4. Нормирование, определение трудоѐмкости сборки

Заключительным этапом разработки технологического процесса сборки машины является нормирование сборочных работ, определение трудоемкости сборки и необходимого числа рабочих мест или позиций, которые должен пройти собираемый объект, и формирование операций из переходов. Нормирование и определение трудоемкости сборочных работ

осуществляют по формулам, приведенным в «Основах технологии машиностроения» [2], и по нормативам времени на слесарно-сборочные работы [3].

Нормативы времени на слесарно-сборочные работы содержат нормы основного технологического и вспомогательного времени выполнения наиболее распространенных сборочных переходов. Время обслуживания рабочего места, выделяемое рабочему для раскладки инструмента перед началом работы, очистки рабочего места, замены инструмента в процессе работы, передачи рабочего места сменщику, устанавливают в зависимости от вида сборочных работ в размере 2...6 % оперативного времени, представляющего собой сумму основного технологического и вспомогательного времени.

Перерывы для отдыха и удовлетворения естественных надобностей составляют 4...6 % оперативного времени. При конвейерной сборке рекомендуется делать перерыв на 10 мин через каждые 1 ч 40 мин работы.

При сборке изделий партиями должны быть учтены с помощью нормативов затраты времени на подготовку сборочных работ для данной партии — так называемое подготовительно-заключительное время. При определении времени, затрачиваемого на операцию (трудоемкость операции), подготовительно-заключительное время относится к одному изделию и суммируется со штучным временем.

Суммирование трудоемкостей отдельных операций дает возможность найти трудоемкость сборки всего изделия, определить число необходимых рабочих мест или позиций и потоков, требуемых для сборки одинаковых изделий, по формулам, приведенным в работе [2].

При разработке технологического процесса сборки машины поточным методом должна быть обеспечена длительность операций, равная или кратная такту сборки машины. Упорядочение операций во времени является сложным делом и требует оценки всей предшествующей работы над проектом технологического процесса сборки машины.

Равенство или кратность времени операций такту сборки может быть достигнуто путем частичных изменений последовательности сборки машины, перекомплектования операций из переходов, совмещения и расчленения операций, изыскания более производительных методов сборки, использования более производительного оборудования и технологической оснастки, а также корректирования режимов работы оборудования.

Все мероприятия по упорядочению операций по времени ни в коем случае не должны влиять на качество машины, производительность и удобство ее сборки.

4. Пример разработки технологического процесса сборки

Рассмотрим разработку технологии сборки машины на примере разработки технологического процесса сборки одного узла - шестеренного масляного насоса (рис. 1.5). Общность методики разработки технологии сборки машины, узла и любой другой сборочной единицы вполне допускает ее показ на более простом примере.

Шестеренный насос предназначен для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям деталей трактора под давлением 0,6 МПа. Насос должен обеспечить подачу масла не менее 30 л/мин при частоте вращения зубчатых колес 39 ^-1 с.

Рис. 1.5. Общий вид шестеренного масляного насоса:

1- корпус; 2- ведомое зубчатое колесо; 3- штифт; 4- валик; 5- втулка; 6- зубчатое колесо;

8. ось; 9- втулка; 10- винт; 11- шайба; 12- крышка; 13- болт; 14- стопорная пластина; 15-

труба приемника; 16- прокладка; 17- штифт; 18- шпонка; 19- винт; 20- шайба.

Проанализируем достаточность и правильность технических условий, задаваемых чертежом, по подаче насоса, требуемой служебным назначением. Фактическая подача насоса

Q_Ф 60Q_T n Q_У

^QВС

(1.10)

где Q_Т - теоретическая подача насоса за один оборот зубчатых колес, л/мин; n - частота вращения зубчатых колес, с^-1; Q_У - утечка масла, л/мин; Q_BC - потери при всасывании, л/мин. При нагнетании возможны утечки масла:

^QУ ^QУр

^QУз

^QУТ

(1.11)

где Q_У - утечка через радиальные зазоры между зубьями и корпусом; Q_УЗ - утечка, обусловленная неплотностью контакта зубьев; Q_y - утечка через торцовые зазоры между корпусом и зубчатыми колесами.

В соответствии с приведенными зависимостями расчет насоса и разработка норм точности должны быть проведены по следующей схеме. Исходя из требуемой подачи, следует установить теоретическую подачу, нормы утечки и потерь масла при всасывании. Затем переходят к размерам зубчатых колес, их модулю, ширине и параметрам зацепления. Нормы допустимых утечек и потерь при всасывании позволяют ограничить допусками параметры, от которых зависят утечки и потери. В частности, исходя из установленной нормы утечки масла, находят нормы утечек Q_УР, Q_УЗ, Q_УТ, а исходя из них определяют наибольший допустимый радиальный зазор, боковой зазор между зубьями, торцовый зазор. Устанавливая наименьшие допустимые зазоры, следует учитывать условия трения зубчатых колес о корпус и возможность заклинивания их при нагреве во время работы.

При расчете допусков, необходимо определить, соответствуют ли требованиям служебного назначения насоса верхние предельные значения зазоров, заданные в чертежах. В табл. 1.1 приведены возможные утечки масла, найденные по методике расчета шестеренных насосов [4].

Влияние зазоров на утечки масла

Таблица 1.1

Причина утечки масла	Верхнее предельное отклонение зазора, мм	Возможная утечка масла, л/мин
Радиальные зазоры	0,15	0,44
Боковой зазор между
зубьями зубчатых колес	0,45	4,49
Торцевой зазор между
зубьями зубчатых колес	0,12	1,8
Всего		6,73

Потери при всасывании, одной из главных причин которых является разрежение во всасывающей камере насоса и неполное заполнение межзубовых впадин, Q_BC = 4,83 л/мин.

Учитывая, что теоретическая подача насоса при размерах зубчатых

колес и корпуса, указанных в чертежах, будет

60Q_Тn = 60 0,01785 39 = 41,85 л/мин, можно ожидать, что подача насоса

Q_ожид = 41,95 - 6,73 - 4,83 = 30,39 л/мин.

Следовательно, верхние предельные отклонения зазоров установлены правильно.

Среди технических требований имеются следующие:

1. В собранном насосе при прокручивании от руки зубчатые колеса должны вращаться плавно.

2. Собранный насос должен быть чистым; его зубчатые колеса должны работать плавно и бесшумно; насос следует подвергнуть испытаниям на специальной установке в течение 3-4 мин.

Требования, касающиеся легкости и плавности, а также бесшумности вращения зубчатых колес, заданы в неявной форме, поэтому формулировку первого из них следовало бы заменить следующей: в окончательно собранном насосе приводной вал должен свободно проворачиваться от руки; крутящий момент, требующийся для поворота приводного вала, не должен превышать 1...1,5 Н м. Второе условие следует сформулировать так: уровень звукового давления (шума) при работе насоса под нагрузкой не должен превышать 40 дБ.

В нормы точности, заданные чертежом, следует внести еще одно уточнение: на зазор между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса привода следует установить допуск; учитывая, что для свободного вращения зубчатого колеса вполне достаточен зазор 0,1 мм, можно установить предельное отклонение зазора 0,1...0,5 мм.

Выяснив соответствие технических требований служебному назначению шестеренного насоса и откорректировав их, можно перейти к ознакомлению с намечаемым выпуском машин в единицу времени и по неизменяемым чертежам. Допустим, что в год надо изготовить 100 000 насосов рассматриваемой конструкции, причем общий выпуск насосов по неизменяемым чертежам составляет 800 000 шт.

Приступая к проведению размерного анализа, наметим наиболее важные задачи, которые необходимо решить в процессе изготовления насоса. Этими задачами является обеспечение:

1. требуемого радиального зазора между зубчатыми колесами и корпусом;

2. зазора между корпусом и торцами зубчатых колес (торцового

зазора);

3. требуемого бокового зазора между зубьями зубчатых колес;

4. требуемого зазора между торцом оси ведомого зубчатого колеса и крышкой корпуса;

5. зазора между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса;

6. плотности контакта зубьев зубчатого колеса;

7. легкости вращения зубчатых колес.

Первые пять задач могут быть решены с помощью размерных цепей А, Б, В, Г и Д (рис.1.6.). Плотность контакта зубьев зубчатых колес зависит от относительного поворота образующих эвольвентных поверхностей зубьев в двух координатных плоскостях; размерные цепи, с помощью которых обеспечивается решение этой задачи, рассмотрены ниже.

Для легкого вращения зубчатых колес необходимо чтобы зазор между торцами колес, корпусом и крышкой был не меньше толщины масляной пленки; для этого должны быть обеспечены с соответствующей точностью расстояние между торцами колес и дном корпуса и поворот торцов колес относительно дна корпуса; размерные цепи Б и у (рис.1.7) дают решение этих задач в одной из координатных плоскостей; были обеспечены требуемые зазоры в подшипниках, зависящие от диаметральных размеров отверстий втулок и валика (размерная цепь Е, см. рис. 1.7) и от точности относительного смещения и поворота осей отверстий втулок в двух координатных плоскостях. Эти задачи могут быть решены в одной из координатных плоскостей с помощью размерных цепей К и .

Выявленные размерные цепи позволяют вскрыть заложенные в конструкции методы достижения точности каждого из перечисленных параметров и оценить правильность простановки размеров и допусков на чертежах деталей насоса.

Например, радиальный зазор (см. рис. 1.6 и табл. 1.2)

A A₁ A₂

A₃ A₅

Номинал замыкающего звена согласно чертежам деталей

A 48, 75 0 0 0 48, 75 0

Поле допуска замыкающего звена, если обеспечивать его точность по методу полной взаимозаменяемости.

m 1

A Ai

i 1

0, 017 0, 03 0, 072 0, 05 0, 05 0, 219 мм

Координата середины поля допуска замыкающего звена

Рис. 1.6. Размерные цепи шестеренного насоса

Рис. 1.7. Размерные цепи шестеренного насоса, определяющие легкость

вращения шестерни

Таблица 1.2.

Параметры составляющих звеньев размерной цепи А

Звено	Номинальное значение Аi, мм	Поле допуска Аi,мм	Координаты середины поля допуска 0Аi, мм	Сущность допустимого отклонения
А1	48,75	0,017	-0,008	--
А2	0	0,03	0	Предельно допустимое значение биения поверхности вершин зубьев относительно отверстия
А3	0	0,072	0	Верхнее предельное значение зазора в подшипнике
А4	0	0,05	0	Предельно допустимое значение биения наружной поверхности втулки относительно отверстия
А5	48,75	0,05	0,1	--

⁰А ⁰A1

⁰A2

⁰A3

⁰A4

0_A5 ;

0_А 0, 008 0 0 0 0,1 0,108мм.

Верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего звена

В

0,108 0, 219 / 2 0, 218мм

A

Н

0,108 0, 219 / 2 0, 002мм

A

в то время как техническими требованиями на насос зазор задан в пределах 0 ,07... 0,15 мм (см. рис. 1.5).

Таким образом, при допусках на размеры деталей, заданных чертежами, рассчитывать на достижение требуемого значения радиального зазора методом полной взаимозаменяемости не приходится.

Проверим возможность достижения радиального зазора в требуемых пределах по методу неполной взаимозаменяемости при риске 0,27 % (t =3) и при условии, что рассеяние погрешностей составляющих звеньев

(

At

подчинено закону Гаусса ²

1/ 9) . При этом целесообразно несколько

уменьшить зазор в подшипниках, значение которого обычно назначают для насоса среднего давления в пределах 0,002...0,003 диаметра вала. Для

вала диаметром 15 мм можно считать допустимым зазор в подшипниках 0,03...0,045 мм. Изменив значение А₃, можно ожидать, что при достижении точности радиального зазора по методу неполной взаимозаменяемости отклонения А будут находиться в пределах

m 1

_t 2 2

3 ¹ (0, 017²

0, 03²

0, 45²

0, 05² ) 0, 09мм

A Ai Ai

i 1

9

причем

_вА ^{0, 018 0, 09 / 2 0,153мм} и

_HА 0, 018 0, 09 / 2 0, 063мм

Итак, можно считать, что радиальный зазор в насосе можно обеспечить по методу неполной взаимозаменяемости при риске 0,27 %. при заданном масштабе выпуска такой риск вполне приемлем.

Таким образом, должны быть найдены методы решения каждой из сформулированных выше задач, и если это требуется, внесены соответствующие коррективы в чертежи деталей насоса.

Кроме нахождения метода решения каждой из возникших задач, размерный анализ помогает разобраться в последовательности сборки узла. Например, последовательность сборки насоса рассматриваемой конструкции существенно зависит от того, каким методом удастся обеспечить соосность отверстий подшипников скольжения валика. Проанализируем этот вопрос.

Минимальный зазор в подшипниках, как установлено выше, должен быть 0,03 мм. Толщина масляного слоя в любой точке касания валика должна быть не менее 0,01 мм. Следовательно, на компенсацию несоосности отверстий втулок остается не более 0,03 - 0,01= 0,02 мм. Несоосность отверстий втулок слагается из относительного смещения и поворота их осей в двух координатных плоскостях (см. рис. 1.7). Даже если полностью использовать минимальный зазор в подшипниках для компенсации погрешностей двух видов только в одной из координатных плоскостей, и то допуски замыкающих звеньев размерных цепей К и

получатся

_K 0, 01мм и ^{0,01/ 45 мм} .

Согласно допускам на размеры деталей (табл. 1.3),

Допуски на размеры деталей

Таблица 1.3

Звено	К1	К2	К3	K4	i1	i2	i3	i4
Допуск, мм	0,05	0,07	0,15	0,05	0,02/45	0,10/45	0,07/45	0,02/45

заданным в чертежах можно ожидать отклонения К и

m 1

' '

K Ki

i 1

0, 05 0, 07 0,15 0, 05 0, 32мм

m 1

'' ''

K

0, 02 0,10 0, 07 0, 02 0, 21/ 45мм

i 1

Ясно, что при отклонениях К и в таких пределах нельзя использовать ни один из методов взаимозаменяемости для обеспечения требуемого зазора в подшипниках. Нельзя также ужесточать допуски, так как это сильно усложнит изготовление деталей.

Обеспечить соосность отверстий втулок, методом регулирования, перемещая крышку относительно корпуса и фиксируя ее штифтом по достижении требуемого положения, также невозможно. Такой прием не скомпенсирует погрешности относительного поворота осей отверстий, которые, как показал расчет, могут быть значительными. Следовательно, возникшую задачу даже при заданном масштабе выпуска приходится решать методом пригонки. Наиболее целесообразно растачивание, позволяющее не только получить необходимую точность размеров, формы и шероховатость поверхностей отверстий, но и повысить точность их относительного положения.

Сборку насоса следует производить в следующем порядке. В окончательно обработанные корпус и крышку необходимо запрессовать втулки подшипников, собрать корпус с крышкой, поставить контрольные штифты, фиксирующие положение крышки относительно корпуса, и обработать окончательно втулки. После этого следует снять крышку с корпуса, установить в корпус детали насоса и снова поставить крышку на место.

В процессе разработки технологического процесса сборки любой сборочной единицы возникают задачи, от решения которых существенно зависит построение технологических процессов изготовления деталей. Именно на этапе разработки технологичес- кого процесса изготовления машины или узла очень важна увязка технологических процессов изготовления деталей со сборкой изделия. Например, решение об обеспечении соосности отверстий во втулках насоса методом пригонки требует выбора технологических баз для окончательной обработки втулок, использование которых не нарушило бы точность других размеров корпуса и крышки. Значит, обработку отверстий во втулках следует вести от тех же технологических баз, что и обработку всех ответственных поверхностей корпуса. Это положение не должно быть упущено при разработке технологического процесса изготовления корпуса, и для обработки корпуса должны быть выбраны

такие технологические базы, которые можно использовать при совместной обработке отверстий во втулках корпуса и крышки. В качестве технологических баз удобнее всего использовать по- верхности бобышек (установочная база) и двух отверстий в них (направляющая и опорная базы), предназначенных для крепления к корпусу насоса стопорных пластин. Но для этого указанные поверхности должны быть достаточно точно обработаны, чтобы погрешности установки детали на операциях не превысили требуемых норм. Установить требуемую точность поверхностей технологических баз нетрудно, если вскрыть и проанализировать размерные цепи систем станок - приспособление - инструмент - заготовка, на которых будет осуществляться обработка наиболее ответственных поверхностей корпуса насоса (отверстий под втулку подшипника и ось, гнезд под зубчатые колеса и торцовой поверхности).

Исходя из конструкции объекта сборки, масштаба его выпуска и числа собираемых объектов по неизменяемым чертежам, можно ориентировочно наметить форму и вид организации процесса сборки насоса. Сравнительно простая конструкция насоса, малые габариты, небольшая масса и в то же время значительный масштаб выпуска указывают на то, что наиболее подходящей является поточная сборка. Транспортировать собираемый объект с одного рабочего места на другое удобнее с помощью непрерывно движущегося конвейера.

Для облегчения труда сборщиков и повышения его произ- водительности при заданных масштабах выпуска и серийности можно применить не только универсальную, но и специальную технологическую оснастку. Например, для запрессовки втулок подшипников в корпус и крышку лучше всего использовать пневматический пресс [3, 5].

Для напрессовки зубчатого колеса (см. рис. 1.5) на валик 4 следует предусмотреть приспособление, которое позволило бы обеспечить с необходимой точностью размер Д₂, (см. рис. 1.6). Допуск на это звено должен быть установлен, исходя из требования к точности Д с учетом точности остальных звеньев Дi. Чтобы при запрессовке не была испорчена цилиндрическая поверхность валика, зубчатое колесо перед запрессовкой необходимо нагреть. Поэтому в номенклатуру оборудования участка сборки насоса надо включить нагревательную установку с масляной ванной.

Итогом всей проделанной работы по разработке технологического процесса сборки насоса является технологическая карта сборки шестеренного насоса (табл. 1.4). В отличие от схемы сборки в технологической карте сборки для удобства планирования и организации сборочного процесса сборка комплектов отделена от общей сборки насоса.

В табл. 1.4 дано лишь краткое содержание операций без перечислений всех работ, составляющих их. Например, операция 1 сборки подузла 1 предусматривает установку корпуса в приспособлении, установку крышки и шайб, наживление болтов, выверку положения крышки относительно корпуса, довертывание болтов и съем детали. В соответствии с содержанием операции определена норма штучного времени.

Так как сборка насоса не прерывается сборкой других изделий и сборщикам не нужно знакомиться с технической документацией, получать полуфабрикаты, инструмент, то подготовительно-заключительное время в технологической карте не приведено. Время обслуживания рабочего места и время перерывов учтено при нормировании в размере 6 % оперативного времени.

Таблица 1.4.

Технологическая карта сборки шестеренчатого насоса (рис. 1.5)

№ оп	Операция	Инструмент		Оборудование и приспособ- ление	Разряд рабоче го	Норма штуч- ного времени
		Режущий и монтажный	Контрольно- измерительный
Сборка комплекта 1
1	Запрессовать втулку в корпус 1	--	--	Пневмати- ческий пресс	1	0.59
Сборка комплекта 2
2	Запрессовать втулку 5 в крышку 12	--	--	Пневмати- ческий пресс	1	0,59
Сборка и разборка подузла 1
1	Присоединить к корпусу крышку 12 четырьмя винтами 10, поставив предва- рительно шайбы 11	--	Приспособлени е для выверки положения крышки	Четырех- шпиндельный винтоверт	1	0,96
2	Просверлить в корпусе 1 два отверстия 7,8+0,02 мм	Сверло 7,8	--	Вертикально- сверлиьный станок, приспособ- ление	1	1,98
3	Развернуть в корпусе 1 два отверстия 8 0,012 под 0,028 штифты 17	Спец. развертка	Предельный калибр	То же	1	0,46

№ оп	Операция	Инструмент		Оборудование и приспособ- ление	Разряд рабоче го	Норма штуч- ного времени
		Режущий и монтажный	Контрольно- измерительный
4	Установить два штифта 17	Молоток	--	--	1	0,32
5	Расточить втулки подшипников 0,06 15 0,09 мм	алмазный резец	Предельный калибр	Алмазно- расточной станок, приспособ- ление	2	1,02
6	Пометить крышку по корпусу, разоб- рать подузел 1	--	--	Четырех- шпиндельный винтоверт	1	1,10
				Итого		5,84
Сборка комплекта 3
1	Установить валик 4 в приспособление, поставить шпонку 18, напрессовать зубчатое колесо 6	--	--	Масляная ванна, приспособ- ление	1	0,85
Общая сборка насоса
1	Запрессовать ось 8 в корпус1	--	--	Камера для охлаждения валика, приспособ- ление	1	0,80
2	Установить в корпус 1 комплект 3, посадить ведомое зубчатое колесо 2 привода и зафиксировать его штифтом 3	Молоток	--	--	1	1,16
3	Посадить ведомое зубчатое колесо 7 насоса	Молоток	--	--	1	0,22
4	Присоединить к корпусу 1 крышку (комплект 2) четырьмя винтами 10 с шайбами 11	--	--	Четырех- шпиндельный винтоверт	1	0,96
5	Установить стопорные пластины 14, прикрепить их к корпусу болтами 13	--	--	Пневматичес- кий ключ	1	1,32

№ оп	Операция	Инструмент		Оборудование и приспособ- ление	Разряд рабоче го	Норма штуч- ного времени
		Режущий и монтажный	Контрольно- измерительный
6	Установить прокладку 16 и присоединить трубу приемника 15 винтами 19 с шайбами 20	--	--	Пневматичес- кий ключ	1	1,01
				Итого Общая трудоѐмкость		5,47 13,34

При заданной программе и двухсменной работе такт Т выпуска насосов

_T Ф 4015 60 _{2, 41 T} Ф

N 100000 N

^{4015 60 2, 41} мин/шт.,

100000

где Ф - фонд времени, ч.

Число рабочих, необходимое для выполнения заданной программы,

_q T_O

T_{C q}

T_O T_{C ,}

(T t_П )

(T t_П )

где Т_О - трудоемкость операции, мин; Т_С - трудоемкость совмещенных операций, мин; t_П - время, затрачиваемое на перемещение объекта сборки с операции на операцию; - число параллельных потоков.

При отсутствии совмещенных во времени операций, при совмещении времени транспортирования собираемых насосов с оперативным временем и одном потоке

q T_O / T

13, 34 / 2, 41 5 q T_O / T

13, 34 / 2, 41 5

рабочих.

Чтобы примерно одинаково загрузить сборщиков работой, операции по сборке насоса можно распределить как указано в табл.

1.5. Рабочие на 2, 3, 4 и 5-м рабочих местах немного перегружены. Для более равномерной загрузки сборщиков следует повысить режимы работы оборудования и наметить приспособления, способствующие увеличению производительности труда рабочих на этих местах.

Распределение работы между сборщиками

Таблица 1.5

Номер рабочего места	Работа, выполняемая на каждом рабочем месте	Трудоѐмкость, мин
1	Сборка комплектов 1 и 2, сборка подузла 1, операция 1	2.14
2	Сборка подузла 1, операция 2…4	2,76
3	Сборка подузла 1, операция 5 и 6, сборка комплекта 3	2,87
4	Общая сборка насоса, операции 1.2 и 6	2,97
5	Общая сборка насоса, операции 3…5	2,50