Лукашук В.С. Нестандартное оборудование вагоносборочного производства. Конструкция, проектирование, расчет

Подождите немного. Документ загружается.

В некоторых случаях в конструкциях стендов удается применить само-

отводящиеся упоры. Некоторые варианты конструкции таких упоров пока-

заны на рис. 2.4. Самоотводящиеся упоры облегчают процесс извлечения

технологического узла из сборочного стенда. При перемещении базируемой

детали вверх опорная планка за счет сил трения следует за извлекаемой из

стенда деталью и одновременно отходит от нее. После извлечения узла из

стенда опорная планка под собственным весом возвращается в исходное по-

ложение до упора в выступ кронштейна.

Рис. 2.4. Конструкции самоотводящихся упоров: а — шарнирного;

б — скользящего; 1—выступ кронштейна; 2—кронштейн; 3—серьга;

4—регулировочная прокладка; 5—опорная плита; 6—базируемая деталь;

7—ограничитель подъема; 8—корпус упора

При выборе типа самоотводящихся упоров в качестве базирующих эле-

ментов необходимо иметь в виду, что шарнирные упоры неустойчивы и мо-

гут самопроизвольно отойти в нерабочее положение под действием силы

прижатия детали к упору. Поэтому их необходимо применять в сочетании с

прижимами, обеспечивающими одновременное поджатие детали в двух на-

правлениях (горизонтальном и вертикальном). В скользящих упорах угол α

должен быть выбран таким, чтобы опорная планка не выжималась вверх из

корпуса упора, т.е. сила трения в подвижном соединении должна быть

больше составляющей силы Т (см. рис. 2.4).

тр

≥ nT; или Qf

тр

cosα ≥ nQsinα

где N — сила нормального поджатия планки к корпусу;

Q — сила прижатия базируемой детали к упору;

тр

— коэффициент трения в подвижном соединении;

п — коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение коэффициента

трения (в расчетах обычно принимают п = 1,5).

Из приведенного выражения следует, что опорная планка не будет вы-

жиматься, если соблюдается условие

tgα ≤ f

тр

/ n.

Фиксаторы как базирующие элементы целесообразно применять для ба-

зирования деталей и узлов из листового и профильного проката, имеющих

симметричную форму поперечного сечения (нижние листы шкворневых ба-

лок, шкворневые балки, поперечные балки рамы и стойки боковых стен из

таврового и корытного профиля и др.), а также деталей с отверстиями (пят-

ники, надпятники и др.). Положение таких деталей в конструкции техноло-

гического узла чаще всего задают используя неявные базы: оси симметрии

или геометрические центры отверстий, например, размер базы вагона как

расстояние между центрами шкворневых отверстий в пятниках, расстояние

между осями стоек и др.

По характеру взаимодействия с базируемыми деталями фиксаторы под-

разделяют на охватывающие и охватываемые (рис. 2.5). Фиксаторы удобны

тем, что они задают определенное положение базируемой детали в сбороч-

ном стенде по направляющей базе без прижатия.

При проектировании фиксаторов их исполнительные размеры Ф (см. рис.

2.5) задают исходя из следующих условий:

Рис. 2.5. Конструктивные схемы фиксаторов: а — охватывающего; б — охваты-

ваемого; 1 — базируемая деталь; 2—фиксатор; 3 — рама стенда

 для охватывающего фиксатора Ф

min

≥ Д

max

;

 для охватываемого фиксатора Ф

max

≤ Д

min

Для выполнения указанных условий достаточно номинальный размер

фиксатора принять равным соответствующему экстремальному размеру де-

тали, а принятый допуск на номинальный размер назначить в качестве верх-

него отклонения для охватывающего фиксатора, или в качестве нижнего от-

клонения для охватываемого. Допуск на номинальный размер назначают ис-

ходя из технических возможностей оборудования, на котором предполагает-

ся изготавливать фиксатор.

Пример 2.1. Определить размер охватывающего фиксатора для базирова-

ния шкворневой балки в стенде для сборки рамы вагона (схема базирования по

рис. 2.6) при следующих исходных данных: размер листа в месте установки

фиксатора Д = 350 ± 1,5; способ изготовления фиксатора — чистовое круговое

фрезерование.

Решение

Номинальный размер фиксатора равен Ф

ном

= 351,5 мм. В соответствии с [1,

табл. 5] чистовое круговое фрезерование обеспечивает 11...14 квалитеты точ-

ности. Принимаем 12-й квалитет. По 12-му квалитету допуск на размер 351,5

мм составляет 0,57 мм. Окончательно имеем Ф = 351,5

+0,57

Пример 2.2. Определить диаметр охватываемого фиксатора (штыря) для

базирования нижнего листа шкворневой балки в стенде для сборки рамы ваго-

на (базирование по шкворневому отверстию) при следующих исходных дан-

ных: диаметр отверстия в листе 70

+0,46

; способ изготовления штыря — чисто-

вое точение.

Решение

Номинальный диаметр штыря равен Ф

ном

=70 мм. Чистовое точение обеспе-

чивает 12-й квалитет точности (источник тот же). По 12-му квалитету допуск

на размер 70 мм составляет 0,3 мм. Окончательно имеем Ф=70

-0,3

При выборе фиксаторов в качестве базирующих элементов необходимо

иметь в виду, что они вносят дополнительную погрешность базирования,

обусловленную зазорами между базируемой деталью и поверхностями фик-

сатора.

На рис. 2.6 показана схема для определения погрешности базирования

фиксаторами. Здесь приняты обозначения Ф — исполнительный размер

фиксатора; Д — размер базируемой детали; А

уз

— размер между осями двух

базируемых деталей в собираемом узле (узловой размер); С — размер, опре-

деляющий положение двух фиксаторов в сборочном стенде.

Рис. 2.6. Схема для определения погрешности базирования фиксаторами:

а, б — ситуации для максимального и минимального размеров

Для определения погрешности базирования фиксаторами необходимо

условно детали в фиксаторах расположить так, чтобы размер техно-

логического узла А

уз

принял наибольшее значение А

узmax

и из размерной цепи

найти этот размер. Затем аналогично найти A

узmin

. Разность этих размеров —

расчетный допуск узлового размера, который является погрешностью бази-

рования фиксаторами.

узmax

= C

max

+ Ф

max

– Д

min

–

узmin

= C

min

– Ф

max

+ Д

min

Ауз

= Т

+ 2Ф

max

– 2Д

min

В приведенных выражениях Т

Ауз

и Т

— допуски соответствующих раз-

меров.

Если учесть, что максимальный размер охватывающего фиксатора равен

max

= Д

max

+ Т

где Т

— допуск размера фиксатора, то для допуска размера А

уз

оконча-

тельно будем иметь

Ауз

= Т

+ 2(Т

+Т

Следовательно, погрешность базирования фиксаторами равна сумме до-

пусков на размер стенда и на размеры двух фиксаторов и двух деталей.

Пример 2.3. Можно ли применить охватывающие фиксаторы для базирова-

ния шкворневых балок в стенде для сборки рамы вагона (схема базирования по

рис. 2.6), если по сборочному чертежу размер между осями этих балок равен

уз

= 10 000±5? Размеры листа и фиксатора по примеру 2.1. Технически дости-

жимая точность изготовления стенда — 10-й квалитет.

Решение

В соответствии с исходными данными имеем: заданный допуск узлового

размера равен Т

= 10 мм; допуск на размер базируемой детали Т

= 3 мм; до-

пуск на размер фиксатора Т

= 0,57 мм. Допуск на размер стенда по 10-му ква-

литету равен Т

= 2,4 мм.

Расчетный допуск узлового размера равен Т

рАуз

= 2,4+2(3+0,57) = 9,54 мм.

Расчетный допуск узлового размера не превышают заданный. Следовательно,

фиксаторы обеспечивают требуемую точность сборки.

Центраторы как направляющие базирующие элементы применяют для

базирования симметричных деталей, когда в конструкции технологического

узла задано положение осей этих деталей (неявные базы) и когда из-за

большой погрешности базирования нельзя применить фиксаторы. Одна из

конструктивных схем центраторов показана на рис. 2.7.

Для базирования сваренной из швеллеров балки с помощью приведен-

ного на рисунке устройства достаточно установить балку в пространство

Рис. 2.7. Центрирующее устройство: 1 — винт с правой и левой резьбами;

2 — гайка; 3 — кулачок; 4 — базируемая деталь (узел); 5 — направляющая;

6 — рукоятка; 7 — подшипник

между кулачками и вращением рукоятки зажать балку между ними. Неза-

висимо от размера ширины балки ее ось симметрии всегда будет занимать

одно и то же положение. Погрешность базирования центраторами будет оп-

ределяться только допуском на размер, координирующий положение цен-

траторов в сборочном стенде и зазором в подшипнике, предупреждающем

осевое перемещение винта. Последний может быть весьма малым.

В качестве центраторов могут применяться любые устройства, вклю-

чающие два и более подвижных звена (типа кулачка), способных синхронно

сближаться или удаляться друг от друга.

2.3. Размещение базирующих элементов

в сборочных стендах

Для выбора обоснованного положения базирующих элементов в кон-

струкции сборочного стенда рекомендуется предварительно разработать

схему базирования составных частей технологического узла при сборке его

в стенде.

Разработка схемы базирования является этапом проектирования, пред-

шествующим разработке сборочного оборудования и оснастки. Тщательно

продуманная и обоснованная схема базирования дает возможность проек-

тировать оснастку, позволяющую получить необходимую точность выпол-

нения сборочных работ с минимальными затратами на обеспечение соот-

ветствия технологического узла требованиям технической документации.

В разработанном виде схема базирования должна представлять собой

чертеж технологического узла с необходимым числом проекций, сечений,

разрезов, видов, на котором изображены все требуемые точки опирания

технологических баз сборочных элементов (деталей и сборочных единиц)

на базирующие поверхности сборочного стенда. Поскольку этап разра-

ботки схемы базирования предшествует этапу разработки конструкции

сборочного стенда, то схема расположения опорных точек является одно-

временно схемой расположения базирующих элементов сборочного стен-

да, который предстоит проектировать. В связи с этим на схеме базирова-

ния должны быть нанесены и все размеры, определяющие положение ба-

зирующих поверхностей в конструкции сборочного стенда.

Перед разработкой схемы базирования необходимо тщательно изучить

конструкцию технологического узла, технические требования и условия

на изготовление. При этом особое внимание должно быть обращено на

требуемую точность его изготовления и допустимые отклонения как по

размерам, так и по форме.

Далее необходимо выбрать сборочное положение технологического

узла, то есть положение, которое технологический узел должен занимать

в сборочном стенде. При выборе сборочного положения необходимо стре-

миться к тому, чтобы места соединения сборочных элементов были дос-

тупны для выполнения сборочных и сварочных работ.

При выборе сборочного положения конкретных технологических уз-

лов вагонов целесообразно пользоваться следующими рекомендациями.

Для технологических узлов, представляющих собой каркасы, соеди-

ненные с листами обшивки (боковые и торцовые стены, перегородки,

крышки люков полувагонов, настил пола рамы пассажирского вагона и

др.), рекомендуется положение в сборочном стенде «элементами каркаса

вверх». Такое положение позволит при сборке принять в качестве уста-

новочной базирующей поверхности для тонких листов обшивки сплошное

основание сборочного стенда и соединить при помощи прихваток (перед

окончательной сваркой) элементы каркаса с листами обшивки.

Для хребтовых балок вагонов удобно принять сборочное положение

«низом вверх», так как при этом окажется доступной внутренняя полость

хребтовой балки для закладки в нее всех сборочных элементов.

Рамы вагонов могут собираться как в нормальном положении, так и в

положении «низом вверх». При положении рамы в сборочном стенде «ни-

зом вверх» установочные базирующие поверхности стенда позволяют по-

лучить расположение в одной плоскости (или в параллельных плоскостях)

верхних полок продольных и поперечных балок рамы и тем самым подго-

товить базы для монтажа пола рамы. Однако при таком сборочном поло-

жении поверхности нижних шкворневых листов рамы, на которых в даль-

нейшем будут монтироваться скользуны и пятники, располагаются в про-

странстве свободно и получаются с большими погрешностями. Это потре-

бует большого объема подгоночных работ при установке скользунов и

пятников для обеспечения их правильного взаиморасположения.

При нормальном сборочном положении рамы установочные базирую-

щие поверхности стенда позволяют получить качественное расположение

опорных плоскостей пятников и скользунов, однако труднее обеспечить

плоскость пола рамы.

Из сказанного следует, что при выборе сборочного положения рамы в

каждом конкретном случае необходимо проанализировать преимущества

и недостатки возможных сборочных положений и выбрать экономически

целесообразное.

После выбора сборочного положения технологического узла необхо-

димо назначить точки опоры каждого сборочного элемента на базирую-

щие поверхности сборочного стенда, который предстоит проектировать.

При этом целесообразно придерживаться следующих рекомендаций.

Первым закрепляется базовый сборочный элемент, с закладки которо-

го в стенд начинается процесс сборки. Далее закрепляются все остальные

элементы в порядке их следования на технологической схеме сборки тех-

нологического узла.

При выборе точек опоры необходимо стремиться к совмещению кон-

структорских и технологических баз, т.е. опорные точки целесообразно

располагать на тех поверхностях сборочных элементов, которые увязаны

размерами в конструкции технологического узла. При этом параллельно

должна быть проанализирована возможность поджатия сборочных эле-

ментов к базирующим поверхностям сборочного стенда. Совмещение

конструкторских и технологических баз позволит обеспечить необходи-

мую точность сборочных работ при минимально допустимой точности

взаимного расположения базирующих поверхностей сборочного стенда.

Если не удается полностью совместить конструкторские и техноло-

гические базы, то необходимо стремиться к тому, чтобы взаимное распо-

ложение конструкторских и выбранных технологических баз в конструкции

сборочного элемента определялось размерами с минимальными допусками.

Например, при сборке рамы вагона, обвязочные элементы которой выполне-

ны из зетовых профилей (рис. 2.8), конструкторскими базами являются

плоскости А, так как взаимное расположение зетовых профилей в конструк-

ции рамы определено размером 3100 мм. Однако, плоскость А не может

быть принята в качестве технологической базы, так как толщина полки мала

и трудно осуществить поджатие профиля плоскостью А к соответствующей

базирующей поверхности сборочного стенда (к плоскости упора).

Рис. 2.8. Конструктивная схема рамы: а — поперечный разрез; б — сечение профиля

Следовательно, в качестве технологической базы должна быть выбрана или

плоскость Б, или плоскость В. Анализируя размеры поперечного сечения

профиля, приходим к заключению, что при выборе технологических баз

предпочтение должно быть отдано плоскости Б, так как при изготовлении

профиля размер Г остается свободным (замыкающим). Он будет выполнен с

погрешностью, равной сумме допусков размеров 75±2,5 и 6,5

-1,0

При определении мест расположения опорных точек сначала необхо-

димо выбрать установочную технологическую базу. В качестве устано-

вочных технологических баз целесообразно принимать такие поверхнос-

ти различных сборочных элементов, которые в конструкции технологи-

ческого узла должны быть расположены в одной плоскости или в парал-

лельных плоскостях. Желательно, чтобы эти поверхности в сборочном

положении технологического узла располагались горизонтально снизу.

Такой подход позволит в дальнейшем при проектировании сборочного стен-

да применить в качестве установочных базирующих элементов простые

по конструкции установочные платики. При этом необходимо помнить, что

установочная база должна лишать сборочный элемент трех степеней сво-

боды (перемещение вдоль одной оси и повороты относительно двух дру-

+0,5

гих осей). Для этого на установочной базе достаточно иметь три опорные

точки. Если учесть, что установочная база сборочного элемента и базирую-

щая поверхность сборочного стенда (рабочая поверхность опорного плати-

ка) являются реальными поверхностями, то наложение их одна на другую

приведет к появлению контакта между ними в трех точках, что и требуется

для установочной базы. Случай, когда все три точки будут расположены на

одной прямой, маловероятен и во внимание не принимается. В рассмотрен-

ном ниже примере схемы базирования рамы (рис. 2.9), составленной из зе-

товых профилей, в качестве установочных баз приняты плоскости А.

После принятия решения по установочной базе выбирают направляю-

щую базу. Взаимное расположение направляющих баз различных сбороч-

ных элементов должно, как правило, обеспечивать параллельность осей

смежных сборочных элементов или расположение этих осей под заданным

углом, например, параллельное расположение поперечных балок в конст-

рукции рамы вагона и перпендикулярность их осей продольным осям хреб-

товой балки и обвязочных элементов. Следовательно, если горизонтальная

Рис. 2.9. Схема базирования рамы: 1 — размеры по конструкции сборочного

стенда; 2 — размеры по конструкции рамы; 3 — уровень верхней плоскости осно-

вания стенда; 4, 5 — оси симметрии стенда (4 — продольная; 5 — поперечная);

Г, Д , Е — размеры первичной привязки групп базирующих поверхностей;

— К

, Л — исполнительные размеры стенда