Последовательность построения размерной цепи

Описание

Последовательность построения размерных цепей

Основной целью построения конструкторской размерной цепи является описание графическим методом влияния погрешностей деталей на выполнение требований по точности, предъявляемых к сборочной единице (узлу, механизму) в который они входят, для выполнения последующих расчетов, подтверждающих работоспособность выбранной конструкции. Поэтому, составление размерной цепи не менее важно, чем ее правильный расчет, но оно намного сложнее, поскольку требования по точности, определяющие работоспособность конкретной сборочной единицы, как правило, индивидуальны, как индивидуальна и конфигурация (состав входящих в размерную цепь звеньев) конкретной размерной цепи, в то время как, формулы для расчета размерных цепей одинаковы и зависят только от выбранного метода достижения точности и характера составляющих звеньев. При этом неправильно составленная размерная цепь однозначно приведет к неверному результату расчета и соответственно к неверной оценке работоспособности узла или механизма, что говорит о большой ответственности, которая ложится на конструктора выполняющего эту работу. Для составления размерной цепи ее разработчик должен в совершенстве знать конструкцию проектируемого изделия (узла, механизма) для того, чтобы не только правильно установить требования по точности, определяющие его работоспособность, но и понимать какие поверхности деталей определяют их положение в сборочной единице или осуществляют передачу движения в механизме. Именно поэтому на этапе технического проекта разработку размерных цепей должен осуществлять конструктор разработчик (ведущий конструктор).

В общем случае построение размерной цепи содержит следующие этапы.

1. Анализ конструкции сборочной единицы и выявление исходного – замыкающего звена размерной цепи.
2. Определение допустимой величины исходного замыкающего звена.
3. Выявление составляющих звеньев размерной цепи, позволяющих построить замкнутую размерную цепи.
4. Назначение величин допусков на звенья размерной цепи.

ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выявление  исходного – замыкающего звена размерной цепи.

Для этого необходимо знать конструкцию и работу рассматриваемого механизма. Как правило, в качестве исходного – замыкающего звена выбирается параметр, который определяет работоспособность узла или механизма. Для основных видов приводов и механизмов эти параметры общеизвестны, но при проектировании новых, оригинальных технических объектов выявление исходного – замыкающего звена может вызывать даже у опытного конструктора разработчика определенную сложность. Поэтому, при составлении размерной цепи важную роль играет опыт конструктора в выполнении такого вида работ и знания размерных цепей, определяющих работоспособность и собираемость основных видов приводов и механизмов.

ВТОРОЙ ЭТАП. Определение допустимой величины исходного – замыкающего звена размерной цепи.

Допустимая величина исходного – замыкающего звена размерной цепи обычно определяется нормативными документами (ГОСТ, ОСТ, Техническими условиями), или устанавливается после выполнения соответствующих расчетов и указывается в технических требованиях сборочного чертежа. Так, например, точность расположения ползуна холодновысадочного автомата в крайнем переднем (рабочем) положении А_Δ (cм. Рис. 1) рассчитывается на основе  величины допуска на размер выступающей части формуемой заготовки (детали) расположенной за зеркалом матричного блока. Величина бокового зазора в зубчатой передаче, зависящая от назначения и условий работы привода, в который она входит, также  рассчитывается и уточняется после выбранного ближайшего вида сопряжения  по ГОСТ на допуски данного вида зацепления.

ТРЕТИЙ ЭТАП. Составление размерной цепи.

Перед тем, как определить звенья размерной цепи, оказывающие непосредственное влияние на величину исходного – замыкающего звена, необходимо помнить, что для обеспечения этого размерную цепь необходимо замкнуть, т. е. первое звено размерной цепи должно начаться с исходного – замыкающегося звена, а последнее закончиться на нем. Для составления размерной цепи необходимо проанализировать, по каким базовым  поверхностям контактируют детали, размеры которых должны входить в размерную цепь, или каким образом передается движение между деталями рассматриваемого механизма. Уже при выполнении этого, в определенной части предварительного (умозрительного) анализа конструкции механизма могут быть выявлены неудовлетворительные конструктивные исполнения деталей и их соединений. Например, отсутствие или недостаточный размер базовой плоскости или поверхности, увеличивающий степень влияния конкретного размера на исходное – замыкающее звено (увеличенное передаточное отношение), наличие или наоборот отсутствие зазоров, лишние промежуточные базы, необоснованно увеличивающие количество звеньев в размерной цепи. При рассмотрении конструкции деталей необходимо также уделять должное внимание тому, насколько их конструкция позволяет выполнять с применением стандартного мерительного инструмента замеры расстояния между их базовыми и измеряемыми поверхностями, влияющими на исходное – замыкающее звено. После проведения такого анализа не составляет труда, последовательно соединить размерными линиями выбранные поверхности деталей, по которым осуществляется их  базирование в сборочной единице, или передача движения в механизме. Если размерная цепь не замыкается (последний размер технологически не выполним или неконтролируем), то это уже нацеливает разработчика на введение определенных изменений в конструкцию рассматриваемого узла или механизма.

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Назначение величин допусков на звенья размерной цепи.

При проектировании нового узла, или механизма, как правило, величина исходного – замыкающего звена размерной цепи определяющей работоспособность механизма оговаривается в предъявляемых к нему технических требованиях. Например, зазор между контактирующими звеньями механизма, или точности взаимного расположения поверхностей деталей, обеспечивающих выполнение технологического процесса. Поэтому перед конструктором стоит задача правильно назначить допуски на размеры деталей являющихся составляющими звеньями размерной цепи, которые позволят гарантированно получить требуемую величину исходного – замыкающего звена. РД 50 – 635 – 87 рекомендует назначать допуски на составляющие звенья размерной цепи, исходя из среднего значения допуска Т_ср, величина которого определяется по следующим формулам:

Однако такой способ при достаточной его простоте обладает существенными недостатками, заключающимися в том, что распространить полученную величину допуска на все составляющие звенья размерной цепи невозможно, поскольку они, как правило, имеют различные номинальные размеры и получаются различными технологическими методами обработки. В работе [1] предлагается назначать допуски, на составляющие звенья размерной цепи, исходя из обеспечения одинакового или близкого класса (квалитета) точности. При этом, допуск на составляющее звено размерной цепи T_j рекомендуется рассчитывать по следующей формуле: T_j = k_j*i_j .

Где:

• k_j, число единиц допуска (величина постоянная для одного квалитета точности),
• i_j, величина допуска, зависящая от размера составляющего звена.

Однако и этот расчет, при достаточной простоте, обладает серьезными недостатками, заключающимися в том, что он не учитывает степень влияния рассчитываемого допуска на исходное – замыкающее звено (его передаточное отношение) и экономически достижимую точность технологического метода обработки, используемого для получения данного размера детали, являющегося составляющим звеном размерной цепи.

Рассмотрим конкретный пример, наглядно подтверждающий это. На рис 2 показан фрагмент конструкции приводных валов холодновысадочного автомата и звенья размерной цепи  Д (Д₇– высота распорной втулки, Д₉ – расстояние  между внутренним упорным заплечиком и правым базовым торцем буксы), входящие в размерную цепь, определяющие высоту компенсационных колец  регулирующих боковой зазор в конической передаче.

Установим допуски на эти размеры (см.Рис 3).Высота распорной втулки (размер Д₇) обеспечивается плоским шлифованием, поэтому допуск на этот размер устанавливается равным:  49_-0,05. Расстояние между внутренним упорным заплечиком и правым базовым торцем буксы (размер Д₉) определяется как исходное – замыкающее звено связанной размерной цепи С, показанной на Рис 3. При величине составляющих звеньев размерной цепи С₁ = 160 ± 0,2 мм, С₂ = 20_-0,2мм, исходное – замыкающее звено будет равно С_Δ = Д₉ =140_-0,2^+0,4мм. Назначенные с учетом технологии изготовления деталей допуски размеров  Д₇ и Д₉, отличаются по величине в  4 раза, а назначенные по их средней величине, без учета технологии изготовления, определяемые величиной квалитета будут отличаться пропорционально номинальной величине размеров т. е. в 1,61 раза. Дальнейшие комментарии, по поводу результативности способа назначения допусков на составляющие звенья размерной цепи на основе его средней величины, по понятным причинам, излишни.

Поэтому в практике проектирования допуски на составляющие звенья размерной цепи устанавливаются конструктором исходя из опыта проектирования деталей  аналогичной конструкции и назначения, а также с учетом технологических возможностей конкретного производства в части обеспечения точности выполнения типовых операций. При проектировании оригинальных деталей входящих во вновь создаваемые узлы и механизмы при назначении допусков на их размеры, являющиеся составляющими звеньями размерных цепей целесообразно пользоваться рекомендациями, приводимыми в работах [2] и [3]. Устанавливая допуски на составляющие размеры размерной цепи, конструктор должен учитывать влияние следующих факторов:

• способ достижения точности исходного – замыкающего звена размерной цепи,
• степень влияния конкретного звена размерной цепи на исходное – замыкающее звено т. е. его передаточное отношение ξ,
• технологический способ обеспечения экономически обоснованной точности данного размера.

В этом случае при расчете допуска исходного – замыкающего звена размерной цепи его величина будет иметь наиболее реальную величину и позволит свести к минимуму последующие корректировки допусков составляющих звеньев размерной цепи для получения требуемой величины допуска исходного – замыкающего звена. При этом нужно понимать, что необоснованное ужесточение допусков составляющих звеньев размерной цепи, неподтвержденное технологическими возможностями завода или цеха изготовителя, приводит к изменению способа достижения точности исходного – замыкающего при сборке, а это может повлечь за собой существенный объем доработок. Например, замена на этапе сборки узла или механизма метода полной взаимозаменяемости на метод пригонки может потребовать изготовления новых деталей, поскольку у имеющихся может отсутствовать необходимый для этого припуск.

Величина допуска на размеры составляющих звеньев размерной цепи после выполнения расчета исходного – замыкающего звена, как правило, корректируется в ту или иную сторону. Особенно это характерно для размерных цепей содержащих более пяти звеньев, т. е. для многозвенных размерных цепей, в которых, даже при определенных навыках в части составления и расчета размерных цепей, сложно не выполняя расчета выявить степень влияния на допуск исходного – замыкающего звена величины допусков составляющих звеньев.

В полной версии статьи, включающей 11 страниц и 10 чертежей, содержится большое количество примеров составления размерных цепей реальных механизмов, содержащих большое количество составляющих звеньев

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину.