1.3. Классификация отклонений геометрических параметров

Форма любой детали может быть представлена в виде сочетаний различных элементов: поверхностей, линий и точек.

Размером элемента является численное значение линейной величины (диаметра, длины, ширины и т. д.) в выбранных единицах измерения.

При изготовлении детали получают действительный размер d_д элемента, установленный измерением с допустимой погрешностью.

На чертеже детали указывается номинальный размер d_н, относительно которого определяют отклонения, получаемый конструктором на основе прочностного расчета (или по другим соображениям) и выбранный по номинальному ряду (ГОСТ 6636).

Различают номинальные (идеальные) поверхности, формы которых заданы на чертеже, и реальные (действительные) поверхности, полученные с погрешностями при обработке или видоизмененные при эксплуатации.

Под профилем понимают линию пересечения поверхности с плоскостью или заданной поверхностью.

При определении погрешности формы или нормирования отклонений формы используется принцип прилегающих профилей, прямых и поверхностей. Например, прилегающая окружность – это окружность минимального диаметра, описания вокруг реального профиля наружной поверхности вращения.

Для определения номинального расположения поверхностей детали используют номинальные, а для определения реального расположения поверхностей – действительные линейные и угловые размеры между ними.

Реальная поверхность всегда отличается от номинальной поверхности (рис. 1.1). Для нормирования поверхности и в последующем для ее оценки нужны количественные показатели, которые можно сгруппировать и задать им стандартные значения. Поэтому было принято решение сложную поверхность оценивать отдельными составляющими по укрупненной классификации:

1. Δd – отклонение размера, которое находится как алгебраическая разность между действительным d_д и номинальным d_н размерами;

2. Δ_р – отклонение расположения поверхностей (смещение e осей реального и номинального цилиндров);

3. Δ_ф – отклонение формы поверхности (например, в поперечном сечении, отклонение круглости - наибольшее расстояние от точки реального профиля до прилегающей окружности);

4. Δ_в – волнистость поверхности;

5. Δ_ш – шероховатость поверхности.

Рис. 1.1. Отклонения геометрических параметров различных порядков

На практике бывает сложно отличить волнистость от отклонения формы или шероховатости. Поэтому принято оценивать по отношению длины волны S к ее высоте W (рис.1.2).

Рис.1.2. Схема погрешности поверхности детали

Если погрешность длинноволновая, т. е. отношение S/W >`1000, то ее относят к погрешности формы; микронеровности с отношением S/W<50 характеризует шероховатость поверхности, а при 50<S/W<1000 погрешность относится к волнистости.

1.4. Понятие точности и погрешности

Точность изделий машиностроения является важнейшей характеристикой их качества. Недостаточная точность изготовления современных машин не позволяет им функционировать при больших скоростях и удельных нагрузках, вызывающих вибрации и их разрушение.

Точность – комплексное понятие, характеризующее как геометрические параметры машин и их элементов, так и единообразие различных свойств изготовляемых изделий, например упругости, электропроводности и др. Точность характеризует также единообразие показателей назначения (технико-эксплуатационных показателей) машин: напора, производительности, установленной мощности и др. Эти показатели тем точнее, чем ýже поле их разброса.

Точность изделий машиностроения – это степень соответствия действительных параметров изделий их заранее установленным значениям.

Под точностью деталей понимают степень приближения детали к геометрически правильному прототипу, изображенному на чертеже и описанному техническими требованиями.

Различают конструкторскую, технологическую и эксплуатационную точность.

При проектировании машин рассматривают конструкторскую точность. При этом определяют погрешности, заложенные в рабочем принципе машин, и их влияние на стоимость и качество функционирования машины. Эти погрешности можно устранить, выбрать другой принцип с допустимой погрешностью или уменьшить путем улучшения данного рабочего принципа.

На технологическую точность в производстве изделий можно воздействовать тремя способами:

- устранить причины погрешностей, но это будет сопровождаться большими производственными затратами;

- компенсировать погрешности путем ужесточения точности, например, введением конструкции с кратчайшей размерной цепью;

- учесть погрешности, так чтобы они не превышали допустимых значений, если их устранение связано с большими затратами.

На эксплуатационную точность с течением времени влияет износ (механический, коррозионный, эрозионный).

Повышение точности деталей и узлов увеличивает долговечность и надежность эксплуатации механизмов и машин.

При изготовлении изделий невозможно получить идеальную точность, т. е. невозможно добиться того, чтобы погрешность была равна нулю. Погрешности параметров не только не неизбежны, но и допустимы в определенных пределах.

Погрешность – это отличие геометрических параметров реальной детали от заданных параметров на чертеже.

Погрешности, которые возникают при изготовлении и влияют на точность изделия:

- погрешность настройки и класс точности станка;

- погрешность обрабатывающего инструмента и приспособления;

- износ обрабатывающего инструмента;

- упругие деформации в системе СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь);

- температурные деформации в системе СПИД;

- погрешности, зависящие от выбранной технологической схемы и режимов обработки;

- погрешности измерения, которые включают погрешность измерительных средств;

- неоднородность размеров, жесткости материала и другие погрешности заготовок.

Как при изготовлении, так и при измерении возникают две категории погрешностей: систематические и случайные. Систематические погрешности бывают постоянные и переменные.

Систематические постоянные погрешности – это погрешности, которые имеют постоянное числовое значение, вызванное воздействием факторов, сохраняющих постоянное значение в процессе обработки партии деталей. Например, погрешность из-за неправильной настройки станка.

Систематические переменные погрешности – это погрешности, которые изменяются (знакопеременные) по ходу технологического процесса. Например, погрешность от износа инструмента, деформации в системе СПИД и др.

Случайные погрешности имеют для отдельных деталей партии различные значения. Определить заранее момент появления того или иного значения случайных погрешностей не представляется возможным.

Если систематические погрешности могут быть выявлены и в ряде случаев устранены в процессе подготовки производства или изготовления, то выявление случайных погрешностей требует специального изучения средств и условий изготовления деталей на основе методов математической статистики, а полное их исключение невозможно.

Обеспечить заданную точность – значит изготовить детали и собрать механизм так, чтобы погрешности геометрических и других параметров находились в установленных пределах.

Разработка чертежей и технических условий с указанием нормированной точности параметров деталей, сборочных единиц и изделий является первой составной частью принципа взаимозаменяемости, выполняемой в процессе разработки.