Основы нормирования параметров точности Основные понятия и определения

Принцип взаимозаменяемости имеет особое значение при производстве, эксплуатации и ремонте изделий любого назначения.

Взаимозаменяемость–свойствонезависимо изготовленныхдеталей исборочных единицобеспечивать сборкуизделий 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 обеспечивает высокое качество изделий и снижает их стоимость, способствуя при этом развитию прогрессивной технологии и измерительной техники. Без взаимозаменяемости невозможно современное производство.

Взаимозаменяемость базируется на стандартизации– нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики, направленной на достижение оптимальной степени упорядоченности в определенной области.

Различают следующие виды взаимозаменяемости:

- полную– это взаимозаменяемость, при которой обеспечивается возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в сборочные единицы, а последних - в изделия при соблюдении предъявляемых к ним (к сборочным единицам или изделиям) технических требований по всем параметрам качества. Выполнение требований к точности деталей и сборочных единиц изделий является важнейшим исходным условием обеспечения взаимозаменяемости. Для обеспечения взаимозаменяемости необходимо выполнять и другие условия:

- устанавливать оптимальные номинальные значения параметров деталей и сборочных единиц;

- выполнять требования к материалу деталей;

- к технологии их изготовления и контроля

В первую очередь взаимозаменяемыми должны быть детали и сборочные единицы, от которых зависят надежность и другие эксплуатационные показатели изделий, это относится и к запчастям.

- неполной– это сборка изделий на основе вероятностных расчетах;

Ее можно осуществлять не по всем, а только по отдельным геометрическим параметрам.

- групповая– сборка, основанная на предварительной сортировке деталей по группам (селективная сборка). Детали, изготовленные на распространенном станочном оборудовании с технологически выполнимыми допусками, сортируют по размерам на несколько размерных групп (допуски деталей в каждой группе уменьшаются в зависимости от числа групп сортирования, затем проводят сборку деталей одинакового номера групп. При изготовлении подшипников качения, сборке резьбовых соединений с натягом и сборке изделий высокой точности эта сборка является единственно экономически целесообразным методом обеспечения требуемой точности.

- метод регулирования– предполагает сборку с регулированием положения или размеров одной или несколиких отдельных, заранее выбранных деталей изделия, называемых компенсаторами.

- метод пригонки – сборка изделий методом непосредственной пригонки или подбора деталей по „месту”.

- внешняя взаимозаменяемость– это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий и сборочных единиц по эксплутационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей (в подшипниках качения внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца);

- внутренняя взаимозаменяемость– это взаимозаменяемость деталей, сборочных единиц и механизмов, входящих в изделие (в подшипниках качения эту взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца);

- функциональная взаимозаменяемость– это свойство независимо изготовляемых деталей (стандартных) занимать свое место в изделии без дополнительной обработки, при которой обеспечивается работоспособность изделий с оптимальными и стабильными показателями качества сборочных единиц (наиболее важна).

Взаимозаменяемостьмашин и механизмовбазируется на системе допусков ипосадок.

Прежде, чем перейти к понятиям допусков и посадок, рассмотрим понятие размеров (Термины и определения по ГОСТ 25346-89).

При конструировании определяются линейные и угловые размеры детали, характеризующие ее величину и форму. Они назначаются на основе результатов расчета деталей на прочность и жесткость, а также исходя из обеспечения технологичности конструкции и других показателей в соответствии с функциональным назначением детали. На чертеже должны проставлены все размеры, необходимые для изготовления детали и ее контроля. Размеры,непосредственно или косвенно влияющие на эксплуатационные показатели машины или служебные функции узлов и деталей, называютсяфункциональными.Они могут быть как у сопрягаемых (вал-отверстие), так и у несопрягаемых поверхностей (размер пера лопатки турбины, размер каналов жиклеров карбюраторов и т.п.).

Размер– это числовое значение линейной величины (длина, диаметр и т.д.) в выбранных единицах измерения.

Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.

Номинальный– эторазмер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит такженачалом отсчета отклонений.Номинальный размер– этоосновной размер, полученный на основе кинематических, динамических и прочностных расчетов или выбранный из конструктивных, технологических, эксплуатационных, эстетических и других соображений и указанный на чертеже.

Действительный размер– это размер установленныйизмерением сдопустимой погрешностью.

Предельные размеры– этодва предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.

В терминологии по допускам и посадкам размеры всех элементов деталей независимо от их формы условно делят на три группы: размеры валов, размеры отверстий и размеры не относящиеся к валам и отверстиям.

„Вал”–терминусловно применяемый для обозначениянаружных (охватываемых)элементовдеталей, включая и нецилиндрические элементы, и соответственно сопрягаемых размеров.

„Отверстие”–термин, условно применяемый для обозначениявнутренних(охватывающих) элементов деталей, включая нецилиндрические элементы, и соответственно сопрягаемых размеров.

Принято обозначать номинальный, действительный и предельные размеры:

- для отверстий – D,D_Д,D_max,D_min;

- для валов – d,d_Д,d_max,d_min;

Сравнивая действительный размер с предельными, можно судить о годности детали. Условия годности:

- для отверстий D_min≤D_Д≥D_max;

- для валов d_max≤d_Д≥d_min

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 обозначаетсяES– для отверстия иes– для вала.

Нижнееотклонение обозначаетсяEI– для отверстия иei– для вала.

ES=D_max–D;EI=D_min–D; – для отверстия

es=d_max–d;ei=d_min–d; – для вала

Допуском размераназываетсяразность между наибольшим и наименьшимпредельными размерамиили алгебраическаяразность между верхним и нижним отклонениями, обозначаетсяITилиTD– допуск отверстия;Td– допуск вала.

TD = D_max – D_min = ES – EI;

Td=d_max –d_min =es–ei

Допуск размера всегда величина положительная. Допуск размера выражает разброс действительных размеров в пределах от наибольшего до наименьшего предельных размеров, физически он определяет величину официального 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.

Нулевая линия– это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются предельные отклонения размеров при графическом изображении полей допусков.

Основное отклонение– одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии,отклонение ближайшее к нулевой линии.

Основной вал– вал, верхнее отклонение которого равно 0(es = 0).

Основное отверстие– отверстие, нижнее отклонение которого равно 0(EI = 0)

Посадка–характер соединениядвухдеталей, определяемый разностью их размеров до сборки. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.

Рисунок 1 – Схема полей допусков

Различают три типа посадок: с зазором, с натягом и переходные.

Посадка с зазором– это посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала).

Зазор (S)– разность размеров отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала.

Эту посадку характеризует наименьший Smin=Dmin–dmax=EI–esи наибольший зазорыSmax=Dmax–dmin=ES–ei.

Посадка с натягом– это посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска вала находится над полем допуска отверстия).

Натяг (N)– разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.

Эту посадку характеризует наибольший натяг Nmax=dmax–Dmin=es–EIи наименьший натягNmin=dmin–Dmax=ei–ES.

Переходная посадка– это посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга.

Рисунок 2 – Графическое изображение посадки с зазором

Рисунок 3 – Графическое изображение посадки с натягом

Рисунок 4 – Графическое изображение переходной посадки

Рисунок 5 – Схема полей допусков с зазором

Рисунок 6 – Схемы полей допусков с натягом

Рисунок 7 - Схема полей допусков переходных посадок

Для обеспечения точности размеров в России действует Единая система допусков и посадок (ЕСДП), которая создана на основе системы ИСО (международная организация по стандартизации).

В ЕСДП в первую очередь стандартизованы базовые элементы, необходимые для получения различных полей допусков, а не посадки и образующие их поля допусков отверстий и валов. Каждое поле допуска можно представить сочетанием двух характеристик, имеющих самостоятельное значение, -величины допуска и его положения относительно номинального размера.

Допускзависит отквалитетаи номинального размера.

Квалитет– этосовокупность допусков, характеризуемых постоянной относительнойточностью(определяемойкоэффициентом а)для всех номинальных размеров данного диапазона (1…500 мм).

Точностьв пределах одного квалитета зависит только от номинального размера.

Допуск определяется

Т = а ∙ i,

где а – число единиц допуска (коэффициент точности);

i – единица допуска

В ЕСДП установлен 21 квалитет: 01, 0, 1, 2…19. Квалитет определяет допуск на изготовление и, следовательно, методы и средства обработки и контроля деталей машин.

В машиностроении для создания посадок и получения свободных размеров применяют квалитеты с 5…19.

Число единиц допуска от квалитета к квалитету изменяется по геометрической прогрессии со знаменателем ≈ 1,6. Для квалитетов 5…19 число единиц допуска а соответственно равно: 7, 10, 16, 25, 40, 64, 100, 160, 250, 400, 640, 1000, 1600, 2500 и 4000.

Единица допуска iдля размеров до 500 мм

i = 0,45 + 0,001∙D;

для размеров свыше 500…10000 мм

i = 0,004∙D + 2,1,

где D– среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала

Для размеров менее 1 ммдопуски по квалитетам14…19 не назначаются.

Общий вид полей допусков отверстий и валов в системе ИСО и ЕСДП представлен на рисунке 8

Рисунок 8 – Схема полей допусков отверстий и валов

Различают две равноценные системы образования посадок – систему отверстия и систему вала.

Посадки в системе отверстия– это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием. У основного отверстия нижнее отклонение равно 0 и оно обозначается „Н”.

На чертеже такие посадки обозначаются Ø50; Ø85; Ø102

Посадки в системе вала – это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом. У основного вала верхнее отклонение равно 0, он обозначается „h”. На чертеже такие посадки обозначаются Ø50; Ø85; Ø102

Система отверстия имеет более широкое применениепо сравнению с системой вала, что связано с ее преимуществами технико-экономического характера на стадии отработки конструкции.

Для обработки отверстийс разными размерами необходимоиметь и разныекомплекты режущих инструментов(сверла, зенкера, развертки, протяжки и т.п.), авалынезависимо от их размераобрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом.

Таким образом, система отверстия требует существенно меньших расходов производства как в процессе экспериментальной отработки сопряжения, так и в условиях массового или крупносерийного производства.

Система валаявляетсяпредпочтительнойпо сравнению с системой отверстия, когда это оправдано конструктивными или экономическими условиями, например, если необходимополучить разные посадкина одном валу с разными отверстиями.

Допускается применение комбинированных посадок, в которых отверстие и вал выполнены вразных системах. Например, у посадки Ø50F8/f7 отверстие выполнено в системе вала, а вал – в системе отверстия

Обозначение предельных отклонений размеров на чертежах деталей представлено на рисунке 9. Предельные отклонения линейных размеров указываются на чертежах условными (буквенными) обозначениями полей допусков или численными значениями предельных отклонений, а также буквенными обозначениями полей допусков с одновременным указанием справа в скобках числовых значений предельных отклонений.

Рисунок 9 – Схема обозначений отклонений на чертежах

Предельные отклонения, не указанные непосредственно после номинальных размеров на чертежах, оговариваются общей записью в технических требованиях чертежа следующей записью:

„Общие допуски по ГОСТ 30893.1: Н14, h14, ±”