МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.Е. Авраменко А.С. Курзаков

РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ МАШИН

Учебное пособие

Красноярск

СФУ

2011

УДК 621.0 (07)

ББК 34.4 я 73 А 21

Рецензенты:

А.С. Дегтерѐв, д.т.н., Генеральный директор − Главный конструктор ФГУП «ЦКБ Геофизика»; А.Б. Робинович, к.т.н., главный технолог ОАО «Радиосвязь»

Авраменко, В.Е.

А 21 Размерный анализ машин: учебное пособие / В.Е. Авраменко, А.С. Курзаков. − Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2011. − 128 с.

ISBN 978-5-7638-2185-7

В учебном пособии рассмотрены показатели точности изделий машиностроения, основные виды связей между поверхностями деталей машины, основные понятия и определения размерного анализа. Приведена методика построения и расчѐта конструкторских и технологических размерных цепей, выбора метода достижения точности замыкающего звена, определения допусков на составляющие звенья. Даны примеры расчѐтов размерных цепей.

Пособие предназначено для студентов технических специальностей высших учебных заведений.

УДК 621.0 (07) ББК 34.4 я 73 © Сибирский федеральный

университет, 2011

Учебное издание

Размерный анализ машин

Валерий Ефимович Авраменко Андрей Сергеевич Курзаков

Редактор О.Ф. Александрова Подписано в свет 10.03.2011 г.

Уч.-изд. л. 3.8. Заказ 3997 Тиражируется на машиночитаемых носителях

ISBN 978-5-7638-2185-7

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одним из путей повышения качества, снижения трудоѐмкости и себестоимости продукции машиностроения являются расчѐты на точность с использованием теории размерных цепей. Расчѐт размерных цепей является одним из обязательных этапов конструирования машин, цель которого состоит в выборе метода достижения точности при сборке (полной, неполной или групповой взаимозаменяемости, регулировки, пригонки) и назначения рациональных допусков на размеры деталей машины.

Необоснованное назначение допусков приводит к повышению себестоимости изделия, например, излишнее ужесточение допусков вызывает потребность в более точном и дорогом оборудовании и оснастке, ведѐт к увеличению трудоѐмкости изготовления деталей. Необоснованное расширение полей допусков вызывает необходимость большого объѐма пригоночных работ при сборке и приводит к увеличению себестоимости изделия.

Назначение рациональных допусков на диаметральные размеры деталей не вызывает затруднений, так как для этой цели имеются разработанные стандарты допусков и посадок цилиндрических сопряжений и руководящие материалы, облегчающие выбор посадок для различных соединений.

Для назначения допусков на линейные и угловые размеры − относительное положение поверхностей и осей деталей (параллельность, перпендикулярность и т.п.) - таких руководящих материалов нет. Поэтому задача выбора метода достижения точности при сборке и назначения рациональных допусков на линейные и угловые размеры может быть обоснованно решена только на основе соответствующих расчѐтов, использующих теорию размерных цепей.

Теория размерных цепей играет важную роль не только при конструировании машин, но и при разработке технологических процессов сборки машин и механической обработке деталей. Анализируя сборочные размерные цепи, технолог может установить метод достижения точности при сборке машин, выявить причины брака.

При разработке технологических процессов механической обработки деталей выявление и расчѐт технологических размерных цепей позволяют технологу обоснованно назначить припуски на обработку, допуски на операционные размеры обрабатываемых деталей, обосновать схемы базирования, рассчитать размеры, необходимые для настройки режущего инструмента и возможные погрешности обработки.

Размерные цепи отражают объективные размерные связи в конструкции машины, в технологических процессах изготовления еѐ деталей, сборки и технических измерений. Эти связи формируются служебным назначением изделия, конструкторскими и технологическими задачами, возникающими

4

при проектировании и изготовлении изделия. Расчѐт размерных цепей является эффективным средством решения этих задач, определяющих качество изделия.

В пособии представлены:

Термины и определения, раскрывающие сущность размерной цепи и еѐ структуру, виды размерных цепей, связи между размерными цепями, методы достижения точности изделий, методика построения и расчѐта плоских цепей, примеры их расчѐта.

5

1.СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ МАШИНЫ

Сточки зрения технологии машиностроения, машина − это система для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию. Процесс преобразования может осуществляться механическим, физическим, химическим путѐм, как каждым в отдельности, так и в сочетаниях [1].

Исходный

продукт

Машина Продукция

Энергия

Рис. 1.1. Преобразование исходного продукта в продукцию

Исходным продуктом процесса, осуществляемого машиной, могут быть предметы природы, сырье или полуфабрикаты. Под сырьѐм понимается предмет труда, на добычу или производство которого был затрачен труд. Сырье, которое подверглось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт, называют полуфабрикатом.

Продукция − это результат производства в виде сырья, полуфабрикатов, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера.

Процесс качественного преобразования исходного продукта в продукцию чаще всего машины осуществляют по схеме, представленной на рис. 1.1. Но есть машины, преобразовывающие один вид энергии в другой. Это двигатели и генераторы. Исходным продуктом для них является преобразуемая энергия, а продукцией − энергия преобразованная.

В таблице 1.1 в качестве примера приведены преобразования исходного продукта в продукцию с помощью машин.

Каждую машину создают для удовлетворения определѐнной потребности человека, которая находит отражение в служебном назначении машины.

Под служебным назначением машины понимают максимально уточнѐнную и чѐтко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина.

6

				Таблица 1.1.
	Преобразования машинами исходного продукта в продукцию
	Исходный продукт	Энергия	Машина	Продукция
	Заготовка	Электрическая	Станок	Деталь
	Груз	Механическая	Автомобиль	Перевезѐнный
				груз
	Ткань, нить	Механическая	Швейная машина	Шов
	Электромагнит-	Электрическая	Телевизор	Изображение и
	ные волны			звук
	Задача	Электрическая	ЭВМ	Решение задачи
	Энергия сгораемо-	−	Двигатель внутрен-	Механическая
	го топлива		него сгорания	энергия

При уточнении служебного назначения машины необходимо представить следующую информацию [1]:

1.Подробные данные о свойствах продукции (изделиях), для изготовления которой создаѐтся машина (вид продукции, материал, размеры, масса, требования к качеству и т.д.).

2.Производительность машины (данные о количественном выпуске продукции в единицу времени)

3.Проектная стоимость продукции

4.Данные об исходном продукте (вид, качество, количество и т.д.).

5.Сведения о технологическом процессе изготовления продукции. Например, если создаваемая машина − станок, то должны быть указаны: требуемое положение заготовки в рабочем пространстве станка, схема еѐ базирования, размеры обрабатываемых поверхностей, метод и режимы обработки, применяемый режущий инструмент, затраты времени на выполнение операции и др.

6.Условия, в которых должен осуществляться технологический процесс (температура, влажность, запылѐнность окружающей среды, наличие активных химических веществ и т.п.).

7.Требования к надѐжности машины

8.Требования к долговечности машины.

9.Требуемый уровень механизации и автоматизации.

10.Требования к удобству управления, безопасности работы и обслуживанию машины.

11.Требования к эстетическому оформлению машины.

12.Вид, качество и источник потребляемой энергии и т.д. Приведѐнные требования нельзя считать универсальными и исчерпы-

вающими. Разработка служебного назначения каждой машины сугубо индивидуальна и имеет свою систему показателей.

7

Предположим, что необходимо обработать ступенчатые валики средних размеров диаметром d = 35 ... 60 мм, длиной L = 150 ... 600 мм из Ста-

ли 45.

Служебное назначение станка для изготовления таких деталей можно сформулировать следующим образом:

Станок должен обеспечить обработку ступенчатых валиков диаметром d = 35 ... 60 мм, длиной L = 150 ... 600 мм из Стали 45. Валик должен обладать точностью диаметральных размеров и линейных размеров не ниже 0,1 мм, погрешности формы не должны выходить за пределы допусков на размеры, шероховатость поверхности - не более 40 мкм. Производительность станка - не менее 150 валиков в смену (d = 45 мм; L = 300 мм). Кроме того необходимо указать характер и точность заготовок, которые должны поступать на станок, материал режущего инструмента.

Другой пример. Цилиндрический зубчатый редуктор.

Общая формулировка задачи, для решения которой создаѐтся данное устройство:

Цилиндрический редуктор предназначен для передачи крутящего момента и преобразования частот вращения между валами с параллельными осями.

Эту общую задачу необходимо конкретизировать рядом параметров:

крутящими моментами,

частотами вращения валов,

передаточными числами,

допустимыми нагрузками,

К.П.Д.,

межосевыми расстояниями,

модулем зубчатых передач,

степенью точности зубчатых передач.

Всоответствии с принятой степенью точности на основе стандартов, регламентирующих параметры точности цилиндрических зубчатых передач (ГОСТ 1643-81) назначают:

допустимые отклонения расстояния между осями делительных окружностей зубчатых колѐс,

допустимое отклонение от параллельности осей делительных окружностей зубчатых колѐс,

норму бокового зазора в зубчатом зацеплении и т.д.

Разработка служебного назначения машины − ответственная задача конструктора. Каждая ошибка, допущенная при выявлении и уточнении служебного назначения машины, а также и еѐ механизмов, приводит не только к созданию недостаточно качественной машины, но и вызывает необоснованные затраты на еѐ изготовление и эксплуатацию. Недостаточно глубокое изу-

8

чение и обоснование служебного назначения машины порождает излишне жѐсткие, экономически неоправданные требования к точности и другим показателям качества машины.

Каждая машина, как и отдельные еѐ механизмы, выполняет своѐ служебное значение с помощью поверхностей или сочетаний поверхностей, принадлежащих деталям машины. Эти поверхности или их сочетания называются исполнительными поверхностями машины или еѐ механизмов. Примером могут служить сочетания поверхностей переднего конца шпинделя, пиноли задней бабки и резцедержателя токарного станка, с помощью которых станок выполняет своѐ служебное назначение. Сочетания конических поверхностей переднего конца шпинделя и пиноли задней бабки определяют положение обрабатываемой на станке детали, установленной в центрах, поверхности которых входят в комплекс исполнительных поверхностей. На фланец переднего конца шпинделя монтируют патрон, через который обрабатываемой детали сообщается вращательное движение.

Поверхности резцедержателя определяют положение резцов относительно обрабатываемой детали и непосредственно предают им необходимые для обработки движения. Исполнительными поверхностями зубчатой передачи, рассматриваемой как механизм, являются сочетания боковых рабочих поверхностей зубьев пары зубчатых колѐс работающих совместно. Исполнительными поверхностями двигателя внутреннего сгорания, рассматриваемого как механизм, служащий для преобразования тепловой энергии в механическую, являются поверхности поршня и рабочего цилиндра.