Сборка узлов и агрегатов машин

При конструировании соединений, узлов и агрегатов должны быть выдержаны следую­щие условия производительной и качественной сборки:

­ полная взаимозаменяемость деталей и узлов;

­ исключение подгоночных работ и уста­новки деталей по месту;

­ удобный подход монтажного инструмен­та: возможность применения механизирован­ного инструмента;

­ агрегатный принцип сборки – соединение деталей в первичные подузлы, подузлов в узлы, узлов в агрегаты, установка агрегатов на машину.

Соблюдение этих условий позволяет органи­зовать технологический процесс по принципу параллельного и одновременного выполнения операций, закрепить за каждым рабочим ме­стом цикл постоянно повторяющихся опера­ций и механизировать сборку. В крупносерий­ном и массовом производстве выполнение этих условий позволяет организовать не­прерывно-поточную сборку.

Взаимозаменяемость деталей достигается назначением необходимых допусков и пре­дельных отклонений формы (параллельность, перпендикулярность и т. д.). Типы посадок вы­бирают в зависимости от условий работы со­единения. Необходимую точность устанавли­вают размерным анализом, имеющим целью проверку работоспособности соединения при крайних значениях зазоров (натягов).

Иногда по условиям работы зазоры (натяги) должны быть выдержаны в более узких пре­делах, чем те, которые получаются при выпол­нении размеров даже по 5-6му квалитетам. В таких случаях часто применяют селек­тивную сборку. В зависимости от вели­чины отклонений от номинала детали делят на несколько групп. При сборке соединяют де­тали только тех групп, которые в сочетании одна с другой дают необходимую величину зазоров (натягов). Естественно, что при этом принцип взаимозаменяемости нарушается. Необходимость предварительной разбивки де­тали на размерные группы осложняет и замед­ляет производственный процесс.

Для соединений такого рода целесообразно ввести повышенный (прецизионный) 4-й квалитет. Совре­менные методы чистовой обработки (прецизионное шлифование валов, калибрующее протягивание и хонингование отверстий) позволяют получить размеры с точностью 0,5-1 мкм, достаточной для соедине­ний, собираемых в настоящее время методом селек­тивной сборки. Повышение стоимости механической обработки вполне окупилось бы упрощением и уде­шевлением сборки.

Особое внимание следует обратить на устранение подгоночных работ, доделки дета­лей в процессе сборки и установки деталей и узлов по месту с индивидуальной регулиров­кой их взаимного расположения. Подгонка требует применения слесарных операций или дополнительной станочной обработки, рас­страивающих ритм сборки, снижает качество сборки и лишает конструкцию взаимозаменяе­мости. Пригоночные работы, как правило, очень трудоемки. Необходимы предваритель­ная, иногда многократная сборка узлов, про­меры, проверка работы узла и последующая разборка для внесения исправлений. Каждая сборка-разборка связана с операциями про­мывки деталей.

В правильной конструкции детали должны быть выполнены с точностью, обеспечиваю­щей собираемость и надежность узла при ком­плектации его любыми деталями, поступаю­щими со склада готовых изделий. Положение деталей в узле, узлов в агрегате и на машине должно быть определено сборочными базами и фиксирующими элементами, выполненными заранее с помощью станочных операций.

При сборке некоторых соединений до сих пор применяют ручные операции. К таким операциям относится, например, притирка де­талей в соединениях, где требуется высокая степень герметичности (посадки конических клапанов, пробковых кранов, плоских распре­делительных золотников, плунжеров и цилин­дрических золотников во втулках и т. д.). При­тирку применяют также в тяжелонагруженных соединениях на конусах для полного прилегания и предупреждения наклепа и разбивания посадочных поверхностей. Поскольку притир­ка производится попарно, детали лишаются свойства взаимозаменяемости.

Однако и здесь возможна замена ручных операций механическими не только на предва­рительных, но и на окончательных стадиях обработки. Так, на передовых предприятиях трудоемкую операцию попарной притирки плоских поверхностей в соединениях метал­ла по металлу заменяют механизирован­ной притиркой каждой из поверхностей по эталонной плите, благодаря чему сопрягаю­щиеся детали становятся взаимозаменяемыми.

Осевая и радиальная сборка

Система сборки оказывает большое влияние на конструкцию узла и на его технологические и эксплуатационные характеристики.

В узлах с продольной и поперечной осями симметрии возможны две основные системы сборки: осевая, при которой части узла соединяются в осевом направлении, и ра­диальная, при которой части соединяются в поперечном (радиальном) направлении. При осевой сборке плоскости стыка перпендику­лярны к продольной оси; при радиальной – проходят через продольную ось.

На рис. 64 в качестве простейшего примера изображена сборка вала с насаженным на него зубчатым колесом в корпус. На рис. 64, а по­казана осевая сборка. Корпус и крышка корпу­са, а также установленные в них подшипни­ковые втулки целые. Вал вводят в корпус в осевом направлении и фиксируют крышкой, центрированной относительно корпуса ци­линдрическим буртиком.

На рис. 751,б показана смешанная радиально-осевая сборка. В данном случае корпус разъемный, а крышка – целая.

При радиальной сборке (рис. 751, в) корпус и втулки выполнены с разъемом по продоль­ной оси. Вал укладывают в одну из половин корпуса и накрывают другой половиной. По­ловины корпуса стягивают поперечными бол­тами и фиксируют одну относительно другой установочными штифтами.

Сопоставление систем осевой и радиальной сборки позволяет сделать следующие, общие для многоступенчатых агрегатов выводы.

При осевой сборке отливка корпуса, разде­ленного на отсеки, проста. Механическая обра­ботка весьма удобна. Обрабатываемые по­верхности открыты для обзора, доступны для подвода режущего инструмента и легко про­меряются. Так как обработка производится по непрерывным цилиндрическим поверхностям, то при изготовлении отсеков могут быть при­менены методы скоростной обработки. Конструкции в целом присуща высокая жесткость. Внутренние полости хорошо уплот­няются.

Рис. 64. Схемы сборки

Недостатки осевой сборки следующие:

1. Сборка агрегата сложна. Проверка и регулировка осевых зазоров затруднительны. Выдержать правильные зазоры можно или с помощью специальных приспособлений, или повышением точности выполнения осевых размеров элементов конструкции.

2. Осмотр внутренних частей сложен. Для того чтобы открыть какую-нибудь ступень, необходимо демонтировать все предыдущие.

Конструкция с радиальной сборкой по до­стоинствам и недостаткам противоположна конструкции с осевой сборкой. Изготовление корпуса, представляющего собой две мас­сивные отливки, затруднительно. Механиче­ская обработка сложна. Внутренние полости обрабатывают или открытым способом – для каждой половины корпуса в отдельности, с по­следующей подгонкой стыка, или закры­тым – при половинах корпуса, собранных на контрольных штифтах по предварительно на­чисто обработанным поверхностям стыка. И тот и другой способ требуют специальных инструментов, мерительных приспособлений, а также высокой квалификации исполнителей.

Вследствие асимметрии сечений корпус имеет неодинаковую жесткость: меньшую в плоскости стыка и большую в перпендику­лярном к нему направлении. Ослабление кон­струкции продольным разъемом приходится компенсировать увеличением сечений стенок корпуса. Конструкция поэтому получается тя­желой. Полости корпуса нуждаются в тщательном уплотнении по фигурному плоскому стыку без нарушения цилиндричности вну­тренних обработанных поверхностей, что обы­чно достигается притиркой стыковых поверх­ностей и установкой их на герметизирующих составах.

Зато сборка и разборка очень удобны. При сборке вал укладывают в подшип­ники нижней половины корпуса. Предостав­ляется полная возможность проверить и отре­гулировать осевые зазоры. Осмотр внутренних полостей агрегата удобен. При снятой верхней половине корпуса обнажается внутренность агрегата и обеспечивается доступ ко всем установленным в корпусе деталям.

Сравнивая недостатки и преимущества осе­вой и радиальной сборки, видим, что осевую сборку целесообразно применять в тех слу­чаях, когда ради создания прочной и легкой конструкции (транспортное машиностроение) можно пойти на некоторые эксплуатационные неудобства. Если масса конструкции не играет существенной роли и если можно допустить повышенную стоимость изготовления ради удобства сборки и эксплуатации, то приме­няют радиальную сборку.

На рис. 65 показаны схемы сборки одно­ступенчатого зубчатого редуктора с располо­жением осей зубчатых колес в горизонтальной плоскости.

Рис.65. Схемы сборки одноступенчатых редукторов

В конструкции с осевой сборкой (вид а) из-за наличия цоколя нельзя разъединить кор­пус по оси симметрии. Зубчатые колеса редук­тора монтируют с одной стороны в стенки корпуса, а с другой – в отъемной крышке 1, зафиксированной на корпусе контрольными штифтами. Конструкция обеспечивает удоб­ную механическую обработку корпуса. В отли­чие от многоступенчатых агрегатов здесь удо­бен и монтаж. Для проверки зацепления колес и для осмотра внутренней полости редуктора предусматривают смотровой люк 2.

В конструкции с радиальной сборкой (вид б) корпус состоит из двух частей с разъемом в плоскости осей зубчатых колес, части корпуса фиксируются одна относительно другой контрольными штифтами. Как и другие си­стемы радиальной сборки, эта конструкция ха­рактеризуется сложностью механической обра­ботки. Посадочные отверстия под подшипники валов обрабатывают в сборе при половинах корпуса, соединенных по предварительно обработанным поверхностям стыка, или раз­дельно в обеих половинах, с последующей чи­стовой обработкой поверхностей стыка. По­следний способ сложнее, чем первый.

Уплотнение стыка связано с некоторыми за­труднениями. Упругие прокладки применять нельзя, чтобы не нарушить цилиндричность посадочных гнезд под подшипники; необходи­ма притирка поверхностей стыка и примене­ние герметизирующих составов. Особенно трудно добиться уплотнения одновременно по плоскому стыку и по наружным цилиндриче­ским поверхностям подшипников (если втулки подшипников выполнены целыми). Во избежа­ние разборки стыка при эксплуатации в кор­пусе необходимо предусматривать смотровой люк.

В конструкции со смешанной радиально-осевой сборкой (вид в) валы зубчатых колес оперты в стенках корпуса; корпус снабжен крышкой с плоскостью разъема, расположен­ной выше гнезд под подшипники валов. Сбор­ку ведут в следующем порядке: заводят в кор­пус зубчатые колеса (которые в данном случае должны быть насадными), продевают валы че­рез подшипник и через ступицы колес (валы должны быть ступенчатыми) и фиксируют ко­леса на валах. По простоте механической обработки, по устойчивости фиксации валов в корпусе эта конструкция лучше предыдущих. Однако монтаж ее значительно сложнее.

В большинстве случаев возможно несколько вариантов сборки, из которых конструктор должен выбрать вариант, наиболее подходя­щий к данным условиям работы.

В таблице 12 приведены способы радиальной и осевой сборки типового машиностроительного уз­ла – зубчатого редуктора.

Независимая разборка

При выборе системы сборки следует учиты­вать удобство осмотра, проверки и регулиро­вания узлов. Демонтаж одной детали или узла не должен нарушать целостности других уз­лов, подлежащих проверке.

Рис. 66. Системы сборки

Установка зубчатого колеса по рис. 66, а неудачна. Колесо зафиксировано гайкой 1, слу­жащей также для крепления оси в корпусе. Чтобы снять колесо, необходимо демонтиро­вать весь узел. В улучшенной конструкции (вид б) ось и колесо укреплены отдельно, по­этому снимать колесо можно без демонтажа оси.

В узле крепления подшипника (вид в) крыш­ка и корпус стянуты сквозными болтами. При снятии крышки подшипник распадается. В конструкции г демонтаж крышки и корпуса раздельный.

На виде д представлен узел конической зуб­чатой передачи к кулачковому валику. Кор­пуса подшипников выполнены как одно целое со станиной, крышки – заодно с кожухом ста­нины. При снятии кожуха валик остается в нижних вкладышах: проверить работу узла невозможно.

Целесообразно сделать кожух станины не­сущим, а крышки к корпусам подшипников крепить каждую отдельно (вид е). При снятии кожуха весь механизм в сборе становится до­ступным для осмотра. Помимо удобства раз­борки, при такой конструкции облегчается точная обработка отверстий подшипников.

Последовательность сборки

При последовательной установке нескольких деталей с натягом следует избегать посадки по одному диаметру (рис. 67, а, в, д). Необхо­димость продевать детали через посадочную поверхность усложняет монтаж и демонтаж и вызывает опасность повреждения поверхно­стей. В таких случаях целесообразно приме­нять ступенчатые валы с диаметром ступе­ней, последовательно возрастающим в направ­лении сборки (виды б, г, е).

Рис. 67. Сборка по нескольким посадочным поясам

Особенно затруднительна сборка большого числа деталей на длинных валах при посадках с натягом. Это затруднение при монтаже можно преодолеть, нагревая насажи­ваемые детали до температуры, допускающей свободное надевание их на вал (хотя эта опе­рация усложняет сборку); при демонтаже та­кой возможности нет.

Правильная конструкция ва­ла в этом случае – ступенчатая. Если ступеней много, то во избежание чрез­мерного увеличения диаметра последних сту­пеней вала приходится отказываться от стан­дартных диаметров и вводить индивидуаль­ные размеры. Перепад ступеней в этом случае доводят до минимальных размеров (порядка несколь­ких десятков миллиметра), достаточных для свободного надевания деталей.

Лучше, если сборку ведут с двух сторон ва­ла. В этом случае обработка вала и сту­пиц упрощается; число номинальных диаме­тров, номенклатура специального режущего (развертки, протяжки) и мерительного инстру­мента (скобы, пробковые калибры) умень­шаются вдвое.

При монтаже по двум посадочным поясам необходимо соблюдать правильную последо­вательность введения детали в посадочные от­верстия. Если деталь сначала входит в первый (по ходу движения) пояс, а между торцом де­тали и вторым посадочным поясом остается зазор т (рис. 68, а), то вследствие неизбеж­ного перекоса монтаж становится затрудни­тельным, а при посадках с натягом зачастую и невозможным. Также следует избегать одно­временного входа детали в посадочные пояса (виды б). Правильные конструкции показаны на видах е. Деталь должна сначала войти во второй посадочный пояс на расстояние п (практически 2-3 мм), достаточное для ее на­правления, после чего войти в первый пояс.

Рис. 68. Посадка по двум поясам

Съемные устройства

Съемные устройства обязательны в соединениях деталей с натягом, с применением герметизирующих составов, в соедине­ниях с труднодоступным расположением дета­лей, а также в соединениях, работающих при циклических нагрузках, когда возможно по­явление наклепа и фрикционной коррозии.

Простейший способ облегчения разбор­ки – включение в детали элементов, допу­скающих применение съемников: закраин, ре­борд, резьбовых поясов, нарезных отверстий и т. д. В некоторых случаях съемники вводят в конструкцию детали.

На рис. 69 показана посадка втулки с натя­гом в корпусную деталь. Конструкция а с тру­дом поддается разборке. Разборку можно облегчить, увеличив высоту реборды т (вид б), введя кольцевой зазор h (вид в) или выборку q между ребордой и корпусом под демонтажный инструмент (вид г), просверлив резь­бовые отверстия s во втулке (вид д) или t в корпусе (вид е) под винты-съемники. Резь­бовых отверстий должно быть не меньше трех (под углом 120°) для того, чтобы обеспечить извлечение детали без перекосов.

Рис. 69. Съемные устройства

Сборочные базы

Положение деталей при сборке должно быть однозначно определено сборочными ба­зами. Недопустимы конструктивные неопреде­ленности, при которых сборщик должен вести сборку по своему усмотрению. Нежелательны конструкции, требующие регулировки, подгон­ки, установки по месту и т. д. В производстве ошибки сборки могут быть обнаружены конт­ролем. В эксплуатации же, особенно если ма­шина попадает в неумелые руки, гарантии правильной сборки нет.

Всякая неопределенность при сборке требует дополнительного труда и времени со стороны сборщиков и контролеров и снижает произво­дительность сборочных операций. Качество сборки в этом случае во многом зависит от квалификации персонала.

Пример неправильной конструкции пред­ставлен на рис. 70, а. Зубчатое колесо затяги­вается на валу с обеих сторон кольцевыми гайками 1. В конструкции отсутствует база, определяющая осевое положение зубчатого колеса и вала. При монтаже и переборках узла приходится регулировать положение зубчато­го колеса. При этом узел может быть собран неправильно.

В конструкции б сделана не совсем удачная попытка зафиксировать положение зубчатого колеса. Фиксирующий подшипник 2 затяги­вается на выступ вала; зубчатое колесо затяги­вается с упором на внутреннее кольцо под­шипника. Если сначала затягивают фиксирую­щий подшипник, а затем зубчатое колесо, то положение колеса является вполне опреде­ленным, но не исключено, что сначала затяну­то колесо через подшипник 3, а затем подшип­ник 2. При этом зубчатое колесо может быть сдвинуто с номинального положения.

В правильной конструкции в создана жест­кая база – буртик п, на которой затягиваются независимо один от другого подшипник и зуб­чатое колесо. Положение колеса и вала вполне зафиксировано и может колебаться только в пределах допусков на механическую обра­ботку.

На виде г консольное зубчатое колесо уста­новлено на подшипниках, затягиваемых в кор­пусе с обеих сторон кольцевыми гайками. База отсутствует; положение колеса в узле может меняться в пределах хода гаек.

В правильной конструкции д положение зуб­чатых колес зафиксировано базой (привертная шайба 4).