книги из ГПНТБ / Заплетохин, В. А. Соединения деталей приборов [пособие]

М ИНИСТЕРСТВО ВЫСШ ЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО О Б РА ЗО В А Н И Я РСФСР

В. А. ЗАПЛЕТОХИН

Соединения

деталей

приборов

о

ИЗДАТЕЛ ЬСТВО ЛЕНИНГРАДСКОГО У Н И ВЕРС И ТЕТА -

В В Е Д Е Н И Е

Современное производство характеризуется широким применени­ ем контрольно-измерительных приборов и систем автоматического управления самых различных назначений. Конструкции их стано­ вятся все разнообразнее и непрерывно совершенствуются в соответст­ вии с современными требованиями.

Обеспечение точности и надежности вновь разрабатываемых при­ боров и устройств является главной частью творческого процесса конструирования. Эксплуатационные показатели прибора или автома­ тического устройства определяются не только правильным выбором принципиальной схемы, но и в значительной мере качеством кон­ структивной разработки деталей и узлов изделия.

После окончательной разработки принципиальной кинематической схемы прибора или устройства материальным объектом тщательного изучения являются детали и их соединения. В процессе конструиро­ вания деталям придают наивыгоднейшие формы, определяют их раз­ меры, выбирают в соответствии с заданными условиями эксплуатации материалы, назначают необходимую точность изготовления и чистоту обработки их поверхностей. Все эти параметры деталей устанавлива­ ют в зависимости от их назначения и функции, которую они выполня­ ют в конкретном узле изделия.

Вконструкциях детали образуют подвижные соединения, обеспе­ чивающие перемещение одной детали относительно другой, и непод­ вижные, в которых две или несколько деталей жестко закрепляются друг с другом.

С помощью подвижных соединений осуществляется кинематиче­ ская схема измерительного прибора или автоматического устройства. Неподвижные соединения предназначены для разделения конструк­ ции на составные части (группы, узлы или детали) и обеспечения из­ готовления деталей и узлов с применением прогрессивных методов труда. В приборо- и машиностроении под термином «соединения дета­ лей» принято понимать только неподвижные соединения.

Вприборостроении применяют очень много конструктивных мер для осуществления неподвижного соединения деталей: детали могут быть соединены непосредственно, с помощью специальных дополни­ тельных элементов или связующих материалов. Все многообразие

4

применяемых типов соединений принято разделять на две основные группы: неразъемные и разъемные.

Неразъемными называются такие соединения, которые могут быть

разобраны лишь путем разрушения или недопустимых остаточных деформаций одного из элементов конструкции. Неразъемные соеди­ нения часто заменяют целую деталь, если изготовление ее из одной заготовки технологически затруднительно и неэкономично. В прибо­ ростроении неразъемные соединения широко применяют также в тех случаях, когда отдельным элементам детали необходимо придать спе­ цифические свойства (электроизоляционные, электропроводные, маг­ нитные и др.).

Неразъемные соединения могут быть осуществлены механическим путем (запрессовкой, склепыванием, вальцеванием, загибкой, кернением и чеканкой), с помощью сил физико-химического сцепления (сваркой, пайкой, склеиванием и замазкой) и путем погружения дета­ лей в расплавленный материал (заформовка в литейные формы, в пресс-формах и т. п.). В последне время при выполнении конструк­ ций неразъемных соединений с целью повышения их надежности сочетают два технологических приема. Например, для ряда узлов самолета АН-24 впервые в мире были применены совместно контакт­ ная сварка и склеивание, что позволило повысить прочность соедине­ ния в 2—3 раза.

Разъемными называются такие соединения, которые позволяют

производить многократную сборку и разборку узла без повреждения деталей.

Применение разъемных соединений связано с необходимостью деления конструкции на составные части, которое обусловливается удобством эксплуатации, ремонта и в некоторых случаях транспорти­ ровки. Осуществление соединения при многократной сборке и раз­ борке должно обеспечивать сохранение формы и размеров деталей, а также сохранение взаимного расположения деталей в пределах за­ данной точности.

В приборостроении широко применяются следующие виды разъем­ ных соединений: резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, про­ фильные (на квадрате и лыске), байонетные и соединения с помощью пружинных разрезных колец.

При разработке конструкций соединений учитывают как специ­ фические требования в соответствии с особенностями эксплуатации узла, так и ряд общих: обеспечение прочности, плотности, жесткости, точности, взаимозаменяемости и технологичности.

1. П р о ч н о с т ь . С прочностью соединений деталей связаны на дежность и качество работы прибора в целом. Для многих приборов и автоматических устройств расчеты на прочность элементов кон­ струкции являются определяющими. Если известна действующая нагрузка, то расчет стыка соединения в большинстве случаев ведется на основе положений, разработанных в курсе сопротивления мате­

5

отображающая сложные формы деталей в виде простых элементов (например, брус, оболочка и т. п.), работа которых подробно рассмот­ рена в курсе сопротивления материалов. Задача конструктора при этом сводится к отысканию наиболее удачных упрощений, позволяю­ щих отказаться от несущественных факторов, которые не могут влиять на работу соединения в целом. Этот принцип часто приме­ няется при конструировании, поскольку для целого ряда реальных конструкций решение с полным учетом всех особенностей является весьма сложной задачей.

Во многих приборах и устройствах численное значение действую­ щих нагрузок трудно учесть, либо они очень малы по сравнению со случайными нагрузками, которые могут возникнуть в процессе экс­ плуатации или при транспортировке изделия. В этом случае целесо­ образно рассчитывать соединение деталей из условия равнопрочности, т. е. чтобы все основные элементы конструкции могли передавать одинаковые нагрузки. Применение этого принципа конструирования

ности соединения является одним из важных условий работоспособ­ ности приборов и автоматических устройств, установленных непо­ средственно на технологических лилиях и работающих под давлением или вакуумом (расходомеры, уровнемеры, манометры и т. п.). Нарушение герметичности одного из соединений может привести к серьезным аварияем из-за утечки вредных и опасных жидкостей или газов.

Для создания герметичности соединения, работающего в условиях высоких давлений или глубокого вакуума, между поверхностями соединяемых деталей устанавливают прокладки, материал которых заполняет имеющиеся неровности и уплотняет места стыка. При этом прокладки сжимаются с большими усилиями, которые часто создают

спомощью резьбовых деталей.

Впневматических и гидравлических системах приборов и автома­ тических устройств, работающих при небольших давлениях, герме­ тичность соединений обеспечивается типовыми разъемными ниппель­ ными соединениями, либо неразъемными соединениями, которые

осуществляются с помощью развальцовки или завальцовки с после­ дующей пайкой или проклеиванием.

3. Ж е с т к о с т ь . Под жесткостью стыка понимается способность деталей, входящих в соединение, сохранять свою форму и относитель­ ное положение при действии приложенной нагрузки. Жесткость сты­ ка, как правило, меньше жесткости соединяемых деталей, поэтому она определяет жесткость всей конструкции.

При недостаточной жесткости соединения в процессе работы нару­ шается точность относительного положения деталей, появляются иесоосности, перекосы и т. п., а следовательно, увеличиваются погрешности прибора. В ряде случаев при удовлетворительной проч­ ности соединение не обеспечивает необходимую жесткость, поэтому для многих конструкций требуется произвести расчет на жесткость или проверить жесткость экспериментальным путем.

G

Расчет жесткости некоторых типов неразъемных соединений про­ водится по формулам сопротивления материалов с целью определе­ ния упругой деформации конструкции, рассматривая ее как цельно изготовленную деталь (например, сварные или паяные соединения). Определение жесткости большинства разъемных соединений расчет­ ным путем часто связано со значительными трудностями, поэтому

действительных значений геометрических и физико-механических па­ раметров соединений к допустимым значениям. Для обеспечения точ­ ности необходимо изготовить детали и собрать их так, чтобы погреш­ ности размеров и физико-механических параметров узлов (прочность, жесткость, электропроводность и т. д.) находились в заданных пре­ делах.

Точность геометрических и физико-механических параметров определяется технологией изготовления деталей и их сборки. Вслед­ ствие неточностей технологического оборудования, ошибок при изго­ товлении и сборке, несовершенств свойств материалов действитель­ ные значения параметров соединений в большей или меньшей-степе­ ни отличаются от заданных значений. Чтобы получить соединение с заданной точностью, необходимо контролировать линейные и угло­ вые размеры, форму и относительное расположение поверхностей соединяемых деталей.

Для приборов и автоматических устройств очень важно сохране­ ние эксплуатационных показателей на заданный срок службы, поэто­ му необходимо устанавливать гарантированный запас точности для деталей и их соединений. В связи с этим определение требований к точности изготовления деталей приборов имеет не меньшее значе­ ние, чем определение номинальных размеров деталей из условия прочности или жесткости.

Для нормирования различных уровней точности в приборострое­ нии применяются классы точности, которые определяют величину допуска на размер и соответственно этому технологические методы обработки детали. Выбор класса точности для изготовления отдель­ ных деталей необходимо производить исходя из удовлетворения эксплуатационных и конструктивных требований, предъявляемых к соединению в целом. Установленные допуски на размеры деталей должны обеспечивать заданную точность сборки соединения и сохра­ нение этой точности в процессе эксплуатации.

При выборе класса точности необходимо иметь в виду, что изго­ товление деталей по более точному классу требует труда рабочих высокой квалификации и больших затрат на оборудование, инстру­ мент, контроль и т. п., т. е. связано с повышением стоимости изделий. Изготовление деталей по расширенным полям допусков проще и де­ шевле, однако это приводит к снижению гарантированного запаса точности. Оптимальное решение этой задачи находится путем техни­ ко-экономических расчетов.

7

соединений занимать свое место в узле без дополнительной обработки (пригонки). Важным условием взаимозаменяемости является обес­ печение эксплуатационных показателей деталей пли их соединений в заданных пределах.

Взаимозаменяемыми могут быть детали в разъемных соединениях н сами соединения как разъемные, так и неразъемные. Для неразъем­ ных соединений, собираемых с помощью сварки, пайки, склеивания и т. п., очень важно обеспечить внешнюю взаимозаменяемость, т. е.

взаимозаменяемость по размерам и форме присоединительных поверхностей, по которым полученное соединение устанавливается в общей конструкции. Для разъемных соединений очень важна вну­ тренняя взаимозаменяемость — взаимозаменяемость отдельных дета­

лей, входящих в соединение.

С целью обеспечения внешней и внутренней взаимозаменяемости устанавливают наименьший и наибольший предельные контуры дета­ ли или соединения, за которые не должен выходить действительный контур изготавливаемого изделия. Предельные контуры определяют­ ся полями допусков, при установлении которых учитывается взаимо­ связь между отклонениями отдельных размеров детали или соедине­ ния. Совокупность взаимосвязанных размеров, расположенных по замкнутому контуру и определяющих точность взаимного положения осей и поверхностей одной или нескольких деталей в соединении, представляет собой размерную цепь. В размерной цепи соединения размер, исходя из предельных отклонений которого производят рас­ чет допусков и отклонений всех остальных размеров цепи, называется сборочным. Методы расчета допусков разработаны достаточно полно

ирассматриваются в специальной литературе. Взаимозаменяемость может быть полной и неполной. При полной

взаимозаменяемости сборка любых деталей или узлов осуществляется при обеспечении заданной точности без предварительного подбора изделий. Неполная взаимозаменяемость может быть получена путем

полной взаимозаменяемости деталей более проста и может быть стро­ го нормирована во времени.

Проектирование и изготовление изделий в современном производ­ стве все шире основывается на взаимозаменяемости по функциональ­ ным параметрам (функциональная взаимозаменяемость). Функцио­

нальными называются параметры, которые влияют на эксплуатацион­ ные показатели работы детали или узла (геометрические, механиче­ ские, электрические, магнитные и т. п.). Функциональная взаимо­ заменяемость деталей и их соединений должна обеспечиваться конструированием, изготовлением и контролем главных параметров изделия. Функциональную взаимозаменяемость необходимо соблю­ дать по геометрическим размерам, по показателям физико-механиче­ ских свойств материалов деталей и в зависимости от принципа дей­ ствия прибора по электрическим, пневматическим, гидравлическим, оптическим и другим функциональным параметрам. Номинальные

8

значения этих параметров устанавливаются исходя из требований

кточности и надежности прибора или автоматического устройства.

6.Т е х н о л о г и ч н о с т ь . Под технологичностью понимается из готовление деталей н их соединений с наименьшими затратами време­ ни, труда и средств в конкретных условиях производства.

Современное производство располагает многими видами техноло­ гических средств для выполнения различных вариантов конструкций одного назначения. При выборе способа соединения необходимо учи­ тывать пе только физико-мехапические, но и технологические свойст­ ва материалов деталей. В приборостроении при выборе типа соедине­ ния технологические соображения во многих случаях являются реша­ ющими. При этом учитываются технологические свойства самих ма­ териалов (свариваемость, пластичность, жидкотекучесть и др.), а так­ же наличие в конкретном производстве соответствующего оборудова­ ния, инструмента, приспособлений. Выбор типа соединения будет оптимальным в том случае, когда конструктор работает в тесном кон­ такте с технологами и хорошо знаком с технологическими про­ цессами.

Важным условием современного конструирования приборов явля­ ется максимальное использование в новых разработках стандартных деталей и их соединений. Государственные стандарты устанавливают обязательные нормы, которым должны соответствовать геометриче­ ские и качественные параметры соединений деталей.

Стандарты основаны на достижениях науки и техники, на специ­

альных научных исследованиях и передовом опыте промышленности. Поэтому они являются ведущим документом при разработке новых конструкций. Об уровне и качестве конструктивной разработки гово­ рит степень использования стандартных изделий. Малый процент ис­ пользования стандартных деталей и их соединений в новых конструк­ циях приборов часто объясняется недостаточной квалификацией или невнимательностью конструктора.

Благодаря стандартизации большого числа деталей и их соедине­ ний значительно сокращается во времени процесс проектирования и освоения новых приборов и автоматических устройств, существен­ но снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается их качество, упрощается ремонт в период эксплуатации.

Большинство типовых соединений деталей регламентировано госу­ дарственными стандартами и нормалями различных ведомств. Выбор размерного ряда стандартных деталей и параметров их соединений производится на основе принципа конструктивного подобия, в кото­ ром используются ряды предпочтительных чисел (ГОСТ 8032—56) и нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636—69). Имеющиеся проверенные системы допусков и посадок на стандартные соедине­ ния деталей (резьбовые, шпоночные, шлицевые и др.) обеспечивают взаимозаменяемость деталей, входящих в соединение.

9