Избыточное базирование в соединениях деталей.

Базирование называют избыточным, когда лишние степени свободы базируемой детали ограничиваются более одного раза, т.е. отнимаются не одной, а несколькими связями. Лишние связи называют избыточными.

Влияние избыточных связей на показатели качества соединений обусловлено наличием технологических погрешностей размеров, форм и положений базирующих элементов соединяемых деталей. Это влияние всегда отрицательное: избыточные связи затрудняют сборку, ухудшают силовой режим и снижают функциональную точность соединений. Степень и характер влияния избыточных связей зависит от способа замыкания соединения. Причинами избыточного базирования чаще всего являются ошибки конструктивного выполнения базирующих контактных пар.

Рассмотрим, какую роль играют избыточные связи при замыкании соединений формой деталей, на примерах конструктивной реализации исходных типовых схем базирования.

Рис. 2.15. Примеры избыточного базирования.

Для исходной схемы базирования валика цилиндрической кинематической пары вращения (рис.2.6,а) найдем конструктивную реализацию связи класса Р1 ограничивающей осевые смещения валика. Непосредственная реализация этой связи в виде осевого упора не характерна для практики и встречается редко, т.к. ограничивает протяженность валика вправо. Её заменяют уступом, делая валик 1 либо ступенчатым (рис.2.15,а) либо применяя буртик (рис.2.15,б), которые при диаметре, меньше длины цапфы, эквивалентны связи класса Р1.

В этом случае между уступом или буртиком и отверстием в корпусе 2 должен быть предусмотрен зазор ∆с, т.к. при его отсутствии произойдет резкое изменение поперечного базирования валика. Тогда он будет базироваться в корпусе 2 не одной, а двумя связями Р4 и Р2 (рис.2.15,в), дублирующими друг друга по ограничению степеней свободы по у и z. Следовательно, в этом случае имеется избыточное поперечное базирование валика. При несоосности отверстий у базовой детали и ступеней у валика может быть затруднена сборка и возможно затирание валика при его вращении.

В случае базирования валика 1 по двум деталям – по втулке 3 и базовой детали 2 (рис.2.15, г) – происходит дублирующее базирование валика по степеням свободы у и z, что приведёт так же к затруднениям при сборке и затираниям валика при вращении.

В этой же конструкции имеется избыточное базирование втулки 3 в поперечном направлении по двум цилиндрам, один из которых представляет связь Р4, а другой (узкий) связь Р2. Эти цилиндры дублируют друг друга.

На рис.2.15,д приведен пример образования избыточного базирования ползуна 1 замкнутых цилиндрических направляющих. Сопряжение ползуна с каждой из направляющих 2 представляет контактную пару класса Р4. Таким образом на ползун наложено восемь связей, в то время как требуется ограничить у него лишь пять степеней свободы, следовательно, конструкция имеет три избыточные связи. При движении ползуна в таких направляющих будут наблюдаться затирание, а возможно и заклинивание.

Конструкции соединений с избыточными связями в случае замыкания соединения формой–называются статически неопределёнными. Статическая (силовая) неопределённость проявляется в затирании вплоть до заклинивания базируемой детали при сборке и движении.

Рассмотрим условия образования и характер действия избыточных связей в неподвижных соединениях при замыкании соединений креплением. Такого рода конструкции характерны для базирования различных кронштейнов, стоек и т.п. на плоской поверхности базовой детали (рис. 2.16)

Рис.2.16. Избыточное базирование при замыкании креплением.

Пусть требуется базировать кронштейн 2 на плоскости базовой детали 1. Если это выполнить по рис.2.16,а, то в следствие погрешностей формы обеих плоскостей (например, волнистости) возможна деформация изгиба лапок кронштейна при его закреплении винтами. Чтобы этого избежать достаточно сделать выборку на опорной плоскости кронштейна, как это показано на рис.2.16,б, которая повышает геометрическую определённость контакта в сопряжении. Изгиб увеличивается с увеличением длины сопряжения Ву, выборка на опорной плоскости и здесь устраняет этот недостаток конструкции.

Таким образом, при замыкании соединения креплением избыточные связи так же, как и при замыкании формой, приводят к статической неопределённости соединения, которая проявляется через объёмные деформации соединяемых деталей.

Сформулируем общее условие избежания статической неопределённости: для ограничения каждой лишней степени свободы базируемой детали необходимо и достаточно прикладывать только одну связь. Это условие носит наименование принципа статической определённости конструкции соединения деталей.

Рассмотрим действие избыточных связей при силовом замыкании соединения. В них не возникает статической неопределённости и характерным проявлением действия этих связей является образование кромочного контакта сопрягаемых поверхностей. Кромочный контакт приводит к заметным контактным деформациям и более быстрому износу кромок, что отражается на функциональной точности соединения. Кроме того, в сложных соединениях, как направляющие поступательного движения следствием кромочного контакта может оказаться неустойчивость базируемой детали. Таким образом, избыточное базирование снижает показатели качества соединения и при силовом замыкании, хотя и не так значительно, как при замыкании формой и креплением.