Способи вибору посадок деталей машин

1. Метод прецедентов или аналогов, заключается в том, что конструктор выбирает посадку и назначает допуск по аналогии с посадкой в надежно работающем узле другой машины. Основная сложность метода – оценка и сопоставление условий работы посадки в проектируемом узле и аналогичном узле, находящемся в эксплуатации.

2. Метод подобия – развитие метода прецедентов. Посадки выбираются на основе рекомендаций отраслевых технических документов и справочников, в которых приведены примеры применения посадок на основе классификации деталей машин по конструктивным и эксплуатационным признакам. Выбор посадок затруднен из-за отсутствия точных количественных условий работы сопряжений.

3. Расчетный метод является наиболее обоснованным методом выбора допусков и посадок. Посадки рассчитываются на основе полуэмпирических зависимостей. Однако формулы не всегда учитывают сложный характер физических явлений, проходящих в сопряжении.

Максимальное приближение размеров детали к расчетным ограничено технологическими возможностями, а иногда и возможностями технических измерений. Кроме того, это может привести к росту стоимости изготовления и контроля деталей.

Рис. 20. Зависимость вероятности появления брака P (а) и относительной себестоимости C (б) от допуска при холодном волочении (А), точении на токарном станке (В), точении и шлифовании (Е), точении, шлифовании

и притирке (D)

По мере уменьшения допуска [9] возрастает процент брака (рис. 20 а). Наибольший процент брака возникает при минимальных допусках. В случае кривой 1 брака может быть так много, что обработка данным технологическим методом будет неэкономично и нужно применять другую технологию изготовления большей точности (кривая 2), но повышая себестоимость изделий.

Повышение себестоимости изготовления детали (рис. 20 б) с меньшими допусками компенсируется боле высокими эксплуатационными показателями изделия в целом. Изготовление же деталей по расширенным допускам снижает точность, а, следовательно, долговечность изделий.

Поэтому конструкторы, технологи и метрологи на основе технико-экономических расчетов должны разрешить противоречия между эксплуатационными требованиями, технологическими возможностями и возможностями надежного контроля.

2.7. Гарантированный запас работоспособности машин

Некоторые серийно изготавливаемые машины выходят из строя в результате не разрушения, а потери работоспособности, вызванной снижением точности рабочих органов.

Если машина имеет механические кинематические связи, то потеря точности связана с износом деталей.

Для создания необходимого запаса точности необходимо часть допуска использовать при изготовлении деталей, а часть оставлять на износ при эксплуатации.

Для создания гарантированного запаса работоспособности машин или гарантированного запаса точности функциональных параметров существует следующая методика:

1. Устанавливают максимальные допуски как на функциональные размеры несопрягаемых поверхностей (например, на диаметры кондукторных втулок и др.), так и на посадки для ответственных соединений с зазором.

2. Назначают расположение полей допусков, исходя из допускаемых отклонений эксплуатационных показателей машины этих допусков, и их значения называют:

а) функциональными допусками размера T_F

б) функциональными допусками посадки T_FS.

1. Функциональный допуск размера несопрягаемых поверхностей (рис. 21)

, (24)

где и– наибольшее и наименьшее допускаемое значение размера определенное, исходя из допускаемых изменений эксплуатационных показателей изделия.

T_F = T_E + T_K, (25)

где Т_Е – эксплуатационный допуск, предназначенный для создания запаса точности (например, запаса на износ), необходимого при длительной эксплуатации изделия.

Т_К – конструктивный допуск, который идет на компенсацию погрешностей изготовления деталей и производственный допуск.

Т_К = _{изг. доп} + _{пр. доп.}  TD(Тd) + _{пр. доп.} (26)

где _{изг. доп} – допустимая погрешность изготовления деталей

_{пр. доп.} – допустимые прочие погрешности.

Рис. 21. Схема расположения функциональных допусков

несопрягаемых поверхностей

Запас точности (работоспособности) размеров несопрягаемых поверхностей

(27)

Например, для обеспечения экономичной работы двигателя внутреннего сгорания отклонение диаметра жиклера карбюратора не должна превышать 10 мкм (T_F = 10 мкм) [30]. На компенсацию всех погрешностей, включая погрешность изготовления идет 5 мкм (Т_К = 5 мкм), тогда 

2. Функциональный допуск посадки с зазором

(28)

где и– наибольший и наименьший допускаемые зазоры, определены исходя из допускаемых изменений эксплуатационных показателей машины или ее части (рис. 22) [30].

Рис. 22. Схема расположения полей функциональных допусков для посадок с зазором

T_FS = T_ES + T_KS, (29)

где T_ES – эксплуатационный допуск зазора;

T_KS – конструктивный допуск зазора.

T_ES = T_ED + T_Ed, (30)

где T_ED – эксплуатационный допуск отверстия;

T_Ed – эксплуатационный допуск вала.

T_KS = _{изг. доп} + _{сб. доп} + _{пр. доп}  TD + Td +_{сб. доп} + _{пр. доп} (31)

где _{изг. доп}, _{сб. доп}, _{пр. доп} – допускаемые погрешности изготовления, сборки и прочие.

На погрешности изготовления деталей _изг и сборки _сб оказывают влияние силовые и температурные деформации, погрешности измерения и другие погрешности, изучаемые в курсе технологии машиностроения. Когда устанавливают и допуски на физические функциональные параметры сложных приборов, то часть допуска на компенсацию погрешностей измерения _изм оговаривается на чертеже.

_{пр. доп} = _{с. доп} + _{т. доп} + _ст. + _вл. + _др, (32)

где _{с. доп} – погрешность изменения размеров под действием силовых факторов;

_{т. доп} – погрешность из-за температурных деформаций;

_ст. – погрешность старения;

_вл. – погрешность влагопоглощения;

_др – другие погрешности, возникающие в работающем механизме.

Определение допускаемых погрешностей, компенсируемых допуском T_KS, необходимо для выбора посадки и допусков на изготовление соединяемых деталей (T_D и T_d).

После определения допуска T_KS нужно рассчитать эксплуатационный допуск зазора T_ES (30), исходя из заданной долговечности и допускаемого изменения других эксплуатационных показателей.

Для обеспечения взаимозаменяемости машин у ответственных посадок с зазором целесообразно оговаривать и контролировать допуски T_FS и T_ES.

Чем больше часть эксплуатационного допуска на износ T_ES, оставляемого на обе детали: отверстие T_ED и вал T_Ed по сравнению с функциональным допуском зазора T_FS, тем надежнее и долговечнее будет сопряжение. Однако, сокращение допусков, оставляемых на изготовление деталей сопряжения (отверстия T_KD или вала T_Kd), которые называют производственными, приводит к увеличению себестоимости изготовления этих деталей сопряжения.

Таким образом, распределение функционального допуска T_FS между производителем T_KS и потребителем T_ES (допуск на износ) является важнейшей экономической задачей, решение которой определяет затраты на производство деталей машин, затраты на эксплуатацию, надежность и качество изготовляемых машин. Увеличение допуска на износ, обеспечивает рост надежности, долговечности и качества машин, но приводит к увеличению затрат на производство продукции. Следовательно, распределение функционального допуска T_F должно обеспечивать минимум народохозяйственных затрат и является главным рычагом управления качеством выпускаемой продукции.

Для подвижных соединений коэффициент запаса точности

. (33)

Для частного случая, когда _сб = _пр = 0

. (34)

Запас точности устанавливают по каждому функциональному параметру, влияющему на эксплуатационные показатели изделия, для всех изделий длительного пользования.