Исполнительной поверхностью называют поверхность детали (или их сочетание), которая обеспечивает ту или иную работу машины. Примерами исполнительных поверхностей деталей могут служить рабочие поверхности зубьев двух спаренных шестерен, поверхности вилок для переключения шестерен и др.

Свободной поверхностью называют поверхность, свободную от соприкосновения с какими бы то ни было поверхностями других деталей. Примерами могут служить поверхности, образующие стенки корпуса коробки передач или редукторов, поверхности шеек валов, остающиеся свободными от присоединения каких-либо деталей и др.

На практике основные и вспомогательные сборочные базы называются монтажными базами и для обеспечения конечной точности подвергаются обработке.

Если геометрические формы или размеры основных и вспомогательных баз неправильны, например у зубчатого колеса и валика, зубчатое колесо может занять неправильное положение по отношению к сопряженной детали: колесо может расположиться эксцентрично или с перекосом в ту или другую сторону.

Конечная точность сборки агрегата или машины получается соединением всех составляющих его узлов и деталей с требуемой точностью. Чем меньше величина ошибки в этих соединениях, тем выше конечная точность сборки агрегата.

Если соединение двух деталей осуществляется без дополнительных крепежных деталей, то подвижность или неподвижность такого соединения обеспечивается соответствующей посадкой. От правильного назначения подвижной посадки зависит износостойкость соединения.

Допуски на изготовление деталей и сборку механизмов узлов и агрегатов, назначенные необоснованно, приводят к увеличению стоимости и удлинению сроков производства машин. Излишнее уменьшение допусков повышает требования к точности оборудования и оснастки, а также квалификации рабочих. Слишком большие допуски приводят к различным пригонкам и доделкам при сборке.

Наиболее совершенным путем решения задач назначения рациональных допусков является анализ размерных цепей собираемых узлов, агрегатов и машины в целом.

Характер изменения зазора в соединении (сопряжении) зависит от величины первоначального зазора. Это в свою очередь оказывает непосредственное влияние на срок службы соединения. Если цилиндр и поршень изготовить так, чтобы диаметр поршня был наибольшим, а диаметр цилиндра наименьшим (в пределах допуска), то срок службы такой пары будет наибольшим. Наоборот, если поршень будет иметь наименьший размер, а цилиндр — наибольший, то срок службы такого соединения сократится. Следовательно, величина зазора, осуществляемая в соединении при сборке, может оказать значительное влияние на долговечность машины.

Величина точности соединений и центрирования узлов и деталей также определяется теорией размерных цепей.

На основе кинематического и динамического расчета создаются сборочные чертежи машины. При изготовлении деталей и сборке их на машине появляются различные ошибки, вносящие искажение в первоначальные размеры и взаимное расположение деталей. Эти ошибки, многие из которых могут постепенно возрастать (суммироваться) в процессе эксплуатации машины, снижают правильность взаимодействия ее узлов и.агрегатов. Поэтому необходимо производить еще геометрический расчет машин на точность при помощи размерных цепей, который помог бы установить допустимые величины ошибок взаимного положения и размеров деталей, не нарушающих работоспособности машины.

Размеры деталей как и сами детали в собранном изделии взаимосвязаны. Изменение размера одной детали узла вызывает изменение положения одной или нескольких других деталей этого узла. Поэтому взаимосвязь и взаимозависимость размеров деталей в собранных узлах или механизмах сокращенно называют размерными связями деталей, они и образуют сборочные размерные цепи.

Размерной цепью называют расположенные по замкнутому контуру размеры, непосредственно влияющие на точность одного из размеров контура. Основными признаками ее являются замкнутость размерного контура и непосредственное влияние на точность одного из размеров цепи отклонений любого размера, входящего в данную размерную цепь.

Детали, составляющие размерную цепь, называют звеньями. Простыми называются цепи, включающие два элемента, а сложными — большее число элементов. Для нормальной работы узла, приведенного на рис. 57, необходимо, чтобы между торцами наружных колец подшипников и торцами крышек имелся определенный зазор во избежание защемления подшипников. На рис. 57 этот зазор обозначен через и условно отнесен к одной стороне.

Рис. 57. Узел редуктора и схемы размерной цепи: а — узел; б — размерная цепь; в — направленные отрезки

Из приведенной схемы следует, что в зависимости от решаемой задачи выбирается одна из поверхностей детали, в отношении которой координируются другие. Такими поверхностями у детали обычно являются ее основные или, реже, .вспомогательные базы. От выбранной поверхности двумя параллельными ветвями откладывают размеры, связывающие ее с координируемой поверхностью.

Идя от одного звена размерной цепи к последующему, с ним сопрягаемому, возвращаются к исходному с противоположной стороны.

Звеном размерной цепи называют размер, определяющий расстояние между поверхностями (осями) или их угловое расположение. Размерная цепь состоит из составляющих и исходного, или замыкающего, звена.

Исходным звеном размерной цепи называется размер, к которому предъявляется основное требование по точности детали, комплекта или узла машины (точность совпадения осей валов двух сопрягаемых узлов, точность межцентрового расстояния сцепляющихся зубчатых колес и др.).

В процессе изготовления детали или сборки комплекта исходное звено становится замыкающим звеном, так как оно окончательно формируется в последнюю очередь, замыкая размерную цепь. Каждая размерная цепь состоит из одного замыкающего и двух или более составляющих звеньев.

Величина номинала замыкающего звена размерной цепи представляет собой алгебраическую сумму номиналов всех остальных ее звеньев. Действительные размеры детали одной и той же группы отличаются друг от друга и от номинального размера, проставленного на чертеже.

При изготовлении деталей, их сборке и работе в машине действует большое количество разнообразных причин, вносящих ошибки в расчетные размеры. Естественно, что и размер замыкающего звена цепи получается также отличным от номинала, указанного на чертеже. Поэтому ошибка замыкающего звена представляет собой разность фактических предельных размеров.

Точность изготовления каждой детали, входящей в узел, должна быть тем выше, чем больше число деталей. Если же число деталей будет большим, а точность их изготовления недостаточна, то при сборке можно наблюдать размер замыкающего звена, выходящий за пределы допустимого.

Схемы размерных цепей изображаются непосредственно на эскизе сборочной единицы (см. рис. 57, а) или рядом с. ним (см. рис. 57, б). Часто схему размерной цепи изображают в виде направленных отрезков (см. рис. 57, в).

Каждую размерную цепь обозначают определенной прописной или строчной буквой, при этом цепи с линейными размерами обозначаются буквами русского и латинского алфавитов (кроме букв А и k), а цепи с условными размерами — буквами греческого алфавита (кроме буквы а). Размерные цепи, определяющие одно и то же техническое требование, в разных плоскостях, обозначаются одними и теми же буквами, но с отличительными индексами в виде штрихов.

Передаточным отношением (обозначаемым через А) в теории размерных цепей называется число со знаком, характеризующее величину и направленность влияния составляющего звена на замыкающее.

Ошибки в размерах деталей разделяются на одномерные и двухмерные.

Одномерные ошибки, определяемые одной величиной, называются простыми или скалярными. К ним относятся отклонения в линейных и угловых размерах (расстояние между поверхностями, осями, параллельность, перпендикулярность поверхностей, осей и т. п.).

Двухмерные ошибки, определяемые величиной и направлением, называются векторными (эксцентриситет осей, неперпендикулярность торцовых иоверхностей и др.).

Звенья размерной цепи по их видам можно разделить на звенья — линейные размеры, угловые размеры, линейные зазоры и угловые зазоры.

Звеньями-зазорами называют не сами зазоры, а смещение поверхностей или осей за счет зазоров. Линейным звеном-зазором называют расстояние между параллельными поверхностями или осями сопрягающихся деталей типа вал — отверстие (или паз — выступ).

Угловым звеном-зазором называют угол между поверхностями или осями сопрягаемых деталей. Звенья изображаются на схемах размерных цепей так же, как размеры на чертежах: линейные звенья прямыми, а угловые дуговыми линиями с одной или двумя стрелками. Технические требования к параллельности обозначаются значком ||, от которого идет линия со стрелкой. Требования к перпендикулярности или точности угла обозначают дугами окружности с одной или двумя стрелками. Близко расположенные линии поверхностей или осей для большей четкости связывают зигзагообразными линиями. Звенья, составляющие размерную цепь, нумеруются последовательно по часовой стрелке. Отсчет ведется от звена соседнего к замыкающему. Символ £5 обозначает звено 5 размерной цепи. Замыкающему звену размерной цепи присваивается индекс 2, например , . Компенсирующие звенья размерной цепи (см. ниже) отличают от других тем, что заключают их обозначения в прямоугольник.

Составные звенья размерных цепей подразделяются на: увеличивающие (положительные) и уменьшающие (отрицательные).

Увеличивающим звеном называется такое, с увеличением кото1 рого (при постоянстве остальных составляющих звеньев) замыкающее звено увеличивается; уменьшающим звеном — с увеличением которого при том же условии замыкающее звено уменьшается.

Задача технологии сборки сводится к обеспечению величины замыкающих звеньев размерной цепи в заданных пределах.

Для получения необходимой точности сопряжений деталей применяют следующие основные методы решения размерных цепей: абсолютной взаимозаменяемости; неполной (частичной) взаимозаменяемости; подбора или селективной сборки, пригонки или изготовления по месту одного или нескольких звеньев цепи; регулировки.

Метод абсолютной взаимозаменяемости или «максимум — минимум». Размеры деталей, включенных в размерные цепи, обеспечивают заданную точность замыкающих звеньев всех цепей без какого-либо выбора, подбора или пригонки. Сборка сводится к простому соединению деталей, которая не требует высококвалифицированной рабочей силы. Сборка может осуществляться на потоке. Однако, применение этого метода ограничено экономическими показателями, так как требуется высокая точность обработки деталей, стоимость же обработки деталей резко возрастает с увеличением точности, т. е. уменьшением допуска на обработку (рис. 59).

Рис. 58. Эскиз узла и схематическое изображение размерной цепи

Рис. 59. Зависимость стоимости обработки валика от точности изготовления

Рис. 60. Кривая распределения размеров деталей в пределах допуска

Метод неполной взаимозаменяемости или теоретико-вероятност- ный метод. Размеры деталей цепи обеспечивают заданную точность замыкающих звеньев также без подбора, выбора или пригонки, но только у части размерных цепей. Допуски на все звенья цепи расширяют, рискуя при этом получить некоторый процент размерных цепей, у которых величина допуска замыкающего звена выйдет за требуемые пределы. Расширение допусков делает обработку деталей более экономичной.

В соответствии с вероятностью массовых явлений распределение размеров деталей в пределах допуска представлено кривой (рис. 60), из которой следует, что большее- количество деталей имеет отклонения размеров значительно меньшие, чем величина допуска на изготовление. Поэтому, если расширить этот допуск и этим снизить стоимость изготовления деталей, то при сборке можно получить большое количество сопряжений в пределах требуемой точности, и лишь сравнительно небольшая часть сопряжений выйдет за пределы допуска посадки.

Рис. 61. Графическая интерпретация коэффициента относительной асимметрии

Таким образом, при поверке цепи по методу «максимум — минимум» размер допуска на замыкающее звено получился значительно больше (0,76), чем по теоретико-вероятностному методу (0,376). Это говорит о том, что в первом случае следует пересмотреть размеры допусков составляющих звеньев на предмет их уменьшения. При расчете по теоретико-вероятностному способу в этом необходимости нет.

Метод подбора или селективной сборки (избирательной сборки). Допуск на неточность изготовления звеньев цепи расширяют, но после изготовления детали сортируют по размерам на несколько групп в пределах более узких допусков.

Этот метод дает возможность за счет увеличения числа групп увеличить точность замыкающего звена до любой практически малой величины.

В условиях производства возможны два вида подбора деталей — штучный и групповой.

При штучном подборе одна из деталей предварительно измеряется, после чего, руководствуясь величиной зазора или натяга, необходимого для данного сочленения, определяют размеры второй детали, по которым она и подбирается.

Метод штучного подбора деталей наиболее распространен при ремонте и значительно реже применяется при изготовлении и сборке новых машин. Недостаток этого метода состоит в том, что удлиняются сроки сборки, так как необходимые для подбора деталей размеры определяются в процессе самой сборки.

Рис. 62. Регулировка подвижными компенсаторами осевого люфта ступицы автогрейдера: 1 — подвижный компенсатор; 2 — контргайка; 3 — ступица колеса; 4 — ось колеса

Групповой подбор осуществляется путем предварительной сортировки деталей, которая производится до поступления деталей на сборку и в известной степени может быть механизирована. Детали подвергают обмеру и в зависимости от действительных размеров распределяют по классам, после чего в таком рассортированном виде направляют на сборку.

Каждый класс охватывающих деталей получает соответствующую одинаковую номерную или цветовую маркировку.

В случае селективной сборки характер и качество соединения определяются величиной не производственного допуска, а величиной группового допуска, в п раз меньшей. Для применения этого метода необходимо иметь достаточное количество ремонтируемых машин. Наибольшее распространение этот метод получил при решении короткозвенных (простых) размерных цепей, отличающихся высокой точностью замыкающего звена.

При ремонте машин этим методом могут быть обеспечены зазоры между поршневым пальцем и отверстием во втулке шатуна, между поршнем и цилиндром, натяг между валом и внутренней обоймой подшипника качения и др.

Рис. 63. Регулировка неподвижными компенсаторами подшипников бортового редуктора автогрейдера

Метод пригонки. Изготовление звеньев цепи производится по экономически приемлемым допускам. Одно из звеньев подгоняется или изготавливается по месту, чем компенсируется излишняя величина ошибки замыкающего звена. Поэтому подгоняемое звено называется компенсирующим.

Преимущества этого метода заключаются в том, что достижение высокой точности замыкающего звена возможно при экономически приемлемых величинах допусков остальных звеньев; недостатком его является необходимость добавочных пригоночных работ, в большинстве случаев ручных, требующих высокой квалификации сборщиков, а также потеря взаимозаменяемости деталей, что делает этот метод наименее экономичным и ограничивает область применения условиями индивидуального и мелкосерийного производства.

Метод регулировки. Сущность его подобна методу пригонки, за исключением способа компенсации избыточной ошибки, появляющейся в замыкающем звене в результате расширения допусков во всех звеньях.

Это изменение осуществляется регулировкой без снятия стружки, введением в размерную цепь специальной детали (неподвижных компенсаторов) или перемещением одной из деталей на величину компенсации (подвижных компенсаторов). В качестве неподвижных компенсаторов применяют набор не одинаковых по толщине прокладок, колец или мерных шайб (звенья-компенсаторы).

Примером применения этого метода является регулировка осевого люфта ступицы переднего колеса автогрейдера при помощи подвижных компенсаторов-гаек (рис. 62). При сборке подшипников, а также при износе излишний осевой зазор в соединении выбирают путем завертывания гаек. Последние стопорят контргайками.

Для регулировки конических роликовых подшипников бортового редуктора автогрейдера применяют неподвижные компенсаторы-прокладки (рис. 63). В данном случае осевой зазор подшипников шестерен может быть уменьшен удалением части прокладок, установленных под крышками подшипников.

Преимуществом этого метода, особенно подвижных компенсаторов, является возможность наибольшего расширения допусков всех звеньев, а также достижение любой степени точности и поддержание ее в размерной цепи во время эксплуатации машины.

Сборка машин при этом упрощается и не требует высокой квалификации сборщиков. Сравнительно небольшим недостатком является увеличение общего количества деталей в машине.

Указанный метод широко используется в современном машиностроении и при ремонте машин.