Upload
dinu-andrei
View
6
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
1
Curs 9
7. Lanuri de dimensiuni
7.1 Noiuni generale
Elaborarea proiectelor unei maini sau instalaii, ca i ntocmirea
desenelor de execuie ale pieselor componente, este realizat avnd la baz
calcule cinematice, dinamice i dimensionale.
Calculele cinematice i dinamice au n vedere asigurarea funcionrii
corespunztoare la solicitrile la care este supus maina sau instalaia, n timp ce
prin calculele dimensionale se stabilesc dimensiunile pieselor i abaterile admise de
la poziia reciproc, corelaia dintre elementele diferitelor suprafee ale unei piese
sau ale pieselor unui subansamblu, realiznd legtura dimensional.
Dimensiunile aceleiai piese, ca i dimensiunile diferitelor piese care
formeaz un ansamblu, sunt ntr-o legtur reciproc i ntr-o dependen reciproc
n ansamblul considerat .
Modificarea dimensiunii unei piese dintr-un ansamblu sau dintr-un
mecanism provoac modificarea poziiei unei piese sau a mai multor piese din
ansamblul sau din mecanismul considerat. Este evident c, pentru a elimina efectul
produs de modificarea dimensiunii unei piese, trebuie s se modifice o alt
dimensiune a uneia sau a mai multor piese din mecanism.
Trebuie precizat c unele legturi dimensionale nu influeneaz calitatea
produsului, iar altele o influeneaz ntr-o mic msur. Sunt ns legturi
dimensionale de care depinde direct calitatea produselor; un astfel de exemplu
poate fi legtura dintre dimensiunile care determin dezaxarea i neparalelismul
dintre axele unei perechi de roi dinate n angrenare.
Concretizarea legturilor dimensionale ale suprafeelor unei piese sau
ale suprafeelor mai multor piese ntr-un ansamblu apare sub forma lanurilor de
dimensiuni .
Prin lan de dimensiuni se nelege totalitatea dimensiunilor , liniare
sau unghiulare , care formeaz un contur nchis i care determin poziia unor
suprafee ale unei piese sau ale mai multor piese ntr-un ansamblu.
Dimensiunile unui lan se mpart n:
- dimensiuni primare (sau dimensiuni componente) - sunt acele
dimensiuni care se nscriu pe desenele de execuie sau ansamblu i care, n timpul
prelucrrii piesei sau la montaj, trebuie respectate la valorile impuse;
- dimensiunea de nchidere ( sau dimensiunea rezultant ) - este
dimensiunea care rezult din dimensiunile primare ale lanului, obinndu-se ultima
i, n mod automat, att n procesul de prelucrare ct i n cel de asamblare; ea
nu se nscrie pe desenul de execuie sau de ansamblu.
Oricare lan de dimensiuni are un singur element de nchidere;
celelalte elemente sunt dimensiuni primare. n cazul lanurilor de dimensiuni de
asamblare, dimensiunea de nchidere este, de obicei, jocul care trebuie s se obin
la asamblare ntre diferite elemente.
n figura 7.1, n lungul axei, arborele este perfect determinat prin
dimensiunea 180 0,2, care indic lungimea total a arborelui i de cele dou
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
2
dimensiuni 500,1, care reprezint prile montate n lagr; n urma prelucrrii
arborelui , lungimea zonei centrale a arborelui , notat R (de la rezultant) rezult
ultima i, n mod automat, prin prelucrarea cotelor 1800,2, i a celor dou de
500,1.
1.050:A1 R1.050:A 2
2.0180:A3
Fig.7.1 Lan de dimensiuni pentru un arbore
Dimensiunile 1800,2 i 500,1 sunt dimensiuni primare, iar dimensiunea R,
dimensiune de nchidere (rezultant ).
Considernd influena pe care o au asupra dimensiunii de nchidere,
dimensiunile primare se mpart n:
- dimensiuni mritoare - acele dimensiuni care, prin mrire (n limita
toleranei impuse), provoac mrirea dimensiunii de nchidere;
- dimensiuni reductoare - acele dimensiuni care, prin mrire,
provoac micorarea dimensiunii de nchidere.
Dac prin piesa reprezentat n fig. 7.1. considerm c se execut mai
multe buci i dac printr-o ntmplare cotele A1 i A2 au fost executate la
valoarea A1=A2=50,1, iar cota A3 va avea valori cuprinse ntre A3min.=179,8 i
A3max.=180,2 , dimensiunea rezultant R a fi minim la valoarea A3min i maxim la
valoarea A3max; spunem c dimensiunea A3 este dimensiune mritoare (prin
mrirea ei se mrete dimensiunea de nchidere ).
Dac n acelai exemplu considerm c toate piesele executate au
rezultat cu A3=180,1, cu A1 =50,1 i cu dimensiunea A2 avnd valori cuprinse ntre
A2min.=49,9 i A2max.=50,1 , dimensiunea rezultant va avea valoarea maxim pentru
A2min. i valoarea minim pentru A2max.; spunem c dimensiunea A2 este dimensiune
reductoare (prin mrirea ei se micoreaz dimensiunea de nchidere). n mod
similar, n lanul de dimensiuni considerat, se constat c i dimensiunea A1 este
dimensiune reductoare.
Diverse tipuri de lanuri de dimensiuni sunt prezentate n fig.7.2.
Clasificarea lanurilor de dimensiuni se poate face n funcie de mai multe criterii.
1. Dup apartenena la o pies sau un ansamblu:
a. lanuri de dimensiuni ale pieselor luate individual, fig.7.2 a i b;
b. lanuri de dimensiuni de asamblare, fig.7.2 c i d.
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
3
Fig.7.2 Diferite tipuri de lanuri de dimensiuni
2. Dup tipul dimensiunilor:
a. lanuri de dimensiuni liniare
b. lanuri de dimensiuni unghiulare
c. lanuri de dimensiuni mixte.
a. b. c.
Fig.7.3 Tipuri de lanuri de dimensiuni n funcie de tipul dimensiunilor componente
3. Dup poziia n plan sau n spaiu a dimensiunilor, fig.7.4:
a. lanuri de dimensiuni paralele i n acelai plan, fig.7.4 a.
b. lanuri de dimensiuni neparalele i n acelai plan, fig.7.4 b.
c. lanuri de dimensiuni spaiale, fig.7.4 c.
4. Dup complexitate, fig.7.5:
a. lanuri simple de dimensiuni, fig.7.5 a;
b. lanuri complexe de dimensiuni, fig.7.4 b.
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
4
a. b. c. Fig.7.4 Tipuri de lanuri de dimensiuni n funcie de poziia n plan sau n spaiu a
dimensiunilor
a. b.
Fig.7.5 Tipuri de lanuri de dimensiuni n funcie de complexitate
5. Dup baza de cotare:
a. dimensiunile primare au aceeai baz de cotare, fig.7.6 a;
b. cotarea fiecrei dimensiuni se face fa de limita celei precedente, fig.7.6 b;
c. unele dimensiuni au baza comun de cotare, alte dimensiuni au baze de
cotare diferite, fig.7.6 c.
a. b. c. Fig.7.6 Tipuri de lanuri de dimensiuni n funcie de baza de cotare
7.2 Rezolvarea problemei directe
Rezolvarea problemei directe se ntlnete pentru toate tipurile de
dimensiuni: pentru lanuri de dimensiuni liniare paralele, pentru lanuri de
dimensiuni liniare neparalele i pentru lanuri de dimensiuni unghiulare.
Pentru oricare dintre tipurile de dimensiuni ( liniare paralele sau
neparalele si unghiulare ) rezolvarea problemei directe necesit , ca prim etap,
identificarea dimensiunilor mritoare i a dimensiunilor reductoare.
Ca metode de rezolvare a problemei directe se pot utiliza :
- metoda de maxim i minim; - metoda probabilistic; - metoda algebric.
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
5
7.2.1 Lanuri de dimensiuni liniare paralele
7.2.1.1. Metoda de maxim i minim - metoda calculului la limit
La rezolvarea prin aceast metod a lanurilor de dimensiuni se consider c
dimensiunile sunt realizate (la prelucrare) fie la valoarea limit minim, fie la
valoarea limit maxim.
Pentru a exemplifica modul de rezolvare al problemei se consider
piesa, pentru care lanul de dimensiuni este prezentat n fig.7.7.a.
a. b.
Fig.7.7 Schema de rezolvare a lanurilor de dimensiuni liniare prin metoda de maxim i minim
n lanul de dimensiuni , R este dimensiunea de nchidere, A2 dimensiunea
mritoare, iar A1 dimensiunea reductoare .
Valorile limit (minim i maxim) ale dimensiunilor componente sunt puse n
eviden n fig. 7.7.b, notndu-se abaterile inferioar i superioar ale dimensiunilor
A1 i A2 (precum i cmpul de toleran al acestora).
Rezult, din fig.7.7.b c valoarea nominal a dimensiunii de nchidere
este:
NRA = NA2 - NA1 (7.1)
Valorile limit ale dimensiunii de nchidere sunt :
RA max = A2 max - A 1 min (7.2)
Ra min = A2 min - A1 max (7.3)
Dar :
RAmax = NRA + EsRA
RAmin = NRA + EiRA
A2max = NA2 + EsA2 (7.4)
A2min = NA2 + EiA2
A1max = AA1 + EsA1
A1min = NA1 + EiA1
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
6
Dac relaiile (5.4) se nlocuiesc n (5.2) i (5.3) se obine :
NRA + EsRA = ( NA2 + EsA2 ) - ( NA1 + EiA1 )
( 7.5 )
NRA + EiRA = ( NA2 + EiA2 ) - ( NA1 + EsA1 )
Dac se scade relaia (5.1) din relaiile (5.5) se obine :
EsRA = EsA2 - EiA1
( 7.6)
EiRA = EiA2 - EsA1
Tolerana dimensiunii de nchidere este determinat de valorile abaterilor limit
ale acesteia :
TRA = EsRA - EiRA ( 7.7 )
nlocuind n relaia toleranei dimensiunii de nchidere valorile abaterilor date
de relaiile (5.6) i grupnd termenii se obine :
TRA = ( EsA2 EiA1 ) - ( EiA2 - EsA1 ) =
TRA = (EsA2 EiA2 ) + ( EsA1 - EiA1 ) = TA2 + TA1 ( 7.8 )
Tolerana dimensiunii de nchidere este teoretic egal cu suma toleranelor
dimensiunilor componente.
n cazul general al unui lan cu n dimensiuni n care n
- a este
dimensiunea de nchidere i n care de la ,,j = 1 la ,,m
,, sunt dimensiuni mritoare,
iar de la ,,m + 1 la n 1
sunt dimensiuni reductoare, relaiile de calcul ale
dimensiunii de nchidere i ale abaterilor ei sunt:
1n
1m
Aj
m
1j
AjR NNN ( 7.9 )
1n
1m
i
m
1j
SS AjAjREEE ( 7.10 )
1n
1m
S
m
1j
ii AjAjREEE ( 7.11)
1n
1j
AjR TT ( 7.12 )
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
7
7.2.1.2 Metoda probabilistic
n cazul n rezolvrii problemei directe prin metoda de maxim i minim s-a
presupus c toate dimensiunile lanului se prelucreaz strict la valorile limit admise
(inferioar sau superioar).
n realitate, prin prelucrarea unui numr de piese dup acelai desen de
execuie, dimensiunile acelorai suprafee ale diferitelor piese sunt variabile
aleatoare ale cror mrimi sunt cuprinse n interiorul cmpului de toleran, dar nu
sunt egale cu valorile limit dect absolut ntmpltor.
ntr-adevr, innd seama de distribuia dimensiunilor n cmpurile lor de
tolerane, putem considera c realizarea sau asamblarea pieselor avnd dimensiuni
limit este un fenomen foarte rar.
Deoarece valorile nominale ale dimensiunilor primare sunt valori constante,
valoarea nominal a dimensiunii de nchidere se calculeaz ca i prin metoda
maxim i minim.
m
1j
1n
1m
AjAjR NNN A ( 7. 13 )
n ceea ce privete calculul abaterilor, dimensiunile avnd fiecare o
mprtiere proprie, abaterea medie ptratic a dimensiunii de nchidere va fi:
1n
1j
2R )Aj(A (7.14)
n care: RA - este abaterea medie ptratic a dimensiunii de nchidere; Aj -
abaterile medii ptratice ale dimensiunilor primare.
innd seama c abaterea relativ medie ptratic , n cazul n care amplitudinea este egal cu tolerana prescris T este:
T5,0
(7.15)
Aj = 0,5 Aj TAj
RA = 0,5 RA T' RA (7.16)
Pentru dimensiunea de nchidere tolerana s-a notat cu indicele ,,prim,,, deci
T' R pentru a o diferenia de valoarea calculat prin metoda de maxim i minim.
nlocuind relaiile ( 7.16) n relaia ( 7.14) se obine :
1n
1j
2Aj
2Aj
'RARA TT (7.17)
Lund n considerare relaia coeficientului de mprtiere relativ k (raportul dintre
abaterea relativa medie ptratic , pentru legea de distribuie considerat, i
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
8
abaterea relativ medie ptratic e , pentru legea de distribuie etalon k = e
se poate scrie :
Aj = kAj e i RA = k RA e (7.18 )
nlocuind relaiile ( 7.18) i ( 7.17) se obine :
1n
1j
2Aj
2Aj
2e
'RAeRA TkTk (7.19 )
sau
1n
1j
2Aj
2Aj
2e
RA
'RA Tk
k
1T (7.20)
Stabilirea coeficientului de mprtiere relativ kAj se poate face practic prin
msurarea valorilor unui lot mare de mrimi sau prin cunoaterea legii teoretice de
distribuie.
n ceea ce privete coeficientul de mprtiere relativ kRA, pe baza teoriei
probabilitilor, se poate considera c:
- suma a dou mrimi aleatoare, avnd fiecare distribuia dup legea
distribuiei uniforme, are o distribuie dup legea triunghiului isoscel (Simpson );
- suma a trei sau mai multe mrimi aleatoare, avnd fiecare distribuia dup legea distribuiei uniforme , se apropie de o distribuie rezultant dup legea distribuiei normale (Gauss- Laplace);
- suma a dou sau mai multe mrimi aleatoare, avnd fiecare distribuia
dup legea triunghiului isoscel (Simpson ), se apropie de distribuia normal
(Gauss- Laplace);
- suma mrimilor aleatoare, avnd fiecare distribuia dup legea de mprtiere normal (Gauss- Laplace) , are o distribuie dup legea normal (Gauss- Laplace ).
Dac nu se cunoate legea de distribuie a dimensiunilor componente, se recomand s se ia pentru acestea distribuia uniform.
n situaia n care dimensiunile primare ale lanului au pentru valorile efective
o distribuie dup legea normal (Gauss-Laplace), relaia (7.20) a toleranei
dimensiunii de nchidere T' RA va fi:
1n
1j
2Aj
'RA TT (7.21)
Din relaiile (7.20) i (7.21) se observ c tolerana dimensiunii de nchidere
calculat prin metoda probabilistic, TRA, are valoarea mai mic dect tolerana
dimensiunii de nchidere calculat prin metoda de maxim i minim, TRA.
n vederea stabilirii abaterilor dimensiunii de nchidere, a crei toleran a fost
determinat prin metoda probabilistic, se poate proceda n dou moduri;
- se determin abaterile prin metoda de maxim i minim i fa de acestea, se calculeaz cele practice;
- se calculeaz valoarea central XCra a toleranei dimensiunii de nchidere i apoi se determin abaterile practice.
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
9
Pentru primul caz, dup determinarea abaterilor teoretice, conform fig. 7.8.a, se pot scrie valorile abaterilor practice
2
TTEE
'RARA
S'S RARA
(7.22)
2
TTEE
'RARA
i'i RARA
Fig.7.8 Determinarea abaterilor dimensiunii de nchidere prin metoda probabilistic
Pentru al doilea caz , trebuie calculat valoarea central a toleranei dimensiunii de
nchidere.
Se determin coeficientul de asimetrie relativ , care caracterizeaz deplasarea
valorii medii a mrimii date fa de mijlocul cmpului de toleran (valoarea centrala) Xc i care are expresia general:
2
T
x c (7.23)
Valoarea medie este deci:
2
Txc (7.24)
Deoarece valoarea medie a unei sume algebrice de mrimi aleatoare este
egal cu suma algebric a mediilor mrimilor aleatoare date, se poate scrie:
1n
1j
AjRA (7.25)
Se poate scrie pentru fiecare element in parte , conform relaiei (7.24) :
2
Tx
'RA
RAcRA (7.26)
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
10
2
Tx 1A1Ac1A 1A
2
Tx 1An1Anc1An 1An
Indiferent de asimetria distribuiilor dimensiunilor primare, distribuia dimensiunii
de nchidere tinde ctre o distribuie simetric, motiv pentru care se poate
considera c RA = 0.
nlocuind relaiile (7.26) n relaia (7.25) i considernd RA=0, se obine:
1n
1j
Aj
Ajcc )2
Tx(x
AjRA (7.27)
n cazul n care distribuiile dimensiunilor primare sunt simetrice Aj0 i
relaia care d valoarea central a toleranei dimensiunii de nchidere (5.28) devine:
1n
1j
cc AjRAxx (7.28)
Cunoscnd valoarea central a toleranei dimensiunii de nchidere ,
valorile abaterilor acestei dimensiuni se pot calcula (vezi fig. 7.8. b) :
2
TxE
'RA
c'S RARA
(7.29)
2
'' RA
ci
TxE
RARA
7. 2. 1. 3. Metoda algebric
Rezolvarea problemei directe prin aceast metod const din aplicarea
calculului algebric la rezolvarea lanurilor de dimensiuni i anume, se adun
algebric mrimile de acelai fel: dimensiunile nominale, abaterile superioare, abaterile
inferioare; trebuie atenionat c semnul minus n faa unui element al
lanului de dimensiuni schimb semnul abaterilor, precum i poziia acestora,
deoarece trebuie respectat relaia Es Ei.
n lanul de dimensiuni din fig. 7.9 , dimensiunea de nchidere va avea
valoarea :
Fig.7.9 Exemplu de lan de dimensiuni
Curs Tolerane Conf.univ.dr.ing. Liliana Popa
11
1A1A
Ei
3A
3AEi
2A
2AEi
AR
AREi
Es
1
Es
3
Es
2
Es
A AAAR (7.30)
1,0 2,005,005,0
05,005,0
Es
A 322525RAR
AREi
(7.31)
3.0 2.02.005.005.01.005.005.0
1,02,0
05,005,0
05,005,0
Es
A 15)352525(352525RAR
AREi
(7.32)