Технологические процессы сборки типовых узлов машин и механизмов

Содержание
Введение
1. Характеристика технологических процессов производства.
2. Технологические процессы сборки типовых узлов машин и механизмов.
2.1. Сборка узлов с подшипниками качения.
2.2. Сборка узлов с подшипниками скольжения.
2.3. Сборка узлов с подвижными цилиндрическими соединениями.
2.4. Сборка зубчатых и червячных передач.
2.5. Сборка узлов с плоскими направляющими скольжения.
3. Технологические процессы единичного производства.
3.1. Технологические процессы в тяжелом машиностроении.
3.2. Технологические процессы в прецизионном машиностроении.
Заключение.
Список литературы.

Технологические процессы сборки типовых
узлов машин и механизмов

В упорных подшипниках необходимо обеспечить нулевой осевой зазор между шариками и кольцами подшипника. Регулировку зазора производят шайбой 2 и затяжкой болта 1 (рис 2.4). Сила затяжки резьбовой детали должна иметь небольшую погрешность относительно расчетного значения. Малое радиальное смещение колец подшипника одно относительно другого гарантируют точностью обработки деталей, входящих в узел. Радиальный зазор в игольчатых подшипниках больше, чем в остальных, и равен 0,02... 0,13 мм. Сборку узлов с игольчатыми подшипниками начинают с подбора тел качения по размеру наружного диаметра и длине. Точность подбора не более 0,005 мм по диаметру и 0,1 мм по длине. После подбора тел качения наружное кольцо подшипника устанавливают в корпус, а внутреннее - на вал. При помощи технологической оправки1 (рис. 2.5) тела качения размещают в наружном кольце подшипника. Фиксацию роликов производят консистентной смазкой. После этого устанавливают вал, заменяя им технологическую оправку. В осевом направлении игольчатые подшипники фиксируют ограничительными кольцами.
Рис. 2.4. Схема узла с упорным подшипником.
Рис. 2.5. Схема сборки игольчатого подшипника.
После сборки узлы с подшипниками качения проверяются на легкость вращения и при необходимости на радиальное биение.
2.2. Сборка узлов с подшипниками скольжения.
Надежная работа подшипников скольжения обеспечивается правильным подбором диаметрального зазора между валом и корпусом подшипника. Для распространенных размеров подшипников значение зазора колеблется в пределах 0,06... 0,10 мм. Монтажный зазор составляет примерно 0,3 от расчетного значения, что обеспечивает устойчивую работу подшипника с учетом износа.
Подшипники скольжения выполняют с разъемными и неразъемными корпусами-втулками, изготовленными из антифрикционного материала. Поверхность скольжения имеет точность диаметрального размера IТ6 и шероховатость Ra = 0,4 ... 0,8 мкм.
Неразъемные вставные втулки могут быть с осевой фиксацией и без нее. Осевую фиксацию обеспечивают штифтом или буртом. Втулку устанавливают в отверстие по посадке с натягом Н7/п6 или Н7/к6. Возникающие при сборке деформации изменяют внутренний диаметр втулки. Поэтому для обеспечения требуемой точности необходима отделочная обработка внутреннего диаметра. Технологический процесс сборки подшипников скольжения с неразъемными втулками состоит из установки втулки в отверстие, обработки отверстия и сопряжения собранной единицы с валом или осью в изделии [15].
Втулку в отверстие по посадке с натягом устанавливают продольным прессованием или при нагреве охватывающей детали. Ввиду малой жесткости втулки возможна потеря ее устойчивости при запрессовке. Чтобы избежать деформаций и даже поломок втулки, применяют специальные приспособления. Например, при запрессовке втулки в малую головку шатуна двигателя внутреннего сгорания используют приспособление с ориентирующими и направляющими элементами 1 (рис. 2.6). При наличии в отверстии и во втулке отверстия под штифт или смазку необходимо при запрессовке обеспечить ориентацию втулки относительно отверстия. Из-за малой толщины стенок прочность фиксации втулки в отверстии часто оказывается недостаточной. Поэтому втулку после запрессовки развальцовывают дорнованием или раскаткой [13].
Рис. 2.6. Схема запрессовки втулки: 1, 2 - направляющие элементы; 3 - втулка; 4 - шток пресса.
Во многих конструкциях установку втулки с натягом можно заменить посадкой втулки в отверстие на клей. При этом втулку с нанесенным клеем устанавливают в отверстие по посадке с зазором, что снижает необходимую силу и уменьшает вероятность деформации втулки из-за перекосов в процессе сборки. Внутренний диаметр втулки при этом практически не меняется и обработка его после сборки не требуется. По прочности клеевые соединения не уступают для таких деталей соединениям с натягом, а в отдельных случаях могут превосходить их.
Оси и валы в детали с неразъемными втулками необходимо устанавливать при сборочных зазорах в соединении. Увеличение зазора обеспечивают охлаждением оси или вала в жидком азоте. Нагрев детали со втулкой недопустим, так как может нарушиться прочность соединения втулки с отверстием. Сборку выполняют в специальных приспособлениях с технологическими скалками, ориентирующими сопрягаемые поверхности между собой. В качестве примера можно привести операцию сборки шатуна поршня и шатунного пальца.
В современных конструкциях неразъемные втулки часто заменяют полимерными материалами, которые заливают в отверстие. Полимерные материалы (например, фторопласт) образуют с деталью неразъемное соединение и могут работать в условиях сухого трения при соответствующих материалу скоростях вращения. После заливки отверстие обрабатывают до требуемой точности и шероховатости [20].
Разъемные втулки подшипников получают из ленты, покрытой антифрикционным сплавом, или изготавливают литыми, например из свинцовистой бронзы. Вкладыши из ленты получают отрезкой ленты и гибкой. Цилиндрические поверхности литых вкладышей обрабатывают с точностью по IT6 и проверяют правильность формы с помощью специального эталона по краске.
Вкладыши устанавливают в разъемное отверстие с натягом. Натяг обеспечивают увеличением размера одного из вкладышей и его выступанием над плоскостью разъема (рис. 2.7, а) на величину h. Размер h связан с натягом соотношением
,
где i - расчетный натяг, мм.
Рис. 2.7. Схемы контроля правильности установки вкладышей: а - контроль натяга; б - контроль зазора; в - вариант крепления вкладыша.
Крепление вкладышей в отверстии производят отгибом в пазы 2 (рис. 2.7, б), отбортовкой кромки (рис 2.7, в) или штифтами. Зазор между валом и вкладышем обеспечивают пригонкой внутренних поверхностей вкладышей по валу шабрением по пятнам контакта. Шабрение можно исключить точным изготовлением вкладышей. Величину зазора в подшипнике определяют щупом или с помощью свинцовых проволочек. Метод проволочек точнее, так как позволяет определить изменения зазора по длине соединения. Проволочки 1 располагают (см. рис. 2.7, б) по образующей вала и кромкам втулки. Соединение затягивают, затем разбирают. Микрометром проверяют толщину проволочек. По разности среднеарифметических толщин определяют действительный диаметральный зазор
где - толщина оттисков, уложенных на вал; и - толщины оттисков в разъеме вкладышей; п, , - число соответствующих проволочек. Если , то производят шабрение вкладышей, если же , то подгоняют плоскость разъема. В обоих случаях снимают слой металла, равный разнице расчетного и фактического зазоров. На величину зазора оказывает влияние разброс силы затяжки стыка, который не должен превышать 5 % от ее расчетного значения.
Осевой зазор в подшипниках скольжения выдерживают в пределах 0,1 ... 0,8 мм. Радиус галтели вкладыша должен быть больше радиуса галтели вала.
После сборки узел подшипника скольжения прирабатывают сначала на малых оборотах и небольших нагрузках, подавая в них смазку. Во время приработки следят за температурой подшипников. Повышение температуры свидетельствует о некачественной сборке.
2.3. Сборка узлов с подвижными цилиндрическими соединениями.
К подвижным цилиндрическим соединениям относятся цилиндрические направляющие технологического оборудования, поршневые соединения пневмо- и гидроцилиндров, поршневые пары двигателей внутреннего сгорания, золотниковые соединения.
Технологический процесс сборки направляющих зависит от требований к их точности. Жесткие технические требования к конструкции блока штампов требуют высокой точности обработки входящих в узел деталей и высокого качества их сборки. Существующий технологический процесс сборки включает следующие операции: запрессовку колонок в нижнюю плиту, установку втулок в верхнюю плиту на клей, установку верхней плиты в сборе на колонки, выдержку до полимеризации клея, контроль плавности и точности перемещения верхней плиты (рис. 2.8, а).
Рис. 2.8. Сборочные единицы с цилиндрическими направляющими.
Для обеспечения требования перпендикулярности колонок относительно плиты при запрессовке колонок необходимо использовать специальную технологическую оснастку. Однако и в этом случае процесс запрессовки не обеспечивает стабильного качества соединения. Установка втулок в верхнюю плиту на клей обусловлена необходимостью компенсации погрешности межосевого расстояния А по длине колонок. Данный технологический процесс сборки не позволяет использовать в конструкции минимальный зазор , необходимый из условий работы изделия. Уменьшить трудоемкость изготовления плит можно с помощью современных технологий сборки клеевых соединений и новых марок клеев. Технологический процесс в этом случае включает: постановку колонок в нижнюю плиту на клей, установку втулок в верхнюю плиту на клей, сопряжение в специальном приспособлении верхней плиты с колонками, выдержку до полимеризации клея. Применение зазора вместо натяга допускает снижение точности обработки отверстий в плитах, а также точности межосевого расстояния А между посадочными отверстиями. Требования к параллельности колонок и перпендикулярности их плите обеспечивают конструкцией сборочного приспособления или специальными способами сборки клеевых соединений. Зазор в подвижном соединении может быть минимальным. Сборка направляющих технологического оборудования (рис. 2.8, б) выполняется в следующей последовательности: сборка подвижной плиты со втулками по посадке с натягом, сборка колонок с опорами по посадке с натягом, установка колонок на станине с фиксацией, позволяющей их перемещение, установка подвижной плиты на колонки, установка верхней плиты на колонки по посадке с зазором, регулировка межосевого расстояния А подвижной плитой и закрепление колонок и верхней плиты резьбовыми деталями, а затем штифтами. Данная конструкция и технологический процесс обеспечивают оптимальный зазор в подвижном соединении за счет увеличения зазоров и .
Сборку подвижного цилиндрического соединения поршень - цилиндр рассмотрим на примере двигателя внутреннего сгорания. Зазор между поршнем и цилиндром должен быть в пределах 5 ... 30 мкм. Для обеспечения такой точности гильзы цилиндров и поршни сортируют по диаметру юбки на 4 ... 6 групп с точностью 5 ... 10 мкм. Процесс сборки включает: установку колец на поршень, контроль и сортировку поршней на группы, установку поршня в цилиндр. Поршневые кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания от картера двигателя, передают давление газа вместе с поршнем на кривошипно-шатунную группу, ограничивают перекос поршня в цилиндре, снижают коэффициент трения.
Поршневое кольцо устанавливают в канавку поршня по посадке с зазором 0,05 ... 0,32 мм в зависимости от марки двигателя. В массовом производстве точность сопряжения (необходимый зазор) обеспечивают методом полной взаимозаменяемости, в опытном производстве - притиркой колец на плите. Поршень с кольцами устанавливают в гильзу цилиндров (рис. 2.9) с применением оправки 1, предохраняющей кольца 2 от поломки. При этом кольца должны располагаться замками в разные стороны.
Рис. 2.9. Схема установки поршня в цилиндр.
Сборку прецизионных плунжерных и золотниковых подвижных соединений начинают с тщательной промывки сопрягаемых поверхностей. Зазор в таких соединениях не превышает 5 ... 10 мкм. При таких зазорах на процесс сопряжения оказывают влияние погрешности формы. Требуемая точность в прецизионных соединениях может быть получена притиркой или комбинацией двух методов: разбивкой поля допусков размеров на группы и притиркой. Сборку плунжерных пар осуществляют в термоконстантных цехах с повышенной чистотой воздуха.
2.4. Сборка зубчатых и червячных передач.
Важным фактором, оказывающим влияние на работу зубчатой передачи, является боковой зазор (рис. 6.10) между зубьями колес.
Рис. 2.10. Боковой зазор в зубчатой передаче.
На величину зазора оказывают влияние многие факторы: погрешность межосевого расстояния, погрешности изготовления корпусов редукторов, валов и самих зубчатых колес, а также тепловые деформации в процессе работы. Для нормальной работы зубчатого соединения зазор должен быть равен нулю. Но из-за множества факторов, перечисленных выше, приходится обеспечивать минимальный, обоснованный работой передачи зазор. В зависимости от этого установлены 12 степеней точности зубчатых колес. Наиболее часто в машиностроении применяют степени точности с 6 по 9. В процессах сборки зубчатых и червячных соединений необходимо учитывать погрешности обработки собираемых деталей и их взаимное влияние на окончательную точность бокового зазора.
Сборка зубчатых и червячных передач включает две типовые операции для всего разнообразия конструкций: установку зубчатого колеса на вал и установку «валов в сборе» в корпус редуктора.
Процесс установки зубчатого колеса на вал зависит от типа крепления на нем колеса. Наиболее часто встречается установка колеса на шпонку с переходной посадкой по диаметру вала. Установку колеса на вал с призматической шпонкой осуществляют в приспособлении прямым прессованием. Погрешность положения (рис. 2.11) шпоночного паза относительно шпонки хорошо компенсируется радиусом скругления R на торце шпонки. Сегментные шпонки имеют фаски 0,2... 0,5 мм, поэтому компенсация погрешности затруднена. Напрессовку колеса на вал с сегментной шпонкой проводят в два этапа: сначала напрессовывают колесо без шпонки примерно до середины шпоночного паза, затем устанавливают шпонку и допрессовывают колесо. При установке шпонки погрешность компенсируется поворотом колеса [13].
При установке валов в сборе в редуктор образуется зубчатое соединение. Наиболее просто сцепление зубчатых колес происходит при укладке валов в разъемные корпуса, так как сопряжение осуществляется по касательной к зубчатому венцу. При установке вала в расточки корпуса осевой подачей необходимо поворачивать вал, чтобы избежать торцевого упора зубьев зубчатых колес.
Рис. 2.11. Схема установки зубчатого колеса на вал: 1 - прижимная призма; 2 - опорная призма; 3 - вал; 4 - шпонка; 5 - зубчатое колесо.
Обеспечение точности бокового зазора в зубчатом соединении зависит от типа передачи. В цилиндрических зубчатых соединениях 7-й степени точности и грубее необходимый боковой зазор обеспечивают при использовании метода полной взаимозаменяемости. Для более точных передач необходима притирка зубчатых колес после их обработки. Притирку осуществляют на специальных станках. После притирки зубчатые колеса маркируют и передают на сборку. Боковой зазор в собранном зубчатом соединении можно определить, если вал одного из колес закрепить приспособлением 2, а на вал второго колеса надеть оправку 1 (рис. 2.12).
Рис. 2.12. Схема контроля бокового зазора в зубчатом соединении.
Разность показаний индикатора 3 при покачивании оправки, отнесенная к радиусу делительной окружности, будет равна боковому зазору в соединении. Опорой индикатора 3 и приспособления 2 может быть корпус редуктора. Средний зазор можно определить, проведя несколько измерений по окружности. Окончательный контроль зубчатого соединения производят по пятну контакта. На зубья одного из колес наносят краситель и проворачивают зубчатые колеса. Пятна контакта должны располагаться равномерно по поверхности зуба, занимая не менее 60 % его площади. По смещению пятна в ту или иную сторону можно судить о погрешностях соединения. Количественную оценку погрешности в этом случае можно получить специальными измерениями.
В конических зубчатых передачах боковой зазор регулируют в процессе сборки. При правильном зацеплении образующие конусы делительных окружностей обоих колес сходятся в одной точке О (рис. 2.13). Однако погрешности обработки и сборки приводят к осевому смещению вершин и перекосу осей конусов во всех трех плоскостях. В процессе сборки возможно регулирование только осевого смещения при помощи прокладок.
Рис. 2.13. Сборка конической зубчатой передачи.
На практике регулировку осуществляют следующим образом. Сборочные единицы с зубчатыми колесами (см. рис. 2.13) устанавливают в корпус без прокладок 1 и 2 и добиваются совмещения делительных конусов зубчатых колес, осуществляя контроль зацепления по пятну контакта. После получения нормального сопряжения измеряют необходимую толщину прокладок, подбирают и устанавливают прокладки и затягивают крепежные детали крышек [7].
Однако многие конструкции требуют одновременно с установкой бокового зазора регулировки зазоров в подшипниках. В этом случае процесс сборки целесообразно разделить на два этапа. На первом этапе (см. рис. 2.13, а) обеспечивают зазоры в подшипниках, контролируя размер h при помощи технологической скалки. Технология регулировки зазоров в подшипниках уже описана. Окончательно зазор в зубчатом сопряжении выдерживают на втором этапе (см. рис. 2.13, б). Вал в сборе со вторым колесом устанавливают с приложением осевой силы, гарантирующей выборку зазоров. В этом положении измеряют зазор под прокладку 2. Фактическая толщина прокладки должна быть , где е - измеренный зазор под прокладку; - осевое перемещение колеса, соответствующее необходимому зазору в сопряжении.
Значение определяют из соотношения
,
где - регламентированный боковой зазор; α - угол зацепления; - угол делительного конуса устанавливаемого колеса.
После подбора и установки прокладок производят закрепление крышек.
При сборке червячных передач необходимо обеспечить оптимальный боковой зазор в сопряжении, а также симметричное расположение колеса относительно оси червяка и червяка относительно оси колеса. Наибольшее влияние на боковой зазор оказывает погрешность межосевого расстояния. В процессе сборки погрешность межосевого расстояния можно уменьшить пригонкой или пришабриванием цилиндрической поверхности опор при укладке вала с колесом в корпус.
Сборку червячной передачи начинают с установки вала червяка в сборе с подшипниками в корпус. Во время этой операции комплектом прокладок 2 (рис. 2.14) регулируют зазоры в подшипниках и симметричность расположения червяка относительно оси колеса. Симметричность контролируют по размеру В (см. рис. 2.14) с помощью приспособления 1, установленного вместо вала с колесом. Затем приспособление 1 убирают и устанавливают вал в сборе с колесом и подшипниками.
Рис. 2.14. Контроль симметричности расположения червяка относительно колеса.
Боковой зазор в червячном соединении контролируют по схеме, приведенной на рис. 2.12. При этом закрепляют колесо и измеряют угол холостого хода червяка, который связан с боковым зазором соотношением
где d - диаметр делительного цилиндра червяка; - угол подъема витка червяка; - профильный угол прямобочной рейки, сцепляющейся с эвольвентным червяком в нормальном сечении [20].
2.5. Сборка узлов с плоскими направляющими скольжения.
Плоские направляющие скольжения широко применяются в конструкциях машин, особенно в технологическом оборудовании. Направляющие бывают с параллельными поверхностями (рис. 2.15, а,б) и поверхностями, расположенными под углом (рис. 2.15, в,г). Процессы сборки направляющих должны обеспечить прилегание сопрягаемых плоскостей по всей поверхности, отсутствие зазоров по боковым плоскостям, свободное перемещение подвижной детали на всей длине.
Направляющие с плоскими параллельными поверхностями бывают двух конструкций (см. рис. 2.15, а,б). Процесс сборки таких направляющих начинается с пригонки плоскостей контакта. Пригонку осуществляют шабрением поверхностей. На подвижную деталь наносят краситель и перемещают ее по неподвижной. Если след имеет отдельные пятна контакта, то в этих местах снимают металл шабером, добиваясь равномерного по всей плоскости следа. После этого устанавливают прижимную планку 1 (см. рис. 2.15, а) и прокладками 2 добиваются плотного прилегания плоскостей между собой и одновременно плавного перемещения подвижной детали. Для конструкций направляющих, представленных на рис. 2.15, а, боковой зазор выбирают подгонкой клина 3. Размер клина определяют по фактическому боковому зазору. Плавность перемещения по всей длине обеспечивают пришабриванием клина или боковой поверхности. Клин фиксируют на подвижной детали винтами.
Рис. 2.15. Узлы скольжения с плоскими направляющими (а, б) и направляющими типа «ласточкин хвост» (в, г).