УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРИ РАБОЧЕМ ПРОЕКТИРОВАНИИ Российский патент 2004 года по МПК G09B19/24 G09B25/00 

Изобретение относится к средствам обучения и может быть использовано в качестве учебной установки, предназначенной для развития навыков конструирования при рабочем проектировании, в частности для обучения критериально-обоснованному выбору геометрических параметров деталей, грамотному и осмысленному оформлению рабочей документации. Изобретение может быть использовано на этапе общетехнической подготовки обучающихся при выполнении лабораторных работ по курсам “Основы конструирования”, “Прикладная механика”, “Техническая механика”.

Известно устройство для обучения, предназначенное для привития профессиональных навыков по сборке и разборке деталей, соединенных с натягом, и содержащее корпус, снимаемые детали, средства фиксации снимаемых деталей и контрольные датчики. При пользовании устройством обучающийся осуществляет сборку или разборку деталей в соответствии с приобретенными им навыками. Правильность выполнения сборки или разборки контролируется с помощью контрольных датчиков, подающих соответствующие сигналы на пульт преподавателя (см. патент RU № 2008724, кл. G 09 В 25/00, 1994).

Известно устройство для привития практических навыков по анализу функционального назначения и совместимости деталей по их геометрической форме. Устройство содержит съемные детали и выполнено в виде одного блока, включающего четыре функциональные группы элементов, моделирующих различные типы соединений деталей, применяемых в конструкциях реальных агрегатов и механизмов машин, причем предусмотрена однозначная последовательность разборки и сборки блока. Имеется также устройство контроля действий обучаемого в виде совокупности технических и программных средств (см. патент RU № 2196360, кл. G 09 В 25/00, 1994).

Характер обучения при использовании известных устройств ограничивается привитием навыков по сборке узлов механизмов из отдельных деталей или по их разборке. При этом известные устройства не позволяют обучить приемам определения геометрических параметров изделия и приемам определения степени шероховатости поверхностей деталей изделия, а также не обеспечивают возможность ознакомления с принципами базирования, со средствами и методами измерения и контроля параметров машиностроительных деталей и последующего использования их на практике.

Технический результат, который достигается при использовании заявленного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей учебной установки за счет возможности использования ее не только для привития навыков сборки отдельных машиностроительных узлов (одного из машиностроительных узлов), но и для обучения приемам определения геометрических параметров изделия и приемам определения степени шероховатости поверхностей деталей изделия, а также для обеспечения возможности ознакомления с принципами базирования, со средствами и методами измерения и контроля параметров машиностроительных деталей и последующего использования их на практике.

Для достижения указанного технического результата предлагается учебная установка для развития навыков конструирования при рабочем проектировании, которая содержит корпус, образованный задней, передней, боковыми стенками и днищем, и крышку, внутренняя поверхность которой заполнена упругим элементом, при этом внутри корпуса расположена панель с прямоугольными, круглыми и фигурными ступенчатыми ложементами и углублениями, глубина которых выполнена различной и в которых размещены набор изучаемых деталей, включающий валик, зубчатое колесо и вкладыши подшипника скольжения, набор контрольно-измерительных инструментов, включающий индикатор часового типа, микрометр, штангенциркуль, щупы и концевую меру, опорные приспособления для проведения измерений, включающие установочную скобу и оправку для зубчатого колеса, и штатив для закрепления индикатора, включающий вертикальную колонку, горизонтальный кронштейн и струбцину, соединяющую их подвижно между собой, а также содержит нутромер и набор образцов шероховатости поверхностей.

Установочная скоба выполнена по форме части корпуса редуктора и образована горизонтальным основанием и двумя противолежащими вертикальными стенками, при этом в верхней части каждой вертикальной стенки скобы выполнено по два гнезда, открытых со стороны верхних торцов вертикальных стенок, одно из которых имеет форму полуцилиндра, а другое - призматическую форму.

Установочная скоба имеет также гнездо для установки в нем вертикальной колонки штатива, а в горизонтальном основании скобы выполнено отверстие для установки в нем оправки для зубчатого колеса. Противолежащие друг другу полуцилиндрические гнезда выполнены с возможностью обеспечения установки в них вкладышей подшипников скольжения в сборке с установленным во вкладышах валиком, а противолежащие друг другу гнезда призматической формы выполнены с возможностью обеспечения установки в них цапф валика.

Гнездо для установки вертикальной колонки штатива может быть выполнено в верхней части вертикальной стенки установочной скобы.

Гнездо для установки вертикальной колонки штатива и нижний конец вертикальной колонки штатива могут иметь резьбу.

Нутромер расположен в отдельном корпусе с крышкой.

Набор образцов шероховатости поверхностей расположен в отдельном корпусе с крышкой.

Корпус и крышка соединены шарнирно и снабжены элементами запирания, выполненными в виде подвижно установленной скобы и штифтового зацепа.

Использование в предлагаемой учебной установке опорных приспособлений, включающих установочную скобу и оправку для зубчатого колеса, в совокупности с набором контрольно-измерительных инструментов (индикатор часового типа, микрометр, штангенциркуль, щупы и концевая мера, а также нутромер и набор образцов шероховатости поверхностей) и штативом для закрепления индикатора позволяет обеспечить обучение приемам определения геометрических параметров изделия и приемам определения степени шероховатости поверхностей изделия, а также обеспечивает возможность ознакомления со средствами и методами измерения и контроля параметров машиностроительных деталей и последующего использования их на практике. Выполнение установочной скобы в виде конструкции, имитирующей часть корпуса редуктора и имеющей гнезда для посадки деталей, представляющих собой элементы редуктора (валик, зубчатое колесо и вкладыши подшипника скольжения), не только обеспечивает оптимальные условия для проведения измерений параметров деталей, но и позволяет ознакомить обучающихся с конструктивными особенностями редуктора и с особенностями его сборки.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид заявляемой установки;

на фиг.2 изображены имитирующие модель узла редуктора установочная скоба и размещенный в ней сборочный узел, включающий валик, зубчатое колесо и вкладыши подшипников скольжения, вид сбоку, в разрезе;

на фиг.3 - установочная скоба с посадочными гнездами, вид сбоку, в разрезе;

на фиг.4 - штатив в собранном состоянии;

на фиг.5 - установочная скоба с расположенной в ней оправкой для зубчатого колеса;

на фиг.6 - нутромер, расположенный в отдельном корпусе с крышкой, общий вид;

на фиг.7 - набор образцов шероховатости поверхностей, расположенный в отдельном корпусе с крышкой, общий вид;

на фиг.8 и 9 - схема, показывающая принцип измерения радиального биения вала;

на фиг.10 - схема, показывающая принцип измерения торцового биения зубчатого колеса.

Учебная установка для развития навыков конструирования при рабочем проектировании содержит корпус 1, образованный задней стенкой 2, передней стенкой 3, боковыми стенками 4 и днищем 5, и крышку 6.

В корпусе 1 расположен набор изучаемых деталей, набор контрольно измерительных инструментов и опорные приспособления для проведения измерений.

Набор изучаемых деталей включает валик 7, зубчатое колесо 8 и вкладыши 9 подшипника скольжения.

Набор контрольно-измерительных инструментов, расположенных в упомянутом корпусе, включает индикатор 10 часового типа, микрометр 11, штангенциркуль 12, щупы 13 и концевую меру 14.

К опорным приспособлениям для проведения измерений относятся установочная скоба 15 и оправка 16 для зубчатого колеса 8. Для закрепления индикатора 10 служит штатив 17, включающий вертикальную колонку 18, горизонтальный кронштейн 19 и струбцину 20, соединяющую колонку 18 и кронштейн 19 подвижно между собой.

Установка содержит также нутромер 21, расположенный в отдельном корпусе 22 с крышкой 23, и набор образцов 24 шероховатости поверхностей, расположенный в отдельном корпусе 25 с крышкой 26.

Установочная скоба 15 выполнена по форме части корпуса редуктора и образована горизонтальным основанием 27 и двумя противолежащими вертикальными стенками 28. В верхней части каждой вертикальной стенки 28 скобы 15 выполнено по два гнезда, открытых со стороны верхних торцов 29 вертикальных стенок 28. Гнезда 30 имеет форму полуцилиндра, а гнезда 31 имеет призматическую форму.

В верхней части одной из вертикальных стенок 28 установочной скобы 15 имеется гнездо 32 для установки в нем вертикальной колонки 18 штатива 17. В горизонтальном основании 27 скобы 15 выполнено отверстие 33, служащее для установки в нем оправки 16 для зубчатого колеса 8. Нижний конец 34 вертикальной колонки 18 штатива 17 имеет резьбу, а в гнезде 32 для установки вертикальной колонки 18 штатива 17 выполнена ответная резьба.

Противолежащие друг другу полуцилиндрические гнезда 30 выполнены с возможностью обеспечения установки в них вкладышей 9 подшипников скольжения в сборке с установленным во вкладышах 9 валиком 7. Противолежащие друг другу гнезда 31 призматической формы выполнены с возможностью обеспечения установки в них цапф 35 валика 7 при контроле радиального биения последнего.

Внутренняя полость крышки заполнена упругим элементом 36, обеспечивающим плотное запирание находящихся в углублениях и ложементах различных деталей.

Корпус 1 и крышка 6 соединены между собой шарнирами 37 по задней стороне корпуса, а на передней стороне корпуса и крышки расположен замок запирания 38, выполненный в виде подвижно (вращающейся) установленной скобы 39, например, на корпусе и штифтового зацепа соответственно на крышке 6.

Учебная установка позволяет проводить, в частности, следующие лабораторные работы.

1. Проведение лабораторной работы по изучению допусков и посадок.

Целью работы является знакомство с точностью изготовления деталей, полями допусков, знакомство с инструментом и методом контроля размеров, знакомство с понятием годности деталей. По чертежу (фиг.2) и по натурным деталям из учебной установки обучающийся знакомится с конструкцией условной модели части редуктора, указывая при этом назначение составляющих узел деталей, виды соединения деталей, способы их сборки. Зарисовывают эскиз узла редуктора. Наносят на эскиз условное обозначение посадки. Для выбранной посадки устанавливают с привлечением справочного материала численные значения отклонений. Строят схему полей допусков. Проводят анализ посадки (указывают тип, квалитет точности, систему), вычисляют предельные характеристики (величины диаметров, зазоры/натяги), величины допусков. Указывают назначение посадки, возможную технологию обработки сопрягаемых поверхностей с целью получения требуемой точности. Проводят контроль размеров диаметров сопрягаемых поверхностей деталей. При этом выбирают средство измерения, дают его характеристику и записывают метрологические показатели (цена деления, диапазон измерений, допускаемая погрешность измерения и т.д.). Выбирают метод измерения: метод непосредственной оценки или метод сравнения. При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют по показанию средства измерения. При методе сравнения измеряемую величину сравнивают с мерой, а средство измерения показывает разность измеряемой величины и меры. Далее определяют систематическую погрешность инструмента и погрешность измерения. Определяют микрометром 11 средний действительный размер диаметра посадочной поверхности валика 7. Нутромером определяют средний действительный размер диаметра размера зубчатого колеса 8 и/или вкладыша 9. На схеме полей допусков указывают положение найденных средних действительных размеров. Дают заключение о годности каждой детали и сопряжения в целом.

2. Проведение лабораторной работы по определению отклонений формы и расположения поверхностей и их нормированию.

В процессе проведения лабораторной работы обучающийся знакомится с видами допусков формы и расположения поверхностей, с видами базирования, с методами контроля отдельных видов допусков, с понятием годности деталей. При проведении лабораторной работы используются следующие измерительные инструменты: микрометр 11, нутромер 21, индикатор 10 часового типа.

Лабораторная работа осуществляется в несколько этапов.

Первый этап - контроль отклонения формы деталей. При проведении первого этапа контролируют круглость и цилиндричность поверхности валика 7. При этом дают характеристику средства измерения - микрометра 11, определяют систематическую погрешность инструмента и погрешность измерения, измеряют микрометром 11 диаметр валика 7 в месте посадки зубчатого колеса 8 (равномерно вдоль образующей в трех сечениях; в одном сечении равномерно в четырех положениях по окружности), определяют разность показаний (по отношению к величине номинального диаметра) и по полученным значениям изображают форму реальной поверхности (в продольном и поперечном сечении), назначают допуски цилиндричности или круглости и допуск профиля продольного сечения поверхности элемента валика 7, изображают упрощенный эскиз валика 7 с указанием данных допусков, дают заключение о годности. При проведении первого этапа также контролируют конусообразность отверстия зубчатого колеса 8 или вкладыша 9 подшипника скольжения. При этом дают характеристику средства измерения - нутромера 21, определяют погрешность измерения, измеряют нутромером 21 диаметр отверстия у торцов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, определяют разность показаний (по отношению к величине номинального диаметра), по полученным значениям изображают форму реальной поверхности, назначают допуск цилиндричности (конусообразности) поверхности, изображают упрощенный эскиз детали с указанием данного допуска, дают заключение о годности.

Второй этап - контроль отклонения расположения поверхностей деталей. При проведении второго этапа (фиг.8, 9) контролируют радиальное биение валика 7 (участка валика 7 в месте посадки зубчатого колеса 8). При этом устанавливают валик 7 цапфами 35 в гнезда 31, имеющие призматическую форму. Собирают штатив 17 и устанавливают его на вертикальной стенке 28 скобы 15. Закрепляют на штативе 17 индикатор 10 часового типа так, чтобы щуп располагался вертикально в радиальном направлении. Дают характеристику средства измерения - индикатора 10 часового типа. Определяют погрешность измерения. Вводят щуп индикатора 10 в соприкосновение с контролируемой поверхностью валика 7. Устанавливают положение индикатора 10 на работу в диапазоне с минимальной погрешностью. Записывают начальные показания. Поворачивают валик 7 и записывают показания в восьми положениях через 45°. Измеряют радиальное биение как разность показаний R_max-R_min. Строят соответствующий график и определяют причину биения (эксцентриситет или овальность). Назначают отклонения на радиальное биение. Изображают упрощенный эскиз валика 7 с указанием данного допуска. Дают заключение о годности. При проведении второго этапа также контролируют торцовое биение зубчатого колеса 8 (фиг.10). При этом устанавливают оправку 16 в отверстие 33 в основании 27 скобы 15 и располагают на оправке зубчатое колесо 8. Собирают штатив 17 и устанавливают его на вертикальной стенке 28 скобы 15 (необходимо обеспечить беззазорность конструкции). Закрепляют на штативе 17 индикатор 10 часового типа так, чтобы щуп располагался перпендикулярно торцу зубчатого колеса 8. Дают характеристику средства измерения - индикатора 10 часового типа. Определяют погрешность измерения. Поворачивая зубчатое колесо 8 в восьми положениях через 45° на определенном диаметре (по указанию преподавателя или по выбору обучающегося), измеряют торцевое биение. Назначают отклонение на торцевое биение. Изображают упрощенный эскиз зубчатого колеса с указанием данного допуска. Дают заключение о годности.

3. Проведение лабораторной работы по определению шероховатости поверхностей деталей.

Целью работы является ознакомление со стандартом нормирования шероховатости поверхностей, с методами оценки шероховатости поверхности, ознакомление с понятием годности деталей по параметрам шероховатости поверхностей. При проведении работы используется стандарт нормирования шероховатости поверхностей, рекомендации по назначению значений параметров шероховатости, набор образцов 24 шероховатости поверхностей и исследуемая деталь - валик 7. В процессе работы используют эскиз валика.

7. Указывают вид (форму) и способ обработки каждой поверхности валика 7 (на основании ранее полученных знаний по курсу технологии материалов или ему аналогичных). Назначают параметры шероховатости поверхностей. С помощью набора образцов 24 шероховатости определяют действительные значения параметров шероховатости выпуклых цилиндрических поверхностей (параметры округляют до значений параметров шероховатости образцов, входящих в состав набора, и средних промежуточных значений). Дают заключение о соответствии действительных значений параметров шероховатости нормированным. Дают характеристику метода оценки шероховатости поверхности.

4. Проведение лабораторной работы по составлению и анализу сборочной размерной цепи.

Цель работы - ознакомление с методами расчета и контроля точности линейных размеров, ознакомление с понятием годности деталей, с понятием “свободные размеры”. При проведении работы используют измерительные инструменты: штангенциркуль 12 и щуп 13; исследуемый узел, включающий валик 7 и сопряженные с ним зубчатое колесо 8 и вкладыши 9; установочную скобу 15 (модель узла редуктора). В процессе работы составляют сборочную линейную размерную цепь узла. Выбирают замыкающий размер - осевой зазор в опоре и назначают его предельные значения, выбирают его номинальную величину. Дают характеристику средства измерения - штангенциркуля 12. Определяют систематическую погрешность инструмента и погрешность измерения. Устанавливают номинальные величины линейных размеров, входящих в размерную цепь. Измеряют штангенциркулем 12 величины линейных размеров. На основании действительных величин размеров назначают номинальные. Назначают отклонения на линейные размеры и на замыкающий размер. Выбор точности производят исходя из назначения узла, условий его работы и требований (задаются преподавателем или назначаются самим обучающимся). Рассчитывают размерную цепь. Определяют предельные значения замыкающего размера (зазора). Собирают узел и устанавливают его в гнездах 31 призматической формы. Измеряют щупом действительное значение зазора (зазор может отсутствовать). Дают заключение о годности (соответствие действительного значения зазора значениям допускаемым). Составляют подетальную размерную цепь. Для валика 7 составляют два варианта нанесения линейных размеров. Указывают в каждом из вариантов замыкающий размер. Рассчитывают для каждого варианта размерную цепь. Указывают вид решаемой задачи - прямая или обратная. Определяют номинальные величины линейных размеров и необходимые отклонения на линейные размеры за исключением тех отклонений, которые установлены из расчета сборочной размерной цепи. Дают сравнительную характеристику вариантов составления размерных цепей.

Изобретение может быть использовано в качестве учебной установки, предназначенной для развития навыков конструирования при рабочем проектировании. Установка содержит корпус и крышку. В корпусе расположены изучаемые детали, контрольно-измерительные инструменты и опорные приспособления для проведения измерений. Набор изучаемых деталей включает валик, зубчатое колесо и вкладыши подшипника скольжения. Набор контрольно-измерительных инструментов включает индикатор часового типа, микрометр, штангенциркуль, щупы и концевую меру. Опорные приспособления для проведения измерений представляют собой установочную скобу, выполненную по форме части корпуса редуктора, и оправку для зубчатого колеса. Для закрепления индикатора служит штатив, устанавливаемый в одной из стенок скобы. Установка содержит также нутромер и набор образцов шероховатости поверхностей. В стенках скобы имеются гнезда для установки вкладышей подшипников скольжения и гнезда для установки цапф валика. В основании скобы выполнено отверстие для установки оправки для зубчатого колеса. Достигаемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей учебной установки. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Учебная установка для развития навыков конструирования при рабочем проектировании, характеризующаяся тем, что содержит корпус, образованный задней, передней, боковыми стенками и днищем, и крышку, внутренняя поверхность которой заполнена упругим элементом, при этом внутри корпуса расположена панель с прямоугольными, круглыми и фигурными ступенчатыми ложементами и углублениями, глубина которых выполнена различной и в которых размещены набор изучаемых деталей, включающий валик, зубчатое колесо и вкладыши подшипника скольжения, набор контрольно-измерительных инструментов, включающий индикатор часового типа, микрометр, штангенциркуль, щупы и концевую меру, опорные приспособления для проведения измерений, включающие установочную скобу и оправку для зубчатого колеса, и штатив для закрепления индикатора, включающий вертикальную колонку, горизонтальный кронштейн и струбцину, соединяющую их подвижно между собой, а также содержит нутромер и набор образцов шероховатости поверхностей, установочная скоба выполнена по форме части корпуса редуктора и образована горизонтальным основанием и двумя противолежащими вертикальными стенками, при этом в верхней части каждой вертикальной стенки скобы выполнено по два гнезда, открытых со стороны верхних торцов вертикальных стенок, одно из которых имеет форму полуцилиндра, а другое - призматическую форму, в верхней части одной из вертикальных стенок скобы имеется гнездо для установки вертикальной колонки штатива, а в горизонтальном основании скобы выполнено отверстие для установки в нем оправки для зубчатого колеса, причем противолежащие друг другу полуцилиндрические гнезда выполнены с возможностью обеспечения установки в них вкладышей подшипников скольжения в сборке с установленным во вкладышах валиком, а противолежащие друг другу гнезда призматической формы выполнены с возможностью обеспечения установки в них цапф валика.2. Учебная установка по п.1, характеризующаяся тем, гнездо для установки вертикальной колонки штатива и нижний конец вертикальной колонки штатива имеют резьбу.3. Учебная установка по п.1, характеризующаяся тем, что нутромер расположен в отдельном корпусе с крышкой.4. Учебная установка по п.1, характеризующаяся тем, что набор образцов шероховатости поверхностей расположен в отдельном корпусе с крышкой.5. Учебная установка по п.1, характеризующаяся тем, что корпус и крышка соединены шарнирно и снабжены элементами запирания, выполненными в виде подвижно установленной скобы и штифтового зацепа.