«

»

lip 25

Powierzchnia cylindryczna – bazowanie

Elementy mające cylindryczny kształt wymagają specyficznego podejścia do ich bazowania. Rozpatrując tego typu przypadki musimy wziąć pod uwagę dwa istotne aspekty geometryczne: oś cylindra oraz zewnętrzną powierzchnię tworzącą. Operując wymienionymi wielkościami i stosując odpowiednią metodologię pracy będziemy w stanie stworzyć układ geometryczny, który będzie jednoznacznie ustalał pozycję naszego komponentu.

Będzie to wpis traktujący nie tyle o GD&T takiego przypadku, co o konkretnym wskazaniu prowadzenia prac projektowych i metodologii rozwiązania, które pozwoli jednoznacznie ustalić komponent w swoim gnieździe roboczym. Powierzchnia cylindryczna – bazowanie. Zapraszam!

Wielokrotnie spotykałem się z dość problematycznym zagadnieniem, jakim jest bazowanie komponentu w projektowanym urządzeniu czy maszynie. Zawsze wiąże się to z długim procesem koncepcyjno-projektowym, gdzie niejednokrotnie już na etapie przed wdrożeniowym trzeba dokonywać poprawek i zmieniać pierwotną koncepcję. Wiąże się to zazwyczaj z dodatkowymi kosztami i zagrożeniem terminu uruchomienia takiej maszyny. Dlaczego tak się dzieje? Niestety na etapie projektowym prototypu maszyny czy urządzenia, ciężko jest przewidzieć wszystkie „niespodzianki” projektowanego układu mechanicznego. Wnioski pojawiają się dopiero przy pierwszych testach. Jest to na tyle późny etap projektu, gdzie możesz już nie mieć wystarczającego pola manewru. Jeżeli więc czeka Cię bazowanie elementu o kształcie cylindra, przeczytaj tekst do końca. Być może zaproponowana metodologia projektowania ułatwi Ci pracę.

W dzisiejszym wpisie chciałbym pokazać Wam jak zaplanować bazowanie elementów cylindrycznych. Jak postępować, aby uniknąć niespodzianek w końcowych fazach projektu. Niniejszy wpis podyktowany jest realizowanym przeze mnie niegdyś projektem, w którym złe podejście i bazowanie komponentu, groziło dodatkowymi kosztami idącymi w ogromne sumy.

Jak już wcześniej podkreśliłem, bazowanie cylindra  wymaga skupienia się na dwóch wielkościach geometrycznych:

  • na osi cylindra
  • na odpowiednim unieruchomieniu powierzchni cylindrycznej.

Niewątpliwie obydwie wymienione wielkości geometryczne są ze sobą ściśle powiązane. Odpowiednie podparcie poszczególnych punktów powierzchni cylindra spowoduje ustalenie położenia jego osi w przestrzeni w taki sposób, aby realizować założoną funkcję układu mechanicznego.

Opisywany przeze mnie przypadek będzie opierał się o kilka istotnych warunków brzegowych. Będą to kolejno:

  • gniazdo odpowiedzialne za bazowanie dolnej pozycji skrajnego punktu osi cylindra i wstępne ustalenie koncentryczności w układzie detal – maszyna. Dodatkowo zapobieżenie obracania się komponentu wokół własnej osi.
  • układ pryzmatyczny ustalający poprawną pozycję osi detalu
  • układ punktowych elementów wywierających nacisk na powierzchnię cylindra celem jednoznacznego unieruchomienia
  • możliwość swobodnej wymiany detalu w gnieździe

Zanim przejdę do szczegółowego opisu zastosowanej metodologii, poniżej szybki przegląd modelu sytuacyjnego. Detal umieszczony w gnieździe musi osiągnąć ustaloną dolną pozycję, przy jednoczesnym odebraniu stopnia swobody w postaci obrotu i wstępnym centrowaniu. Następnie musi zostać umieszczony w taki sposób (jego górna część), aby oś robocza maszyny i oś cylindrycznego detalu pokryły się. Finalnie ma on zostać dociśnięty specjalną szczęką z siłą skierowaną wzdłuż pokrywających się osi – ma to zapewnić:

  • poprawną pozycję,
  • uniemożliwić wyciągnięcie detalu w trakcie trwania procesu
  • zapewnić poprawne przeprowadzenie procesu 

Ilustracja poniżej:

 

Bazowanie PC_4a

Pierwszy warunek jest realizowany poprzez dedykowane gniazdo. Wykonane z odpowiednią tolerancją umożliwiającą swobodne wkładanie detalu. Odbywa się tutaj wstępne centrowanie i odebranie stopnia swobody w postaci obrotu wokół własnej osi. W widoku izometrycznym wygląda to mniej więcej tak:

Bazowanie PC_3

Przyjrzyjmy się temu przypadkowi w przekroju:

Bazowanie PC_8a

Kolorem żółtym przedstawiony jest obrys gniazda centrującego, kolorem niebieskim obrys detalu centrowanego. Ponadto specjalna „wypustka” pozwala na zablokowanie obrotu. Warunek pierwszy został spełniony. Niestety w związku z zastosowanymi tolerancjami umożliwiającymi swobodną wymianę detalu w gnieździe narażeni jesteśmy na odchyłki związanie z „uciekaniem” osi cylindra. Chodzi mi po pojawienie się kątów α i β na poniższych ilustracjach, a finalne wynikowego odchylenia od osi o kąt δ będący wypadkową wspomnianych α i β:

Bazowanie PC_4b Bazowanie PC_9a

Aby temu zapobiec, należy wprowadzić podparcie punktowe, pryzmatyczne, ustalające oś w odpowiednim położeniu w rozpatrywanym układzie mechanicznym. Spójrzmy na to w przekroju:

Bazowanie PC_7

Pryzma jest o tyle dobrym rozwiązaniem, że w przypadku kontaktu z powierzchnią cylindryczną pozwala uzyskać jedynie dwa punkty styku. Za jej pomocą w łatwy sposób uzyskamy efekt pozycjonowania osi detalu w przestrzennym układzie mechanicznym. Ponadto warto w projekcie uwzględnić możliwość regulacji pryzmy w pokazanym poniżej kierunku. Takie rozwiązanie pozostawia margines błędu dla wstępnego ustawienia bazowanej pozycji w pokazanym poniżej kierunku.

Bazowanie PC_7a

GD&T basics


Krótka analiza z punktu widzenia GD&T. Bazowanie powierzchni cylindrycznej powinno opierać się o rozwiązanie punktowe. W tym celu potrzebne będą nam dwie równoległe do siebie płaszczyzny, oddalone o pewien dystans. Ważne, że oś cylindra musi je przebijać w kierunku normalnym. Uzyskujemy tak naprawdę dwa przekroje, podobne do tych prezentowanych wcześniej.

Na obrysie przekrojonej powierzchni cylindrycznej wyznaczamy dwa punkty styku – tak jak to było w przypadku pryzm.

Aby detal pozostał w gnieździe musimy dodać kolejny punkt (z przyłożeniem siły stabilizującej). Musi się on znaleźć po przeciwnej stronie wcześniej wyznaczonych punktów. Aby go wyznaczyć należy dwa punkty styku pryzmy połączyć ze sobą, a następnie ze środka powstałego odcinka poprowadzić prostopadłą półprostą. Powstanie punkt  w którym należy przyłożyć siłę.

Ostatni element to podparcie cylindra na ścianie dolnej.

Podsumowując – możemy unieruchomić powierzchnię cylindryczną (jeszcze bez odbierania stopnia swobody w postaci obrotu wokół własnej osi) stosując 6 punktów podparcia.


W przedstawionym przeze mnie przypadku, w warunkach brzegowych pojawiła się jeszcze jedna bardzo ważna informacja – detal ma być często i swobodnie wymieniany. W takim wypadku nie możemy przyłożyć siły dociskającej w jednym punkcie. Jak obejść ten problem? Nic prostszego. Jeden punkt przyłożenia siły zamieniamy na dwa symetryczne samoregulujące się. Myślę, że wszystko co niejasne rozwieje zamieszczona poniżej ilustracja:

Bazowanie PC_6a

Mamy tutaj dwa stosunkowo elastyczne ramiona zakończone obrotową rolką. W momencie włożenia detalu w gniazdo zaczynają one opasać powierzchnię zewnętrzną cylindra. Skutkuje to samoregulującym się dociskiem i tym samym unieruchomieniem detalu w gnieździe – wspomniane cztery punkty styku.

Tym sposobem dotarliśmy wspólnie do omówienia całej istoty proponowanej metodologii. Rozwiązania tego typu wykazują się długą żywotnością, prostym serwisem i niskim kosztem wytworzenia. Mam nadzieję, że taka forma analizy przypadku przypadnie Wam do gustu.

Dzięki i do następnego!

IMG_20160721_114239

Podobne artykuły:


http://www.inzynier3d.pl/gdt/

http://www.inzynier3d.pl/dobre-praktyki/


1 komentarz

  1. Rafał

    Przydały by się też zdjęcia jak to wyszło w rzeczywistości.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć tych znaczników i atrybutów HTMLa: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>