Проверка параллельности

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

ВОПРОС

Виды изнашивания: механическое; абразивное; коррозионное; кавитационное; гидроабразивное; питтинг-изнашивание; коррозионно-абразивное; фреттинг-изнашивание.

Механическое изнашивание возникает в результате механического воздействия сопряженных деталей друг на друга. Это основной метод изнашивания, оказывающий самое большое влияние на эксплуатационную надежность машины. Различают три вида механического изнашивания:

– линейное изнашивание:

ΔL = , мм/с, (1)

где L₁ и L₂ – соответственно, начальный и конечный размеры детали, мм;

t – время эксплуатации, с;

– объемное изнашивание:

ΔV = , мм³/с; (2)

– массовое изнашивание:

Δm = , мг/с. (3)

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в сопровождении с химической или электрической средой. Такому виду изнашивания подвергаются насосы водоотлива при откачке химически агрессивных сред, электрические контакты выключателей и т.д.

Абразивное – механическое изнашивание в результате воздействия породы на деталь, например, на буровой инструмент, нож отвала бульдозера, зуб ковша экскаватора и т.д.

Гидроабразивное – изнашивание в результате действия твердых частиц и жидкости.

Эрозионное – изнашивание в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.

Усталостное – изнашивание в результате усталостного разрушения из-за высоких контактных напряжений.

Изнашивание при заедании – изнашивание в результате схватывания материала и переноса его с одной поверхности на другую (зубчатые колеса).

Изнашивание при фреттинге – механическое изнашивание сопряженных поверхностей в результате длительного взаимодействия при малых колебательных относительных перемещениях.

Изнашивание также делят на моральное (моральный износ) и физическое (физический износ).

Моральный износ обусловлен старением, несовершенством конструкции деталей или машины в целом.

Физический износ делят на нормальный (естественный) и аварийный (преждевременный).

ВОПРОС

Механический износ происходит в результате перемещения одной детали относительно другой вследствие шероховатости их поверхности.

Износ может быть линейным, массовым и объемным. Износ характеризуется скоростью изнашивания:

ΔL = , мм/с; Δm = , мг/с; ΔV = , мм³/с, (4)

где ΔL, Δm, ΔV – соответственно, скорость износа линейного, массового и объемного;

t – время эксплуатации, с.

Величина, обратная скорости изнашивания, называется износостойкостью. Износ деталей возрастает пропорционально времени эксплуатации машины. Кривая износа сопряженных деталей имеет 3 участка, характеризующих 3 периода работы машины (рис. 1).

Рисунок 1 – Диаграмма механического изнашивания сопрягаемых деталей (I – период обкатки машины; II – период нормальной эксплуатации; III – период аварийного режима эксплуатации)

Основным периодом является второй, продолжительность которого определяется по формуле:

Т_н = , ч, (5)

где L₁ – зазор между сопрягаемыми деталями в начальный период эксплуатации;

L_к – предельный зазор между сопрягаемыми деталями;

tgα – интенсивность изнашивания, мм/ч.

Нормальный период работы узла зависит от того, как проведена обкатка, т.е. от величины L₁, а также от конструкторских особенностей, т.е. от величины L_о и L_к.

Коэффициент tgα зависит от материала, чистоты обработки поверхностей, качества смазки, нагрузки и т.д.

Кривые износа получают на стендовых испытаниях наиболее ответственных узлов.

Предельный зазор соответствует предельному износу, характеризующему предельное состояние машины.

Допустимый зазор соответствует допустимому износу, характеризующему состояние машины, при котором она еще сохраняет работоспособность.

ВОПРОС

В зоне контакта любого узла трения может возникнуть сухое трение, граничное, смешанное и жидкостное. Вид трения зависит от условий смазывания сопряжений.

Сухое трение происходит при полном отсутствии смазки в местах контакта деталей. Такой вид наблюдается в различных тормозных системах, фрикционных передачах.

Граничное трение характеризуется наличием между взаимодействующими деталями смазочного слоя толщиной до 10 мкм. Такой вид наблюдается в подшипниках качения, в зубчатых передачах.

Смешанное трение возникает в тех случаях, когда смазочный слой несет основную нагрузку, но не полностью разделяет трущиеся детали. Такой вид трения может возникать при взаимодействии поверхностей с низкой чистотой обработки, при малой скорости перемещения одной детали относительно другой.

Жидкостное трение возникает в том случае, когда смазочный слой полностью предохраняет сопрягаемые поверхности от контакта между собой. Такой вид трения возникает, например, в подшипниках скольжения с высокой частотой вращения при невысоких контактных нагрузках.

Критерием оценки видов трения является коэффициент трения.

ВОПРОС

К расчету износа составим схему жидкостного трения сопряжения вал-подшипник (рис. 2).

Рисунок 2 – Схема жидкостного трения сопряжения вал-подшипник

При вращении вала 2 в подшипнике 1 масляная жидкость за счет сил сцепления вовлекается во вращение, устремляясь в клиновидный зазор между валов и подшипником. При увеличении частоты вращения n вал "всплывает" в подшипнике и смазочный материал разделяет сопрягаемые поверхности слоем, равным, согласно гидродинамической теории трения Н. П. Петрова:

h_min = , м, (6)

где η – динамическая вязкость масла, Па·с;

n – частота вращения вала, с^-1;

d – диаметр вала, м;

с – коэффициент длины подшипника,

с = + l, (7)

где l – длина подшипника, м;

S – средний зазор в сопряжении при n → ∞, м,

S = 2r_п – 2r_в; (8)

Р – удельное давление на вал, Па.

Оптимальный зазор для сопряжения вала-подшипника равен:

S_опт = 4h_min, м, (9)

откуда:

S_опт = 0,476 · d · , м. (10)

Максимальный зазор определяется через S_опт. При n > 300 мин^-1:

S_max = , м, (11)

где δ – величина, зависящая от шероховатости поверхности подшипника и вала,

δ = δ₁ + δ₂, м, (12)

где δ₁, δ₂ – микронеровности вала и подшипника соответственно.

Для большинства нормально приработавшихся поверхностей подшипников скольжения δ₁ + δ₂ = 0,004 м.

Тогда:

S_max = = 62,5 · S_опт. (13)

В соединениях, работающих с частотой вращения менее 300 об/мин, жидкостное трение обеспечено быть не может, поэтому в таких случаях можно принимать:

S_max = (2–3) · S_опт = (8–12) · h_min. (14)

Срок службы подшипников скольжения может быть рассчитан по формуле:

Т_н = , ч, (15)

если известна по ряду конечных замеров интенсивность изнашивания:

I = tgα = , м/ч. (16)

ВОПРОС

В процессе работы подшипников качения в связи с переменным характером нагружения беговых дорожек и катящихся элементов (шариковых, роликовых, игольчатых) на их поверхности, вследствие усталости материала возникают повреждения, сначала в виде мелких точек, пятен, которые потом образуют раковины и трещины и в конечном счете могут вывести подшипник из строя.

При замене подшипника важно знать его срок службы применительно к конкретным условиям работы.

Соотношение между нагрузкой, частотой вращения и сроком службы подшипника выражается следующей зависимостью:

Q(n · Т)^0,3 = с, (17)

где Q – полная условная нагрузка на подшипник, Н;

n – частота вращения, мин^-1;

Т – срок службы подшипника, ч;

с – коэффициент работоспособности подшипника, зависящий от конструкции, внутренних размеров и качества материала подшипника (принимается по справочнику).

Определим по выражению (17) срок службы подшипника:

Т = · . (18)

Условную нагрузку можно вычислить по формуле:

Q = (R + m · A) · k₁ · k₂ · k₃, (19)

где R – фактическая радиальная нагрузка, Н;

А – фактическая аксиальная нагрузка, Н;

m – коэффициент перевода нагрузки А в R (для разных серий m = 1,5–5,0);

k₁ – коэффициент, учитывающий влияние характера нагрузки (k₁ = 1 при спокойной постоянной нагрузке (шахтные вентиляторы, вентиляторы воздушного охлаждения и др.), k₁ = 1,5 при нагрузке со слабыми толчками (лебедки, головные и подъемные блоки экскаваторов и др.), k₁ = 2 при значительных толчках и вибрациях (дробилки, приводы при пусковых нагрузках 200%), k₁ = 3 при очень сильных толчках и вибрациях (грохота, механизмы подъема и напора экскаватора и др.));

k₂ – коэффициент, учитывающий, какое кольцо подшипника вращается (при вращении внутреннего кольца k₂ = 1,1; наружного k₂ = 1,45);

k₃ – коэффициент, учитывающий влияние температуры, возникающей в результате работы подшипника (k₃ = 1,05 при рабочей температуре подшипника t = 125 ºС, k₃ = 1,5 при t = 250 ºС).

Подставив выражение (19) в (18), получим:

Т = · , ч. (20)

Если известен тип выбранного подшипника, нагрузки, то можно выбрать работоспособность с, а затем рассчитать срок службы.

Ориентировочный срок службы упорного подшипника определяется по формуле:

Т = · , ч. (21)

Значения коэффициентов n, k₁, k₂, k₃ приводятся в справочниках. Приближенно коэффициент с для подшипников радиальных однорядных и двухрядных сферических можно вычислить по выражению:

с = , (22)

где z – число шариков (для сферических подшипников в одном ряду);

δ – диаметр шарика.

Для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами (l/d = 1–2):

с = 55 · z^0,7 · δ · l, (23)

где l – длина ролика.

Признаком износа подшипников может служить повышенный шум во время их работы. Нормальный шум в исправном подшипнике легко звенящий. При изнашивании шум становится дребезжащим с явно выраженными ударами.

ВОПРОС

Основной причиной выхода из строя зубчатых колес является износ зубьев. В результате нарушается правильность зацепления, растет боковой зазор между зубьями, работа передачи при зацеплении сопровождается толчками, шумом. В результате может произойти заклинивание зубчатой передачи, что, возможно, приведет к поломке других деталей механизма.

В зубчатых колесах с цементированными зубьями цементированный слой составляет 1 мм, поэтому износ зуба не должен превышать 0,8 мм.

Предельный износ зубьев шестерен, у которых окружная скорость υ < 3 м/с, принимается равным Δ = (0,1–0,24) · m, мм.

Для зубчатых колес, работающих с окружной скоростью υ > 3 м/с, износ принимают равным Δ = (3–10)% толщины зуба, где m – модуль нормальных зубчатых колес, мм,

m = , (24)

где d – диаметр начальной окружности зубчатого колеса, мм;

z – число зубьев на колесе.

Износ зуба зубчатого колеса определяется по выражению:

Δ = , (25)

где с – коэффициент изнашивания зуба, зависящий от материала зуба и состояния поверхности трения, м³/(кВт·ч) (принимается по справочнику), с = 11–92;

Т – продолжительность работы передачи, ч;

N_тр – мощность, затрачиваемая на трение, кВт;

F – площадь рабочей поверхности всех зубьев, м².

Из выражения (25) определим продолжительность работы передачи, т.е. срок службы:

Т = . (26)

Для зубчатых колес горных машин обычно принимают Δ = (0,1–0,24) · m либо по уже указанным выше параметрам.

Полная рабочая поверхность всех зубьев одного цилиндрического зубчатого колеса равна:

F = 2 · h_a · b · z, мм², (27)

где h_а – высота головки зуба, мм;

b – ширина зуба, мм.

Из теории машин и механизмов известно, что:

N_тр = · , кВт, (28)

где f – коэффициент трения, зависящий от материала, условий смазки, чистоты рабочей поверхности (чугун по чугуну без смазки f равен 0,18; чугун по чугуну со смазкой f – 0,1–0,13; для стали со смазкой f – 0,03–0,05);

N – средняя мощность, передаваемая зубчатым колесом, кВт;

α – угол зацепления, град;

z₁ и z₂ – число зубьев колес, входящих в зацепление (плюс берется при внешнем зацеплении, минус – при внутреннем).

С учетом выражений (24)–(28) срок службы зубчатых колес равен:

Т = , ч. (29)

Так как d = m · z, то:

Т = , ч. (30)

Расчеты показывают, что срок службы зубчатых колес повышается с увеличением их размеров (диаметра и ширины зуба) и уменьшается с увеличением коэффициента трения и передаваемой мощности.

ВОПРОС

Изнашивание происходит при некачественной или недостаточной смазке, во время перегрузок, применения горючего низкого качества, а в поршневых компрессорах – при попадании в цилиндр пыли вместе с засасываемым воздухом. Износ поршней и цилиндров носит следующий характер (рис. 3).

Интенсивное изнашивание наблюдается как по длине цилиндра и колец поршня, так и по их окружности.

В результате газа или сжатого воздуха поршень перемещается вниз и одновременно оказывает большее давление на правую часть цилиндра вследствие работы коленно-шатунной системы. Поэтому в этот период правая сторона изнашивается больше. И, наоборот, при движении поршня вверх он оказывает большее давление на левую сторону цилиндра. В результате цилиндр и кольца становятся овальными. В этот зазор проникают отработанные газы (либо сжатый воздух из компрессора) в картер, ухудшая качество смазочного масла.

Рисунок 3 – Характер износа поршневой группы: Δ_н – нормальный зазор; Δ_пр – предельно допустимый зазор

Допускаемый износ цилиндра на практике вычисляют по формуле:

Δ = f · D, мм, (31)

где f – коэффициент изнашивания (f = 0,002–0,003 – для определения допустимого износа по окружности; f = 0,001–0,002 – для определения предельной овальности цилиндра; f = 0,001 – для определения предельной конусности).

В процессе работы также изнашиваются канавки в поршне, стенки поршня, появляются трещины в поршне. Наибольшему изнашиванию подвергаются крайние кольца. В результате этого между кольцами и цилиндром образуется зазор. Нормальный зазор определяется по формуле:

Δ_н = α · π · D · t, мм, (32)

где α – коэффициент линейного расширения материала;

D – диаметр цилиндра, мм;

t – рабочая температура, ºС.

Обычно α = 0,0001, t = 100–200 ºС, тогда:

Δ_н = (0,003–0,004) · D, мм. (33)

Видно, что величина нормального зазора между поршнем и цилиндром в основном зависит от диаметра цилиндра.

ВОПРОС

1. Износ резьбовых соединений.

В резьбовых механизмах (винтах подачи, домкратах) для достижения нужной износостойкости рассчитывают удельное давление в зоне контакта витков резьбы. Это удельное давление сравнивают с допустимым удельным давлением, исключающим из соединения выдавливание смазки:

Р_а = ≤ [Р_а], (34)

где F – осевая нагрузка на винт, Н;

Р – шаг резьбы, м;

d и d₁ – наружный и внутренний диаметр резьбы, м;

Н – высота гайки, м (высота резьбы);

n – количество болтов;

[Р_а] – допустимое удельное давление (для пары сталь-бронза [Р_а] = 12 МПа; при малых скоростях скольжения [Р_а] = 20 МПа).

Если Р > [Р_а], то уменьшают осевую нагрузку, либо изменяют параметры резьбы (Р, d и d₁, Н).

2. Износ шлицевых соединений.

Износостойкость учитывается следующей зависимостью:

σ = ≤ [σ]_изн, Па, (35)

где М – наибольший крутящий момент, Н·м;

К_кн – коэффициент концентрации нагрузки;

S – площадь рабочих поверхностей соединений относительно вала, м;

l – рабочая длина соединения, м;

[σ]_изн – допустимое напряжение по износу, Па.

Практически можно применить Δ = (0,05–0,08) · b, мм, где b – ширина прямоточного зуба, мм; Δ – износ червячной передачи.

Износостойкость зубьев червячного венца глобоидальной передачи может быть оценена допустимой скоростью изнашивания:

Δ = ≤ 5 · 10^-10 · а_ω, мм/об, (36)

где [u] – предельно допустимый износ, мм (0,1–0,3 мм);

Т – установленный практически срок службы передачи, ч;

n – частота вращения колеса, об/мин;

а_ω – межосевое расстояние, мм.

Статический анализ разрушений деталей в механизмах и узлах машин и оборудования позволяет сделать следующие выводы.

1. Основной причиной разрушения деталей в машинах является изнашивание, виды которого разнообразны и зависят от условий эксплуатации техники, характера нагрузок и физико-механических свойств материалов, из которых эти детали изготовлены.

2. Наибольшее число отказов машин происходит вследствие механического изнашивания, которое имеет три основных этапа в эксплуатации техники: приработки, нормального периода работы и аварийного режима.

3. На срок работы деталей значительное влияние оказывают виды трения. При работе сопрягаемых деталей предпочтительным видом трения является жидкостное и полужидкостное по причине обеспечения наиболее низких коэффициентов трения.

4. Основными факторами, влияющими на срок службы машин, являются характер нагрузок на детали и узлы, условия эксплуатации и действие смазочных материалов.

ВОПРОС

Объективным способом оценки необходимости проведения того или иного вида ТО или ремонта машины является диагностический контроль за техническим состоянием деталей и узлов, осуществляемый различными методами и средствами технической диагностики. Техническое диагностирование при эксплуатации машин обеспечивает проверку их исправности, работоспособности, поиск дефектов и сбор информации для прогнозирования остаточного ресурса.

Основное назначение диагностики – определение технического состояния машины (детали, узла, механизма) в данный момент времени с минимальным объемом разборки (или без нее).

Для диагностирования горной техники нашли применение следующие параметры и методы диагностирования: для механических систем – тепловые, виброакустические, по зазорам, герметичности уплотнений, содержанию продуктов износа в смазке; для гидропривода – по объемному КПД и подаче, параметрам давления в системе, частоте вращения и линейным перемещениям, температуре рабочей жидкости и виброакустическим параметрам, герметичности рабочих объемов; для электрооборудования – по сопротивлению изоляции между фазами и по отношению к земле, коэффициенту абсорбции, напряжению питания и току нагрузки, потребляемой энергии, частоте вращения, переходному сопротивлению силовых контактов, тепловые и виброакустические; для аппаратуры автоматизации – контрольные тесты.

Различают следующие методы изнашивания элементов машин:

1. Метод микрометрирования. Измерение линейных размеров деталей с помощью измерительных средств.

2. Метод взвешивания. Применяют, когда линейные измерения невозможны ввиду сложной конфигурации детали. Потери по массе говорят об износе детали.

3. Метод профилографирования. Используют прибор профилограф. До износа на поверхность наносится царапина. Затем записывается профилограмма. После износа она наносится на царапину, записывается новая профилограмма и вычисляется линейный износ h.

4. Метод вырезания лунок. На поверхности, например, цилиндра, вырезается лунка. Измеряются ее размеры до износа и после. Абсолютный износ будет равен Δ l = h ₁ – h ₂.

5. Визуальный метод. Это внешний осмотр. Для внутренних поверхностей применяют визуоскоп: трубу с подсветкой и системой зеркал и увеличительных стекол.

6. Метод измерения зазоров, температуры и давления. Зазоры измеряют щупами, температуру – термометрами и термопарами, давление – манометрами.

7. Акустический метод. Улавливают звуки, отличные от нормальной работы, либо на слух, либо с помощью стетоскопа.

8. Метод контроля продуктов износа в масле. Из масла периодически отбирают пробы и определяют в них содержание продуктов износа – частиц. Зная количество циркулирующего в системе масла, определяют общие потери массы деталей.

9. Метод радиоактивных изотопов. Радиоактивный изотоп внедряют в деталь на контролируемую толщину. При наступлении износа радиоактивное излучение улавливают счетчиками Гейгера. Износ измеряют либо по накоплению продуктов изнашивания в масле, либо на фильтрах.

10. Метод ароматической диагностики. Позволяет определять износ по запаху, например, при внедрении внутрь детали ампулы с характерным запахом.

11. Метод использования световодов. Используется светокабель, имеющий внешнюю оболочку, внутри которой находится множество световолокон с отличным от внешней оболочки коэффициентом преломления.

Составной частью диагностики технического состояния является дефектоскопия деталей.

Во время ремонта машин и их разработки детали осматривают с целью определения степени их износа и дальнейшей пригодности.

Критерием оценки степени износа являются предельно допустимые размеры детали.

Дефектация деталей происходит следующим образом. Детали делят на 3 группы:

– годные к дальнейшей эксплуатации (их помечают зеленой краской);

– детали, подлежащие ремонту и восстановлению (их маркируют либо цифрами, либо красками различных цветов, в зависимости от вида ремонта и восстановления);

– детали, не подлежащие ремонту и восстановлению: выработавшие свой ресурс работы (их помечают красной краской и сдают в металлолом).

Различают следующие методы дефектоскопии деталей:

1) ультразвуковая дефектоскопия;

2) магнитоакустическая дефектоскопия;

3) рентгеновская дефектоскопия;

4) гамма-дефектоскопия;

5) люминесцентная дефектоскопия;

6) дефектоскопия керосином или маслом;

7) электромагнитная дефектоскопия.

ВОПРОС

Ультразвуковая дефектоскопия основана на контроле детали ультразвуковыми волнами с частотой до 10 МГц в металлах, пластмассах и др. Ультразвуковые волны проникают почти без затуханий, однако на границе "материал–воздух" почти полностью отражаются. Ультразвуком в различных материалах можно обнаружить дефект (раковину, пустоту, трещину) на глубине до 10 м и более (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа: 1 – источник импульсов тока; 2 – генератор развертки; 3 – осциллоскоп; 4 – усилитель тока; 5 – дефектуемая деталь; 6 – дефект; 7 – приемная головка; 8 – головка-преобразователь; 9 – экранированный кабель

Импульсный дефектоскоп работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает электрические импульсы, которые подаются через экранированный кабель 9 в головку 8, где преобразуются за счет кварцевых пластин или титаната бария в ультразвуковые колебания. Эти ультразвуковые колебания проникают внутрь исследуемой детали 5. Отражаясь от дефекта 6, они попадают на приемную головку 7, где, наоборот, преобразуются в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются в усилителе тока 4 и далее поступают на осциллоскоп. На экране осциллоскопа в случае дефекта будут видны два пика А и Б. А – пик, образуемый от дефекта, Б – пик, образуемый от отражения ультразвуковых волн от края детали.

ВОПРОС

Рисунок 5 – Схема магнитоакустического дефектоскопа: 1 – исследуемая деталь; 2 – катушки с противоположно намотанными витками; 3 – головка-индикатор; 4 – акустический аппарат; 5 – дефект; 6 – магнитные силовые линии

Дефектуемая деталь 1 слабо намагничивается, в результате чего через нее проникают магнитные силовые линии 6 (МСЛ). Если имеется дефект 5, то МСЛ изменяют прямолинейное положение, что улавливается специальной головкой 3. Изменение МСЛ усиливается в усилителе и передается в акустический аппарат, например, в телефонную трубку 4. При отсутствии дефекта в трубке слышно монотонное жужжание, а при наличии дефекта – треск, резкие звуки.

ВОПРОС

Деталь сильно намагничивается за счет подачи постоянного тока (рис. 6). При наличии трещин или других дефектов магнитный порошок, нанесенный на деталь, покажет место дефекта, т.к. МСЛ будут искривляться, а, следовательно, будут искривляться и частицы магнитного порошка Fe₂O₃.

Рисунок 6 – Схема электромагнитного дефектоскопа: 1 – деталь; 2 – магнитный сердечник; 3 – катушки; 4 – катушка для завихрения МСЛ; 5 – источник тока; 6 – индикатор

Дополнительная катушка 4 позволяет МСЛ сориентировать по спирали, что дает возможность определить и продольные дефекты. Вместо порошка Fe₂O₃ возможно использование индикаторов.

ВОПРОС

1. Рентгеновская дефектоскопия.

Она основана на просвечивании детали рентгеновскими лучами с последующей фиксацией на пленке. Применяется в основном при контроле сварных швов и деталей из легких сплавов толщиной до 50–60 мм.

2. Гамма-дефектоскопия.

Для гамма-дефектоскопии используют радиоактивные изотопы кобальта 60, тантала 182, цезия 137 (рис. 7).

Рисунок 7 – Схема гамма-дефектоскопа

Для просвечивания гамма-излучением стальной детали толщиной 50 мм необходимо 2–3 часа. Аппарат может работать стационарно, т.е. устанавливается на штативе. Канат, перемещающий радиоактивный источник, передвигается дистанционно на расстояние 3 м от аппарата. В положении С аппарат находится в неработающем состоянии, в положении Б излучение происходит направленным пучком, в положении А – рассеивающим пучком.

ВОПРОС

Технологическим процессом сборки называют комплекс мероприятий, выполняемых для того, чтобы из отдельных деталей и узлов получить готовую машину.

Сборка деталей в узлы называется узловой сборкой, сборка машины из узлов – общей сборкой.

В процессе сборки применяют различные методы, основой которых в зависимости от типа изделия и объемов работ может быть стационарная сборка (предполагает сборку на одном рабочем стационарном месте; ее применяют при сборке машины единичного производства или мелкосерийного, особенно крупногабаритного), подвижная поточная сборка (применяют в серийном и массовом производстве) и стационарная поточная сборка (применяют при сборке и капитальном ремонте однотипных машин и оборудования на стендах или специальных площадках).

Точность сборки зависит от технологического процесса и качества изготовления деталей.

Способы сборки:

1) сборка с полной взаимозаменяемостью;

2) селективная сборка;

3) сборка подбором;

4) ручная сборка.

Сборка с полной взаимозаменяемостью деталей обеспечивает получение машины или замену деталей и узлов без предварительной подгонки и измерений габаритных размеров.

Селективная сборка применяется в ремонтной практике, когда осуществляется приобретение и ремонт запасных частей или запасных узлов. Здесь сборочные единицы подбираются заранее и хранятся на складах.

Сборка подбором деталей осуществляется при ремонте путем подбора узла или детали по месту.

Ручная сборка предусматривает сборку деталей вручную.

ВОПРОС

Сборку с нагревом применяют для подшипников качения, зубчатых передач, иногда для неподвижных шлицевых соединений.

Осуществляют нагрев детали, в которой есть отверстие.

Важное значение при этом способе имеют два обстоятельства:

1) правильный расчет температуры нагрева;

2) режим последующего охлаждения.

Зависимость между натягом и температурой нагрева следующая:

N ≤ d · α · t, мм, (37)

где N – натяг, мм,

N = d_в – d_о;

d – диаметр вала, мм;

α – коэффициент расширения отверстия, 1/ºС;

t – температура нагрева, ºС.

Отсюда температура нагрева равна:

t ≥ , ºС. (38)

С учетом остывания в процессе сборки практическую температуру нагрева берут в 2 раза выше расчетной. Однако следует помнить, что при нагреве не следует выходить за пределы темно-красного каления. При сборке деталей из сталей температура нагрева не должна превышать 700 ºС. Следует также иметь в виду, что при нагреве может произойти отпуск закаленных деталей.

Охлаждение применяют:

1) на воздухе;

2) в масле;

3) в воде;

4) в кальцинированной соли.

ВОПРОС

В случае невозможности нагрева отверстия (большие габариты шкива, колеса, барабана и др.), специальной закалки отверстия сборку можно осуществить охлаждением вала с помощью жидкого воздуха или азота и кислорода при температуре 180–193 ºС. При этом применяют специальные ванны, сосуды Дьюара, деревянные ящики. При использовании жидкого кислорода, во избежание взрыва, на валу и в ванне не должно быть смазочных и воспламеняющихся (лакокрасочных) материалов. Научно обосновано, что глубокое охлаждение упрочняет поверхность детали и повышает ее износостойкость.

ВОПРОС

Запрессовку применяют для мелкомодульных зубчатых колес, шлицевых и шпоночных соединений, подшипников качения с небольшими габаритами.

Для запрессовки необходимо создать определенное усилие, по которому подбирают оборудование: прессы (гидравлические или винтовые), съемники. Наибольшее усилие для запрессовки, необходимое при сборке соединения с натягом, равно:

Р = f · π · d · l · σ_сж, Н, (39)

где f – коэффициент трения;

d – диаметр отверстия, мм;

l – длина отверстия, мм;

σ_сж – предел прочности на сжатие материала вала, МПа.

Поскольку σ_сж на практике определить довольно сложно, то применяют следующие зависимости:

– для соединения сталь–сталь:

Р = 22 · N · l, кН; (40)

– для соединения сталь–чугун:

Р = 12 · N · l, кН. (41)

ВОПРОС

Основными показателями качества сборки валов являются:

1. Легкость вращения вала в подшипниках;

2. Отсутствие вибраций при вращении;

3. Радиальное и осевое биения, не превышающие установленных норм;

4. Точность положения вала относительно основных баз корпуса, в котором смонтирован вал.

В процессе сборки контролируют параллельность, отклонения формы, горизонтальность, радиальное биение, точность посадки вала в подшипник и подшипника в корпус. Сборка валов и степень точности ее зависят от вида опор – скольжения либо качения.

ВОПРОС

Сборка цилиндрических зубчатых передач в себя включает:

– установку и закрепление зубчатых колес на валах;

– установку валов в корпусе;

– проверку и регулировку зацепления.

Для колес малого диаметра зубчатое колесо на вал напрессовывают вручную. Зубчатые колеса большого диаметра и термически обработанные напрессовывают прессом с нагревом колеса либо охлаждением вала.

При запрессовке колеса наиболее часто встречаемыми погрешностями бывают:

– искажение профиля зубчатого венца;

– качание зубчатого колеса на шейке вала;

– радиальное биение;

– торцовое биение.

Для проверки вал устанавливают на призмах либо в центрах и контролируют погрешность.

При сборке зубчатых колес важно обеспечить параллельность ведущего и ведомого валов в корпусе.

Для правильного зацепления цилиндрических колес оси вала должны лежать в одной плоскости и быть взаимно параллельными.

При установке цилиндрических зубчатых колес важно обеспечить боковой и радиальный зазоры между зубьями.

Боковой зазор обеспечивает нормальную смазку колес, уменьшенный зазор приводит к выдавливанию смазки, заеданию колес и преждевременному износу. При увеличенном зазоре зубья ударяются друг о друга, что часто приводит к поломке зубьев.

Боковой и радиальный зазоры проверяют либо щупом, либо прокатыванием свинцовой пластинки, которую впоследствии измеряют.

Для быстроходных и тяжело нагруженных зубчатых передач зазоры устанавливают с учетом температурных расширений материала, из которых выполнены зубчатые колеса.

Качание зубчатых колес происходит в основном из-за ослабления шпонки или шлицев. Для точных колес угловое качание допускается на радиусе 50 мм не более 0,02 мм и боковое качание – не более 0,05 мм. Качание проверяют индикаторами.

Качество сборки конических зубчатых передач обеспечивается правильностью пересечения осей валов, точностью углов между осями колеса, правильностью касания зубьев, величиной бокового и радиального зазора.

Правильность угла проверяют с помощью контрольных оправок.

Точность установки зубчатых колес проверяют с помощью краски. Меньшие колеса покрывают краской (зубья), делают 3–4 оборота и смотрят отпечатки. Для колес 7-й степени точности краска должна покрыть не менее 75% длины и 60% высоты зуба, 8-й степени точности – на 60 и 40%, 9-й – на 50 и 30%, 10-й – на 40 и 20%.

ВОПРОС

Одним из условных условий качественной сборки является обеспечение гарантированного зазора между опорными шейками вала и рабочими поверхностями втулок подшипников. Зазор определяется условиями работы вала: если нужно точное центрирование и высокая виброустойчивость, то назначают посадки с минимальным зазором.

При монтаже валов возможны следующие погрешности:

– отклонение формы поверхностей шеек вала и втулок в осевом и поперечном сечениях (конусность, бочкообразность, элипсность, корсетность и др.);

– отклонение от соосности, непараллельность осей отверстий втулок подшипников и осей опорных шеек вала.

При малых зазорах между валом и подшипником есть опасность заклинивания вала. Радиальное биение возникает, когда появляются отклонения от соосности поверхности опорных шеек валов и других поверхностей либо когда имеется погрешность в сечении – овальность и др.

Проверка параллельности

Она осуществляется с помощью штангенциркуля следующим образом:

а) при расположении торцов в одной плоскости, т.е. когда измеряют расстояние между центрами валов, при этом контролируют d₁ и d₂ (диаметры первого и второго валов);

б) при расположении торцов в различных плоскостях, когда измеряют расстояние между внешними образующими, при этом d₁ и d₂ обязательно контролируют;

в) с помощью штихмаса, когда измеряют расстояние между внутренними образующими;

г) с помощью индикаторных головок и шаблонной рамки, при этом контролируют d₁ и d₂.

Проверка отклонения формы поверхности осуществляется с помощью штангенциркуля, микрометра и других измерительных инструментов. Измерения делают в одной плоскости по окружности в 4–6 точках.