Размерная цепь представляет собой замкнутый контур взаимосвязанных размеров, обусловливающих их численные значения и допуски. Размерная цепь состоит из составляющих, замыкающего (исходного) и других видов звеньев.
Составляющее звено — звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего (исходного) звена. Составляющие звенья линейных размерных цепей обозначаются прописными буквами русского алфавита с цифровыми индексами (например, А1, А2 или Б1, Б2 и т. д.).
Замыкающее (исходное) звено — звено, получаемое в цепи последним в результате решения поставленной задачи при изготовлении или ремонте (или возникающее в результате постановки задачи при проектировании изделия). Оно обозначается той же буквой алфавита, что и составляющие звенья с индексом Δ (например, или БΔ и т. д.).
По характеру воздействия на замыкающее звено составляющие звенья подразделяются на увеличивающие и уменьшающие. К увеличивающим относятся звенья, с увеличением которых замыкающее звено увеличивается, а к уменьшающим — звенья, с увеличением которых замыкающее звено уменьшается. Некоторые сборочные размерные цепи содержат компенсирующее звено.
Компенсирующее звено — звено, изменением размера которого достигается требуемая точность замыкающего звена. Компенсирующее звено обозначается той же буквой алфавита с соответствующим цифровым индексом и буквой "к" (например, А3к, А5к). По расположению звеньев различают линейные, плоскостные и пространственные размерные цепи. Наиболее широкое распространение имеют линейные цепи, у которых все звенья, входящие в размерную цепь, параллельны друг другу и связаны линейной зависимостью.
Требуемая точность замыкающего звена той или иной размерной цепи при сборке достигается следующими методами:
- полной взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена обеспечивается включением в размерную цепь звена без подбора, выбора или изменения его размеров;
- неполной взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена достигается не у всех соединений, а у обусловленной их части при включении в размерную цепь любого звена без подбора, выбора или изменения его размеров;
- групповой взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена обеспечивается включением в размерную цепь звеньев, принадлежащих к одной из размерных групп, на которые звенья предварительно рассортированы;
- регулирования, при котором точность замыкающего звена достигается изменением размеров компенсирующего звена путем снятия слоя металла;
- пригонки, при котором точность замыкающего звена достигается изменением размеров компенсирующего звена без снятия слоя металла.
Сборочные размерные цепи, у которых точность замыкающего звена обеспечивается методом полной взаимозаменяемости, должны рассчитываться по методу максимума-минимума, а цепи, у которых точность замыкающего звена достигается методом неполной взаимозаменяемости — вероятностным методом.
Номинальный размер замыкающего (исходного) звена размерной цепи А
где m — число звеньев размерной цепи включая замыкающее звено;
ζi — передаточное отношение (для цепей с параллельными звеньями ζ=1 для увеличивающих звеньев и ζ=—1 для уменьшающих звеньев);
Ai — номинальный размер i-го составляющего звена.
Допуск замыкающего звена δAΔ рассчитывается: по методу полной взаимозаменяемости (максимума-минимума)
где δAi — допуск z-ro составляющего звена;
при сборке по методу неполной взаимозаменяемости
где t — коэффициент риска, определяется в зависимости от принимаемого процента риска Р. Для нормального закона распределения при совпадении центра группирования с центром отклонения коэффициент риска выбирается из следующего ряда:
λ' — коэффициент относительного рассеяния (для нормального закона распределения λ'=1/9; для неизвестного характера кривой рассеяния размера звена для изделий мелкосерийного и индивидуального производства λ'=1/3).
Расчеты показывают, что при Р=1% и m≥6 можно использовать детали с увеличением допусков против номинальных в 1,5—2 раза. В этом случае экономия от использования деталей (особенно базовых, корпусных) с расширенными допусками будет превосходить затраты на разборку и повторную сборку соединений с недопустимыми погрешностями.
При использовании метода групповой взаимозаменяемости допуск замыкающего звена в каждой размерной группе
где δAΔ' — допуск замыкающего звена, подсчитанный по методу максимума-минимума;
n — число размерных групп (определяется при заданных допусках составляющих звеньев равенством установленного допуска посадки по технической документации и расчетного допуска замыкающего звена в размерной группе).
При применении метода пригонки действительная компенсация
где δAΔ' — расчетный допуск замыкающего звена;
δAΔ — допуск замыкающего звена, обусловленный технической документацией.
При использовании метода регулирования число ступеней компенсатора
где δкомп — допуск на изготовление компенсатора.
При ремонте чаще всего решается обратная задача теории размерных цепей, при которой определяют, как в действительности выполняются требования, заданные техническими условиями на сборку данного автомобиля или агрегата. Для этого выявляют:
- 1) какие размеры деталей получают изменения в процессе эксплуатации и ремонта и как это отражается на качестве сборки;
- 2) какие сопряжения служат источником наибольших погрешностей сборки;
- 3) какие параметры деталей необходимо более строго контролировать в процессе сборки машин и какова возможность расширения допусков без снижения качества сборки.
Рассмотрим указанные положения на примере сборочной размерной цепи, определяющей осевой люфт коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130.
Рис. 2.11. Сопряжение передней коренной шейки коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130: 1 - схема сборочной размерной цепи
Анализ сопряжений передней кофейной шейки коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130 (рис. 2.11) показывает, что на осевой люфт коленчатого вала AΔ влияют:
- толщина передней упорной шайбы A1;
- ширина гнезда первого коренного подшипника в блоке (между выточками) А2;
- толщина задней упорной шайбы А3;
- длина передней коренной шейки коленчатого вала А4.
При этом звено А4 является увеличивающим, так как с его увеличением осевой люфт увеличивается, а звенья A1—А3 уменьшающими, потому что при их увеличении осевой люфт уменьшается.
Принимая осевой люфт за исходное звено и учитывая приведенную на рис. 2.11 схему 1, получаем уравнение размерной цепи:
Рассматриваемое сопряжение собирают на предприятии-изготовителе по методу полной взаимозаменяемости. При этом расчет замыкающего звена ведется на максимум-минимум:
Однако в условиях авторемонтного производства выполнить требования полной взаимозаменяемости не представляется возможным, так как в процессе эксплуатации и ремонта двигателя все составляющие звенья рассматриваемой размерной цепи претерпевают изменения. Так, в процессе эксплуатации из-за изнашивания уменьшается толщина упорных шайб (звенья A1 и А3), уменьшается также ширина гнезда первого коренного подшипника в блоке при восстановлении его расточкой (звено А2). Наибольшие изменения претерпевает длина передней коренной шейки (звено А4). Вследствие изнашивания ее упорного торца и перешлифовки коренных шеек коленчатого вала оно увеличивается. Все это ведет к увеличению замыкающего звена AΔ.
Измерения осевого люфта коленчатого вала в АРП показали, что его значения значительно превышают допустимые (0,075...0,285 мм), а это приводит к снижению ресурса двигателя. Обеспечение осевого люфта коленчатого вала в требуемых пределах при ремонте достигается путем постановки упорной шайбы (звено А3) увеличенного размера.
При комплектовании деталей рассматриваемых сопряжений сборочной размерной цепи обычно замеряют звено А4 как звено, являющееся источником наибольших погрешностей. По размеру звена А4 подбирают упорную шайбу (звено А3) соответствующей толщины. Для двигателя ЗИЛ-130 техническими условиями предусмотрено три ремонтных размера шайб (2,7-0,04; 2,9-0,04 и 3,1-0,04 мм).
Узлы и агрегаты комплектуют из деталей в комплектовочном отделении, которое оснащается соответствующим оборудованием (столы, подставки, комплектовочные ящики, тележки для транспортировки комплектов к рабочим постам сборки), измерительными инструментами и приборами для сортировки деталей на размерные группы. Так, например, на посту комплектования и подсборки шатуннопоршневой группы (рис. 2.12) обеспечивают комплектование шатунов по межцентровому расстоянию отверстий нижней и верхней головок шатуна, контроль шатунов по диаметру отверстия во втулке верхней головки, контроль и подбор поршневых пальцев по верхней головке шатуна, подбор шатунов и поршней по массе, контроль гильз и поршней, подбор и комплектование гильз с поршнями, сборку поршней с шатунами, контроль собранного узла, подбор и подгонку поршневых колец по гильзам и поршням, установку поршневых колец в канавки поршня.
Рис. 2.12. Пост комплектования и подсборки шатунно-поршневой группы: 1 - приспособление для контроля и правки шатунов; 2, 9 и 10 - стеллажи для шатунов, поршней и гильз; 3 - специальные весы для статической балансировки шатуна; 4 - приспособление для сборки поршня с шатуном; 5 - ящик для поршневых пальцев; 6 - стол; 7 - электродуховка для нагрева поршней; 8 - приспособление для контроля поршней; 11 - приспособление для установки гильзы при подборе поршней; 12 - весы для проверки поршней по массе; 13 - оправка для установки колец на поршень; 14 - ящик для подсобранных комплектов; 15 - рольганг; 16 и 17 - ящики для хранения соответственно инструмента и обтирочного материала
При комплектовании и сортировке деталей на размерные группы особо важное значение приобретает применение высокопроизводительной контрольно-сортировочной оснастки, обеспечивающей достаточную точность измерений. Заслуживает внимания применение для этих целей контрольных приборов, основанных на пневматических и электрических методах измерения. Пневматические методы используются при измерении наружных и внутренних размеров, отклонений формы поверхностей и т. п. Пневматический измерительный прибор с поплавковым указателем (рис. 2.13) работает на принципе регистрации изменения расхода воздуха. Прибор снабжен вертикально расположенной конической стеклянной трубкой 5. По этой трубке снизу вверх проходит воздух под давлением 0,3...0,5 МПа, поднимающий поплавок 6. Верхняя плоскость поплавка служит указателем для отсчета по шкалам 8, расположенным по обе стороны конусной трубки. Одна шкала миллиметровая, а другая тарирована в соответствующих долях миллиметра (0,002; 0,001; 0,0005 и 0,0002). Высота, на которую поднимается поплавок, зависит от скорости прохождения воздуха, которая тем выше, чем больше зазор между калибрами 10 и поверхностью контролируемой детали 9. Точность измерения достигается только при постоянном давлении воздуха, обеспечиваемом стабилизаторами 2 и 4, Поступающий из магистрали воздух очищается с помощью фильтров 1 и 3. Установка поплавка в нужное положение и изменение передаточного отношения (цена деления) прибора осуществляются при помощи регулировочных игольчатых вентилей 7 и 11.
Рис. 2.13. Схема пневматического измерительного прибора
Пневматические измерительные приборы имеют ряд существенных достоинств в сравнении с индикаторными и микрометрическими инструментами: высокую точность и производительность измерений, возможность автоматизации контроля, разделение отсчетных и измерительных частей прибора, возможность контроля отверстий малых диаметров, отсутствие контакта инструмента с проверяемой деталью и др.
Электрические приборы получают все большее распространение в автомата ческой контрольно-измерительной аппаратуре. Перспективность этого типа приборов обусловлена их быстродействием и удобством управления.