Курс лекций по дисциплине Взаимозаменяемость
.pdfКвалитеты 13 и 14 – для размеров деталей, получаемых литьѐм в земляные формы, ковкой и др.
Квалитеты 15; 16 и 17 – предназначены для неответственных размеров деталей, не входящих в соединения с другими деталями, а также для межоперационных размеров.
Встандартах ЕСДП допуски установлены для всех номинальных размеров, начиная с размеров менее 1 мм до размера 10000 мм.
При заданных квалитете и интервале номинальных размеров (номинальном размере) значение допуска одинаково и для вала, и для отверстия.
Вцелях оптимизации количества допусков все номинальные размеры (предусмотренные стандартными рядами) разбиты на диапазоны [приложение 1]:
1. Охватывает размеры до 1 мм (включая 1 мм).
2. Охватывает размеры свыше 1 мм до 500 мм включительно.
3. Охватывает размеры свыше 500 мм до 3150 мм включительно. 4. Охватывает размеры свыше 3150 мм до 10000 мм включительно.
5. Дополнительный диапазон для размеров свыше 10000 мм до 40000
ммвключительно.
Номинальные размеры в диапазоне, начиная со второго, разбиты на интервалы. Например, диапазон 2 разбит на 13 интервалов (свыше 1 мм до 3 мм включительно; свыше 3 мм до 6 мм; свыше 6 мм до 10 мм и т.д… свыше 400 мм до 500 мм включительно). Кроме того, отдельные интервалы данного диапазона разделены на два подинтервала. Например, интервал размеров свыше 80 мм до 120 мм разделѐн на подинтервалы: свыше 80 мм до 100 мм, и свыше 100 мм до 120 мм.
Все номинальные размеры, объединѐнные в одном интервале (подинтервале) при заданном квалитете имеют один (одинаковый) допуск.
Размеры в каждом интервале объединены, исходя из условия, чтобы допуски граничных размеров интервала (T(Dmin) и T(Dmax)) отличались бы от
|
D |
min |
+ Dmax |
|
|
|
|
|
|
допусков средних размеров данных интервалов (T ( |
|
2 |
)) не более |
|
чем на (5ч8)%. |
|
|
|
|
Лекция №5
ПОСАДКИ
Общие сведения. Основные характеристики
Посадкой называют характер соединения деталей, определяемый
величиной получающихся в нѐм зазоров или натягов. Величина зазоров или натягов в соединении деталей определяется разностью размеров соединяемых деталей до их сборки. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному перемещению. Иными словами, чтобы в случае зазора одна деталь перемещалась относительно другой с минимальными затратами энергии, а в случае натяга, чтобы энергия от одной детали передавалась к другой с минимальными еѐ потерями [2, 4,…,13].
Зазором называется разность размеров отверстия и вала, если эта разность больше или равна нулю. Зазор будет гарантирован, если минимальный размер отверстия больше или равен максимальному размеру вала:
Dmin – dmax ≥ 0
Натягом называется разность размеров вала и отверстия до их соединения, если размеры вала больше или равняются размерам отверстия. Натяг будет гарантирован, если минимальный размер вала больше или равен максимальному размеру отверстия:
dmin – Dmax ≥ 0
Посадка с зазором – это посадка, при которой в соединении деталей образуется зазор.
На схеме полей допусков посадки с зазором поле допуска отверстия всегда расположено над полем допуска вала. К посадке с зазором относятся также и посадки, у которых нижняя граница поля допуска отверстия (EI) совпадает с верхней границей поля допуска вала (es).
Посадка с натягом – это посадка, при которой в соединении деталей обеспечивается натяг.
На схеме полей допусков посадки с натягом поле допуска вала всегда расположено над полем допуска отверстия. К посадке с натягом относят также и посадки, у которых нижняя граница поля допуска вала (ei) совпадает с верхней границей поля допуска отверстия (ES).
Посадка переходная – это посадка, при которой в соединении деталей (количество однотипных деталей с отверстиями и количество валов позволяют получить более двух соединений) возможно получение как зазора, так и натяга. Поле допуска отверстия и поле допуска вала в этих посадках пересекаются полностью или частично. Так как размеры годных деталей, соединяемых в посадке, находятся в пределах их допусков, то в посадке также будут иметь место максимальные и минимальные зазоры, натяги и соответствующие допуски посадок.
Стандарты ЕСДП предусматривают посадки в двух системах – в системе отверстия и в системе вала.
Посадки в системе отверстия – это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов (поля допусков любые от «а» до «z») с основным отверстием (поле допусков «Н») (рисунок
5.1).
|
поля допусков |
откл., |
вала |
мм |
z |
|
n |
|
|
H |
k |
|
0 |
+ |
js |
|
нулевая |
- |
|
линия |
||
|
D(d) |
|
H |
поля допуска |
|
|
|
||
|
a |
основного отверстия |
||
|
|
|
||
Рисунок 5.1 – Схемы полей допусков посадок в системе отверстия
Посадки в системе вала – это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий (поля допусков любые от «H» до «Z») с основным (один) валом (поле допусков «h») (рисунок 5.2).
|
|
поля допусков |
|
|
откл., |
отверстия |
|
||
мм |
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
F |
|
|
|
0 |
+ |
JS |
|
нулевая |
- |
|
линия |
||
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
h |
M |
|
|
|
|
|
S |
|
h |
поля допуска |
Z |
|
|
|
основного вала |
||
|
|
|
||
Рисунок 5.2 – Схемы полей допусков посадок в системе вала
Лекция №10
РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ И РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ
3.1 ОБОСНОВАНИЕ ТОЧНОСТИ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА
3.1.1 Общие сведения о размерном анализе. Основные определения.
Расчѐты допусков на размеры деталей посадок (вал - отверстия) относительно просты. Они позволяют решать многие задачи теории точности и взаимозаменяемости в технике. Однако на практике в машинах и механизмах, приборах и других технических устройствах взаимное
расположение осей и поверхностей деталей, соединяемых в изделиях, зависит от большего числа (три и более) сопрягаемых размеров. Одним из средств определения оптимальных допусков на все конструктивно и (или) функционально связанные размеры в изделии является размерный анализ, который выполняется на основании расчѐтов размерных цепей. Взаимосвязь размеров и их допустимых отклонений, регламентирующая расположение поверхностей, и осей как одной детали, так и нескольких деталей, в узле или изделий, называется размерной связью деталей [3, 4, 7, 10, 11].
Размерной цепью называют совокупность размеров, образующих замкнутый контур, и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. (ГОСТ 16319-80)
С помощью расчѐтов размерных цепей и размерного анализа решаются следующие задачи:
-устанавливаются ответственные размеры и параметры деталей и узлов, оказывающие влияние на эксплуатационные показатели машины, прибора;
-уточняются номинальные размеры и их предельные отклонения;
-рассчитываются и (или) уточняются нормы точности на машины, приборы и их узлы и детали;
-обосновываются технологические и измерительные базы;
-проводятся метрологические расчѐты, определяющие допустимые величины погрешностей (базирования деталей при измерении измерительных средств и методов измерения);
-выбираются измерительные средства для контрольных операций в процессах изготовления, испытания, контроля качества изделий, деталей и др.
Задачи размерного анализа решаются на основе теории размерных цепей. Расчѐт размерных цепей является необходимым этапом конструирования машин и приборов.
Основные признаки размерной цепи:
-в размерную цепь могут входить только те размеры, которые, будучи функционально и (или) конструкторски связанными, позволяют решить конструкторские, технологические, измерительные или другие, выше названные задачи;
-размеры, входящие в размерную цепь всегда должны образовывать замкнутый контур.
Размеры, входящие в размерную цепь, называются звеньями.
Звено размерной цепи, являющееся исходным при постановке задачи
(например, при конструировании), или получающееся последним в результате решения поставленной задачи (например, технологическая), называется замыкающим.
Замыкающее звено в размерной цепи всегда одно. Остальные звенья размерной цепи (любое число (2 или более)) называются составляющими. Составляющие звенья бывает увеличивающие и уменьшающие.
Увеличивающим называют составляющее звено, с увеличением
которого увеличивается замыкающее звено.
Уменьшающим называют составляющее звено, с увеличением которого уменьшается замыкающее звено.
Звенья размерной цепи на схеме обозначают прописной (заглавной) буквой с порядковыми цифровыми индексами (1,2,..,n) для составных звеньев и треугольным индексом (∆) для замыкающего звена.
Например, размерная цепь А,
А1, А2, … Аn, А∆.
Для выделения увеличивающих и уменьшающих составляющих звеньев их помечают стрелкой, размещаемой над буквой:
- стрелка направленная вправо для увеличивающих звеньев A1, A2 ;
- стрелка направленная влево для уменьшающих звеньев: B1, B2 . При построении схемы размерной цепи анализируется чертѐж изделия
(например, чертѐж детали (рисунок 3.1, а); изделия в сборке (рисунок 3.1, б)).
а) |
L4 |
|
б) |
L1 |
L5* |
L2 |
L3 |
|
б |
в |
|
а |
|
|
г |
|
|
|
д |
1 |
2 |
3 |
4 |
d |
d |
d |
d |
|
l2 |
|
шпонка |
|
|
|
|
|
|
l3 |
шпоночный |
|
|
|
|
|
|
|
паз |
l1 |
|
|
вал |
|
|
|
d
а, б, в, г, д – торцовые поверхности L5* - размер для справок
Рисунок 3.1 – Чертѐж изделия
В процессе анализа чертежа детали требуется:
1.Определить поверхности детали, назначенные конструкторскими и измерительными базами;
2.Установить размеры детали, которые могут быть измерены прямыми измерениями непосредственно от конструкторской базы;
3.Установить размеры детали, для оценки точности которых потребуется построение и расчѐт размерных цепей, при этом конструкторская база сохраняется;
4.Установить размеры детали, для оценки точности которых, целесообразно назначить новую базовую поверхность (не совпадающую с конструкторской базой). Из этих размеров требуется выделить размеры, которые могут быть измерены прямыми измерениями от новой базы, и размеры, для оценки точности которых потребуется построения и расчѐты
размерных цепей.
Лекция №11
БАЗЫ И БАЗИРОВАНИЕ
3.1.2 Базы и базирование.
При обработке (измерениях) поверхностей деталей (например, ступенчатого вала), любая из его поверхностей может быть выбрана в качестве базовой. Например, конструктор принял торцовую поверхность (в) в качестве конструкторской базы. Эту же поверхность технолог принял в качестве технологической базы, и эта же поверхность принята в качестве измерительной базы (выполнен принцип единства (совмещения) баз).
Базами (в машиностроении, приборостроении и д.р.) называют поверхности линии или точки (элементы детали), заготовок (деталей), используемые при базировании, по отношению к которым ориентируются другие детали изделия или другие поверхности данной заготовки при их конструирования, сборке, механической обработке или измерении. (ГОСТ
21495-76).
Базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
Базирование позволяет решать задачу обеспечения требуемого взаимного расположения деталей и узлов в машинах, механизмах, приборах и др., что может быть одной из гарантий правильной работы машины, механизма и др. при их эксплуатации. Кроме этой задачи, базирование позволяет обеспечить неподвижность заготовки при еѐ обработке и измерениях на станках.
По своему назначению и области применения базы подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные (метрологические), используемые при механической обработке деталей или при их сборке в узлы, механизмы, машины, приборы и др.
Конструкторская база - это база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
При конструировании изделий по отношению конструкторской базы (поверхность, линии или точки детали) определяются на чертеже расчетные положения других деталей или сборочных единиц изделия, а также других поверхностей и геометрических элементов данной детали.
Технологическая база – это база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления (обработки на станках) или ремонта. При обработки заготовок на станках по отношению технологической базы ориентируют поверхности заготовки, обрабатываемые на данной установке.
Измерительная база - это поверхность, линия или точка (элементы
детали, заготовки, изделия) от которых производится отсчѐт выполняемых размеров при обработке или измерении заготовок, а так же при проверке взаимного расположения поверхностей деталей или элементов изделия. При использовании в качестве измерительных баз материальных (реальных) элементов изделия, проверку производят обычными прямыми методами измерения. При использовании в качестве измерительных баз неявных элементов изделия (осевые линии, плоскости симметрии, биссектрис углов и других условных или скрытых баз) измерения косвенные, в этом случае неявные базы материализуются с помощью вспомогательных деталей (штырей, пальцев, натянутых струн, отвесов) или построением и расчѐтами размерных цепей.
При назначении баз стандарты рекомендуют, по возможности, не отступать от основных принципов базирования:
1.Принципа совмещения (единства) баз.
2.Принципа постоянства баз.
Принцип совмещения баз предусматривает в качестве технологических
баз принимать |
элементы детали, |
которые одновременно являются |
конструкторскими и измерительными, а |
также используются в качестве баз |
|
при сборке изделий. Если принцип совмещения (единства) баз соблюдается, то обработка (сборка) деталей осуществляется по размерам, проставленным в
рабочих чертежах, с использование всего |
поля допуска на размера, |
|
предусмотренного конструктором. Если |
принцип |
совмещения баз |
нарушается, то конструкторские размеры, указанные в рабочих чертежах, подлежат перерасчету. (Построение размерных цепей и их расчѐт). Не совмещение баз, как правило, приводит к ужесточению допусков на размеры (точность может возрасти на 2-3 квалитета). В конечном счете, это приведѐт к удорожанию процесса обработки (сборки).
Принцип постоянства баз не рекомендует без особой нужды менять технологические базы при обработке заготовок на разных станках (Например: если при обработке заготовки по маршруту: фрезерный станок, сверлильный, шлифовальный, на первом станке использовалась поверхность детали «A» в качестве технологической базы, то принцип постоянства рекомендует, эту поверхность «A» использовать технологической базой и на сверлильном, и на шлифовальном станках).
Не соблюдение принципа постоянства баз может привести к дополнительным погрешностям во взаимном расположении самих технологических баз, от которых производилась обработка (измерения) поверхностей детали.
3.1.3 Методы измерения размеров детали.
Измерения размеров элементов детали может быть выполнено несколькими методами: цепным, координатным, комбинированным.
а) При цепном методе каждое измерение выполняется от вновь назначенной измерительной базы. Например, линейные размеры детали (рисунок 3.1, ступенчатый вал) можно измерить: размер L1 – определяется прямым измерением от торцовой поверхности «а», исходная технологическая база. Погрешность измерения определяется только погрешностью средства измерения. Для измерения размера L5 базой берется торец «б». Для размера L2 - базой берется торец «в». Для размера L3 - базой берется торец «г». Для всех этих размеров погрешность измерения будет определяться, как и для размера L1, погрешностью средства измерения.
Погрешности предыдущего измерения не оказывают влияние на погрешности последующих измерений.
Итоговый размер L4 может быть измерен, как от базы «a», так и от базы «д» – прямым измерением. Однако погрешность этого размера будет определяться суммой погрешностей всех предыдущих измерений плюс погрешностью данного измерения. Размер L4 может быть определен и решением размерной цепи (рисунок 3.2).
L4
L1 |
|
L5 |
|
L2 |
|
L3 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.2 - Размерная цепь L4
б) При координатном методе все размеры измеряются от единой измерительной базы. Размеры, которые не могут быть измерены от назначенной базы, определяются косвенно - составление размерной цепи из ранее измеренных размеров и определяемых, при этом определяемый размер принимается замыкающим, а уже определенные, составляющими.
Например, для линейных размеров ступенчатого вала, если измерительной базой принять торцовую поверхность «a» то, используя координатный метод, прямым измерением могут быть получены, с погрешностью средства измерения, размеры – L1; (L1+L5), (L1+L5+L2) , L4 (рисунок 3.3).
L1 |
L5 |
L2 |
L3 |
а |
|
|
|
L1 |
L1+ L5 |
L1+ L5 +L2 |
L4 |
Рисунок 3.3 - Измерение линейных размеров ступенчатого вала координатным методом от базы «а».
Для определения размера L5 строится размерная цепь «A» (L1 = А1; (L1+ L5) = А2; L5 = А ) (рисунок 3.4).
А |
А1 |
A2 |
Рисунок 3.4 – Размерная цепь «А»
Для определения размера L2 строится размерная цепь «B» (L2 = B ; (L1+ L5) = B1; B2 = (L1+ L5+L2)) (рисунок 3.5).
B |
B1 |
B2 |
Рисунок 3.5 - Размерная цепь «В»
Для определения размера L3 строится размерная цепь «C» (L3 = СΔ;
(L1+ L5+L2) = С1; L4 = С2) (рисунок 3.6).
С |
С1 |
С2 |
Рисунок 3.6 - Размерная цепь «С»
Как видно из приведѐнных схем размерных цепей, размеры, определяемые решением данных размерных цепей, замыкающие размеры A∆, B∆ и С∆ будут иметь суммарную погрешность двух измерений: предыдущего измерения (А1, В1, С1) и последующего, связанного с определяемым замыкающим (А2, В2 и С2).
в) При комбинированном методе измерения применяют сочетание ценного и координатного методов. Для особо точных, ответственных размеров - ценной; для остальных размеров - координатный.
Для размерной сборочной единицы (рисунок 3.1) замыкающим звеном является размер l3. Размеры l1 и l2 составляющие, причѐм l1 - увеличивающее звено, а l2 - уменьшающее. Обозначив звенья размерной цепи буквой (E) строится схема этой цепи.
E |
E1 |
E2 |
Рисунок 3.7 - Схема размерной цепи «Е»
Примечание: При построениях схем размерных цепей все размеры должны быть выдержаны в заданном (выбранном) масштабе. Правильно построенная размерная цепь обязательно должны быть замкнутой.
Лекция №12
ЗАДАЧИ РАСЧЁТОВ Р.Ц., ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ |
ДЛЯ |
РАСЧЁТОВ |
|
1. Задачи расчѐтов размерных цепей
Задачи расчѐтов размерных цепей делят на конструкторские,