Функциональная взаимозаменяемость.

Проведенные исследования и опыт промышленности показывают, что изготовление деталей и составных частей (узлов) с четко оговоренными геометрическими, механическими, электрическими и другими функциональными параметрами при оптимальной их точности и оптимальном качестве поверхности, создание гарантированного запаса работоспособности машин и приборов позволяют обеспечить взаимозаменяемость всех выпускаемых заводом однотипных изделий по их эксплуатационным показателям, т. е. по показателям качества их функционирования. Взаимозаменяемость машин и других изделий по оптимальным эксплуатационным показателям (ЭКП) является основной целью принципа взаимозаменяемости в машиностроении. В последнее время такую взаимозаменяемость называют функциональной. Вид взаимозаменяемости машин, приборов и других изделий по их ЭКП назван функциональной взаимозаменяемостью для того, чтобы, подчеркнуть необходимость установления точности функциональных параметров, определяющих ЭКП изделий, исходя из их связи с эксплуатационными показателями и допусков на последние.

Функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели машин и других изделий или на служебные функции их составных частей (узлов). Например, от величины зазора между поршнем и цилиндром (функционального параметра) зависит мощность двигателей (эксплуатационный показатель), а в поршневых компрессорах – весовая и объемная производительность. Эти параметры названы функциональными, чтобы подчеркнуть их связь со

служебными функциями составных частей (узлов) и ЭКП изделий. Связь же их с

 

 

эксплуатационными показателями может быть функциональной или стохастической (вероятностной).

Для того чтобы получить наибольшую эффективность взаимозаменяемости, т. е. добиться функциональной взаимозаменяемости, необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации машин и других изделий учитывать следующий комплекс научно-технических исходных положений, объединяемых понятием «принцип функциональной взаимозаменяемости». Содержание.

 

Исходные положения, используемые при конструировании изделий.

1. Эксплуатационные показатели машин и других изделий определяются уровнем и стабильностью характеристик рабочего процесса; размерами, формой и другими геометрическими параметрами деталей и составных частей изделий; уровнем механических, физических и химических свойств материалов, из которых изготовлены детали, и другими факторами. Неизбежные погрешности параметров и колебания свойств материалов вызывают изменение значений параметров рабочего процесса и эксплуатационных показателей машин. Поэтому для ответственных деталей и составных частей взаимозаменяемость необходимо обеспечивать не только по размерам, форме и другим геометрическим параметрам, показателям механических свойств материала (особенно поверхностного слоя деталей), но и (в зависимости от принципа действия машины) по электрическим, гидравлическим, оптическим, химическим и другим функциональным параметрам.

2. Очень важно обеспечивать однородность исходного сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов по химическому составу и структуре, равный уровень и стабильность механических, физических и химических свойств, а также точность и стабильность их размеров и форм. Для заготовок, кроме того, необходимо выдерживать равенство размеров межоперационных посадочных поверхностей, предназначенных для фиксации положения заготовок в приспособлениях в процессе обработки.

3. Возможность обеспечения функциональной взаимозаменяемости создается на стадии проектирования изделий. Для этого в первую очередь необходимо уточнить номинальные значения их эксплуатационных показателей, определить исходя из назначения, требований к надежности, долговечности и безопасности допустимые отклонения эксплуатационных показателей изделий, которые они будут иметь в конце установленного срока работы (разность между этими показателями у новых изделий и в конце срока эксплуатации составляют их допуск). Эти значения находят в результате прочностного, теплового, газо- и гидродинамического, акустического и других расчетов, учитывающих износ и изменение функциональных параметров в процессе длительной работы изделий. Есть и другой путь определения таких показателей – обобщение опыта эксплуатации и поведение экспериментальных испытаний моделей, макетов или образцов.

Далее необходимо установить основные составные конструктивные элементы машин, от которых в первую очередь зависят ее эксплуатационные показатели; составить перечень деталей и составных частей, определяющих надежность и долговечность изделия в целом. Затем для данной категории деталей и составных частей изделия выбирают такие конструктивные формы, материалы, технологию изготовления и устанавливают такое качество поверхности, которые обеспечат максимальный срок их службы, точность и другие характеристики.

Необходимо также проводить оптимизацию допусков, устанавливая меньшие допуски для тех функциональных параметров, погрешности которых наиболее сильно влияют на эксплуатационные показатели изделий. Установление связей эксплуатационных показателей с функциональными параметрами и независимое изготовление деталей составных частей по этим параметрам с точностью, определяемой исходя из допустимых отклонений эксплуатационных показателей изделий в конце срока их службы. – одно из главных условий обеспечения функциональной взаимозаменяемости.

 

 

Простым примером расчета допустимой погрешности, исходя из эксплуатационных требований, является определение допустимого отклонения угла конуса a в неподвижных конических соединениях. Основное эксплуатационное требование для них состоит в том, чтобы соединение обладало возможно большим моментом трения М_тр*. При заданных размерах конусных деталей, осевой силы величина М_тр зависит от точности совпадения углов наружного и внутреннего конусов и величин отклонений от правильной формы.

 

 

 

Зависимость момента трения М_тр от погрешностей углов конусов в неподвижных конических соединениях.

 

Содержание.

 

Установлено, что М_тр уменьшается в среднем на 4% на каждую угловую минуту отрицательной и на 2% положительной разности (погрешности) между углами конуса вала и втулки Da в пределах первых 10’ (см. рис.), т. е. при разности углов наружного и внутреннего конусов, равной +10’, передаваемый момент трения на 20% больше, чем при разности углов -10’. Это объясняется тем, что при касании конусов по большому диаметру погрешности их углов легче компенсируются за счет увеличения зоны контакта. При таком контакте радиальное биение конусов меньше, чем при контакте по меньшему диаметру. Зная указанную зависимость,

конструктор может обоснованно устанавливать точность изготовления конусов деталей машин и инструментов исходя из служебного назначения конусных соединений.

Аналогичный пример приведен в таблице.