Размерный анализ конструкции механизма зажима
каретки сборочного конвейера
Проведем размерный анализ оригинальной конструкции механизма зажима каретки
конвейера для сборки жгутов проводов. Для чего, определим показатели точности, обес-
печивающие его работоспособность, составим размерные цепи, исходными – замыкаю-
щими звеньями которых являются эти показатели, выполним их расчет и оценим полу-
ченные результаты.
Конвейер для сборки жгутов проводов, показанный на Рис 1 состоит из рамы, име-
ющей модульную конструкцию, по направляющим которой перемещаются каретки с за-
крепленными на них сборочными планшетами. На обоих концах конвейера расположены
устройства для переноса кареток с планшетами с прямой ветви на обратную и наоборот.
Устройства для переноса кареток состоят из двух механизмов: механизма зажима кареток
и привода поворота.
Рассмотрим конструкцию механизма зажима кареток показанную на Рис 2. Меха-
низм зажима представляет собой сдвоенный клино – рычажный механизм, установленный
Рис 1 Общий вид сборочного конвейера
Рис 2 Конструкция механизма зажима кареток сбо-
рочного конвейера
на поворотном барабане. Ведущим звеном механизма является клиновой толкатель 4, свя-
занный со штоком пневмоцилиндра (на Рис 2 не показан), который закреплен на торце по-
воротного барабана 3. Всего на барабане установлено два пневмоцилиндра, каждый из ко-
торых приводит в движение сдвоенный механизм зажима. Скосы 5 клинового толкателя 4
взаимодействуют с роликами 6, которые шарнирно установлены на торце радиальных
плунжеров 7, имеющих возможность перемещаться во втулках 8, жестко закрепленных на
барабане 3. На противоположном торце радиальных плунжеров 7 также расположены ро-
лики 9, контактирующие с прижимными рычагами 10, шарнирно установленными на осях
11, закрепленных в проушинах барабана 3. Зацепы 12 рычагов 10 контактируют с ответ-
ными поверхностями 2 вилок 1, которые жестко связаны с каретками конвейера. Постоян-
ный поджим ведущего плеча рычага 10 к ролику 9 обеспечивается за счет того, что в от-
верстии рычага установлена ось 13, несущая тягу 15, шарнирно соединенную с барабаном
3 посредствам проушины 16 и оси 17, при этом, пружина 14, установленная на тяге 15,
одним торцем упирается в ведущее плечо прижимного рычага 10, а другим в шайбу, за-
фиксированную гайкой на тяге 15. Для частичной разгрузки механизма зажима при пере-
носе (повороте) каретки барабан 3 снабжен клиновой шпонкой 19, контактирующей с от-
ветным пазом вилки 1. На Рис 3 показан общий вид прижимного рычага 10, шарнирно
установленного на оси 11 закрепленной в проушине барабана 3.
Построение размерных цепей, определяющих
работоспособность механизма зажима.
ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выявление исходного – замыкающего звена размерных цепей.
Познакомившись с конструкцией и работой механизма зажима, установим требова-
ния по точности, обеспечивающие его работоспособность. Для клино - роликовой пары с
силовым замыканием основным условием, обеспечивающим ее работоспособность, явля-
ется полнота (длина) линии контакта ролика 6 и клинового толкателя 4, которая опреде-
ляется величиной непаралельности их контактирующих поверхностей. Для рычажного
механизма, выполняющего непосредственный прижим вилки 1 каретки к барабану, явля-
ется одновременный контакт зацепов 12 прижимных рычагов 10 с ответными поверхно-
Рис 3 Общий вид зажимного рычага шарнирно
установленного на барабане
стями вилки 1, который зависит от точности расстояний между контактирующими по-
верхностями деталей входящих в кинематическую цепь передающую движение от клино-
вого толкателя 4 к зацепу 12 на ведомом плече прижимного рычага 10.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение допустимой величины исходного - замыкающего зве-
на размерных цепей.
Поскольку, клино – роликовая пара воспринимает максимальные нагрузки, находясь
в статическом положении, допустимую величину непаралельности контактирующих по-
верхностей клинового толкателя и ролика, можно принять равной 0,05 – 0,1 мм на ши-
рине ролика. Неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов механизма
зажима к ответным поверхностям вилки, учитывая податливость деталей рычажного ме-
ханизма, можно принять равной 0,5 мм.
ТРЕРИЙ ЭТАП. Выявление составляющих звеньев размерных цепей.
Размерная цепь, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-
стей ролика и клинового толкателя.
Проанализируем, посредствам каких деталей при сборке механизма зажима обеспе-
чивается однозначное взаимное расположение цилиндрической поверхности ролика и
контактирующего с ней поверхности клинового толкателя. В результате получим следу-
ющую цепочку сопрягаемых при сборке деталей:
ролики, контактирующие с клиновым толкателем, установлены в продольных пазах
радиального плунжера,
радиальные плунжеры установлены с возможностью поступательного перемеще-
ния в отверстиях стаканов,
угловое положение отверстий стаканов для установки радиальных плунжеров, вза-
имодействующих с парными рычагами, координировано в угловом положении
относительно осей симметрии барабана.
Кроме того, перед построением размерной цепи, определяющей непаралельность
контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя необходимо учесть, что в
соединении роликов с радиальными плунжерами и плунжеров с отверстиями в стаканах
имеются зазоры обладающие возможностью компенсировать погрешности составляющих
звеньев размерной цепи G.
Рис 4 Размерная цепь G определяющую непаралельность контакти-
рующих поверхностей ролика и клинового толкателя
Рис 3 Общий вид зажимного рычага шар-
нирно установленного на барабане
На основании проведенного анализа взаимодействия деталей входящих в механизм
зажима, размеры которых влияют на исходное – замыкающее звено размерной цепи,
определяющей положения зацепов относительно от- ветных поверхностей вилки постро-
им размерную цепь G.
Размерная цепь G состоит из следующих звеньев:
, неперпендикулярность наружной цилиндрической поверхности первого ролика
к его торцевой поверхности,
, зазор в соединении первого ролики с продольным пазом радиального плунже-
ра,
, непаралельность продольного паза под установку ролика к наружной цилин-
дрической поверхности первого радиального плунжера,
, зазор в соединении первого радиального плунжера и отверстия первого стака-
на,
, угол между осями отверстий первого и второго стаканов,
, зазор в соединении второго радиального плунжера и отверстия второго стакана,
, непаралельность продольного паза под установку ролика к наружной цилин-
дрической поверхности второго радиального плунжера,
, зазор в соединении второго ролики с продольным пазом радиального плунжера,
, неперпендикулярность наружной цилиндрической поверхности второго ролика
к его торцевой поверхности,
, угол между поверхностями клинового толкателя, контактирующими с ролика-
ми радиальных плунжеров,
, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее непаралельность
контактирующих поверхностей первого ролика и клинового толкателя.
Размерная цепь, определяющая неравномерность подхода зацепов парных при-
жимных рычагов механизма зажима к ответным поверхностям вилки каретки (по-
грешность положения зацепов относительно ответных поверхностей вилки).
Проанализируем, посредствам каких деталей и их поверхностей передается движе-
ние от клинового толкателя к прижимному рычагу, и какие детали механизма определяют
положение вилки каретки относительно поворотного барабана:
передача движение от клинового толкателя к ведомому плечу прижимного рычага
осуществляется посредствам радиального плунжера, оснащенного двумя ролика-
ми,
прижим вилки каретки к поворотному барабану осуществляется зацепом выпол-
ненным на ведомом плече прижимного рычага, шарнирно установленного на оси
в проушине барабана,
положение ответной поверхности вилки каретки относительно поворотного бара-
бана определяется расстоянием этой поверхности от радиусной выборки в вилке.
При построении размерной цепи необходимо также учитывать, что зазоры, имеющи-
еся в шарнирных соединениях звеньев механизма зажима, односторонне выбираются
пружинами возврата и поэтому на их относительное положение влияния не оказывают.
На основании проведенного анализа взаимодействия деталей входящих в механизм
зажима, размеры которых влияют на исходное – замыкающее звено размерной цепи,
определяющей погрешность положения зацепов относительно ответных поверхностей
вилки, построим размерную цепь Н (см. Рис 5).
Размерная цепь H состоит из следующих звеньев:
, расстояние от крайней точки зацепа прижимного рычага до его оси,
, расстояние от оси качания прижимного рычага до оси отверстия под установку
бонки, контактирующей с ведомым роликом радиального плунжера,
, высота головки бонки ,
, радиус ведомого ролика радиального плунжера,
, радиальное биение базовых поверхностей ведомого ролика,
, расстояние между отверстиями под установку ведущего и ведомого роликов в
радиальном плунжере,
, радиальное биение базовых поверхностей ведущего ролика,
, радиус ведомого ролика радиального плунжера,
, расстояние от поверхности клинового толкателя, контактирующей с ведущим
роликом радиального плунжера и до оси толкателя,
, расстояние от оси отверстия в поворотном барабане под установку клинового
толкателя до его наружной цилиндрической поверхности,
, расстояние от внутренней радиусной выборки вилки каретки до ее наружной
поверхности, контактирующей с зацепом прижимного рычага,
, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющей погрешность
положения зацепа прижимного рычага относительно ответной поверхности вил-
ки.
Рис 5 Размерная цепь Н, определяющая погрешность положе-
ния зацепов относительно ответных поверхностей вилки.
ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Назначение величин допусков на звенья размерной цепи .
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-
стей ролика и клинового толкателя.
При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся со-
ставляющими звеньями размерной цепи G учитываются конструктивные особенности де-
талей и технология их изготовления.
1. Звено размерной цепи . Величина допуска неперпендикулярности наружной
цилиндрической поверхности первого ролика к его торцевой поверхности опреде-
ляется торцевым бие- нием ролика при выполнении шлифования его наружной
цилиндрической поверхности и торца, которое при чистовой обработке на шлифо-
вальном оборудовании нормальной точности позволяет получить 5 – 7 степень
точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,05 мм, на радиусе ролика.
2. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении первого ролики с про-
дольным пазом радиального плунжера определяется посадкой 20 и равна:
= 0,065 мм; = 0,23 мм.
3. Звено размерной цепи . Величина допуска непаралельности продольного паза
наружной цилиндрической поверхности первого плунжера, который производит-
ся методом чистового фрезерования, позволяющего получить 8 – 10 степень
точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,12 мм на длине паза.
4. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении первого плунжера и от-
верстия первого стакана определяется посадкой Ø 60 и равна:
= 0,1 мм; = 0,38 мм.
5. Звено размерной цепи . Величина допуска на угол между осями отверстий пер-
вого и второго стаканов, которые выполняются расточкой на координатно – рас-
точном станке, согласно рекомендаций приложения №1 устанавливается =
0,2 мм на наружном радиусе барабана.
6. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении второго ролики с про-
дольным пазом радиального плунжера определяется посадкой 20 и равна:
= 0,065 мм; = 0,23 мм.
7. Звено размерной цепи . Величина допуска непаралельности продольного паза
наружной цилиндрической поверхности первого плунжера, который произволит-
ся методом чистового фрезерования, позволяющего получить 8 – 10 степень
точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,12 мм на длине паза.
8. Звено размерной цепи . Величина зазора в соединении второго плунжера и от-
верстия второго стакана определяется посадкой Ø 60 и равна:
= 0,1 мм; = 0,38 мм.
9. Звено размерной цепи . Величина допуска неперпендикулярности наружной
цилиндрической поверхности второго ролика к его торцевой поверхности опреде-
ляеться торцевым биением ролика при выполнении шлифования его наружной
цилиндрической поверхности и торца, которое при чистовой обработке на шли-
фовальном оборудовании нормальной точности позволяет получить 5 – 7 степень
точности по ГОСТ 24643-81, принимается = 0,05 мм, на радиусе ролика.
10. Звено размерной цепи . Величина допуска на угол между поверхностями
клинового толкателя, контактирующими с роликами радиальных плунжеров вы-
полняемыми на плоско - шлифовальном станке с использованием делительной
головки. Согласно рекомендаций приложения №1, устанавливается = 0,1
мм на ширине контактной поверхности клинового толкателя.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относитель-
но ответных поверхностей вилки.
При назначении величин допусков на размеры деталей механизма, являющихся со-
ставляющими звеньями размерной цепи H учитываются конструктивные особенности де-
талей и технология их изготовления.
1. Звено размерной цепи . Величина допуска на расстояние от крайней точки зацепа
прижимного рычага до его оси определяется как исходное – замыкающее звено размер-
ной цепи П и устанавливается на основании ее расчета равной = ± 0,5 мм.
2. Звено размерной цепи . Величина допуска на расстояние от крайней точки зацепа
прижимного рычага до его оси определяется как исходное – замыкающее звено размер-
ной цепи P и устанавливается на основании ее расчета равной = ± 0,5 мм.
3. Звено размерной цепи . Допуск на высоту головки бонки получаемой в процессе по-
лучистового точения ее стержня, позволяющего обеспечить точность по h12 принима-
ется равным = - 0,16 мм.
Рис 6 Размерные цепи П и Р, определяющие величину
допуска на звенья размерной цепи и
4. Звено размерной цепи . Величина допуска на радиус ведомого ролика радиального
плунжера выполняемого шлифованием позволяющего получить точность по ,
назначается равной = - 0,031 мм
5. Звено размерной цепи . Радиальное биение базовых поверхностей ведомого ролика
выполняемое чистовым шлифованием, позволяющим получить 6(ю) степень точности
по ГОСТ 24643-81, = 0,05 мм.
6. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние между отверстиями под установку
ведущего и ведомого роликов в радиальном плунжере выполняемое координатной рас-
точкой этих отверстий, позволяющей получить точность по 12, = ± 0,23 мм.
7. Звено размерной цепи . Радиальное биение базовых поверхностей ведущего ролика,
выполняемое чистовым шлифованием, позволяющим получить 6(ю) степени точности
по ГОСТ 24643-81, = 0,05 мм.
8. Звено размерной цепи . Величина допуска на радиус ведомого ролика радиального
плунжера выполняемого шлифованием, позволяющим получить точность по и
назначается равной = - 0,031 мм.
9. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние от поверхности клинового толкателя,
контактирующей с ведущим роликом радиального плунжера до оси толкателя выпол-
няемое плоским шлифованием, позволяющим получить точность по 12, принимается
равным = ± 0,12 мм.
10. Звено размерной цепи . Конструкция барабана не позволяет осуществить токар-
ную обработку его наружной поверхности, поэтому допуск на размер назначается
по ГОСТ8734-75, согласно которого для бесшовной холоднодеформируемой трубы Ø
250 мм он составляет ± 0,8% от величины ее наружного диаметра, а поскольку данный
размер равен половине диаметра трубы, его допуск равен: = ± 1,0 мм
11. Звено размерной цепи . Допуск на расстояние от внутренней радиусной выборки
вилки каретки до ее поверхности контактирующей с зацепом, определяется как исход-
ное – замыкающее звено размерной цепи С (см. Рис 7) и поэтому при = 135 (-0,2),
= 125 (+0,2), = , ( = - 0,4 мм)
Рис 7 Размерная цепь С, определяющая
величину размера
Расчет размерных цепей определяющих
работоспособность механизма зажима.
1. ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выбор метода обеспечения точности при сборке.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-
стей ролика и клинового толкателя.
Поскольку все звенья размерной цепи G имеют векторный характер и вероятность их
сложения наихудшим образом маловероятна, несмотря на мелкосерийный характер про-
изводства, в качестве метода достижения точности выберем метод неполной взаимозаме-
няемости. Это позволит существенным образом расширить допуски на составляющие зве-
нья размерной цепи.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относитель-
но ответных поверхностей вилки.
Несмотря на то, что сборка механизма зажима будет осуществляться в условиях
мелкосерийного производства, в качестве метода обеспечения точности исходного – за-
мыкающего звена выберем метод неполной взаимозаменяемости, исходя из того, что раз-
мерная цепь Н имеет большое количество составляющих звеньев ( - ) и вероятность
сложения их допусков наихудшим образом очень мала.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение величины передаточных отношений составляющих
звеньев размерной цепи.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-
стей ролика и клинового толкателя.
Величина передаточных отношений звеньев размерной цепи G устанавливаются из
соотношения длины линии контакта ролика с поверхностью клинового толкателя и раз-
мера, на котором устанавливается допуск конкретного составляющего звена размерной
цепи. Исходя из этого, получим следующие передаточные отношения составляющих зве-
ньев размерной цепи:
= = = 0,8 ; где r – радиус ролика, l – ширина
ролика,
= = = 0,8 ;
= = = 0,2 ; где L – длина радиального
плунжера,
= = = 0,16 ; где R – радиус наружной по-
верхности барабана,
= = 0,8
= = 0,8; = = 0,2; = = 0,8 ;
= 1
= = = 0,5 ; где b – ширина поверхности клинового толкателя контактирую-
щей с роликом.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относитель-
но ответных поверхностей вилки.
Поскольку размерная цепь Н является линейно – наклонной размерной цепью, пере-
даточные отношения составляющих звеньев будут рассчитываться в зависимости от их
расположения по отношению к исходному – замыкающему звену. Кроме того, при расчете
передаточных отношений необходимо учитывать то, что допуски звеньев размерной цепи
- будут оказывать влияние на исходное – замыкающее звено, пропорционально со-
отношению плеч прижимного рычага ( / ), что должно учитываться при расчете их
передаточных отношений. Для упрощения расчета передаточных отношений составляю-
щих звеньев размерной цепи Н, составим упрощенную схему размерной цепи (см. Рис 8).
Исходя из этого, получим следующие передаточные отношения составляющих зве-
ньев размерной цепи:
= sinβ = sin = 0,643 ;
= sinβ ∙ cosα ∙ / = sin ∙ cos ∙ 0,85 = 0,35 ;
= sinβ ∙ cosα∙ cosγ ∙ / =sin ∙ cos ∙ cos ∙ 0,85 = 0,34;
= = = = = = = 0,34
= = 1
ТРЕТИЙ ЭТАП. Расчет исходного – замыкающего звена размерной цепи и анализ
полученного результата.
Размерная цепь G, определяющая непаралельность контактирующих поверхно-
стей ролика и клинового толкателя.
Рис 8 Схема размерной цепи Н
Поскольку в качестве метода достижения точности выбран метод неполной взаимозаме-
няемости, расчет допуска исходного замыкающего – звена будем вести по вероятност-
ному методу: = ;
При этом примем допустимый процент риска 0,27% и соответствующий ему коэф-
фициент риска = 3, и нормальный закон распределения погрешностей при котором =
1/3 Исходные данные для расчета размерной цепи G приведены в таб.1
Предельные отклонения исходного – замыкающего звена составят:
= + = 0 + ≈ + 0,1 мм, на ширине ролика
= - = 0 - ≈ - 0,1 мм, на ширине ролика
Суммарную величину компенсирующей способности звеньев – зазоров ( ),
также определим вероятностным методом:
= 3 = 0,195 мм.
При этом, координата середины поля допуска суммарной величины компенсирующей
способности звеньев – зазоров будет равна:
= 2∙ 0,8 ∙ 0,15 + 2∙ 0,2 ∙ 0,24 = 0,35 мм.
Верхнее и нижнее значение суммарной величины компенсации погрешностей звеньями –
зазорами (максимальный и минимальный суммарный зазор) составит:
= + = 0,35 + = + 0,45 мм, на ширине ролика
= - = 0,35 - = + 0,25 мм, на ширине ролика
В проведении дальнейших расчетов нет необходимости, поскольку даже минималь-
ная суммарная величина зазоров ( = 0,25 мм), позволяет компенсировать непаралель-
ность контактирующих поверхностей ролика и клинового толкателя, которая равна 0,1/25
мм.
Размерная цепь H, определяющая погрешность положения зацепов относитель-
но ответных поверхностей вилки.
Поскольку в качестве метода достижения точности выбран метод неполной взаимо-
заменяемости, расчет допуска исходного замыкающего – звена будем вести по вероят-
ностному методу
Исходные данные для расчета размерной цепи H приведены в таб.2
Предельные отклонения исходного – замыкающего звена составят:
= + = +0,24 + = + 1,24 мм,
= - = + 0,24 - = - 0,92 мм,
Полученная величина предельных отклонений исходного – замыкающего звена свиде-
тельствует о том, что неравномерность подхода зацепов парных прижимных рычагов ме-
ханизма зажима к ответным поверхностям вилки, может составлять до 2,16 мм
Анализ полученных результатов.
Полученные результаты расчета размерной цепи G, свидетельствуют о том, что
назначенные допуски на составляющие звенья позволяют получить требуемую величину
непаралельности контактирующих поверхнос- тей ролика и клинового толкателя, и при
этом возможно расширение отдельных допусков на составляющие звенья, поскольку есть
определенный запас по точности. Однако, поскольку назначенные допуски на составляю-
щие звенья являются технически и экономически обоснованными, т. е. основанными на
средних величинах точности, получе-ние которой обеспечивают конкретные технологиче-
ские операции, и используемое для этого оборудование, делать это не имеет особого
смысла, поскольку существенного снижения трудоемкости получено не будет.
Полученные результаты расчета размерной цепи Н, свидетельствуют о том, что не-
равномерность подхода
зацепов, парных прижимных рычагов механизма зажима, к ответным поверхностям вилки
каретки намного превышает допустимую величину (2,16 мм > 0,5 мм), что естественно
требует внесения необходимых изменений в конструкторскую документацию механизма.
При выборе технического решения, позволяющего решить эту задачу необходимо учиты-
вать, что в качестве способа достижения точности был выбран метод неполной взаимоза-
меняемости, который уже основан на допущении того, что сложение допусков составля-
ющих звеньев наихудшим образом практически невозможно, а допуски на составляющие
звенья назначались исходя из конкретной технологии изготовления и являются техниче-
ски и экономически обоснованными. Все это говорит о том, что требуемую точность для
данного механизма, особенно если учесть, что он собирается в условиях мелкосерийного
производства, необходимо обеспечи- вать другим методом и лучше всего для этой цели
подходит метод регулировки, конечного положения прижимных рычагов. Для этого в
конструкцию механизма вместо бонок, контактирующих с ведомыми роликами радиаль-
ных плунжеров в прижимные рычаги 10 были введены регулировочные спецвинты 20,
контрящиеся гайками 21 (см. Рис 9). Регулировка положения прижимного рычага 10 в
каждом из двух спаренных механизмах зажима, заключается в том, что путем вкручива-
ния и выкручивания регулировочных спецвинтов 20 обеспечивалось одинаковое положе-
ние зацепов обоих прижимных рычагов 10 по отношению к ответным поверхностям вилки
в положении зажима (при выдвинутом клиновом толкателе).
Использованная литература:
1. Игнатьев Н.П. Основы проектирования. Азов 2011 г.
2. Косилова А. Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении.
Справочник М.: Машиностроение 1976 г.
3. Метрологический контроль конструкторской документации. Методические
рекомендации НИИМАШ. Москва 1976г.
Статья написана на основе соответствующего раздела справочно – методиче-
ского пособия Н. П. Игнатьева «Обеспечение точности при проектировании приводов
и механизмов» Азов 2012г. В пособии также содержится:
размерные цепи, определяющие собираемость и работоспособность основных
типов приводов и механизмов,
методика построения и расчета размерных цепей,
примеры расчета большого количества реальных размерных цепей,
информация необходимая для обоснованного назначения требований по точ-
ности к деталям входящим в состав основных видов приводов и механизмов.
Рис 9 Конструкция механизма зажима, измененная по
результатам расчета размерной цепи Н