KURZUS: Finommechanika és optika a járműtechnikában

MODUL: II. modul

6. lecke: Alkatrészek illesztése, alkatrészek helyzettűrése

| A lecke tanulásának a célja: A leckében elhangzottak jelentősége az, hogy mindig rendszerszemléletűen kell gondolkodni. Egy alkatrész mindig kapcsolódik egy másikhoz és ennek a kapcsolatnak jelentősége van.
Szükségesen elsajátítandó: Illesztési módok, felületi érdesség jelentősége, helyzettűrés az alkatrészek között.
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 75 perc szükséges.
4. A szerelés során az egyes alkatrészek tűrései miatt nem megfelelő a távolság- a darabokat osztályoznom kell?
CAD szoftverben megtervezett alkatrész 100%-os pontossággal illeszkedik - igen, ezt a 100%-os pontosságot azonban nem lehet kivitelezni, így pl. a 80 mm- es hosszméret nem létezik, mert az adott méret tizedesvesszője után végtelensok számot tudunk írni (pl.: 80,0123432425542336....). A mérnöki világban a 80 mm-t igény esetén tűréssel láthatjuk el, amennyiben nem úgy az alap tűrések vonatkoznak rá. Pl. hossz esetén 80H11-es tűrésosztályt alkalmazva, (H11 jelöli a tűrésosztályt) az alábbi alsó és felső határ közé kell a darab méretét elkészíteni.
A megadott tűrésosztály alapján a méretnél:
a felső határ: 80,220 mm, az alsó határ 80,0 mm.
A megadott határeltérések értékeit mindig fel kell tüntetni a kiviteli rajzdokumentáción.
A megadott tűrés alapján a darab hossza 0,220 mm-rel ingadozhat. Ilyen jellegű ingadozásnál a méretlánc tíz darab sorba kötött alkatrésznél már akár +2,2 mm-rel (10*0,220) hosszabb lehet. Így a megadott tűrés miatt akár a méretláncra vonatkozó hossztűrés előírásainak nem felelünk meg. Megoldásként a legyártott különböző alkatrészeket osztályoznom kell, hogy a szerelés során az adott méretnek megfeleljen, ehhez pedig nélkülözhetetlen a mérési ismeretek tudása.
A probléma ellen további megoldás az, hogy a tűrésmezőt szűkítjük. A tűrésmező szűkítése azonban a megmunkálási költségeket nagyságrenddel növelheti, így a tűrésmezőt a mérnöki ajánlás/tapasztalat alapján kell meghatározni.
Tűrések
Csapok eltérései
1. ábra
Furatok eltérései
2. ábra
Az 1. ábra és 2. ábra egy névleges mérethez képest szemlélteti a tűrésosztályokat, mely lehet pozitív és negatív előjelű. A furatok eltéréseinek jelölése nagybetűvel történik, míg a csapok jelölése kisbetűvel történik. Az eltérés adott tűrésmező alapján (pl. H7 és h7) azonos, csak furat estén pozitív eltérést jelent, míg csap esetén negatív eltérést jelent ugyan azzal az értékkel.
Illesztések
A mérnöki világban az illesztéseket mindig célszerű az alapmérethez illeszteni azaz a "H" tűrésmezőhöz, ez azt jelenti, hogy a furat rendelkezzen "H" osztályos tűréssel és ehhez választjuk meg a csap méretét.
A következő illesztések közül választhatunk:
laza, átmeneti, szoros.
Alapfurathoz ajánlott különböző illesztések
3. ábra
Az adott osztályon belül a tűrésmezőt még szűkíthetjük a betű után választott számmal. Ebben az esetben is elmondható, hogy a tűrésmező szűkítése nagyságrenddel növeli a gyártási költségeket.
Az alábbi táblázat csapágy furatba történő illesztésére ad képet:
Könnyen eltávolítható csapágy | G7,H7
Nagyobb pontosságú csapágy | H6, J7
Nézzük meg ezt a tűrést pl. 6204-es csapágy esetén.
∅47H7 | +0,025
| 0
∅47H6 | +0,016
| 0
Ezek az illesztési osztályok függenek még:
az alkatrész, illetve rendszer rendeltetésétől, falvastagságtól, alkalmazott alapanyagtól, hő-, és felületkezeléstől.
A 4. ábra az alapcsaphoz szemlélteti a lehetséges illesztéseket.
Alapcsaphoz alkalmazott illesztések
4. ábra
Felületi érdesség
A különböző megmunkálási eljárások során különböző felületi érdességet lehet elérni, melynek komoly szerepe van az alkatrész működési megbízhatósága során.
A táblázatot tanulmányozva láthatjuk, hogy az egyes megmunkálási folyamatok komoly hatással vannak a felületi érdesség alakulására. Fontos kihangsúlyozni, hogy az alkatrész/rendszer rendeltetése szerint kell a megmunkálást megválasztani és a kívánt felületi érdességet megadni. A felületi érdesség nagyságának csökkentése növeli a költségeket.
Méret tűrése különböző felületi érdesség esetén
5. ábra
Az 5. ábra alapján különböző felületi érdesség mellett is el lehet érni a kívánt tűrésezett méretet. A bal oldali "A" kiemelt nézet egy durva megmunkálási felületet szemléltet, míg a jobb oldali "A" kiemelt nézet egy finomabb felületi megmunkálást szemléltet.
Csapágy felfekvő felületének szemléltetése különböző tűrések alkalmazása során
6. ábra
A 6. ábra alapján az elkészített furatba csapágy kerül behelyezésre. A bal oldali "A" kiemelt nézet alapján a behelyezésre kerülő csapágy szinte csak élek mentén fekszik fel a felületre. Az ilyen jellegű felület azonban a terhelést nem fogja sokáig elviselni, mert a kis keresztmetszetű anyag deformálódik ("elkenődik") és a csapágy pedig kotyogni fog a furatban. A lehető legrosszabb terhelés a váltakozó irányú, változó nagyságú dinamikus terhelés. Az ilyen jellegű terhelés ezt az illesztést nagyon rövid idő alatt károsítaná.
A jobb oldali "A" kiemelt nézeten látható felületi érdesség során a csapágy szinte 90-95%-ban fel fog tudni feküdni a felületre. Ez a kialakított felület fogja biztosítani a csapágy biztonságos elhelyezkedését.
Elmondható, hogy egy csapágyhely kialakításra (helyzettűrés nélkül) az alábbiak előírása szükséges:
a méret megfelelő illesztése, megfelelő felületi érdesség, köralaktűrés.
Az illesztett alkatrészek szerelése esetén a hőtágulási tulajdonságot kihasználva a csapot hűteni szokták, a furattal rendelkező darabot pedig hevíteni. Fontos szempont hevítésnél az, hogy az anyag hőmérséklete ne lépjen túl egy adott hőmérsékletet, mert akkor szövetszerkezeti átalakulás mehet végbe, pl. kilágyul.
Helyzettűrések
A világban elmondható, hogy minden kapcsolódik mindenhez, minden összefügg mindennel. Pl. fúrunk egy furatot (nem súlycsökkentés céljából) akkor ahhoz kapcsolódik valami, tehát nem elég lokálisan - alkatrészként - gondolkodni, hanem rendszerszemléletűen kell.
Az alábbi helyzettűrések állnak rendelkezésre:
párhuzamosság, merőlegesség, hajlásszög, radiális ütés, homlok ütés, teljes radiális ütés, teljes homlok ütés, szimmetria, egytengelyűség, pozíció.
Párhuzamosság
Párhuzamosság lehetséges megadása
7. ábra
A tűrésezett tengelynek két, a vonatkoztatási tengellyel párhuzamos, egymástól t=0,5 mm távolságban lévő vonal közé kell esnie. A síkra vetített tűrésmező vízszintes.
Párhuzamosság lehetséges megadása
8. ábra
A tűrésezett tengelynek, a vonatkoztatási tengellyel párhuzamos, t=0,5 mm átmérőjű hengeren belül kell elhelyezkednie.
Párhuzamosság lehetséges megadása
9. ábra
A tűrésezett felületnek két, az A vonatkoztatási tengellyel párhuzamos, egymástól t=0,01 mm távolságban lévő felület közé kell esnie.
Merőlegesség
Merőlegesség lehetséges megadása
10. ábra
A furat valóságos tengelyének egy t=valóságos felületnek t=0,1 mm átmérőjű hengerben kell elhelyezkednie. A henger a vonatkoztatási síkra merőlegesen áll.
Hajlásszög tűrésezése
11. ábra
A tűrésezett felületnek (valóságos felületnek) két, egymással párhuzamos egymástól t=0,05mm távolságban lévő sík közé kell esnie.
Radiális ütés
Radiális ütés lehetséges megadása
12. ábra
Az "A" vonatkoztatási tengely körüli megforgatás során a radiális ütés a tengelyre merőleges egyetlen mérősíkban sem lehet nagyobb t=0,05 mm tűrésnél.
Homlok ütés
Radiális ütés lehetséges megadása
13. ábra
Az "A" vonatkoztatási tengely körüli megforgatás során a tetszőleges r sugáron mért homlokütés nem lehet nagyobb, mint t=0,05 mm.
Teljes radiális ütés
Teljes radiális ütés lehetséges megadása
14. ábra
Az A-B körüli többszöri megforgatás és axiális eltolás során az összes pontnak az egymástól t=0,05 távolságban lévő két olyan henger által alkotott tűrésmezőn belül kell esnie, amelyek tengelyei egybeesnek az A-B vonatkoztatási tengellyel.
Teljes homlok ütés
Teljes homlok ütés lehetséges megadása
15. ábra
Az "A" vonatkoztatási tengely körüli többszöri megforgatás és axiális eltolás esetén a tűrésezett felület összes pontjának két, egymástól t =0,05 távolságban lévő egymással párhuzamos sík közé kell esnie.
Szimmetria
Szimmetria lehetséges megadása
16. ábra
A horony tűrésezett középsíkjának (valóságos középsík) két, egymástól t=0,08 távolságban lévő, párhuzamos sík közé kell esnie, amelyek a vonatkoztatási középsíkhoz képest szimmetrikusan helyezkednek el.
Egytengelyűség
Egytengelyűség lehetséges megadása
17. ábra
A nagy átmérő valóságos tengelyének egy t=0,02 hengerben kell elhelyezkednie. A tűréshenger a vonatkoztatási tengellyel koaxiális.
Pozíció
Pozíció lehetséges megadása
18. ábra
A furat valóságos tengelyének egy t=0,1 mm átmérőjű tűréshengeren belül kell elhelyezkednie, amelynek tengelye az elméletileg pontos helyen van.
Pozíció lehetséges megadása
19. ábra
A 3 felület mindegyikének két, egymástól t=0,1 mm távolságban lévő, párhuzamos sík közé kell esnie. A tűréssíkok a felület elméleti helyzetéhez szimmetrikusak.
Helyzettűrések vizsgálata
Egytengelyűség mérése
20. ábra
Az egytengelyűség vizsgálat egyik legegyszerűbb módja a mérőóra használata. A vizsgálat lényege az, hogy a két alkatrész egytengelyűségét lehet közvetlenül mérni úgy, hogy az egyik tengely álló helyzetben van, és a mérőóra tapintója érintkezik vele, a másik tengelyen pedig a mérőóraállványra van rögzítve, mely a tengellyel kerül körbeforgatásra. A mérést különböző helyeken - lehetőleg legtávolabb egymástól- kell elvégezni. A tengely alakhűségéről is meg kell győződni a mérés előtt.
Egytengelyűség problémák
21. ábra
Az egytengelyűség hiba esetén szöghiba és párhuzamossági hiba is felléphet.
Párhuzamosság mérése
Párhuzamosság vizsgálata mérőóra segítségével
22. ábra
Mérés lépései:
sík felületen állványos mérőóra segítségével történik a mérés, a munkadarab felületén több helyen történő mérése (minimum 3 helyen).
Tengelygörbeség vizsgálata
Mérés lépései:
a vizsgált felületen köralakúság ellenőrzés (pl. mikrométer segítségével), csúcspadon csúcsok közötti mérés mérőóra használatával, központfurattal rendelkező tengelyt csúcsok közé fogva, központfurattal nem rendelkező tengelyt pedig prizmákra fektetve (figyelni azonos átmérőjű helyekre kell fektetni a vizsgálandó darabot), a szögelfordulást figyelve, az egyik vizsgálandó helyen, majd a másik vizsgálandó helyen ütést mérni.
Csúcspad
23. ábra
Tengelygörbeség vizsgálata
24. ábra
A 24. ábra alapján a különböző átmérőkön mért ütésmaximumok ellenkező oldalon helyezkednek el a tengelyen. Ebben az esetben a tengely "S" alakúra görbült meg.
S alakúra görbült tengely
25. ábra
Azonos oldalon lévő ütésmaximumok
26. ábra
A 26. ábra alapján a különböző átmérőkön mért ütésmaximumok azonos oldalon helyezkednek el a tengelyen. Ebben az esetben a tengely ívesre görbült meg.
Ívesre görbült tengely
27. ábra
5. Az alkatrész elhasználódása során detektálni kell az esetleges rendellenességet okozó méretváltozást.
Az egymással érintkező, mozgó alkatrészek kopást szenvednek. Ezek a kopások kihatással lehetnek a további alkatrészek rendeltetésszerű működésére. Pl. egy fogaskerék kapcsolat működése során megkopott csapágyhelyű tengelyek esetén - melyen a fogaskerék helyezkedik el - a megnövekedett helyzettűrés (párhuzamosság, egytengelyűség, távolság) miatt a foghézag mérete nemkívánatosra változott, mely hanghatás formájában is megjelenik.
Ebben az esetben is szükség van a mérési ismeretekre, a hiba detektálásához.
Az adott alkatrész élettartamát az alábbi néhány beavatkozással tudjuk növelni:
inercia növelése, jobb anyagminőség alkalmazása, felületkezelések (hő- ,és bevonat) alkalmazása, alak- és helyzettűrés pontosítása, jobb kenés biztosítása, jobb hőelvezetés.
Önellenőrző kérdések
1. Létezik-e olyan méret gyakorlatban, hogy o80mm?
2. Az illesztésnek milyen fő osztályai vannak?
3. Fontos-e a felületi érdesség minősége az alkatrészek egyes helyein?
4. Mi a különbség a radiális ütés és a teljes radiális ütés között?
5. Elég-e tengelygörbeség vizsgálata esetén csak a kitérés értékével foglalkozni?
6. Milyen alkatrész élettartam növelő beavatkozásokat ismer?