3.3.4 Полимерные материалы
Существует два вида пластмасс: пластмассы термореактивные и пластмассы термопластичные.
Термореактивные пластмассы изготавливаются на основе фенол-формальдегидных смол: древопластики - дерево пропитанное смолой, текстолит - ткани пропитанные смолой, стеклопластики.
Детали изготавливаются резанием или штамповкой в специальных формах. Детали называются необратимыми, т.е. в случае поломки не переплавляются. Удельный вес - = 1,3...1,4 г/см3. Применяются для бесшумной работы зубчатых колес и подшипников всегда в паре с металлическими.
Термопластичные пластмассы: плексиглас, винипласт, полиэтилен, фторопласт и др. - из них изготавливают стекла, трубы, защитные пленки.
Полиамиды: капрон, нейлон и др. - изготавливают зубчатые колеса, подшипники скольжения, = 1,0...1,1 г/см3. Обратимые. Недостаток: большая деформация со временем под влиянием влажной среды.
Резины: материал на основе натурального или искусственного каучука имеет высокую упругую податливость, хорошо гасит колебания, сопротивляется истиранию: шины, амортизаторы, ремни, уплотнительные элементы.
3.3.5 Пути экономии материалов
Затраты на материалы составляют значительную часть стоимости машины (85% в редукторах общего назначения).
Основные пути экономии материалов следующие:
1) уточнение расчетов и снижение коэффициентов безопасности;
2) выбор оптимальных типов деталей и конструктивных выполнений, например, замена клепаных конструкций сварными дает экономию 15-20%;
3) повышение прочности не во всем объеме детали, а в местах наибольшей напряженности, т.е. применение методов поверхностного упрочнения и химико-термическая обработка - цементация - насыщение поверхностного слоя углеродом, азотирование - азотом, цианирование углеродом и азотом, борирование - насыщение бором. Глубина насыщения обычно 0,2...1 мм;
4) применение биметаллов - материалов, состоящих из двух слоев (подшипники скольжения - стальной вкладыш покрывают тонким слоем баббита);
5) снижение массы заготовок, приближение к оптимальным формам, применение заготовок в виде труб или другого чисто тянутого материала.
3.4 Основы взаимозаменяемости
Взаимозаменяемость, как принцип конструирования и производства деталей, предложен и реализован впервые в конце 19 века в производстве винтовок. Она обеспечивает правильную сборку и замену при ремонте независимо изготовленных деталей и узлов без дополнительной их обработки с соблюдением требований качества и экономичности. Геометрические параметры деталей количественно оценивают размерами. Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.д.) в выбранных единицах измерения. Размеры, проставляемые на чертежах деталей или соединений, называют номинальными. Их получают из расчетов (на прочность, жесткость и т.д.) или принимают из конструкционных соображений, округляя до значений по ГОСТ 6636 «Нормальные линейные размеры». Установлено, что для обеспечения правильной сборки (геометрической взаимозаменяемости) и нормальной работы детали могут иметь некоторое рассеяние размеров относительно номинальных значений.
Максимальный и минимальный размеры, между которыми может находиться действительный размер детали, называют предельными размерами. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском, например,
допуск размера вала: IT = dmax - dmin = es - ei,
допуск размера отверстия: IT = Dmax - Dmin = ES - EI.
Зону между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют полем допуска.
При увеличении допуска на размер требования к точности снижаются, и производство детали упрощается и удешевляется. При одном и том же допуске деталь большего размера изготовить сложнее, чем деталь меньшего размера. Поэтому размер допуска назначают в зависимости от диаметра, вводя единицу допуска:
,
мкм, где d - в мм, тогда размер допуска
IT = ai. В
зависимости от числа «а» единиц
допуска i в допуске IT cтандартом
ЕСДП (ГОСТ 25346 и ГОСТ 25347) установлено 19
квалитетов: 01, 0, 1, 2, 3... 17, расположенных
в порядке убывания точности. При этом
допуски в квалитетах 01...4 предназначены
для калибров и измерительных инструментов,
а квалитеты 5...13 дают допуски для
сопрягаемых деталей, в остальных
квалитетах даются допуски для несопрягаемых
(свободных) размеров.
При назначении конкретного квалитета учитывают: характер сопряжения (посадки с зазором, переходные или с натягом); эксплуатационные условия (нагрузка, температура, срок службы и т.п.); стоимость изготовления; возможность обеспечения взаимозаменяемости.
Характер сопряжения двух соосных деталей (охватываемой - вала и охватывающей - отверстия) называют посадкой, которая зависит от их действительных размеров. Если диаметр отверстия больше диаметра вала, то в соединении между ними будет зазор, обеспечивающий свободное осевое и окружное перемещение одной детали относительно другой. Если размер отверстия меньше размера вала, то в соединении образуется натяг. Посадки, которые в зависимости от соотношения действительных размеров отверстия и вала могут быть как с зазором, так и с натягом называют переходными.
В ЕСДП различают две равноценных системы образования посадок: система основного отверстия и система основного вала.
В системе отверстия расположение поля допуска отверстия неизменно, и нижнее отклонение равно нулю EI = 0. Различные посадки образуются изменением расположения поля допуска вала (рисунок 3.4).
Поле допуска основного отверстия обозначают прописной буквой с указанием квалитета Н7 (Н8). Поля допусков валов обозначаются строчными буквами латинского алфавита с указанием квалитета f7, k6.
Поля допусков валов от а до h - предназначены для образования посадок с зазором в системе основного отверстия. Поля допусков j, js, k, m, n - предназначены для образования переходных посадок. Поля допусков валов от p до z предназначены для образования посадок с натягом.
В некоторых случаях для точной механики положение допуска обозначают двумя буквами: cd, еf, za, zb.
В системе вала постоянно расположение поля допуска вала, причем верхнее отклонение равно нулю, es = 0. Различные посадки образуются изменением расположения поля допуска отверстий (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4
Поля допусков отверстия в системе вала обозначаются прописными буквами латинского алфавита.
От А до Н - посадки с зазором;
от J до N - переходные;
от Р до Z - с натягом.
Система отверстия более распространена в машиностроении, т.к. при ее использовании сокращается ассортимент требуемых инструментов для обработки отверстий. Систему вала применяют лишь при: использовании деталей из пруткового калиброванного материала без обработки резанием сопрягаемых поверхностей; необходимости расположения на длинных валах постоянного диаметра нескольких деталей с разными посадками; применении стандартных деталей и сборочных единиц с посадочными размерами, выполненными по системе вала.