 |
Методика выполнения лабораторной работы
|
|
|
|
Кафедра «Технология машиностроения»
Технология
Машиностроения
Методические указания
к лабораторным работам
Часть 1
Составители:
Блурцян Р.Ш.
Яшков В.А.
Блурцян И.Р.
МУРОМ
УДК 621.9
П
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Муромского института (филиала)
Владимирского государственного университета
Технология машиностроения: метод. указания к лабораторным работам. Часть 1/ сост. Блурцян Р.Ш., Яшков В.А., Блурцян И.Р. - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2009. – 40 с. - Библиогр.: 5назв.
Изложены методические указания к проведению лабораторного практикума по курсу «Технология машиностроения».
Методические указания предназначены для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения специальностей 151001.65, 151002.65, 151003.65, 080502.65.
УДК 621.9
ã Муромский институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет»,2009
Введение
Основными целями проведения лабораторных работ являются:
− установление связей теории с практикой в форме экспериментального подтверждения положений теории;
− обучение студентов умению анализировать полученные результаты, сопоставлять их с теоретическими положениями и расчетными данными;
− контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса.
Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если выполнению эксперимента предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа. Поэтому перед каждой лабораторной работой с целью оценки готовности студента к выполнению работы проводится короткое собеседование.
|
|
|
Оформление отчетов должно производиться после окончания работы непосредственно в лаборатории. Отчет по лабораторной работе оформляется индивидуально каждым студентом. При оформлении отчета следует руководствоваться требованиями, предъявляемыми к оформлению текстовых документов, таблиц, рисунков, графиков. Отчет по лабораторной работе должен быть выполнен аккуратно (записи – ручкой или с применением печатающих устройств, рисунки и графики карандашом при помощи чертежных инструментов).
При подготовке отчета к защите следует проанализировать экспериментальные результаты, сопоставить их с известными теоретическими положениями или эмпирическими справочными данными, обобщить результаты исследований в виде лаконичных выводов по работе, подготовить ответы на вопросы, приводимые в методических указаниях к выполнению лабораторных работ.
Лабораторная работа №1
Базирование и базы в машиностроении
Цель работы
Изучить основные понятия теории базирования, классификацию баз. Получить навыки выявления баз, разработки схем базирования. Познакомиться с реализацией наиболее распространенных схем базирования.
Общие положения
Качество машины обеспечивается на всех этапах ее создания от проектирования до изготовления. При реализации этих этапов для достижения точности приходится решать разноплановые задачи. Среди этих задач часто встречается задача, заключающаяся в необходимости обеспечить верное относительное положение предметов труда. При разработке конструкции машины главной задачей является придание требуемого положения одной детали относительно другой. В процессе сборки машины реализуется это положение деталей. При обработке заготовок на технологическом оборудовании невозможно получить требуемую точность, если заготовка и режущий инструмент занимают неопределенное относительное положение.
|
|
|
Для решения всех этих задач применяется теория базирования. От их решения, во многом зависят показатели качества и себестоимости машины.
1.2.1 Основные положения теоретической механики, определяющие теорию базирования.
Основу теории базирования составляет теоретическая механика, ее раздел об определении положения твердого тела в пространстве. Требуемое положение твердого тела относительно выбранной системы отсчета достигается наложением геометрических связей. Связями в теоретической механике называют условия, которые налагают ограничения на положение тела. Связи обычно осуществляются в виде воздействий на рассматриваемое тело со стороны других тел, ограничивающих свободу движения данного тела. Независимые перемещения, которые может иметь тело, называют степенями свободы. Абсолютно твердое тело имеет шесть степеней свободы. Для того чтобы придать телу необходимое положение и состояние покоя относительно выбранной системы отсчета, его надо лишить шести степеней свободы, наложив на него шесть двусторонних геометрических связей.
Если избрать в качестве системы отсчета прямоугольную систему координат OXYZ (рис. 1.1), то при наложении шести геометрических связей 1-6 тело лишится трех перемещений вдоль осей ОХ, ОУ и OZ и трех поворотов вокруг этих осей.
 |
Рис. 1.1. Геометрические связи, определяющие положение твердого тела
в системе координат OXYZ
· точки пересечения связей и поверхности тела;
° - точки пересечения связей и координатных плоскостей
Связи 1, 2,3 лишают тело трех степеней свободы: перемещения вдоль оси Z и поворотов вокруг осей X и Y. Связи 4, 5 лишают тело двух степеней свободы: перемещения вдоль оси Y и поворота вокруг оси Z. Связь 6 лишает тело перемещения вдоль оси X.
Под базированием в машиностроении понимают придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
Под изделием подразумевают деталь, сборочную единицу, а также режущий и измерительный инструмент, приспособления, приборы и другие объекты, допускающие их представление как абсолютно твердых тел.
|
|
|
Придание заготовке или изделию требуемого положения в избранной
системе координат осуществляется в реальной ситуации путем соприкосновения ее поверхностей с поверхностями детали или деталей, на которые ее устанавливают или с которыми ее соединяют. Реальные детали машин ограничены поверхностями, имеющими отклонения формы, поэтому базируемая деталь контактирует с деталями, определяющими ее положение лишь на отдельных элементарных площадках - точках контакта.
В общем случае при сопряжении детали по трем поверхностям с деталями, базирующими ее, возникает шесть точек контакта. При этом на контактирующих поверхностях точки контакта распределяются определенным образом.
На рис. 1.2 показана деталь типа прямоугольного параллелепипеда, установленная в «угол», образованный базирующими деталями. Шесть точек контакта распределились на поверхностях детали (соответственно и на поверхностях, на которые она установлена) следующим образом: три точки контакта на нижней поверхности детали, две на боковой поверхности наибольшей протяженности и одна на торцовой поверхности.
 |
Рис. 1.2. Сопряжение реальных деталей по трем номинально плоским поверхностям
Таким образом, наложение на деталь шести геометрических связей и определение ее положения относительно деталей, на которые она установлена, в реальной жизни осуществляется через точки контакта. Более того, шесть точек контакта материализуют подвижную систему координат О 1X1Y1Z1, связанную с базируемой деталью. Координатные плоскости этой системы координат проходят через точки контакта 1, 2, 3, 4, 5, 6. Положение базируемой детали в системе OXYZ полностью отражает положение системы О 1X1Y1Z1. Из рассмотренного
примера видно, что базирование детали было осуществлено с помощью не-
скольких ее поверхностей – баз.
База - поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.
Для наложения на деталь шести связей с целью определения ее положения в системе OXYZ потребовались три базы, образовавшие подвижную систему О 1X1Y1Z1. Совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия, - комплект баз.
|
|
|
В рассмотренном примере система О 1X1Y1Z1 была построена на точках контакта базируемой детали с деталями, на которые она установлена. При идеализации геометрической формы поверхностей баз считается, что контакт деталей происходит полностью по сопрягающимся поверхностям. И тогда за координатные плоскости принимают поверхности баз, а наличие связей, наложенных на них, отображается опорными точками, носящими теоретический характер.
Опорная точка - это точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат. Условное изображение опорной точки показано на рисунке 1.3.
Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах. Все опорные точки на схеме базирования нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагают наибольшее число опорных точек. Число проекций детали на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек. При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую, изображают одну точку и около нее проставляют номера совмещенных точек.
При некоторой идеализации, когда базируемая и базирующая детали имеют идеально плоские поверхности, координатные плоскости системы О1X1Y1Z1 образованы самими базами. В этом случае опорные точки располагаются на поверхностях базируемой детали. На рис. 1.4 показана схема базирования детали, представленной на рис. 1.2.
1.2.2 Классификация баз.
Существует три признака классификации баз: по назначению, по лишаемым степеням свободы и по характеру проявления.
Классификация баз по назначению. Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия: при конструировании, при изготовлении и измерении. По назначению все базы разделяются на три вида: конструкторские, технологические и измерительные.
Конструкторской - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские базы в зависимости от выполняемых ими задач бывают основными и вспомогательными (рис. 1.5).
 |
Рис. 1.4. Идеализированное представление о сопряжении деталей
по плоским поверхностям
Основная конструкторская база - конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии.
Вспомогательная конструкторская база - конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ней изделия (детали или сборочной единицы).
|
|
|
На рис. 1.5 представлены основные и вспомогательные базы втулки.
Любая деталь может иметь только один комплект основных баз и столько комплектов вспомогательных баз, сколько деталей или сборочных единиц к ней присоединяется.
Технологическая база - база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта. Понятие технологической базы распространяется на все стадии процесса изготовления изделия: на обработку заготовки, на сборку изделия и т. д.
Измерительной называют базу, используемую для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.
Классификация баз по лишаемым степеням свободы.
Установочная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их трех степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей. Установочной базой является нижняя плоскость детали на рисунках 1.2, 1.4.
Направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси. Направляющая база – боковая поверхность большей протяженности детали на рисунках 1.2, 1.4.
Опорная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связи, лишающей их одной степени свободы - перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси. На рис. 1.2, 1.4 опорная база – торцовая поверхность детали.
Данный комплект баз является весьма распространенным и может считаться типовым.
Если базирование детали или заготовки осуществляется с использованием цилиндрической (конической) поверхности большой протяженности (соотношение ее длины и диаметра больше единицы), то с помощью этой поверхности на деталь или заготовку можно наложить четыре связи. Такая база получила название двойной направляющей.
Двойная направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их четырех степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг осей, параллельных им.
Наложение связей на деталь или заготовку с помощью цилиндрической (конической) поверхности показано на рисунке 1.6. Ось О1Х1 подвижной системы координат О1X1Y1Z1 связана с осью детали. Две связи (1 и 2) из четырех, приложенных к оси, отнесены к координатной плоскости X1О1Z1, две (3 и 4) – к X1О1Y1. Эти связи отбирают у детали возможность перемещаться вдоль и поворачиваться вокруг осей, параллельных OY и OZ. Данные связи реализуются с помощью двойной направляющей базы. Перемещение детали вдоль оси О1Х1 лишает связь 5, наложенная на торец детали. Угловое положение детали определено, с помощью связи 6. Последние две связи реализуются с помощью двух опорных баз.
Комплект из двойной направляющей и двух опорных баз широко используется и также является типовым.
Часты случаи, когда двойную направляющую базу образует сочетание двух цилиндрических или конических поверхностей небольшой протяженности (рис. 1.7).
 |
Рис. 1.7. Реализация двойной направляющей базы сочетанием двух
цилиндрических поверхностей
Положение детали типа диска будет более устойчивым, если установить ее на торец и сделать торец установочной базой (рис. 1.8). С торцом совмещена координатная плоскость. X1О1Y1, на которую будут наложены три связи (1, 2, 3), реализуемые установочной базой. Две связи (4 и 5), лишающие диск возможности перемещений в направлении осей ОХ и OY, наложены на ось цилиндрической поверхности, с их помощью реализуется двойная опорная база.
Для того чтобы лишить диск возможности поворота вокруг оси О1Z1, имеется связь 6, реализующая опорную базу.
Двойная опорная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей.
Комплект из установочной, двойной опорной и опорной баз – третий типовой комплект баз.
Классификация баз по характеру проявления.
Скрытая база - база в виде воображаемой плоскости, оси или точки.
Явная база - база в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.
Скрытые базы используют, когда требуется определить положение детали или заготовки с помощью плоскостей симметрии, оси или пересечения осей. Базирование по скрытым базам выполняется с помощью специальных средств (центров токарного станка, самоцентрирующих патрона и тисков и т. д.). На рис. 1.9 показано базирование рычага по плоскости и по двум его плоскостям симметрии. Базирование по плоскостям симметрии осуществлено с помощью одновременно сходящихся призм. Нижние плоскости бобышек образуют явную установочную базу, продольная плоскость симметрии – скрытую, направляющую, а поперечная плоскость симметрии – скрытую, опорную базу.
 |
Рис. 1.9. Базирование рычага
а) схема приспособления, б) схема базирования
На рис. 1.10 приведена таблица классификации баз по всем трем признакам. Полное название базы должно охватывать все три классификационных признака. Например: конструкторская основная, двойная направляющая, скрытая; технологическая, опорная, явная и т.д.
| По назначению | Конструкторские: | Технологические | Измерительные |
| Основные | |||
| Вспомогательные |
| По лишаемым степеням свободы | Установочная | Направляющая | Опорная | Двойная направляющая | Двойная опорная |
| По характеру проявления | Явные | Скрытые |
Рис. 1.10. Классификация баз
Методика выполнения лабораторной работы
Все конструкторские, технологические и метрологические задачи по базированию можно подразделить на два типа:
− анализ схемы базирования детали, используемой в конструкции изделия, технологическом процессе его изготовления или при измерении;
− разработка схемы базирования в соответствии с возникшей задачей на каком-либо этапе создания машины.
В лабораторной работе № 1 решается задача первого типа, при ее решении необходимо:
− из условий задачи выявить функциональное назначение баз и систему координат, относительно которой осуществляется базирование;
− выявить поверхности, оси, точки детали, заготовки и т. п., участвующие в базировании;
− проанализировать функции, выполняемые этими базами (определить каких степеней свободы лишает заготовку или изделие каждая из них);
− определить соответствие комплекта баз одному из типовых;
− в соответствии с признаками классификации определить названия баз;
− показать теоретическую схему базирования на эскизе.
Задача: выявить схему базирования шестерни на валу (рис. 1.11).
Поскольку задача касается определения положений самой детали в сборочной единице, то речь может идти лишь о конструкторских основных базах.
Базирующей деталью является вал, с ним связана система отсчета OXYZ.
В базировании шестерни участвуют ее цилиндрическая поверхность (центральное отверстие) при соотношении 
> 1 и левая торцовая поверхность.
Отверстие лишает шестерню четырех степеней свободы: перемещений вдоль осей X, Z и поворотов тех же осей. Левый торец лишает шестерню перемещения вдоль оси Y. Поворота вокруг оси Y шестерня лишается за счет сил трения между шейкой вала и отверстием при соединении с натягом.
Такому сочетанию баз соответствует типовой комплект, в состав которого входят двойная направляющая и две опорные базы.
По характеру проявления двойная направляющая база будет явной, первая опорная - явной и вторая опорная - скрытой. Таким образом, в состав комплекта основных баз, с помощью которых определено положение шестерни на валу, входят двойная направляющая явная, опорная и опорная скрытая базы представлена на рис. 1.12.
При выполнении лабораторной работы предлагается рассмотреть базирование заготовок в следующих типовых приспособлениях:
− базирование призматической заготовки по трем плоскостям;
− базирование вала в трехкулачковом самоцентрирующем патроне;
− базирование вала в центрах;
− базирование диска в трехкулачковом самоцентрирующем патроне;
− базирование втулки на гладкой оправке;
− базирование втулки на разжимной оправке;
− базирование вала в призме.
Для всех случаев базирования заготовок необходимо решить задачу выявления баз, привести схемы базирования, дать классификацию баз.
|
|
|
