Задание (продвинутый уровень). Описание спорного сборочного чертежа (текстовое):
- Детали: корпус (A), вал (B), подшипник (C), крышка (D), фиксирующие элементы (винт под шлиц, установочный штифт, саморез).
- Основные размеры и допуски (из чертежа, намеренно конфликтующие):
- Вал: диаметр $\varphi 20.00_{-0.00}^{+0.03}\text{мм}$.
- Втулка корпуса (посадочное место под подшипник): диаметр $\varphi 20.00_{-0.05}^{+0.00}\text{мм}$.
- Осевой зазор между торцом подшипника и крышкой: номинал $0.50\text{мм}$, допуск $\pm 0.15\text{мм}$.
- Толщина крышки: номинал $3.00_{-0.05}^{+0.10}\text{мм}$.
- Расположение монтажных отверстий в крышке: диаметр отверстия $\varphi 4.00_{-0.00}^{+0.10}\text{мм}$, расстояние между центрами задано с допуском $\pm 0.20\text{мм}$, привязка к неуказанному базису.
- Резьбовое отверстие в корпусе для фиксирующего винта: глубина зацепления $1.0\times d$ (где $d$ — номинальный диаметр резьбы), без указания материала/толщины стенки.
- В чертеже предусмотрен установочный штифт, размер не указан ясно (позиционная степень неопределенности).
- Примечание: на сборочном виде винт установлен так, что его головка пересекает зону вращения подшипника; указан способ крепления — «запрессовать» саморез прямо в тонкую стенку корпуса; указан «контактный» фиксатор (set-screw) для фиксации вала, контактирующий с рабочей поверхностью подшипника (без фаски/защитного кольца).
Задачи для студентов:
1. Идентифицировать все конфликтующие и спорные места (пересекающиеся допуски, неясные базирования, риск пересечения деталей при максимальных отступах).
2. Провести анализ допусковой цепочки (stack-up) для радиального и осевого зазора: вычислить минимальный и максимальный зазор/интерференцию.
3. Оценить пригодность предложенных способов крепления с точки зрения прочности, сборки, износа и ремонта.
4. Предложить исправленный вариант чертежа (список внесённых изменений и обоснование), с расчётами и альтернативными решениями.
5. Составить комплект технических примечаний для сборки и контроля (допуски, посадки, требования по обработке и контролю).
Пример расчёта (для оценки студентом — показать как считать):
- Радиальная ситуация между валом и посадочным местом: минимальный зазор/интерференция вычисляется по крайним значениям диаметров.
- Максимальный вал: $\varphi 20.00+0.03=\varphi 20.03\text{мм}$.
- Минимальная втулка: $\varphi 20.00-0.05=\varphi 19.95\text{мм}$.
- Следовательно возможна интерференция: $20.03-19.95=0.08\text{мм}$ (интерференция до $0.08\text{мм}$), а в другом краевом случае возможен зазор: минимальный вал $20.00$, максимальная втулка $20.00$ → зазор $0.00\text{мм}$. Вывод: пересечение допусков даёт неопределённость от плотной посадки до сильной интерференции.
- Осевой зазор: номинал $0.50\text{мм}$. Крышка может быть толще на $+0.10\text{мм}$, подшипник/вал могут быть длиннее в пределе; худший случай перекоса/зажима: $0.50-0.15-0.10=0.25\text{мм}$ (ещё допускается), но при обратной комбинации возможен отрицательный зазор, если подшипник «выступит» на $>0.25\text{мм}$ — проверьте суммарные смещения по всей цепочке.
Критерии оценки решения студентов (итог — $100$ баллов):
- Идентификация проблем: $20$ баллов — полнота списка конфликтов и правильность их описания.
- Корректность расчётов допусковых цепей: $30$ баллов — правильные крайние случаи, аккуратные вычисления.
- Предложенные исправления и обоснование: $30$ баллов — техническая обоснованность, учёт технологии и стоимости.
- Качество пересмотренного чертежа/примечаний: $15$ баллов — чёткие размеры, базы, допуски, стандарты.
- Представление решения (логика, краткость, оформление): $5$ баллов.
Список обязательных исправлений (что должно быть включено в исправленный чертёж):
1. Явная привязка баз (даты/оси): указать основные базовые поверхности/оси для всех отверстий/посадок.
2. Устранение конфликтующих допусков на сопряжение вал–посадочное место:
- Предписать стандартную посадку (варианты ниже). Например, для свободного вращения применить $H7/g6$ или для неподвижного узла — упомянуть прессовую посадку с интерференцией $0.02\text{мм}\text{–}0.04\text{мм}$.
3. Заменить двусмысленные допуски линейных размеров на геометрические спецификации (GD&T): позиционные допуски для монтажных отверстий, концентричность/коническость по отношению к базам.
- Например, позиция отверстий: $\varphi 0.10\text{мм}$ относительно базовой оси.
4. Исправить способ крепления вала: убрать set-screw, требующий контакта с поверхностью подшипника; заменить на ключ, шпонку, фиксирующую втулку или экранную фаску.
5. Переработать крепление крышки (толщина стенки, расположение резьбы): обеспечить требуемую длину резьбы в материале, увеличить глубину вовлечения до минимум $1.5\times d$ для тонких стенок или применить крепёж с гайкой/вставкой.
6. Убрать пересечение головки крепежа с зоной вращения: сместить место установки или использовать низкопрофильные детали/запрессованные стопорные элементы.
7. Указать материал, термообработку, шероховатость поверхностей и требования к смазке/сборке.
8. Добавить указание на контрольный метод: 100% проверка посадочных диаметров или выборочный контроль с указанием предельных значений.
Варианты корректировки чертежа с обоснованием (минимум три варианта):
Вариант A — Поддерживаем посадку с рабочим подшипником (жёсткая посадка корпуса под подшипник)
- Действия:
- Заменить допуски на посадку корпуса: посадочное отверстие $H7$ (корпус), наружный диаметр подшипника — заводской номинал с допуском, обеспечить интерференцию $0.02\text{мм}\text{–}0.04\text{мм}$.
- Прописать посадку в примечании: запрессовка наружного кольца подшипника с указанием температуры прогрева/охлаждения и оправки.
- Добавить посадочные фаски $0.5\times 45^{\circ }$ для легкой сборки.
- Обоснование: надёжная неподвижная фиксация подшипника, минимальная сложность при серийном производстве; требует контроля обработки корпуса и инструментов прессовки.
Вариант B — Обеспечить люфт и компенсировать разборным креплением (конструктивная подгонка для облегчённой разборки)
- Действия:
- Применить посадку для свободного вращения: корпус $H7$, вал $h6$ или H7/g6 таким образом, чтобы обеспечить гарантированный зазор не менее $0.02\text{мм}$.
- Для фиксации подшипника применить наружное стопорное кольцо или монтажную фиксирующую втулку.
- Уточнить позиционные допуски отверстий ($\varphi 0.10\text{мм}$) и ввести направляющие штифты для точной сборки.
- Обоснование: упрощение ремонта и замены подшипников; уменьшение риска заклинивания при температурных расширениях; чуть выше производственные затраты на фиксаторы.
Вариант C — Устранить проблемные резьбовые/саморезные решения (повышение надёжности соединений)
- Действия:
- Исключить запланированные саморезы в тонкой стенке; заменить вставками с резьбой Helicoil или применить стопорные гайки/клинья.
- Для крепления крышки использовать винт с предписанным моментом и указать минимальную длину анкерной резьбы $\ge 1.5d$ (алюминиевые стенки) или $\ge 2d$ при высоких нагрузках.
- Удалить контакт set-screw с поверхностью подшипника; заменить на наружный фиксатор (запрессованный штифт) или конусное стопорное кольцо.
- Обоснование: повышает долговечность соединений, предотвращает локальные повреждения, уменьшает риск разрушения тонких стенок.
Краткие технологические и контрольные примечания, которые обязаны быть в исправленном чертеже:
- Указать базисы (например: «База А — торец корпуса; База B — внутренний диаметр посадочного места»).
- Указать посадки по стандарту ISO с обозначением (например, $H7/h6$ или конкретные пределы).
- Указать требования по смазке и моменту затяжки (если применимо): например момент для винтов \(M = 2.5\ \text{N·m}\) (вставить конкретное значение в зависимости от резьбы).
- Требовать контрольной операции после сборки: проверка биения и свободного хода, измерение осевого зазора.
- Указать допустимую шероховатость: Ra $\le 1.6\mu \text{м}$ для сопрягаемых поверхностей.
Ожидаемые результаты от студентов (что должно быть представлено):
- Список всех выявленных проблем (с кратким техобоснованием).
- Расчёты крайних случаев допусковой цепи с числовыми примерами.
- Один полностью исправленный чертёж (или перечень правок с чёткими размерами/допусками) и минимум два альтернативных варианта решения с плюсами/минусами.
- Технические указания по сборке и методам контроля.
Замечание экзаменатору: при проверке обращать внимание на умение применять стандарты ISO/ГОСТ, корректно выбирать посадки и учитывать технологические ограничения (стоимость, доступность инструментов, необходимость прогрева/охлаждения при прессовой посадке).