Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
МОДУЛЬ СОЕДИНЕНИЯ (МС) ДЕТАЛЕЙ
Машиностроительное изделие - это структурированное множество сборочных единиц и деталей, монтаж которых в изделии осуществляется посредством соединения деталей с помощью базирующих модулей поверхностей.
Соединение деталей осуществляется посредством совмещения двух базирующих модулей поверхностей (МПБ), один из которых является комплектом основных баз и принадлежит присоединяемой детали, а второй является комплектом вспомогательных баз и принадлежит базовой детали.
Совмещая комплекты основных и вспомогательных баз, получаем модуль соединения (МС).
Представляет большой практический интерес установление встречающегося разнообразия МС и создание банка конструкторских решений МС с их характеристиками.
Наличие такого банка позволит разработать типовую технологию и технологические средства их осуществления, быстро оценивать (с достаточно высокой степенью точности) трудоемкость сборки изделия, потребности в технологических средствах оснащения.
Чтобы установить возможное разнообразие МС, встречающихся в различных конструкциях изделий, воспользуемся классификацией МП и основными положениями базирования.
Приведенный в Единой системе допусков и посадок (ЕСДП) перечень типовых соединений является далеко не полным, охватывая лишь часть встречающихся на практике соединений [4].
Кроме того, в некоторых случаях типовые соединения входят в противоречие с основными положениями базирования.
В соответствии с классификацией МП (см. рис. 1.4.1) номенклатура МПБ ограничена 14 наименованиями. При этом базирующим модулям Б11, Б211, Б221, БЗ1 1, Б321, Б41, Б51 соответствуют ответные им по конструктивному оформлению и характеристикам базирующие модули Б12, Б212, Б222, Б312, Б322, Б42, Б52.
Как следует из парности базирующих модулей поверхностей, номенклатура МС ограничена семью наименованиями:
Таким образом, под модулем соединения (МС) понимается пара совмещенных МПБ одной классификационной группы, принадлежащих соединяемым деталям, один из которых выступает в качестве комплекта вспомогательных баз, а другой МПБ - комплекта основных баз.
Деление МПБ в условиях сборки на основные и вспомогательные комплекты баз условно и зависит от технологического процесса сборки. На рис. 1.4.10 приведены примеры всех семи наименований МС и образующих их МПБ.
Таким образом, совмещение прямого и ответного МПБ образует модуль соединения (МС). Например, если зубчатое колесо базируется на валу МПБ образованным торием, отверстием и боковой поверхности шпоночного паза, то вал должен иметь МПБ, образованный торием, наружной цилиндрической поверхностью и боковой поверхностью шпонки.
Соединения бывают неподвижными и подвижными; в свою очередь неподвижные соединения бывают неразъемными и разъемными. Однако в процессе сборки после осуществления соединения присоединяемая деталь должна занять определенное положение относительно базовой детали. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только неподвижные соединения.
При сборке соединения присоединяемая деталь лишается шести степеней свободы и поэтому прямой и ответный МПБ являются полными комплектами баз; при этом базы могут быть как явными, так и скрытыми.
Каждый вид МС может выступать в роли неподвижного и подвижного соединения. В последнем случае присоединяемой детали оставляется одна или несколько степеней свободы. На рис. 1.4.11 в качестве примера приведены варианты МС4, где присоединяемая деталь лишена 6, 5, 4 и 2 степеней свободы.
С учетом изложенного, возможное разнообразие модулей соединения можно представить в виде классификации на рис. 1.4.12.
В сответствии с изложенным, типовые соединения, приведенные в ЕСДП, лишь частично охватывают рассмотренные выше модули соединения, как это видно из последующего анализа.
К типовым соединениям, приведенным в ЕСДП, относятся гладкие цилиндрические, конические, резьбовые (включая винтовые), плоские (включая шпоночные), шлицевые и сферические соединения.
СОЕДИНЕНИЕ
Рис. 1.4.12. Классификация МС с учетом числа лишаемых степеней свободы
|М7 Ж: |
М1 |
М2 Ж. |
Модуль соединения
Число лишаемых степеней свободы
Гладкое цилиндрическое соединение ("вал-втулка") относится к модулю МС4, получаемому совмещением МПБЗ11 с МПБЗ12, где:
МПБ311 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным двумя плоскостями и цилиндрической внутренней поверхностью;
МПБЗ 12 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным двумя плоскостями и цилиндрической наружной поверхностью.
В качестве двух плоскостей, как правило, рассматривают торец и боковую поверхность шпонки или шпоночного паза.
Если у модулей МПБЗ 11 и МПБЗ 12 убрать торец и боковые поверхности шпоночного паза и шпонки, то получим соединение "вал-втулка", где втулка имеет две степени свободы: возможность поступательного перемещения вдоль оси вала и вращательного движения на валу. Таким образом, соединение "вал-втулка" образуется неполными комплектами баз МПБЗ 1 I и МПБЗ 12 и является частным случаем МС4.
В случае посадки с натягом соединение становится неподвижным. Тогда можно говорить о появлении двух скрытых баз, лишающих присоединяемую деталь возможности перемещаться вдоль оси и вращаться вокруг нее; однако точность положения по этим направлениям не задается.
На практике чаще встречаются соединения типа МС4, лишающие присоединяемую деталь всех или пяти степеней свободы.
Гладкое коническое соединение является соединением МС6 и представляет собой совмещение МПБ41 с МПБ42, где:
МПБ41 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным конической внутренней поверхностью и плоскостью;
МПБ42 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным конической наружной поверхностью и плоскостью.
При этом в качестве плоскости у модуля Б41 выступает боковая поверхность шпоночного паза, а у модуля Б42 - боковая поверхность шпонки. Отсутствие боковых поверхностей приводит соединение, рассматриваемое в системе допусков и посадок, к частному случаю МС6.
Плоское соединение является соединением МС1 и представляет собой совмещение МПБ11 с МПБ12, где:
МГ1Б11 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным тремя плоскими внутренними поверхностями:
МПБ 12 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным тремя плоскими наружными поверхностями.
К этому типу соединения относятся шпоночные соединения, а также соединения, представляющие собой частный случай МС1, например, соединение "ласточкин хвост", где присоединяемой детали оставляется одна степень свободы - поступательное движение.
Шлицевое соединение. Рассмотрим шлицевое соединение с прямо - бочными шлицами, В этом соединении возможны три способа центрирования: по наименьшему диаметру d, по наибольшему диаметру D и по боковым поверхностям шлицев (рис. 1.4.13).
При центрировании по d или D это соединение можно отнести к модулю МС4, если рассматривать соединяемые детали абсолютно твердыми телами. В этом случае контакт шлицев со стенками впадин будет происходить по одному из них. Это объясняется наличием погрешностей расположения шлицев в угловом направлении, однако какой из шлицев вой - дет. в контакт, неизвестно и носит случайный характер.
В В) Рис. 1.4.13. Шлицевое соединение: А - центрирование по d\ б - центрирование по Z); в - центрирование по боковым поверхностям шлицев |
6) |
Таким образом, имеем частный случай соединения МС4, где у присоединяемой детали оставляется одна степень свободы - поступательное перемещение вдоль оси.
В действительности, поскольку детали обладают упругостью, за счет упругих деформаций контакт будет осуществляться по нескольким шлицам.
В случае центрирования по боковым поверхностям прямобочных шлицев такое соединение нельзя отнести ни к одному из модулей соединения. Здесь можно говорить о взаимосвязанной системе нескольких МС1, где каждая пара "шлиц-впадина" представляет собой отдельный МС1 и они взаимосвязаны друг с другом.
Такая система МС1 охвачена дополнительными связями, что затрудняет достижение высокой точности базирования деталей при их соединении. Аналогичные системы возникают в шлицевых соединениях с другими формами шлица.
Резьбовые и винтовые цилиндрические соединения являются соединением МС2 и различаются формой профиля. Соединение представляет собой совмещение МПБ211 с МПБ212. где:
МПБ211 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз. образованным резьбовой цилиндрической внутренней поверхностью и плоскостью;
МПБ212 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз. образованным резьбовой цилиндрической наружной поверхностью и плоскостью.
Резьбовое коническое соединение представляет собой модуль соединения МСЗ, образованного совмещением МПБ22І с МПБ222, где:
МПБ221 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз, образованным резьбовой конической внутренней поверхностью;
МПБ222 - модуль поверхностей, являющийся комплектом баз. образованным резьбовой конической наружной поверхностью.
В некоторых случаях можно встретить резьбовое коническое соединение, когда имеет место еще контакт по горцам для обеспечения герметичности и повышенной прочности соединения.
Строго говоря, если принимать соединяемые детали абсолютно твердыми телами, контакта по торцам не должно быть. В реальных условиях он обеспечивается за счет высокой точности изготовления, наличия зазора в соединении резьбовых поверхностей и упругих деформаций соединяемых деталей. В этих случаях условно можно включить торец в состав комплектов баз.
Сферическое соединение, примером которого является шарнирное соединение, является частным случаем модуля соединения МС7, образованного совмещением МПБ51 и МПБ52. где:
МПБ51 - представляет собой комплект баз, образованный сочетанием внутренних поверхностей, включающих сложную поверхность или представляющий собой только сложную внутреннюю поверхность;
МПБ52 - представляет собой комплект баз, образованный сочетанием наружных поверхностей, включающих сложную поверхность или представляющий собой только сложную наружную поверхность.
В табл. 1.4.2 приведены результаты сопоставления типовых соединений ЕСДП с модулями соединения, из которой следует, что типовые соединения ЕСДП охватывают далеко не все разнообразие видов соединений, особенно, если принимать во внимание их конструктивные решения (в частности, отсутствует соединение МС5, часто встречающееся на практике). Многие из типовых соединений представляют частные случаи модулей соединения, например такие, как гладкое цилиндрическое, шлицевое и плоское соединения.