Основы механизации и автоматизации машиностроительного производства

А_? = А1 - А2,

где А1 и А2 - номинальные размеры составляющих размерную цепь звеньев.

Для наглядности и упрощения размерные цепи иногда изображают в виде схемы (рис. 96, б). Линию ОО принимают за базу (начало отсчета). При построении размерных цепей имеющиеся в конструкции зазоры рассматривают как самостоятельные звенья цепи.

Допуск замыкающего звена размерной цепи равен сумме допусков всех составляющих звеньев.

Требуемая точность замыкающего звена размерной цепи при сборке машины может быть достигнута различными методами, изложенными ниже.

3.4 Методы сборки машин

В зависимости от типа производства, конструкции изделия в машиностроении используются следующие основные методы сборки, позволяющие достичь требуемой точности замыкающего звена: сборка с полной, неполной и групповой взаимозаменяемостью деталей, сборка с пригонкой деталей по месту и с регулированием отдельных соединений, составляющих сборочную единицу.

Метод полной взаимозаменяемости предусматривает сборку изделий без какой-либо дополнительной обработки и подгонки деталей в процессе сборки. Основными факторами, обусловливающими использование этого метода, является необходимость обработки большого количества деталей с заданной степенью точности, т.е. в пределах заданных допусков на обработку. Такая обработка предполагает использование сложной и дорогостоящей технологической оснастки и средств контроля, что экономически оправдано лишь в крупносерийном и массовом производстве.

При сборке с неполной взаимозаменяемостью на размеры деталей устанавливаются несколько большие допуски, чем при расчете на полную взаимозаменяемость. При этом изготовление деталей будет более экономично, хотя в процессе сборки некоторое количество единиц будет собираться после дополнительной доделки. При этом процент сборочных единиц, которые возможно не будут отвечать техническим требованиям, может быть установлен заранее при расчете допусков на детали.

Метод групповой взаимозаменяемости предусматривает сортировку деталей, изготовленных с более широкими допусками, на несколько групп с более узкими допусками. Требуемый зазор или натяг в сочленении обеспечивается за счет соответствующего подбора сопрягаемых деталей. Например, к отверстию с диаметром, близким к нижнему предельному размеру, подбирают менее полный вал, и наоборот. В одной группе находятся охватывающие и охватываемые детали, которые при сборке обеспечивают заданную степень подвижности сочленения без дополнительной пригонки. Такую сборку называют иногда селективной. На заводах автомобильной промышленности таким методом собирают, например, поршневые кольца с поршнями, поршни с цилиндрами двигателей и др.

Метод сборки с пригонкой деталей по месту состоит в том, что на одной из заранее установленных деталей допуск выходит за пределы установленных величин, а требуемый зазор в сопряжении достигается за счет индивидуальной пригонки этой детали путем снятия излишнего слоя металла, например, шабрением, опиловкой, притиркой или любым другим способом. К недостаткам сборки с пригонкой следует отнести сравнительно высокую трудоемкость пригоночных работ, достигающую иногда до 40…50%, а в тяжелом машиностроении до 85% общей трудоемкости сборки машины, что обусловливает значительную потребность предприятия в слесарях-сборщиках высокой квалификации. Кроме того, имеют место трудности в определении реальной трудоемкости пригоночных работ, что усложняет планирование производства и установление технически обоснованных норм выработки на сборочные работы.

Пример сборки узла с пригонкой детали по месту показан на рис. 97, а. В этом случае необходимый зазор АД достигается пригонкой по толщине детали 1, при изготовлении которой заранее оставляют припуск Ж на пригоночные работы.

Сборка с регулированием применяется в тех случаях, когда определенное положение (зазор, размер и т.п.) требуется сохранить в процессе эксплуатации. При этом требуемая точность сборки обеспечивается установкой дополнительных деталей - так называемых компенсаторов (регулировочных прокладок, винтов, колец, втулок и т.п.).

Сборка соединений методом регулирования приведена на рис. 97, б, в. В этом случае необходимая точность размера замыкающего звена может быть достигнута путем изменения размера заранее выбранного компенсирующего звена. Например, перемещая втулку К в осевом направлении (рис. 97, б) достигается требуемый зазор А_Д замыкающего звена. После регулирования втулка (подвижной компенсатор) стопорится винтом. На рис. 97, в в качестве компенсатора используется кольцо К определенной толщины (неподвижный компенсатор), которое подбирает сборщик по результатам измерения фактического размера замыкающего звена А_Д.

Применение подвижных компенсаторов дает возможность получить высокую точность размерной цепи и поддерживать эту точность при эксплуатации, когда отдельные звенья вследствие износа или влияния температуры изменяют свои размеры. Это позволяет восстанавливать первоначальную работоспособность изношенных сочленений, что обычно осуществляется в период плановых технических обслуживаний и ремонтов.

3.5 Характеристика соединений деталей машин

При сборке машин основным видом работ является выполнение различных соединений деталей. Собранные соединения деталей машин могут быть подвижными и неподвижными. В первом случае собранное соединение допускает возможность одной детали перемещаться относительно другой. В неподвижном соединении взаимное положение деталей сохраняется неизменным.

В свою очередь как подвижные, так неподвижные соединения выполняют разъемными и неразъемными. Разъемными называют соединения, которые в случае необходимости могут быть разобраны без повреждения сопряженных или крепежных деталей. Разборка неразъемных соединений деталей в период эксплуатации не предусматривается, так как разъединение деталей может привести к их повреждению или полному разрушению. К неподвижным разъемным соединениям относят резьбовые, шпоночные, шлицевые и конические соединения. Неподвижные неразъемные соединения выполняют с гарантированным натягом или же сваркой, пайкой, клепкой и склеиванием.

К подвижным разъемным соединениям относят соединения с подвижными посадками, а к подвижным неразъемным - подшипники качения, втулочно-роликовые клепаные цепи, запорные краны и др.

Вместо цилиндрических часто применяют неподвижные конические соединения, поскольку они обеспечивают более точное центрирование. В этом случае плотность соединения обеспечивается, чаще всего заклиниваем охватывающей детали на конус вала.

Резьбовые соединения осуществляются с помощью болтов, винтов и шпилек. Трудоемкость сборки резьбовых соединений в массовом производстве составляет 25…40 % общей трудоемкости сборочных работ.

3.6 Виды и организационные формы производственного процесса сборки изделий

На основе изучения назначения изделия, его сборочных и рабочих чертежей, конструктивных особенностей собираемого изделия, а также намеченного объема выпуска изделия в целом и его сборочных единиц выбирают вид и организационную форму процесса сборки.

Поточную подвижную сборку осуществляют с периодическим и непрерывным движением собираемого объекта. При большом числе подлежащих изготовлению изделий или их сборочных единиц необходимо выяснить экономичность использования поточной сборки. Подвижную сборку с непрерывным перемещением собираемого изделия целесообразно выбирать при достаточной жесткости и сравнительно небольшой массы базирующей детали. В противном случае лучше выбрать подвижную сборку с периодическим перемещением собираемого изделия.

Изделия большой массы при относительно небольшой программе их выпуска более экономично собирать с использованием поточной сборки с периодически перемещающимися бригадами рабочих от одного собираемого объекта к другому.

Непоточная стационарная сборка характеризуется неизменным положением собираемого объекта на одном рабочем месте, которое оснащается всей необходимой технологической оснасткой. Неподвижность объекта позволяет свести к минимуму влияние на точность изделия упругих деформаций при недостаточно жесткой базирующей детали.

В зависимости от конструкции изделия сборку можно производить на необорудованной площадке, на сборочных стендах, на фундаментах и пр. Для обеспечения труда рабочие места или стенды обычно оборудуют универсальными приспособлениями и подъемно-транспортными устройствами.

Стационарная сборка может осуществляться без расчленения сборочных работ (по принципу концентрации) и с расчленением (по принципу дифференциации). В первом случае изделие полностью от начала и до конца собирается на одном рабочем месте, одним рабочим. По принципу расчленения операций изделия собирают параллельно на нескольких рабочих местах бригадой рабочих, при этом отдельные члены бригады специализируются на выполнении определенных сборочных операций.

При непоточной подвижной сборке собираемое изделие последовательно перемещается от одного рабочего места к другому, на каждом из которых выполняют определенную операцию, т.е. имеет место максимальное расчленение сборочного процесса. Сборочные операции на каждом рабочем месте выполняют рабочий или бригада рабочих. Объект сборки перемещается самим исполнителем работы, например, по роликовому конвейеру, на сборочных тележках, на подвесных монорельсовых путях и т.п. При такой сборке значительно изменяется продолжительность операции, в связи с чем предусматривают межоперационные заделы.

Рабочие места оборудуют верстаками, стеллажами для сборочных единиц и деталей, монтажно-сборочными и контрольно-измерительными инструментами, транспортными средствами. Этот вид сборки экономично использовать в серийном производстве.

Подвижная стационарная сборка характеризуется тем, что собираемые изделия остаются на рабочих местах, а рабочие одновременно переходят от одних собираемых изделий к другим через определенные промежутки времени. При этом каждый рабочий выполняет определенную операцию.

Основным преимуществом поточной стационарной сборки является работа с установленным тактом выпуска, что позволяет достигнуть высокого ритма выпуска изделий, короткого цикла сборки, высокой производительности труда. Применяют этот вид сборки при производстве изделий, отличающихся недостаточной жесткостью базирующихся деталей, большими размерами и массой (например, автобусы, тяжелые станки и т.п.). При дальнейшем увеличении объема выпуска изделий и сборочных единиц экономичной становится поточная подвижная сборка.

Поточная подвижная сборка характеризуется тем, что собираемый объект перемещается непрерывно или периодически через равные промежутки времени. Сборочные операции, закрепленные за каждым рабочим местом, должны иметь примерно одинаковую трудоемкость, а скорость движения конвейера должна согласовываться со временем, которое отводится рабочему для выполнения его операций. В этом случае длительность любой сборочной операции на конвейере будет примерно равна такту выпуска.

Преимуществами поточной подвижной сборки по сравнению с другими являются более высокая производительность труда, более рациональное использование производственных площадей, более высокий уровень качества выпускаемой продукции. Кроме того, точно рассчитанный и заданный скоростью движения конвейера такт сборки может быть положен в основу планирования не только сборочного, но и других цехов предприятия, что значительно упрощает планирование производства в целом, учет и управление.

К преимуществам этого вида сборки следует отнести и то, что максимально расчлененный сборочный процесс не требует высококвалифицированных рабочих, так как закрепление за исполнителем одной или небольшого количества операций позволяет ему в сравнительно короткие сроки приобрести необходимые навыки и умения.

Рабочие места, участвующие в сборке узла или машины и расположенные вдоль конвейера в соответствии с последовательностью операций технологического процесса сборки называют поточной линией. Собираемое изделие при этом передвигается от одного рабочего места к другому механическим транспортным средством. Скорость движения сборочных конвейеров непрерывного действия от 1 до 5 м/мин, а конвейеры с периодическим движением перемещают изделие к следующему рабочему месту со скоростью 5…6 м/мин.

В случае сборки с непрерывным перемещением собираемого объекта рабочий проводит сборку, перемещаясь со скоростью движения конвейера на длину сборочной позиции, а затем возвращается в исходное положение. В связи с этим скорость движения конвейера лимитируется физиологическими возможностями человека.

Главным условием организации поточной сборки является обеспечение полной взаимозаменяемости собираемых узлов и отдельных деталей, входящих в поточную сборку. Пригоночные работы, если они необходимы, должны выполняться вне общей сборки на операциях предварительной сборки.

Одной из сложных проблем организации поточной подвижной сборки является проблема операционного контроля качества сборки и обеспечение исправления обнаруженных дефектов без нарушения установленного ритма сборки. Кроме того имеют место значительные первоначальные материальные и трудовые затраты на изготовление и установку сборочного оборудования.

Конструкция собираемого на потоке изделия должна быть достаточно технологичной. При этом технологичным с точки зрения сборки считается изделие, которое можно собирать из отдельных сборочных единиц.

Вопросы для самопроверки

1. Дать определение технологическому процессу сборки. Пояснить структуру процесса сборки.

2. Пояснить причины, вызывающие возникновение погрешностей при сборке.

3. Пояснить каким образом достигается требуемая точность сборки с помощью анализа размерных цепей.

4. Пояснить технологические методы сборки машин.

5. Дать характеристику соединений деталей машин.

6. Пояснить основные организационные формы сборки машин. Дать им сравнительную характеристику.

3.7 Сборка типовых соединений и передач

3.7.1 Сборка неподвижных разъемных соединений

Резьбовые соединения. Качество сборки резьбовых соединений зависит от многих факторов, основными из которых являются точность и качество изготовления резьбы, правильность затяжки болтов и гаек, марка материала крепежных деталей, а также правильность конструкции резьбового соединения. Ось болта должна быть обязательно перпендикулярна торцевым поверхностям соединяемых деталей, в противном случае перекос оси может привести к обрыву болта или срыву резьбы у гайки.

В зависимости от условий нагружения различают соединения без предварительной затяжки и с предварительной затяжкой. Большинство резьбовых соединений собирают с предварительной затяжкой. В этом случае процесс сборки состоит из операций установки резьбовых деталей и их наживления, навинчивания (ввертывание) на основную часть длины резьбового элемента, предварительной затяжки, окончательной затяжки, проверки затяжки и стопорения резьбовых деталей (если предусмотрено конструкцией).

Наживление производят от руки на одну-две нитки. Для лучшего направления на резьбовых деталях выполняют фаски, заточки и выточки. Навинчивание в зависимости от диаметра и плотности резьбы производят от руки или с использованием ручных инструментов. Важным этапом сборки является затяжка резьбового соединения, от качества которой зависит надежность работы соединения. Для выполнения затяжки используют различные ручные инструменты, предельные (тарированные) и динамометрические ключи. Предельные ключи выключаются при достижении заданного момента затяжки. Динамометрические ключи указывают величину прикладываемого момента затяжки на специальной шкале. Конструкция динамометрического ключа показана на рис. 98. Эти ключи работают по принципу изгиба консольно закрепленного упругого стержня, прогиб конца которого пропорционален величине прикладываемого к рукоятке усилия (закон Гука).

По сравнению с предельными динамометрические ключи обеспечивают более высокую точность затяжки. В диапазоне больших моментов точность затяжки составляет ±5 %. С уменьшением момента точность снижается.

К простейшим ручным инструментам относятся отвертки, обычные и накидные гаечные ключи. Эти ключи пригодны для открытых доступных мест, но малопроизводительны. Длина рукоятки гаечного ключа принимается не более 15 диаметров резьбы. Такая длина обеспечивает нормальную затяжку и исключает возможность срыва резьбы. Торцовые ключи с воротковой рукояткой (рис. 99, а) пригодны для крепежных деталей, расположенных в углублениях или окруженных выступающими элементами. По сравнению с обычными ключами использование торцовых ключей повышает производительность в 3…5 раз. Торцовые ключи коловоротного типа (рис. 99, б) позволяют завертывать крепежные детали непрерывно (без перехвата рукоятки), что повышает производительность завертывания в 5…10 раз. Для труднодоступных мест применяются шарнирные торцовые ключи (рис. 99, в), а также торцовые трещеточные ключи (рис. 99, г). Завертывание крепежных деталей трещеточным ключом производят качательными движениями рукоятки ключа.

Завертывание шпилек производят специальными ключами с захватом за гладкую или резьбовую часть. В единичном или серийном производстве применяют специальные ручные приспособления (ключи). На рис. 100, а показан ключ, навертываемый на резьбовой конец шпильки. Для свертывания ключа с затянутой шпильки угол наклона спиральных прорезей 1 должен быть больше угла подъема резьбы шпильки. Ключ с захватом шпильки за гладкую поверхность показан на рис. 100, б. В этом случае захват происходит за счет роликов 1, которые заклиниваются в спиральных канавках корпуса 2. В массовом производстве применяют электро- или пневмошпильковерты с самораскрывающимися головками (рис. 100, в).

Затяжку болтов и резьбовых шпилек большого диаметра часто производят термическим способом. В этом случае стержень болта нагревают до определенной температуры, используя газовые горелки или электрические нагреватели. После этого гайку затягивают ручным ключом, прилагая небольшой момент. При охлаждении стержень болта сокращается, обеспечивая необходимую силу затяжки. Температуру нагрева и величину необходимого удлинения болта, которые указываются в технических условиях или определяются по заданной силе затяжки соединения, легко рассчитать по коэффициенту линейного расширения материала болта.

Затяжку резьбового соединения рекомендуется производить в определенной последовательности (рис. 101) постепенно в два-три приема. Сначала следует затянуть все гайки на одну треть, затем на две трети и, наконец, на полную величину момента. При прямоугольной форме соединяемых деталей затягивание винтов и гаек следует начинать с середины. Гайки, расположенные по окружности, следует затягивать крест-накрест. Затяжка в произвольном порядке может вызвать коробление или перекос закрепляемой детали.

В технических условиях на выполнение сборочных работ указывают силу или момент затяжки резьбовых соединений (резьбовых, винтовых, шпилечных), последовательность затяжки крепежных деталей в групповом соединении, плотность и герметичность соединения, а также метод стопорения крепежных деталей.

Для обеспечения герметичности более тщательно обрабатывают резьбу и торцевые поверхности, а также используют прокладки из сравнительно мягкого материала (отожженной меди, паронита и др.). Резьбу заглушек при необходимости уплотняют какой-нибудь краской.

Во время работы машины резьбовые соединения могут самопроизвольно ослабляться. Для предохранения гаек от самоотвинчивания их стопорят различными методами. При стопорении контргайкой (рис. 102, а) ее затягивают до плотного соприкосновения с торцом основной гайки. Стопорение резьбовых деталей ответственного назначения, а также деталей, расположенных внутри закрытых картеров и корпусов, предпочтительно производить шплинтами или проволочной обвязкой (рис. 102, б, в, г). После достижения заданного момента затяжки необходимое совмещение прорези в корончатой гайке с отверстием под шплинт обеспечивают только дальнейшим доворотом гайки. При стопорении проволокой ее вводят в отверстие головок винтов так, чтобы после стягивания создавалось усилие в направлении завинчивания резьбы.

Надежное стопорение наружных крепежных деталей достигают подкладыванием под гайки и головки винтов упругих (пружинных) разрезных шайб (рис. 102, д). Развод концов этих шайб в осевом направлении должен быть в свободном состоянии не менее полуторной их толщины.

Винты, соединяющие детали из мягкого металла или незакаленных сталей, стопорятся накерниванием (рис. 102, е).

Для стопорения винтов в глухих отверстиях рекомендуется в отверстие вставлять пружину (рис. 102, ж), которая после затягивания винта, разжимаясь, создает натяг, препятствующий самоотвинчиванию.

Надежное стопорение и герметизацию соединений обеспечивают использованием резьбообразующих винтов (саморезов). Эти винты применяют в соединениях деталей из тонколистового металла. Ввертыванием винта в гладкое отверстие получают плотное резьбовое соединение, хорошо работающее в условиях вибраций.

Контроль качества сборки резьбовых соединений производят обычно в процессе сборки путем проверки осевой силы или момента затяжки. Визуально проверяют наличие крепежных деталей в собранном соединении, выявляют возможность их повреждения, а также контролируют последовательность затяжки резьбовых деталей в групповом соединении по ходу его сборки. Наиболее точный метод контроля осевой силы затяжки заключается в измерении удлинения болта (или резьбовой шпильки) посредством микрометрических скоб, микрометров или индикаторных устройств. Измерения производят с точностью до 0,01 мм. Применяют этот метод контроля для ответственных резьбовых соединений при отношении длины болта к его диаметру более 10.

Шпоночные и шлицевые соединения. В шпоночных соединениях используют клиновые, призматические и сегментные шпонки. Требуемая точность сборки шпоночных соединений обеспечивается изготовлением их элементов с допусками. Вследствие того, что посадки в пазах вала и охватывающей детали различны, размеры шпонок выполняют в системе вала. При сборке шпоночного соединения с клиновой шпонкой ось охватывающей детали смещается относительно оси вала на величину посадочного зазора, что вызывает ее радиальное биение. В соединениях с призматическими или сегментными шпонками сборку шпонки с валом осуществляют с натягом, применяя мягкие и протектированные молотки, струбцины или прессы. Между верхней плоскостью шпонки и дном паза охватывающей детали должен быть зазор, в этом случае она будет центрироваться по шейке вала.

Шпонку в паз охватывающей детали устанавливают плотно в тех случаях, когда охватывающая деталь, передавая крутящий момент, должна свободно перемещаться вдоль оси вала.

Возможны следующие погрешности установки шпонки: неодинаковая высота выступающей части шпонки по ее длине, несимметричное расположение и перекос оси шпонки по отношению к оси вала и ненормальная высота шпонки.

После сборки шпоночное соединение можно контролировать путем покачивания охватывающей детали на валу, перемещением ее вдоль вала, а также проверкой биения охватывающей детали.

Шлицевые соединения обеспечивают более точное центрирование, повышенную прочность при тех же габаритах, что и соединения со шпонкой. Шлицы на валу фрезеруются, а пазы отверстия протягиваются. По форме профиля различают соединения с прямоугольным, эвольвентным и треугольным профилем шлицев. В соединениях с прямоугольным профилем центрирование может происходить по боковым граням шлицев, по наружным или внутренним поверхностям вала. Более высокая точность достигается при центрировании по внутренним поверхностям вала. Однако при центрировании по боковым граням происходит более равномерное распределение нагрузки по шлицам. Поэтому его следует применять при передаче значительных крутящих моментов.

В зависимости от посадки центрирующих поверхностей шлицевые соединения бывают подвижные, легкоразъемные и тугоразъемные. В подвижных легкоразъемных соединениях охватывающие детали устанавливают на место небольшими усилиями или от руки. Так как в таких соединениях имеются небольшие зазоры, то после сборки охватывающие детали проверяют покачиванием. В правильно собранном соединении покачивание или относительное смещение охватывающей и охватываемой детали под действием ручных усилий недопустимы.

Неподвижные конические соединения часто применяют взамен цилиндрических, так как они обеспечивают хорошее центрирование. Плотность посадки и необходимый натяг в коническом соединении осуществляют в результате напрессовки охватывающего конуса на охватываемый. Сборку конусного соединения начинают с подбора охватывающей детали по конусу вала. Конусность соединения находится в пределах 1:15.

При сборке конических соединений, затягиваемых гайкой, применяют предельные и динамометрические ключи или контролируют глубину запрессовки.

3.7.2 Сборка неподвижных неразъемных соединений

К неразъемным относятся соединения, выполняемые с гарантированным натягом, развальцовкой и отбортовкой.

Соединения с гарантированным натягом. Эти соединения осуществляют ударами ручника (запрессовка штифтов, заглушек, небольших втулок), на различных прессах или путем теплового воздействия на сопрягаемые детали. Надежность прессовых соединений зависит главным образом от величины натяга. С повышением шероховатости посадочных поверхностей сопрягаемых деталей прочность соединений возрастает. Однако при большой высоте микронеровностей часть их при запрессовке сминается и фактически получаемый натяг уменьшается.

С помощью сравнительно небольших механических усилий собирают соединения с небольшим натягом (до 0,001d). Для облегчения сборки и уменьшения сминания (шабровки) неровностей контактных поверхностей рекомендуется конец вала и край отверстия слегка закруглять.

Для предупреждения задиров поверхностей и уменьшения сил запрессовки применяют различные минеральные масла и твердые смазки (например, дисульфит молибдена или графит). Скорость запрессовки не превышает 5…7 м/с. Наибольшая прочность достигается при малых скоростях (до 3 м/с). В случае разборки соединений с гарантированным натягом применяют различные съемники; в конструкциях деталей для облегчения демонтажа предусматривают соответствующие элементы.

В качестве оборудования для запрессовки и распрессовки наиболее часто применяют механические, гидравлические и пневматические прессы. Мощность прессов выбирают по силе распрессовки с коэффициентом запаса 1,5…2,0.

Качество соединений с гарантированным натягом контролируют по величине силы запрессовки. При сборке ответственных соединений (например, колесных пар подвижного состава) снимают диаграмму изменения силы запрессовки, которая является паспортом этого соединения. Для проверки качества соединения может быть применен ультразвуковой метод контроля. С помощью этого метода можно обнаружить места с заниженным удельным давлением или с зазорами. Сборку с помощью температурных деформаций осуществляют нагревом охватывающей детали или охлаждением охватываемой. Нагрев деталей осуществляют в кипящей воде, в масляных ваннах (110…130^оС), индукционным методом или с помощью газовых горелок. Более равномерный нагрев достигается в жидкой среде.

Нагрев крупногабаритных деталей затруднен; в этих случаях сборку соединений осуществляют охлаждением охватываемых деталей. Сборка с охлаждением имеет ряд преимуществ перед сборкой с нагревом. При охлаждении не изменяется исходная структура и свойства металла.

Температура охлаждения охватываемой детали может колебаться от нескольких десятков градусов до температуры жидкого азота (-196^оС). На практике в качестве охлаждающих сред используют твердую углекислоту (температура испарения -79^оС), жидкий азот (температура испарения -96^оС), а также твердую углекислоту со спиртом (температура испарения около -100^оС).

Сварные соединения. Сборочные работы при сварке предусматривают правильное взаимное положение соединяемых деталей и их временное скрепление. Правильность соединения обеспечивают предварительной разметкой, тщательной выверкой по контрольным отверстиям или по упорам, а также установкой в сборочных и сборочно-сварочных приспособлениях.

Технологические условия сварки обеспечивают возможность ведения этого процесса на поточных линиях механической обработки и сварки.

Качество сварки собранного соединения определяют внешним осмотром, испытанием на плотность и прочность, а также с помощью различных методов неразрушающего контроля (просвечиваем рентгеновскими лучами, ультразвуковым контролем, магнитной дефектоскопией и др.).

Паяные соединения. Пайка применяется для получения прочных и герметичных соединений из тонколистового металла (оцинкованной жести, латуни, меди и т.п.). Температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых материалов.

Пайка выполняется при температурах, превышающих на 50…100^оС температуру плавления припоев. В зависимости от температуры плавления и прочности применяемых припоев различают низко- и высокотемпературную пайку.

При низкотемпературной пайке применяют мягкие припои с температурой плавления до 350…400^оС. Образующиеся при этом соединения имеют сравнительно невысокие значения прочности, не превышающие 50…70 МПа. Для этих целей используют в основном припои на основе олова или свинца марок ПОС 30, ПОС 40 и др. Температура плавления этих припоев находится в пределах 180…300^оС. Низкотемпературные мягкие припои поставляются в виде прутков, проволоки, ленты или трубок, заполненных флюсом.

Высокотемпературная пайка осуществляется твердыми припоями, имеющими температуру плавления выше 500^оС и предел прочности до 500 МПа. В качестве припоев при этом наиболее часто используют чистую медь, а также сплавы на основе меди, серебра, цинка и никеля. Медь применяется обычно для пайки деталей из углеродистых и высоколегированных сталей.

Качественная пайка может быть осуществлена лишь при условии тщательной подготовки соединяемых поверхностей. Подготовительные работы в значительной степени определяют надежность соединения. Соединяемые поверхности тщательно подгоняют друг к другу, обезжиривают и очищают от оксидов и посторонних частиц.

Механическую очистку обычно производят стальными щетками или абразивным полотном. Обезжиривание - горячими щелочными растворами или органическими растворителями. Оксиды удаляют травлением в минеральных кислотах с последующей промывкой и сушкой.

Для удаления с поверхностей соединяемых деталей оксидных пленок и лучшего смачивания их используют различные флюсы в виде порошков, паст и жидкостей.

При пайке меди и ее сплавов применяют обычно канифольные флюсы, не вызывающие коррозии паяных соединений. В некоторых случаях (для пайки стальных деталей) в качестве флюса используют хлористый цинк. Его получают растворением кусочков цинка в соляной кислоте. Для высокотемпературной пайки медными и медно-цинковыми припоями в качестве флюсов применяют буру, смесь буры с борной кислотой, фтористый кальций или их смеси. Флюсы насыпают или намазывают на место пайки. Остаток флюса после пайки удаляют промывкой горячей водой или пескоструйной обработкой, так как он способен вызвать коррозию соединенных деталей, особенно из алюминиевых сплавов.

Прочность соединения в значительной степени зависит от толщины слоя припоя. С уменьшением зазора между деталями, а, следовательно, с уменьшением толщины слоя припоя сопротивление разрушению спаянного соединения увеличивается. При пайке стальных деталей твердыми припоями рекомендуется выдерживать зазор в соединении в пределах 0,03…0,05 мм, мягкими припоями в пределах 0,05…0,20 мм. При пайке меди и медных сплавов зазор принимают около 0,08…0,35 мм.

Чаще всего для нагрева металла используют электрические паяльники. Температура нагрева паяльника около 400^оС. Паяльники изготавливаются из брусков качественной меди, обладающей высокой теплопроводностью. Перед работой сердечник паяльника опиливается и затем обслуживается (покрывается слоем олова). С этой целью паяльник погружают в хлористый цинк, затем захватывают им припой и натирают рабочей частью о кусок нашатыря. При работе таким паяльником припой хорошо удерживается и растекается ровным слоем, что обусловливает получение качественного шва.

Контроль качества паяных соединений осуществляют обычно различными неразрушающими методами контроля (аналогично сварным соединениям).

Клепаные соединения. Соединение деталей при помощи заклепок применяется в тех случаях, когда невозможно или сложно осуществить сварку. В большинстве случаев оно применяется для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуется расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей. При этом силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали. Отверстия под заклепки сверлят или продавливают на клепальной машине.

Клепка может производиться без нагрева заклепок и с нагревом (горячая клепка). Стальные заклепки малого диаметра (до 12 мм) и заклепки из цветных металлов ставятся холодным способом (холодная клепка). Нагрев заклепок производится до температуры 1000…1100^оС, образование замыкающей головки заканчивается при температуре 400…450^оС. Усилие клепки составляет 65…80 кН на 1 см² сечения стержня заклепки. Клепка (осаживание стержня) производится преимущественно машинным способом с помощью пневматических молотков, клепальных прессов, пневматических скоб и других механизмов.

Нагрев заклепок перед постановкой облегчает процесс клепки и повышает качество соединения (достигается лучшее заполнение отверстия и повышенный натяг в стыке деталей). Машинная клепка обеспечивает однородность посадки заклепок, повышает натяг в стыке деталей, что улучшает качество соединения.

Диаметр отверстия под заклепку подбирают в зависимости от диаметра стержня заклепки и точности сборки. Для выравнивания смещенных отверстий их обрабатывают совместно. Номинальный диаметр отверстия в соединенных деталях принимают равным наибольшему предельному размеру диаметра стержня заклепки. Длина выступающей части стержня заклепки для образования замыкающей головки должна составлять 1,3…1,6, а для потайных - 0,9 диаметра стержня.

Для фиксации склепываемых деталей применяют центрирующие вставки, штифты или специальные приспособления.

При горячей клепке каждую заклепку выдерживают под давлением рабочего инструмента для предупреждения ее вытяжки. Постановку заклепок для уменьшения смещения отверстий и выпучивания соединяемых листов следует вести вразброс. При работе на прессах заклепки вставляют вручную щипцами или специальными вилками. В клепальных автоматах пробивка отверстий, вставка заклепок и обжатие замыкающих головок выполняются автоматически.

Качество клепки проверяют внешним осмотром соединения и простукиванием заклепок. Внешним осмотром можно выявить дефекты замыкающих головок, выпучивание или подсечку листов. Простукиванием можно определить слабо затянутые заклепки. Маломерные, плохо оформленные и сбитые на сторону головки обнаруживают шаблонами. Плохое прилегание головок проверяют щупами. Дефектные заклепки высверливаются, а вместо них ставят новые.

Герметичность соединения проверяют воздушным или гидравлическим давлением. Неплотность соединения обнаруживают по воздушным пузырькам после смачивания поверхности мыльной пеной. При гидравлических испытаниях неплотность обнаруживают падением давления по манометру или же по выступанию капелек влаги на наружной поверхности соединения. Величину пробного давления обычно указывают в технических условиях.

Клеевые соединения. Склеивание применяют для сопряжений по цилиндрическим поверхностям (посадка втулок в корпусные детали, постановка заглушек и пр.), а также для соединений по плоскостям. Клеевые соединения хорошо работают на сдвиг, но хуже на отрыв. С помощью склеивания можно соединять разнородные материалы - металлы, керамику, пластмассы, стекло. Большинство клеев имеют органическую полимерную основу. Наибольшее практическое применение получили синтетические клеи на основе эпоксидных, фенольных и полиуретановых смол. Обычный температурный диапазон использования этих клеев до 100?С. При более высоких температурах их прочность резко снижается.

Качество и работоспособность клеевого соединения зависит главным образом от того, насколько правильно выбран клей, какие он имеет свойства и насколько правильно выбрана и выдержана технология склеивания.

Технология выполнения клеевых соединений предусматривает подготовку поверхности деталей, приготовление и нанесение клея, сборку деталей с приложением прижимных сил и последующую выдержку узла для отверждения клея.

В большинстве случаев подготовка поверхностей заключается в очистке их от загрязнений, обезжиривания и придания им необходимой шероховатости. Оптимальные параметры шероховатости R_Z = 20…63 мкм. Для подготовки поверхностей применяют обезжиривание органическими растворителями, пескоструйную и дробеструйную обработку, зачистку шкуркой или напильником, химическое или электрическое травление. Идеальной можно считать такую подготовку поверхности, при которой наблюдается когезионное (по клею) разрушение клеевых соединений.

Качество клеевого шва в значительной степени зависит от приемов нанесения клея. При нанесении клея на поверхность необходимо следить, чтобы слой клея был равномерным и строго определенной толщины. Оптимальной следует считать толщину 0,1…0,2 мм. При увеличении клеевой прослойки до 0,5 мм прочность соединения снижается в 1,5…2,0 раза. Выбор способа нанесения клея определяется его вязкостью. Для нанесения пастообразных клеев чаще всего используют шпатели, низковязких - кисти и щетки. Низковязкие клеи можно наносить и валиком. Хорошие результаты получаются при нанесении клея с помощью пульверизатора.

Для достижения заданной прочности клеевых соединений практически для всех типов клеев необходимо отверждение. Технология склеивания предусматривает также стадию выдержки после нанесения клея с целью удаления летучих компонентов. Параметрами отверждения являются давление склеивания, температура и продолжительность. Температура отверждения для различных клеев колеблется в очень широких пределах: от комнатной до 300^оС. С повышением этой температуры сокращается продолжительность отверждения, увеличивается прочность клеевых соединений, однако одновременно снижается эластичность клеевой прослойки.

Для нагрева соединяемых деталей при склеивании применяют обычные электрические печи, обдув теплым воздухом, комнатные и рефлекторные электронагреватели, токи высокой частоты, инфракрасные лучи и др. При выборе способа отверждения необходимо учитывать экономическую целесообразность применения каждого конкретного способа нагрева.

Важным параметром технологического процесса склеивания является давление. При использовании пленочных клеев, например, давление должно быть в пределах от 0,3…1,4 МПа. Для обеспечения давления в процессе формирования клеевых соединений используют различные грузы, гидравлические прессы, гидравлические и вакуумные мешки и другие способы.

При выборе типа клея необходимо учитывать природу склеиваемых материалов, условия работы клеевых конструкций (продолжительность эксплуатации, рабочая температура, характер нагрузки и др.), стоимость клея, санитарно-гигиенические условия его применения, горючесть и т.п.

Необходимо иметь в виду и тот факт, что в любом случае при эксплуатации клеевых соединений происходит постепенное ухудшение их свойств и разрушение адгезионных связей в результате температурных и атмосферных воздействий, нагрузки, влаги и других факторов. Поэтому для оценки работоспособности клеевых конструкций необходимы их испытания с учетом воздействия всех эксплуатационных факторов.

3.7.3 Сборка подшипниковых узлов

Все современные машины и механизмы содержат различные подшипники качения и скольжения. Работоспособность узлов с такими подшипниками может быть обеспечена лишь при условии строгого соблюдения правил их сборки.

Сборка узлов с подшипниками качения. Перед сборкой узла подшипники должны быть тщательно промыты. После промывки их проверяют на легкость вращения и шум. Для этого шариковый подшипник удерживают за внутреннее кольцо в горизонтальном положении и вращают наружное кольцо.

Неправильно выбранные посадки, перекосы при монтаже, повреждения и загрязнения при сборке могут вызвать интенсивный износ подшипниковых узлов.

Внутреннее (вращающееся) кольцо шарикового подшипника, сопряженное с шейкой вала, должно иметь посадку с натягом, а наружное - с небольшим зазором. При таких посадках наружное кольцо имеет возможность незначительно проворачиваться во время работы, что обеспечивает его более равномерный износ.

Поверхности валов и корпусов, сопрягаемые с подшипником, не должны иметь царапин, забоин, следов коррозии, а также погрешностей формы. Упорные буртики должны быть перпендикулярны посадочным поверхностям. Высота заплечиков валов и отверстий в корпусах должна быть достаточной для надежной фиксации подшипника в осевом направлении. В то же время эта высота должна обеспечивать возможность съема подшипника при демонтаже узла.

Радиус галтели у заплечиков вала и корпуса должны быть меньше радиуса галтели подшипника, что обеспечит полноту касания торца кольца подшипника и упорного буртика. Особое внимание следует обращать на соосность отверстий в корпусах и посадочных шеек валов. Несоосность этих поверхностей может возникнуть вследствие коробления деталей. Поэтому корпусные детали, особенно для монтажа подшипников повышенной точности, необходимо подвергать старению.

При посадке подшипника усилие запрессовки следует прикладывать к тому кольцу подшипника, которое устанавливается с натягом. При этом во избежание перекосов прикладываемое усилие должно быть равномерно распределено по всей боковой поверхности кольца. Подшипник может одновременно напрессовываться на вал и входить в корпус. В этом случае усилие напрессовки передается на оба кольца одновременно.

При установке в узле двух или более шариковых подшипников необходимо обеспечить самоцентрирование неподвижных колец в радиальном и осевом направлениях. Это позволит компенсировать возможные неточности обработки, сборки и температурных деформаций базовых деталей. Несоблюдение этого правила может привести к перекосу колец, заклиниванию шариков и преждевременному выходу подшипника из строя.

При запрессовке используют специальные оправки, показанные на рис.103. Запрессовку обычно выполняют ударами молотка (рис. 103, а) или на ручном прессе (рис. 103, б).

Установку подшипников на валы, имеющие на конце резьбу, целесообразно осуществлять с помощью винтового приспособления, показанного на рис. 104.

Для облегчения сборки подшипник иногда нагревают до температуры 80…100^оС. С этой целью его на 10…15 мин. погружают в нагретую масляную ванну и с небольшим усилием устанавливают на вал. Если нагрев подшипника не компенсирует натяг, то дополнительно охлаждают вал.

Температура нагрева подшипника не должна превышать 100^оС, так как при более высоких температурах возможно ухудшение механических свойств подшипниковой стали, вследствие возможности низкотемпературного отпуска.

В случае монтажа крупногабаритных подшипников в разъемные корпусы обычно проверяют по краске полноту прилегания наружного кольца к посадочной поверхности. В случае неполного прилегания (менее 75% общей площади поверхности) посадочные места пришабривают.

При узловой сборке конических роликовых подшипников необходимо предусмотреть возможность регулирования радиального зазора между кольцами и роликами. Регулирование этого зазора является ответственной сборочной операцией. Неправильно установленный зазор может быть причиной преждевременного износа подшипника. Для регулирования зазора в конструкции узла предусматривают возможность смещения наружного или внутреннего кольца в осевом направлении. Некоторые примеры смещения наружного кольца подшипника показаны на рис. 105. Требуемый зазор в коническом подшипнике можно установить с помощью изменения количества тонких регулировочных прокладок 1 между крышкой подшипника 2 и корпусом (рис. 105, а), с помощью регулировочной гайки 3 (рис. 105, б), или же с помощью регулировочного болта 5 и шайбы 4 (рис. 105, в).

Срок службы подшипников качения в значительной мере зависит от степени их защиты от грязи и пыли. Поэтому перед установкой или после сборки подшипники смазывают и устанавливают прокладки, задерживающие смазку и защищающие рабочую зону от попадания пыли и влаги.

При снятии с валов или выпрессовки из корпусов подшипников, годных для дальнейшей эксплуатации, усилие следует прикладывать только к тому кольцу, которое посажено с натягом. Демонтаж подшипников обычно осуществляют с помощью различных съемников. Некоторые из них показаны на рис. 106. Для демонтажа подшипниковых узлов следует предусматривать технологические элементы, значительно упрощающие разборку.

Сборка узлов с подшипниками скольжения. Узловая сборка подшипников скольжения заключается в установке подшипников, укладке вала и регулирования опор. Подшипники скольжения применяют цельные, в виде втулок, и разъемные. Цельные подшипники обычно запрессовывают в корпус и закрепляют от проворачивания. Регулирование положения вала в некоторых случаях производят шабрением подшипника.

В зависимости от размеров втулки и натяга в сопряжении запрессовка может быть выполнена в холодном состоянии, с нагревом отверстия корпуса или же с охлаждением самой втулки. При запрессовке с большими натягами сопрягаемые поверхности деталей во избежание задиров необходимо смазывать каким-либо маслом. Закрепление втулок от проворачивания выполняют с помощью стопорных винтов или штифтов. Для закрепления в осевом направлении кромки втулок развальцовывают.

Необходимый зазор при сборке разъемных подшипников достигается изменением набора тонких латунных прокладок, которые укладываются между стыками вкладышей.

Прилегание вкладышей к шейкам валов обычно проверяют по краске. С этой целью на закрепленные нижние вкладыши укладывают вал с нанесенным на шейки тонким слоем красителя и проворачивают вал на два-три оборота. Пятна краски должны равномерно покрывать большую часть (75…85 %) поверхности вкладыша. Хорошее качество прилегания достигают пришабриванием вкладыша, для чего его закрепляют в каком-либо приспособлении. Тонкостенные вкладыши могут обрабатываться непосредственно в гнездах постелей корпуса.

Вкладыши должны равномерно прилегать к постелям, что обеспечивает более высокую жесткость подшипника и более интенсивный отвод тепла от вкладыша.

У валов, имеющих несколько опор важное значение имеет соосность подшипников, которую проверяют специальным калибром или оправкой (рис. 107, а). В случае полного совпадения осей всех отверстий калибр вводится в них свободно. При перекосе или смещении осей калибр ввести в отверстия трудно или невозможно. Проверку соосности разъемных подшипников, особенно при значительном расстоянии между крайними подшипниками, целесообразно производить линейкой (рис. 107, б) или стальной струной (рис. 107, в).

Подшипники скольжения изготовляют из различных антифрикционных материалов. Выбор материала зависит от условий работы подшипника и режима смазки. Чаще всего в качестве антифрикционных подшипниковых материалов используют баббиты, бронзы, латуни, некоторые сплавы алюминия, серые чугуны, графит, а также композиционные материалы на основе полимеров и древесины.

3.7.4 Сборка зубчатых передач

Одной из ответственных сборочных операций является сборка зубчатых передач. Правильность зацепления зубчатых колес зависит от положения ведущего и ведомого валов в корпусе.

Для обеспечения правильности зацепления важно обеспечить параллельность осей валов при точном расстоянии между ними. Необходимо также, чтобы оси валов находились в одной плоскости.

Сборка цилиндрических зубчатых передач включает установку и закрепление колес на валу, установку валов с колесами в корпусе передачи, проверку и регулировку зацепления. При установке зубчатого колеса с натягом чаще всего производят нагрев колеса или охлаждение шейки вала. Установленные колеса контролируют на биение по диаметру начальной окружности и по торцу колеса. Для этого обычно вал устанавливают в контрольном приспособлении с индикаторами в центрах или на призмах (рис. 108).