Инженерный анализ методов восстановления точности размерных цепей оборудования

Прежде чем рассматривать методы восстановления точности размерных цепей оборудования, остановимся на общих вопросах ремонтных размерных цепей.

Размерной цепью называют систему взаимно связанных размеров (звеньев размерной цепи), координирующих относительное положение поверхностей детали, деталей в узле или узлов в машине. Графическое изображение размерной цепи в виде замкнутого контура, образуемого последовательно примыкающими один к другому размерами, называется схемой размерной цепи.

Различают цепи подетальные и сборочные, линейные и угловые, плоскостные и пространственные [33].

В каждой размерной цепи один из размеров называют замыкающим, а все остальные - составляющими. Замыкающим называют размер, величина которого в порядке выполнения технологических операций изготовления детали или сборки узла является функцией величин всех остальных размеров (составляющих).

Все размеры в схемах размерных цепей рекомендуется изображать в виде размерных линий, ограниченных с одной стороны стрелкой. При этом условно принимается, что при круговом обходе по контуру цепи направление стрелок у всех составляющих размеров по ходу движения должно быть одинаковым, а стрелка замыкающего размера должна иметь противоположное направление (рис. 3.1). Составляющие размеры делятся на увеличивающие, которые при своем возрастании увеличивают замыкающий размер, и на уменьшающие, которые при своем возрастании уменьшают замыкающий размер.

Увеличивающие и уменьшающие размеры легко определяются по направлению стрелок в схемах размерных цепей. Составляющие размеры, имеющие направление стрелок, одинаковое с направлением стрелки замыкающего размера, являются увеличивающими, а размеры, имеющие противоположное направление стрелок, - уменьшающими.

Выявление размерных цепей начинается с выявления замыкающих размеров, т.е. размеров, к точности которых предъявляются определенные техническое требования.

После установления замыкающего размера определяют размеры, изменение которых вызывает изменение замыкающего размера. Выявление размерной цепи заканчивается построением ее схемы с установлением всех увеличивающих и уменьшающих составляющих размеров.

В процессе эксплуатации оборудования (изделий машиностроения) установленная при его изготовлении точность размерных цепей нарушается вследствие износа поверхностей или деформации деталей. Причем, как правило, в конкретной размерной или кинематической цепи износ, деформация наблюдается у нескольких составляющих ее звеньев. Восстановление точности размерной цепи сводится к восстановлению точности ее замыкающего размера (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Размерная цепь с изношенными звеньями

В общем случае восстановление точности замыкающего размера может быть выполнено тремя методами: путем восстановления всех изношенных звеньев до их первоначальных размеров и отклонений, заданных конструктором; методом компенсации износа посредством перераспределения допусков и отклонений между составляющими размерами; методом введения при ремонте компенсирующих звеньев.

Первый метод, очевидно, наименее технологичен, трудоемок. Для его реализации весь объем работ, связанный с конструкторской, технологической, организационной подготовкой изготовления новых деталей, аналогичных изношенным звеньям, дополняется объемом работ, связанных с восстановительными, ремонтными операциями. Поэтому этот метод можно реализовать лишь в условиях мощного серийного или массового ремонтного производства, или когда иные методы восстановления точности размерной цепи не приемлемы из-за условия, например, сохранения ее кинематической точности.

В тех же случаях, когда выполнение последнего условия не обязательно, а главным условием является достижение первоначальной точности замыкающего звена размерной цепи, применяют второй или третий методы.

Метод компенсации износа путем перераспределения допусков между составляющими размерами реализуются в два этапа. На первом этапе выполняется инженерный анализ размерной цепи, включающий: выявление замыкающего размера цепи; установление составляющих звеньев, подверженных износу и деформациям; выбор звена цепи, за счет которого можно восстановить ее точность; расчет номинального ремонтного размера, допуска и отклонений на него для звена, изменением которого восстановливается точность цепи.

Для решения первых трех задач инженеру требуется тщательно изучить конструктивные и эксплуатационные особенности звеньев и в целом размерной цепи. Последняя же задача решается следующим образом [34].

Пусть в размерной цепи N (рис. 3.1) детали с размерами N₁, N₂, N₇ в процессе эксплуатации подвержены износу. Размеры N₃, N₄, N₅, N₆, точность которых в процессе эксплуатации не была нарушена, заменяют одним эквивалентным размером N_о, для которого номинальное значение определяется по формуле:

N_о = N₄ + N₅ - N₆ - N₃ , (3.30)

а допуск на который d_Nо рассчитывается по формуле:

d_Nо = , (3.31)

где - допуски на изготовление i-х звеньев.

Допустим, что восстановление первоначальной точности замыкающего звена N_S возможно и целесообразно за счет размера N₁. Измерив размеры N₀, N₂ и N₇, получаем их действительные значения без учета погрешностей геометрической формы с отклонениями, определяемыми погрешностями измерения D. Так как эти размеры определяются в процессе ремонта, восстановления точности цепи, обозначим их индексами p. Итак, эти размеры будут иметь величины:

N_op ; N_2p ; N_7p .

Номинальное значение ремонтного размера N_1p определится из уравнения:

N_S = N_1p + N_2p - N_op - N_7p . (3.32)

Допуск размера N_1p находят на основании формулы для требуемого допуска на размер замыкающего звена:

, (3.33)

откуда

. (3.34)

Координата середины поля допуска m_1p будет равна координате середины поля допуска на замыкающий размер m_S, которая определяется для новой размерной цепи по формуле:

m_S= m₁ + m₂ + m₃ - m₄ - m₅ + m₆ - m₇ , (3.35)

т.е. сумма координат середины полей допусков, увеличивающих (по отношению к замыкающему звену) размеров за минусом координат уменьшающих размеров звеньев цепи. Координаты же m₁,...m₇ определяются как полусуммы верхнего и нижнего отклонений на соотвественные размеры.

Таким образом, верхнее и нижнее отклонения на ремонтный размер равны соответственно:

В_1р = m_S + ; Н_1р = m_S - . (3.36)

Метод восстановления точности размерной цепи путем введения при ремонте компенсирующих звеньев в конечном итоге сводится к определению величины компенсатора Q, которая полностью определяется по величине износа деталей, т.е. для рассмотренной выше размерной цепи после измерения действительных значений размеров ее звеньев:

Q = (N₁-N_1p)+(N₂-N_2p)+(N₇-N_7p). (3.37)

Допуск же на размер компенсатора определится по аналогии с выражением (3.34):

. (3.38)