащих соответственным группам, что обеспечивает точность изделий в пределах заданного поля допуска T_Δ и полную взаимозаменяемость деталей в границах каждой группы. При реализации метода необходимо соблюдать два условия:

1. сумма полей допусков увеличивающих составляющих звеньев должна быть равна сумме полей допусков уменьшающих звеньев:

2. идентичность формы и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков.

Непременность соблюдения первого условия можно пояснить на примере трехзвенной размерной цепи (рис.10).

Рисунок 10 – Трехзвенная размерная цепь

На рис. 10, изображена размерная цепь А, определяющая зазор А_Δ между валом и отверстием во втулке, :

Поле допуска замыкающего звена увеличено в n раз. В соответствии с ним установлены производственные поля допусков и составляющих звеньев. Согласно требованию .

Каждое из полей допусков и разделено на n интервалов (рис. 11, а) так, что

Таким образом, соединение деталей, взятых из соответствующих групп, обеспечит соблюдение поля допуска точно так же, как и при методе полной взаимозаменяемости.

а)

б)

Рисунок 11 – Достижение точности методом групповой взаимозаменяемости при соблюдении первого условия (а) и его нарушении (б)

Координата середины поля допуска замыкающего звена для первых интервалов:

для вторых интервалов:

Поскольку , то .

Для последующих интервалов полей допусков, и координата середины поля допуска замыкающего звена будет оставаться неизменной:

Другими словами, при соединении деталей, взятых из соответствующих групп, отклонения замыкающего звена A_Δ будут находиться в пределах допуска, определяемого заданными значениями и .

Этого не произойдет, если требование будет нарушено и (рис.11, б), но при этом соблюсти равенство .

В этом случае отклонения замыкающего звена A_Δ, как и прежде, будут находиться в пределах , так как

Однако среднее значение замыкающего звена изделий не будет оставаться постоянным при сборке их из деталей, взятых из разных соответствующих групп. Причиной тому будет изменение координаты середины поля допуска замыкающего звена с изменением номера сочетаемых интервалов и .

Так, для второго интервала

так как .

Разница в значениях координат середин полей допусков по отношению к первому интервалу будет возрастать по мере увеличения номера интервала.

Экономично использовать метод групповой взаимозаменяемости для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования.

Возможность значительного расширения полей допусков составляющих звеньев и доведение их до экономически достижимых значений делает этот метод в ряде случаев единственно приемлемым для производства высокоточных изделий (отдельных видов подшипников, соединений пальцев и поршней двигателей и т.п.).

При определении экономической эффективности данного метода необходимо учитывать дополнительные расходы, необходимые для точного измерения и сортировки деталей на группы, четкой организации хранения и доставки рассортированных деталей на сборку, исключения путаницы деталей при сборке. Организационные трудности и расходы возрастают с увеличением числа звеньев в размерных цепях и групп сортируемых деталей. Этим и объясняется ограничение области применения метода для малозвенных размерных цепей и стремление иметь число n возможно меньшим.

При достижении точности замыкающего звена методом групповой взаимозаменяемости необходимо соблюдать еще некоторые условия.

Первым из них являются требования к точности формы и относительного поворота поверхностей деталей, соответствующие не производственным (расширенным) допускам на размеры, а групповым допускам, т.е. . Объясняется это тем, что точность замыкающего звена при методе групповой взаимозаменяемости характеризуется полем допуска T_Δ, а не . Ему и должно соответствовать ограничение допусками отклонений формы и относительного поворота поверхностей деталей, образующих составляющие звенья размерной цепи.

Вторым требованием, во многом определяющим экономичность метода групповой взаимозаменяемости, является идентичность формы, и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков. Только при соблюдении этого условия будет обеспечиваться комплектность изделий (рис.12 а), не будет избытка одних и нехватки других деталей в группах, т.е. случая, показанного на рис. 12, б.

Это требование создает дополнительные трудности для изготовителей деталей, которые должны не только соблюдать допуски, но и управлять законами распределения отклонений выдерживаемых размеров.

а)

б)

Рисунок 12 – Влияние формы и положения кривых рассеяния на собираемость изделий

Метод пригонки

Сущность метода пригонки заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с него определенного слоя материала.

При достижении точности замыкающего звена методом пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают целесообразно достижимые (экономичные) в данных производственных условиях допуски:

Значения полей допусков, установленные вне связи с заданным значением T_Δ поля пуска замыкающего звена, могут привести к тому, что отклонения замыкающего звена будут выходить за его пределы, т.е.

Избыток погрешности на замыкающем звене, наибольшее значение которого называют наибольшей расчетной компенсацией , должен быть удален из размерной цепи путем изменения значения заранее выбранного компенсирующего звена.

При выборе в размерной цепи компенсатора руководствуются следующими соображениями.

В качестве компенсатора выбирают деталь, изменение размера (являющегося одним из составляющих звеньев) которой при дополнительной обработке требует наименьших затрат.

Недопустимо в качестве компенсатора выбирать деталь, размер которой является общим составляющим звеном параллельно связанных размерных цепей. Нарушение этого условия приводит к возникновению погрешности, «блуждающей» из одной размерной цепи в другую.

Произвольное назначение координат середин полей допусков составляющих звеньев может привести к тому, что у компенсатора не окажется нужного запаса материала для пригонки. Для того чтобы обеспечить на компенсаторе минимально необходимый слой материала (припуск) для пригонки, и в то же время достаточный для устранения максимального отклонения замыкающего звена, в координату середины поля допуска компенсирующего звена необходимо ввести поправку Δ_k.

Пусть в трехзвенной размерной цепи A (рис.13) требуемая точность замыкающего звена характеризуется величинами и ; и - поля допусков составляющих звеньев, экономически целесообразные для данных производственных условий; и – координаты середин полей допусков.

Рисунок 13 – Схема определения поправки Δk

При этих допусках отклонения замыкающего звена A_Δ возможны в пределах при координате середины поля допуска . Наибольшее возможное отклонение A_Δ отстоит от верхней границы на величину Δ_k , значение которой может быть определено следующим путем:

Отсюда

Основным преимуществом метода пригонки является возможность изготовления деталей с экономичными допусками. Методом пригонки может быть обеспечена высокая точность замыкающего звена. Однако пригоночные работы в основном выполняются вручную и требуют высококвалифицированных рабочих.

Метод регулирования

Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора.

Принципиально в своей сущности метод регулирования аналогичен методу пригонки. Различие между ними заключается в способе изменения размера компенсирующего звена.

Различают регулирование с помощью подвижного и неподвижного компенсатора.

Достижение точности зазора A_Δ с применением подвижного компенсатора представлено на рис.14, а, а с применением неподвижного компенсатора на рис.14, б.

а)	б)
а – с применением подвижного компенсатора; б – с применением неподвижного компенсатора Рисунок 14 – Достижение точности зазора АΔ

Допуски при методе регулирования назначают так же, как при методе пригонки: устанавливают экономически приемлемые для данных производственных условий поля допусков и координаты их середин .

При применении подвижного компенсатора определяют , которое учитывают при разработке конструкции подвижного компенсатора и определении его разрешающей способности.

При применении неподвижного компенсатора приходится считаться с тем, что неподвижный компенсатор не в состоянии скомпенсировать собственное отклонение. Поэтому

где m-2 означает, что при суммировании значения и компенсатора не учтены.

Следовательно, .

Далее необходимо определить число ступеней компенсаторов и их размеры.

где – поле допуска, ограничивающее отклонения размера компенсатора.

Для метода регулирования характерны следующие преимущества.

Возможно достижение любой степени точности замыкающего звена при целесообразных допусках на все составляющие звенья.

Не требуется больших затрат времени на выполнение регулировочных работ, которые могут быть выполнены рабочими невысокой квалификации.

Не создается сложностей при нормировании и организации сборочных работ.

Обеспечивает машинам и механизмам возможность периодически или непрерывно и автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена, теряемую вследствие изнашивания, теплового и упругого деформирования деталей и других причин.

Преимущества метода регулирования особо ощутимы в многозвенных размерных цепях. Введение в конструкцию машин и механизмов компенсаторов облегчает обеспечение точности замыкающих звеньев не только в процессе изготовления, но и в процессе эксплуатации машин, что положительно отражается на их экономичности.

Завершая рассмотрение методов достижения требуемой точности замыкающего звена, отметим, что теоретико-вероятностные расчеты, присущие методу неполной взаимозаменяемости, могут быть с успехом применены в методах групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования. Например, использование при суммировании значений производственных полей допусков теоретико-вероятностного метода приведет к меньшему значению δ_k, а, в конечном счете, – к меньшему числу ступеней компенсаторов и повышению экономической эффективности метода регулирования, хотя это и будет связано с некоторым риском.