Организация серийного выпуска изделий потребовала сокращения вложенного в них овеществленного труда. Добиться снижения себестоимости изделий можно было за счет упрощения конструкции (в первую очередь отказа от излишеств – дорогих материалов, трудоемких украшений, нетехнологичных деталей и сборочных единиц) и изменения технологии (обеспечения разделения труда и кооперации производства).
Разделение труда в предельной форме можно представить, как членение технологического процесса изготовления изделия на операции – простейшие действия, каждое из которых выполняется одним работником (оператором). Научиться выполнению такой операции можно в течение нескольких минут, а достаточные навыки работы приобрести за 2...3 рабочие смены. Выигрыш от такой организации труда – высокая производительность при минимальных требованиях к квалификации работника.
Для обеспечения определенного уровня качества серийно выпускаемых изделий необходимо, чтобы все обработанные детали одного назначения (номенклатуры, типоразмера) были практически одинаковыми. Различия между деталями должны быть столь незначительны, чтобы любая из них собиралась с ответными, а собранные вместе они составляли изделие, неотличимое в работе от других. Детали, и более сложные изделия, если они отвечают поставленным требованиям, называются взаимозаменяемыми.
В бытовом смысле взаимозаменяемость можно рассматривать как одинаковость изделий, но поскольку абсолютно одинаковых изделий не существует, очевидно, что при изготовлении следует всего лишь не допустить таких различий, которые выходят за оговоренные нормы. Эти нормы фиксируют в документации (конструкторская документация, технические описания, паспорта и др.). Для придания наиболее часто употребляемым нормам официального статуса широко используется стандартизация. Стандартизуют сложные изделия и процессы, их составные части, вплоть до элементарных. Всем известны не только стандартные дома и машины, но и стандартное напряжение электрической сети, стандартные размеры магнитной ленты, магнитных и оптических дисков, скорости записи и воспроизведения информации.
Для получения стандартных изделий заданного уровня качества приходится организовывать разветвленную нормативную базу. Стандартизация является нормативной базой взаимозаменяемости серийно выпускаемых изделий и многократно воспроизводимых процессов.
В технике взаимозаменяемость изделий подразумевает возможность равноценной (с точки зрения оговоренных условий) замены одного другим в процессе изготовления или ремонта. Чем более подробно и жестко нормированы параметры изделий, тем проще реализуется замена, но тем сложнее обеспечить взаимозаменяемость.
Взаимозаменяемость изделий и их составных частей (узлов, деталей, элементов) следует рассматривать как единственную возможность обеспечения экономичного серийного и массового производства изделий заданного уровня качества. Одинаковый (колеблющийся в пределах пренебрежимых для потребителя различий) уровень качества конечных изделий конкретного производства обеспечивается выполнением определенного набора требований. Требования предъявляются ко всем элементам деталей и сопряжений, которые обеспечивают нормальную работу изделия. Обеспечение взаимозаменяемости, а значит и заданного уровня качества изделий подразумевает:
Установление комплекса требований ко всем параметрам, оказывающим влияние на взаимозаменяемость и качество изделий (нормирование номинальных значений и точности параметров);
Соблюдение при изготовлении установленных норм, единых для одинаковых объектов, и эффективный контроль нормируемых параметров.
При этом пробелы при назначении норм или неправильный, нечетко определенный выбор их границ могут привести к нарушению взаимозаменяемости изготавливаемых изделий, следовательно, к несоблюдению заданного уровня качества изделий. Неправильный или неполный набор при нормировании номенклатуры параметров или их предельных значений приведет к нарушению взаимозаменяемости (вплоть до издевательства над заказчиком: ...за время пути собака могла подрасти), при котором изготовитель формально не может быть обвинен в несоблюдении норм.
Итак, высшим достижением нормирования параметров изделия будет обеспечение полной взаимозаменяемости однотипных изделий в любой изготавливаемой партии. Полная взаимозаменяемость подразумевает взаимозаменяемость изделий по всем нормируемым параметрам. Параметры и свойства, не имеющие принципиального значения для функционирования изделий, не нормируются. Например, домохозяйку мало интересуют размеры частиц сахара-песка, который продается на вес, в то время как для макаронных изделий форма и размеры могут быть достаточно значимыми свойствами, поскольку лапша и вермишель развариваются неодинаково. Взаимозаменяемость (полная взаимозаменяемость) подразумевает соблюдение в процессе изготовления изделия всех его нормируемых параметров в заданных пределах. В число нормируемых параметров изделий могут входить:
Геометрические (размеры, форма, расположение и шероховатость поверхностей);
Физико-механические (твердость, масса, отражательная способность и т.д.);
Экономические (себестоимость, лимитная цена, производительность и др.);
Прочие (эргономические, эстетические, экологические и др.).
Можно отказаться от взаимозаменяемости еще в процессе проектирования, заложив в конструкцию компенсатор, который обеспечивает изменение в определенных пределах (регулирование) нормируемого параметра. Всем известны регулируемые опоры (ножки) приборов и мебели, которые позволяют компенсировать не только неточности изготовления самих изделий, но и несовершенство базовых поверхностей (стола, пола).
Функциональная взаимозаменяемость – аналог полной взаимозаменяемости, которая понимается не в буквальном смысле (одинаковость параметров), а ограничивается необходимым и достаточным набором требований к работе (выполнению функций) изделия. Например, функционально взаимозаменяемыми могут оказаться карандаш, шариковая или перьевая ручка, кусок мела, пишущая машинка, компьютер если необходимо записать краткое сообщение (перечень составлен без учета экономических затрат и квалификации). Наложение экономических ограничений может резко укоротить такой список. Особенностью, которую подчеркивает термин функциональная взаимозаменяемость, является приоритет выполняемых изделием функций (карандашом, мелом, ручкой...пишут) при возможных существенных технических отличиях используемых объектов. Функционально взаимозаменяемыми при определенной постановке задачи (своевременная явка на работу) могут быть признаны такие транспортные средства, как трамвай, троллейбус, автобус, такси, велосипед или собственные ноги.
Функционально взаимозаменяемыми по содержанию зафиксированной информации для владельца компьютера могут быть файлы, записанные на жестком диске, гибких дисках, компакт-дисках (при наличии соответствующих дисководов), а также твердая копия соответствующего файла, хотя параметрические отличия между носителями информации весьма существенны. В частности, распечаткой можно воспользоваться и тогда, когда компьютер перестал работать из-за временного отсутствия электроэнергии, технической неисправности, завирусованности.
Из рассмотренных примеров вытекают две акцентированных особенности функциональной взаимозаменяемости: нацеленность на результат при практически безразличном отношении к процессу (целеобеспечивающая взаимозаменяемость), либо гарантирующая результат за счет воспроизведения функций (процессуальная взаимозаменяемость). В частности, нам бывает безразлично, откуда и как получить необходимую текстовую информацию, если обеспечена ее полнота и доступность. С другой стороны, если эта информация подлежит редактированию или другому видоизменению (частичному заимствованию, объединению с дополнительной информацией и т.д.), для нас становится весьма важными свойствами не только форма ее представления (распечатка или электронная копия на дискете), но и система ее кодирования. Электронная копия текста становится бесполезной, если у нас в компьютере нет соответствующей среды (так называемый текстовый процессор, версия которого совместима с использованной). В данном случае речь идет о процессуальной взаимозаменяемости, поскольку принципиально описанные операции можно реализовать с помощью машинописи, но без компьютера здесь происходит скатывание к неполной взаимозаменяемости из-за затруднений в использовании шрифтов, математических знаков и прочих символов. Нарисованную картину можно продолжить до возврата к индивидуальному переписыванию текстов гусиными перьями.
Детали для изделий машиностроения (в отличие от ряда радиоэлектронных, оптических и др.) держат первый экзамен на взаимозаменяемость в процессе сборки. Неточно изготовленные детали могут не собраться друг с другом или сломаться при попытке собрать их силой, поэтому для механических деталей и узлов в первую очередь рассматривается такой аспект как геометрическая взаимозаменяемость.
Используемые для нормирования массивы значений геометрических параметров, как правило, оформлены в виде стандартов. Например, можно воспользоваться стандартами параметров макрогеометрии поверхностей (размеры, форма, расположение) и микрогеометрии (шероховатость). Стандарты пригодны для нормирования геометрических параметров любых типовых деталей и поверхностей в весьма широком диапазоне.
Годность изделия по данному параметру Q оценивают сравнением действительного значения параметра Qдств с его предельными допускаемыми значениями. Определение годности называется контролем параметра, и если при этом используются средства измерений, то контроль называют измерительным. Измерительный контроль обычно осуществляется в два этапа:
Определение действительного значения параметра;
Сравнение действительного значения параметра с нормированными значениями и определение годности объекта по контролируемому параметру.
Чтобы получить действительное значение контролируемого параметра заданного физической величиной, необходимо сравнить его реальное значение с единицей соответствующей физической величины – в этом и заключается суть любого измерения. Единицы физических величин стандартизованы, они воспроизводятся с помощью стандартных эталонов, а от них передаются стандартным и нестандартизованным рабочим средствам измерений.
Нормирование точности размеров в машиностроении
Основные понятия о размерах, отклонениях и посадках
Создатели механизмов и машин, исходя из назначений деталей, на основе расчетов различного характера и результатов экспериментальных исследований, определяют геометрические параметры элементов деталей. Степень возможных, с точки зрения работоспособности каждой детали, отклонений ее геометрических параметров от заданных определяет конструктор. Естественно, что одни элементы деталей требуется выполнить более точно, чем другие в соответствии с их назначением.
В то же время известно, что абсолютно точно изготовить геометрические элементы детали невозможно вследствие целого ряда причин, свойственных любому технологическому процессу.
1. Размер – числовое значение линейной величины (диаметра, длины ит.п.) в выбранных единицах измерения. Другими словами, размер элемента детали – расстояние между двумя характерными точками этого элемента.
2. Размер элемента, установленный измерением с допускаемой погрешностью, называют действительным размером . Действительный размер выявляется экспериментальным путем (измерением) с допустимой погрешностью, которая определена какими–либо нормативными документами. Действительный размер находят в случаях, когда требуется определить соответствие размеров элементов детали установленным требованиям. Когда же такие требования не установлены и измерения проводят не с целью приемки продукции, то возможно использование термина измеренный размер, т. е. размер, полученный в результате измерений.
3. Истинный размер – размер, полученный в результате изготовления и значение которого нам неизвестно, хотя оно и существует. К значению истинного размера мы приближаемся по мере повышения точности измерений, поэтому понятие «истинный размер» часто заменяют понятием «действительный размер», который близок к истинному в условиях поставленной цели.
4. Номинальный размер – размер, относительно которого определяются отклонения. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим для отверстия и вала. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов на прочность, жесткость, при определении габаритов и т.д. или с учетом конструктивных и технологических соображений. Этот размер указывают на чертеже.
5. Учитывая погрешность обработки, конструктор указывает не один размер, а два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или быть им равным) действительный размер. Эти два размера называют наибольшим предельным размером (наибольший допустимый размер элемента детали) и наименьшим предельным размером (наименьший допустимый размер элемента детали). Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском на обработку или допуском, обозначаемым Т d:
;
.
Допуск – это существенно положительная величина, он не может быть отрицательным. Это интервал значений размеров, между которыми должен находиться размер годного элемента детали.
; 
.
Следовательно, допуск показывает как бы разрешенную погрешность обработки, заранее предусмотренную и отраженную в чертеже детали. В этом случае годными и взаимозаменяемыми будут такие детали, у которых размер, получившийся после обработки, находится в пределах допуска.
Чем меньше допуск, тем точнее должен быть изготовлен нормируемый элемент детали и тем труднее, сложнее и потому дороже его изготовление. Чем больше допуск, тем грубее требования к элементу детали и тем проще и дешевле его изготовление.
Таким образом, устанавливать (нормировать) точность размера – это значит указать два его возможных (допускаемых) предельных значения.
Правильность получения размеров при обработке проверяется их измерением.
Измерить размер – значит сравнить его значение с величиной, принятой за единицу (для линейных размеров единицей измерения является метр).
Все инструменты и приборы, применяемые для измерений, имеют общее название – измерительные средства. При измерениях возможны погрешности, и поэтому абсолютно точно определить размер детали невозможно.
Погрешностью измерения называется отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой вёличины. Погрешность измерения могут вызвать: погрешности, вносимые установочными мерами и образцами; неточности СИ или изношенность его отдельных частей; температурные влияния; ошибки, связанные с опытом и навыками человека, который проводит измерение и т.д.
Конспект лекций
по дисциплине
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ и сертификация
Часть 1
НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОЧНОСТИ
г. Егорьевск 2014
Составитель: _____________ Л.С. Французова, доцент кафедры «Технологии автоматизированного производства»
Конспект лекций предназначен для студентов, обучающихся по направлениям: 151900 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств; 220700 Автоматизация технологических процессов и производств; 280700 Техносферная безопасность. Дисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация».
Конспект лекций обсужден и одобрен на заседании учебно-методической группы (УМГ) кафедры ТАП
(протокол № _____ от _______ 2014 г.)
Председатель УМГ кафедры ТАП _________ А.А. Махов
| 1.1. | Основные понятия о точности и виды точности, используемые в машиностроении. | |
| 1.2. | Причины появления погрешностей геометрических параметров элементов деталей. | |
| 1.3. | Взаимозаменяемость. | |
| 1.4. | Нормирование точности размеров | |
| 1.4.1. | Понятия «вал» и «отверстие». | |
| 1.4.2. | Основные понятия о размерах, отклонениях и допуске | |
| 1.4.3. | Посадки. Типы посадок и их характеристики. Графическое изображение допусков и посадок. | |
| 1.4.4. | Единая система допусков и посадок. (ЕСДП). | |
| 1.4.5. | Обозначение полей допусков, предельных отклонений и посадок на чертежах. | |
| 1.5. | Нормирование точности формы и расположения поверхностей | |
| 1.6. | Шероховатость поверхности. | |
| 1.6.1. | Основные понятия. | |
| 1.6.2. | Параметры шероховатости. | |
| 1.6.3 | Обозначение шероховатости поверхности на чертежах. | |
| 1.7. | Нормирование точности метрической резьбы. Резьбовые соединения. | |
| 1.7.1 | Основные понятия и классификация резьб. | |
| 1.7.2. | Параметры крепежных метрических резьб. | |
| 1.7.3. | Система допусков и посадок с зазором метрических резьб. | |
| 1.7.4. | Особенности систем допусков и посадок с натягом и переходных посадок метрических резьб. | |
| 1.8. | Допуски и посадки шпоночных соединений. | |
| 1.8.1. | Соединения с призматическими шпонками. | |
| 1.8.2. | Соединение с сегментными шпонками. | |
| 1.9 | Допуски и посадки шлицевых соединений. | |
| 1.10 | Допуски и посадки подшипников качения. | |
| 1.10.1 | Точность геометрических параметров подшипников качения. | |
| 1.10.2 | Выбор посадок подшипников качения. | |
| 1.10.3 | Условные обозначения подшипников. | |
| 1.11 | Нормирование точности зубчатых колес и передач. | |
| 1.11.1 | Основные виды зубчатых колес и передач. | |
| 1.11.2 | Система допусков цилиндрических зубчатых колес и передач | |
| 1.11.3 | Обозначение точности колес и передач. Особенности оформлений чертежей зубчатых колес. | |
| 1.12. | Расчет допусков размеров, входящих в размерные цепи. | |
| 1.12.1 | Основные понятия и определения. | |
| 1.12.2 | Расчет точности размерных цепей. | |
| 1.13. | Список литературы |
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ТОЧНОСТИ И ВИДЫ ТОЧНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ.
Точность - это степень приближения истинного значения параметра, процесса, предмета к его заданному значению.
Термин "погрешность" используется для количественной оценки точности. Погрешность - разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением.
Любая деталь, даже простейшая, состоит из нескольких элементов. Так, цилиндрический валик состоит из элемента в виде цилиндрической поверхности и двух элементов в виде плоскостей, требования к точности у которых разные. В машиностроении нормируются требования к точности элементов детали, но иногда и всего механизма.
Изготовление абсолютно точного элемента детали невозможно, да и не нужно:
а) в зависимости от назначения элемента детали требования к его точности должны быть разные;
б) невозможно изготовить абсолютно точно элемент детали, даже самый простой;
в) чем точнее требуется изготовить элемент детали, тем дороже будет его изготовление;
В отношении элементов деталей в машиностроении нормирование точности – это установление требований о степени приближения к заданному значению.
Существует четыре нормируемых параметра характеризующих геометрическую точность элементов деталей:
1. Точность размера.
Размер элементов деталей должен находиться в определенных пределах и отличаться от номинального на определенное значение. Нормирование точности в отношении размера заключается в указании отклонений от номинального значения.
2. Точность формы поверхности.
В машиностроении элементы детали должны иметь определенную номинальную геометрическую форму (цилиндр, плоскость, сфера и т.д.). В этом случае точность нормируется, как допускаемое искажение конфигурации по сравнению с идеальной правильной формой. Эти искажения формы должны находиться в определенных заданных пределах. Нормирование точности формы заключается в указании значений, насколько форма может отличаться от идеальной, а иногда нормируется и допустимый вид искажений.
Рис.1.1. Искажение размеров и формы цилиндра после изготовления
3. Точность расположения поверхностей.
Любая деталь состоит из набора элементов (поверхностей) определенной формы. Эти элементы должны быть расположены одна относительно другой в заданном положении. Сделать это абсолютно точно невозможно, а следовательно, возникает необходимость нормировать точность, т.е. степень отклонения расположения одной поверхности относительно другой. Например, в цилиндрическом валике торцевые поверхности должны быть расположены перпендикулярно оси цилиндра, но практически так сделать невозможно и поэтому необходимо установить требования к точности этого расположения. При нормировании требуется указать допускаемые значения, насколько одна поверхность может смещаться относительно другой.
4.Точность по шероховатости поверхности.
После любого вида обработки поверхности детали будут иметь неровность. Поэтому возникает необходимость нормировать точность в отношении степени приближения реальной поверхности к идеальной в отношении малых неровностей на этих поверхностях. Раньше требование к высоте поверхностных неровностей называли требование к "чистоте поверхности", а теперь - требование к "шероховатости". Нормировать точность в отношении шероховатости - это значит установить допускаемые значения в основном высоты неровностей на рассматриваемых поверхностях.
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ.
Взаимозаменяемость - свойство независимо изготовленных деталей и сборочных единиц обеспечивать сборку изделий при изготовлении или замену одноименных деталей и сборочных единиц при ремонте без применения подбора, пригонки или регулировки; при этом должно быть обеспечено соответствие готового изделия предъявляемым к нему требованиям по всем показателям качества.
Взаимозаменяемость, соответствующую этому определению, называют полной. Полная взаимозаменяемость возможна при условии, когда размеры, форма, механические, электрические и другие характеристики деталей и сборочных единиц удовлетворяют заданным техническим требованиям. Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей, изготовленных с допусками не точнее 6-го квалитета, и в сборочных единицах, имеющих не более четырех сопрягаемых размеров. Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц достигается изготовлением их элементов по всем геометрическим и физико-химическим параметрам в определенных заранее нормируемых пределах - допусках.
Использование принципов взаимозаменяемости определено рядом достоинств:
Существенным сокращением трудоемкости и четким нормированием сборочных процессов;
Возможностью широкого применения специализации и кооперирования производств;
Возможностью широкой автоматизации процессов изготовления и сборки, организации современных автоматизированных массовых производств на основе прогрессивных методов технологии;
Возможностью организации быстрого, дешевого и легкого ремонта изделий.
Наряду с использованием метода полной взаимозаменяемости находят применение методы неполной взаимозаменяемости , основанные на вероятностных расчетах; групповой взаимозаменяемости, основанные на предварительной сортировке деталей по группам; регулирования с помощью конструктивных компенсаторов, а также методы непосредственного подбора или пригонки деталей «по месту».
Различают внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость.
Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость по выходным данным узла: его присоединительным размерам или эксплуатационным параметрам. Принцип внешней взаимозаменяемости относится к покупным и кооперируемым изделиям и сборочным единицам. Признаками внешней взаимозаменяемости являются эксплуатационные показатели, размеры и форма присоединительных поверхностей, например в электродвигателе - частота вращения вала и мощность, а также размеры присоединительных поверхностей; в подшипниках качения - наружный диаметр наружного кольца и внутренний диаметр внутреннего кольца и точность вращения.
Внутренняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость деталей, входящих в узел или узлов, входящих в изделие.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РАЗМЕРАХ, ОТКЛОНЕНИЯХ И ДОПУСКЕ
Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения.
Различают действительный, номинальный и предельные размеры.
Действительный размер – размер, установленный измерением с помощью средства измерения с допускаемой погрешностью измерения.
Под погрешностью измерения понимается отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер – размер, полученный в результате изготовления и значение которого нам не известно.
Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений.
Номинальный размер указывается на чертеже и является общий для отверстия и вала, образующих соединение и определяется на стадии разработки изделия исходя из функционального назначения деталей путем выполнения кинематических, динамических и прочностных расчетов с учетом конструктивных, технологических, эстетических и других условий.
Полученный таким образом номинальный размер должен быть округлен до значений, установленных ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры». Стандартом в диапазоне от 0,001 до 20 000 мм предусмотрено четыре основных ряда размеров: Ra 5, Ra 10, Ra 20, Ra 40, а также один дополнительный ряд Ra 80. В каждом ряду размеры изменяются по геометрической профессии со следующими значениями знаменателей соответственно рядам: (Геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в котором каждое последующее число получается умножением предыдущего на одно и то же число - знаменатель прогрессии.)
В каждом десятичном интервале для каждого ряда содержится соответственно номеру ряда 5; 10; 20; 40 и 80 чисел. При установлении номинальных размеров предпочтение должно отдаваться рядам с более крупной градацией, например ряд Ra 5 следует предпочесть ряду Ra 10, ряд Ra 10 - ряду Ra 20 и т.д. Ряды нормальных линейных размеров построены на базе рядов предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) с некоторым округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) берутся значения 10; 16; 25; 40; 63; 100; 250; 400; 630 и т.д.
Стандарт на нормальные линейные размеры имеет большое экономическое значение, состоящее в том, что при сокращении числа номинальных размеров сокращается потребная номенклатура мерных режущих и измерительных инструментов (сверла, зенкеры, развертки, протяжки, калибры), штампов, приспособлений и другой технологической оснастки. При этом создаются условия для организации централизованного изготовления названных инструментов и оснастки на специализированных машиностроительных заводах.
Стандарт не распространяется на технологические межоперационные размеры и на размеры, связанные расчетными зависимостями с другими принятыми размерами или размерами стандартных комплектующих изделий.
Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.
Когда необходимо изготовить деталь, то размер должен задаваться двумя значениями, т.е. предельными допустимыми значениями. Больший из двух предельных размеров называется наибольшим предельным размером, а меньший - наименьшим предельным размером. Размер годного элемента детали должен находиться между наибольшим и наименьшим допускаемыми предельными размерами.
Нормировать точность размера - это значит указать два его возможных (допускаемых) предельных размера.
Принято обозначать номинальный, действительный и предельные размеры соответственно: для отверстий - D, D Д, D max , D min ; для валов - d, d Д, d max , d mln .
Сравнивая действительный размер с предельными, можно судить о годности элемента детали. Условиями годности являются соотношения: для отверстий D min <D Д
Отклонение - алгебраическая разность между размером (предельным или действительным) и соответствующим номинальным размером.
Для упрощения простановки размеров на чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения: верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее отклонение - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.
Верхнее отклонение обозначается ES (Ecart Superieur) для отверстий и es - для валов; нижнее отклонение обозначается El (Ecart Interieur) для отверстий и ei - для валов.
Согласно определениям: для отверстий ES=D max -D; EI= D min -D; для валов es=d max –d; ei= d mln -d
Особенность отклонений заключается в том, что они всегда имеют знак (+) или (-). В частном случае одно из отклонений может быть равно нулю, т.е. один из предельных размеров может совпадать с номинальным значением.
Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.
Допуск обозначается IT (International Tolerance) или T D - допуск отверстия и T d - допуск вала.
Согласно определению: допуск отверстия T D =D max -D min ; допуск вала Td=d max -d min . Допуск размера всегда положительная величина.
Допуск размера выражает разброс действительных размеров в пределах от наибольшего до наименьшего предельных размеров, физически определяет величину официально разрешенной погрешности действительного размера элемента детали в процессе его изготовления.
Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При одном и том же допуске для одного и того же номинального размера могут быть разные поля допусков.
Для графического изображения полей допусков, позволяющего понять соотношения номинального и предельных размеров, предельных отклонений и допуска, введено понятие нулевой линии.
Нулевой линией называется линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются предельные отклонения размеров при графическом изображении полей допусков. Положительные отклонения откладываются вверх, а отрицательные - вниз от нее (рис. 1.4 и 1.5)
Рис. 1.5. Схема расположения полей допусков валов
Чем меньше допуск, тем точнее будет изготовлен элемент детали. Чем больше допуск, тем грубее элемент детали. Но в то же время, чем меньше допуск, тем труднее, сложнее и отсюда дороже изготовление элемента деталей; чем допуски больше, тем проще и дешевле изготовить элемент детали.
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины.
Рассматриваемые микронеровности образуются в процессе механической обработки путем копирования формы режущих инструментов, пластической деформации поверхностного слоя деталей под воздействием обрабатывающего инструмента, трения его о деталь, вибраций и т.д.
Шероховатость поверхностей деталей оказывает существенное влияние на износостойкость, усталостную прочность, герметичность и другие эксплуатационные свойства.
Шероховатость поверхности в виде профилограммы на рис. 1.44.
 |
Рис. 1.44. Профилограмма поверхности
Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной L. Базовая длина L нормируется в зависимости от параметров шероховатости в пределах ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25, т.е. чем больше микронеровности, тем больше базовая длина.
Линия, на которой выделяется совокупность поверхностных неровностей, называется базовой линией. Базовая линия - это линия заданной геометрической формы, проведенная определенным образом относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхностных неровностей. Вид этой линии зависит от вида поверхности элемента детали. Таким образом, базовая линия поверхности элемента детали имеет форму линии номинального профиля и расположена эквидистантно этому профилю.
В качестве базовой линии при оценке поверхностных неровностей используется средняя линия, которая является базой для отсчета отклонения профиля.
ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ.
1. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:
где l - базовая длина;
n - число выбранных точек профиля на базовой длине;
у - расстояние между любой точкой профиля и средней линией (отклонение профиля).
2. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:
или 
где H imax , H imin определяются относительно средней линии;
h jmax , h imin - относительно произвольной прямой, параллельной средней линии и не пересекающей профиль.
3. Наибольшая высота неровностей профиля
R max - расстояние между линией
выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.
4. Средний шаг неровностей профиля
S m - среднее арифметическое значение
шага неровностей профиля в пределах базовой длины:
где S mi - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключенного между точками пересечения смежных выступов и впадин профиля со средней линией.
5. Средний шаг неровностей профиля по вершинам S
- среднее арифметическое
значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:
где S i - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключенного между проекциями на нее наивысших точек двух соседних местных выступов профиля.
6. Относительная опорная длина профиля t p - отношение опорной длины профиля к базовой длине:
где h p - опорная длина профиля - сумма длин отрезков отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии т в пределах базовой длины.
Из перечисленных параметров шероховатости наиболее часто применяют параметры Ra и Rz. Параметр Ra является предпочтительным, так как его определяют по значительно большему числу точек профиля, чем Rz. Использование параметра Rz в качестве контрольного в значительной степени определяется способами измерения рассматриваемых параметров. Значения Ra преимущественно измеряют с помощью приборов, снабженных датчиками с алмазной иглой. Определение Ra на грубых поверхностях связано с опасностью поломки алмазной иглы, а на очень гладких - с низкой достоверностью результатов из-за того, что радиус конца иглы не может фиксировать очень малые неровности. Поэтому Rz рекомендуется использовать при значениях высоты неровностей 320... 10 и 0,1 ...0,025 мкм, в остальных случаях - Ra.
При расчетах ответственных подвижных и прессовых соединений необходимо учитывать параметр Rz, тогда как на чертежах в большинстве случаев заданы значения Ra. В этих случаях можно воспользоваться зависимостью
Где К=4 при R a =80…2,5 мкм; К=5 при Ra=1,25…0,02 мкм.
Таблица 1.3 Соответствие числовых значений Rа, Rz, Rmax числовым значениям базовой длины
| Ra,мкм | До 0,025 | 0,025-0,4 | 0,4-3,2 | 3,2-12,5 | 12,5-100 |
| Rz, мкм | До 0,1 | 0,1-1,6 | 1,6-12,5 | 12,5-50 | 50-400 |
| L, мм | 0,25 | 0,8 | 2,5 |
Для трущихся поверхностей ответственных деталей назначают параметры Ra (или Rz), t p и задают направление неровностей, для поверхностей циклически нагруженных деталей - R max , S m (или S) и направление неровностей, для соединений с натягом - только Ra (Rz). Для неответственных деталей можно не указывать параметры шероховатости, в таком случае она не подлежит контролю.
Таблица 1.4 Типы направления неровностей шероховатости.
| Типы направления неровностей | Схематическое изображение | Условное обозначение |
| Параллельное | ||
| Перпендикулярное | ||
| Перекрещивающееся | ||
| Произвольное | ||
| Круговое | ||
| Радиальное | ||
| Точечное |
НА ЧЕРТЕЖАХ.
Обозначение шероховатости на чертежах устанавливает обозначения шероховатости поверхностей и правила нанесения их на чертежах изделий.
В обозначении шероховатости применяют три знака:
При обозначении шероховатости только по параметру применяют знак без полки.
Значения всех параметров шероховатости указывают после соответствующего символа, причем высотные параметры Ra, Rz, Rmax проставляются в микрометрах, шаговые параметры Sm, S - в миллиметрах, параметр формы t p - в процентах.
1. Знаки, указывающие требования к поверхностным неровностям - шероховатости, располагаются (рис. 1.46):
а) на линиях контура элементов детали,
б) на выносных линиях, при этом по возможности ближе к размерной линии,
в) на полках линий - выносок,
г) на размерных линиях или на их продолжениях при недостатке места, при этом разрешается разрывать выносную линию.
2. Знаки, указывающие требования к шероховатости и имеющие полку, должны располагаться относительно основной надписи чертежа (штампа), как
указано на рис. 1.47.
4. Если требования к поверхностным неровностям одинаковы для всех элементов детали, то знак шероховатости наносится один раз и помещают его в правом верхнем углу чертежа, а на поверхности элементов детали не наносят (рис. 1.48).
Это значит, что поверхности, на которых не указано требование к шероховатости, по данному чертежу не обрабатываются вообще, т.е. эти поверхности будут иметь неровности, которые имеются у заготовки.
Знаки, которыми указываются требования к шероховатости и помещенные в правом верхнем углу чертежа, должны иметь размеры и толщину линий приблизительно в 1.5 раза больше, чем знаки, нанесенные непосредственно на поверхности детали,
Рис. 1.50
|
6. Когда поверхность элемента детали имеет мало места для размещения знака, допускается применять упрощенное обозначение к поверхностным неровностям (рис.1.) с разъяснением этого обозначения в технических требованиях на чертеже детали.
7. Когда поверхность детали представляет собой контур, например многогранную фигуру, и требования к поверхностным неровностям должны быть одинаковы, то знак шероховатости наносится один раз.
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЬБ.
Резьбовым соединением называется соединение двух деталей с помощью резьбы, т.е. элементов деталей, имеющих один или несколько равномерно расположенных винтовых выступов резьбы постоянного сечения, образованных на боковой поверхности цилиндра или конуса.
Контур сечения канавок и выступов в плоскости, проходящей через ось резьбы, общий для наружной и внутренней резьбы, называется профилем резьбы.
Классификация резьб.
Разнообразные условия использования резьбы привели к многообразию их типов по конструктивным признакам и назначению.
· В зависимости от формы поверхности, на которой образуются резьбы:
Цилиндрические; - конические резьбы;
· По профилю сечения (т.е. от вида фигуры в сечении) резьбы разделяют на:
Рис. 1.51.
|
Треугольные (Рис. 1.51 а)
Трапецеидальные (рис.1.51 б)
Пилообразные (рис.1.51 в)
Круглые (рис.1.51 г)
Прямоугольные (рис.1.51 д)
·по числу заходов:
Однозаходные; - многозаходные
· по направлению витков:
Правые; - левые;
· по единице измерения линейных величин
На метрические; - дюймовые.
· По назначению резьбы делят на резьбы общего назначения и специальные.
К общего назначения относят крепежные, кинематические, трубные и арматурные.
Крепежные резьбы применяют для разъемных неподвижных соединений деталей машин. Основное их назначение - обеспечение прочности соединений и сохранение плотности (нераскрытия) стыка в процессе эксплуатации.
Кинематические резьбы применяют для подвижных соединений в передачах типа винт-гайка (ходовые винты и винты суппортов металлорежущих станков, винты измерительных приборов, винты прессов, домкратов и т.д.).
Трубные и арматурные резьбы , имеющие треугольный профиль, применяют для трубопроводов и арматуры с основным назначением обеспечения герметичности соединений.
К резьбам специального назначения относятся такие, которые применяют только в определенных изделиях некоторых отраслей промышленности (например, резьба для цоколей и патронов электрических ламп, беззазорная резьба в ходовых винтах координатно-расточных станков и т.д.).
Общими требованиями являются полная взаимозаменяемость, т.е. обеспечение безусловной свинчиваемости деталей, образующих резьбовое соединение при их независимом изготовлении без подгонки или подбора, и надежное выполнение предписанных эксплуатационных функций.
МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБ.
Основы этой системы допусков и посадок, включающие степени точности, классы точности резьб, нормирование длин свинчивания, методики расчета допусков отдельных параметров резьбы, обозначение точности и посадок метрических резьб на чертежах, контроль метрических резьб и другие вопросы.
Степени точности и классы точности резьбы .
Метрическая резьба определяется пятью параметрами: средним, наружным и внутренним диаметрами, шагом и углом профиля резьбы.
Допуски назначаются только для двух параметров наружной резьбы (болта); среднего и наружного диаметров и для двух параметров внутренней резьбы (гайки); среднего и внутреннего диаметров. Для этих параметров для метрической резьбы установлены степени точности 3... 10 (табл. 1.5).
Таблица 1.5. Степени точности диаметров наружной и внутренней резьбы.
| Вид резьбы | Диаметр резьбы | Степень точности |
| Наружная | d 2 | 3,4,5,6,7,8,9,10 |
| D | 4,6,8 | |
| Внутренняя | D 2 | 4,5,6,7,8,9 |
| D 1 | 4,5,6,7 |
В соответствии со сложившейся практикой степени точности сгруппированы в 3 класса точности:
точный (3-5степень точности),
средний(5-7степень точности),
грубый . (7-9 степень точности),
Понятие класса точности условное. При отнесении степеней точности к классу точности учитывают длину свинчивания, так как при изготовлении трудность обеспечения заданной точности резьбы зависит от имеющейся у нее длины свинчивания.
Установлены три группы длин свинчивания:
S - короткие (меньше нормальных),
N - нормальные (длины свинчивания от 2,24Pd 0,2 мм до 6,7Pd 0,2 мм),
L -длинные (больше нормальных).
КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ.
Каждая из групп по эксплуатационному назначению характеризуется своим основным показателем точности. Так, для отсчетиых передач основным точностным требованием является кинематическая точность; для высокоскоростных - плавность работы; для тяжелонагруженных тихоходных - полнота контактных зубьев; для реверсивных (особенно отсчетных) - ограничение величины и колебания бокового зазора.
С учетом условий эксплуатации в стандартах на допуски для зубчатых и червячных передач установлены нормы точности:
- Кинематической точности,
- плавности работы;
- контакта зубьев;
- бокового зазора.
По точности изготовления все зубчатые колеса и передачи разделены на 12 степеней.
Плавность работы передачи
Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса.
Циклический характер погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, и возможность гармонического анализа дали основание определять и нормировать эти погрешности по спектру кинематической погрешности.
Под циклической погрешностью передачи f zkor (рис. 1.72,а) и зубчатого колеса f zkr (рис. 1.72,б) понимают удвоенную амплитуду гармонической составляющей кинематической погрешности соответственно передачи или колеса. Для ограничения циклической погрешности установлены допуски:
□ f zok - на циклическую погрешность передачи;
□ f zk - на циклическую погрешность зубчатого колеса.
Рис. 1.73
|
Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной частоте входа зубьев в зацепление f zzor и f zzr установлены допуски на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче f zzo и f zz . Эти допуски зависят от частоты циклической погрешности (равной числу зубьев колес z), степени точности, коэффициента осевого перекрытия ε β и модуля т.
1.1 Расчет допусков и посадок гладких цилиндрических сопряжений
1.2 Калибры для контороля гладких цилиндрических соединений
2. Расчет и выбор посадок подшипника качения
3. Шероховатость, отклонение формы и расположения поверхностей
4. Допуски и посадки шпоночных и шлицевых соединений
4.1 Шпоночное соединение
4.2 Прямобочное шлицевое соединение
4.3 Эвольвентное шлицевое соединение
Литература
1. Гладкие сопряжения и калибры
1.Задана посадка Æ56H6/k5.
Посадка с переходная.
Предельные отклонения отверстия Æ56H6: верхнее ES=+19мкм; нижнее EI=0.
Предельные отклонения вала Æ56k5: верхнее es=14 мкм; нижнее ei=+1 мкм.
Dmax = D + ES = 56 + 0,019 = 56,019 мм;
Dmin = D + EI = 56 + 0 = 56 мм;
dmax = d + es = 56 +0.014 = 56,014 мм;
dmin = d + ei = 56 + 0.001 = 56,001 мм;
TD = IT6 = 19 мкм;
Td = IT5 = 13 мкм;
Smax = ES - ei = 19- 1 = 18 мкм;
Smin = EI - es = 0 - 14 = -14 мкм;
TS = Smax - Smin = 18 + 14 = 32 мкм.
Проверка: TS = Td+TD 32= 19 + 13
2.Задана посадка Æ70S6/h7.
Посадка с зазором.
Предельные отклонения отверстия Æ70S6: верхнее ES=-59мкм; нижнее EI=-78.
Предельные отклонения вала Æ70h7: верхнее es=0 мкм; нижнее ei=-30 мкм.
Предельные размеры отверстия и вала:
Dmax = D + ES = 70 + (-0.059) = 69.941 мм;
Dmin = D + EI = 70 + (-78) = 69.922 мм;
dmax = d + es = 70 + 0 = 70 мм;
dmin = d + ei = 70 + (0.030) = 69.970 мм;
Допуски размеров отверстия и вала:
TD = IT6 = 19 мкм;
Td = IT7 = 30 мкм;
Параметры посадки (с зазором).
Nmax = dmax - Dmin = = -0,078 мм;
Nmin = dmin - Dmax = = -0,029 мм;
TN = Nmax - Nmin = -0,0678 + 0,029 = -0,049 мм.
Проверка: TN = Td+TD 0,049 = 0,019 + 0,030
3.Задана посадка Æ105F7/h7.
Посадка c зазором.
Предельные отклонения отверстия Æ53H7: верхнее ES=+30мкм; нижнее EI=0.
Предельные отклонения вала Æ53k5: верхнее es=+15 мкм; нижнее ei=+2 мкм.
Предельные размеры отверстия и вала:
Dmax = D + ES = 53 + 0,030 = 53,030 мм;
Dmin = D + EI = 53 + 0 = 53 мм;
dmax = d + es = 53 + 0,015 = 53,015 мм;
dmin = d + ei = 53 + 0,002 = 53,002 мм;
Допуски размеров отверстия и вала:
TD = IT7 = 30 мкм;
Td = IT5 = 13 мкм;
Параметры посадки (переходная).
Smax = Dmax - dmin = 53,030 - 53,002 = 0,028 мм;
Nmax = dmax - Dmin = 53,015 - 53 = 0,015 мм;
Smin = -Nmax = -0,015 мм;
Nmin = -Smax = -0,028 мм;
TS(N) = Smax + Nmax = 0,028 - 0,015 = 0,043 мм.
Проверка: TS(N) = Td+TD 0,043 = 0,013 + 0,030
4.Задана посадка Æ21H8/h7.
Посадка с зазором.
Предельные отклонения отверстия Æ21H8: верхнее ES=+33мкм; нижнее EI=0.
Предельные отклонения вала Æ21h7: верхнее es=0 мкм; нижнее ei=-21 мкм.
Предельные размеры отверстия и вала:
Dmax = D + ES = 21 + 0,033 = 21,033 мм;
Dmin = D + EI = 21 + 0 = 21 мм;
dmax = d + es = 21 + 0 = 21 мм;
dmin = d + ei = 21 + (-0,021) = 20,979 мм;
Допуски размеров отверстия и вала:
TD = IT8 = 33 мкм;
Td = IT7 = 21 мкм;
Параметры посадки (c зазором).
Smax = Dmax - dmin = 21,033 - 20,979 = 0,054 мм;
Smin = Dmin - dmax = 21 - 21 = 0;
TS = Smax - Smin = 0,054 - 0 = 0,054 мм.
Проверка: TS = Td+TD 0,054 = 0,021 + 0,033
Полученные данные для всех посадок заносим в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 Типы и параметры посадок
| Обозначение Посадки | Предельные размеры | Предельные размеры | Тип посадки | Допуск посадки | ||||||
| Отверстия | Вала | зазор | натяг | |||||||
| Æ19H9/c8 | 19,052 | 19 | 18,890 | 18,857 | 0,195 | 0,110 | - | - | зазор | 0,085 |
| Æ34H7/s7 | 34,025 | 34 | 34,068 | 34,043 | - | - | 0,068 | 0,018 | натяг | 0,050 |
| Æ53H7/k5 | 53,030 | 53 | 53,015 | 53,002 | 0,028 | -0,015 | 0,015 | -0,028 | переходная | 0,043 |
| Æ21H8/h7 | 21,033 | 21 | 21 | 20,979 | 0,054 | 0 | - | - | зазор | 0,054 |