Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГПУ

2004

Любомудров С.А., Смирнов А. А., Тарасов С.Б. Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость.: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 189 с.

Соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация», направления подготовки бакалавров 551800 - «Технологические машины и оборудование» и «552900 - «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».

Содержит сведения по основам метрологии и технических измерений, стандартизации и взаимозаменяемости гладких цилиндрических соединений, подшипников, резьбовых соединений и зубчатых зацеплений. Приводятся методы расчета размерных цепей, требования к шероховатости, форме и взаимному расположению поверхностей, установленные стандартами.

Предназначено для студентов механико-машиностроительного, энергомашиностроительного, электромеханического, отраслевого факультетов, факультета экономики и менеджмента и вечернего факультета технологии и автоматизации производства, изучающих курс: «Метрология, стандартизация и сертификация».

Табл. 53. Ил. 100. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Введение

В современном машиностроении в основу конструирования, производства и эксплуатации изделий машиностроительной промышленности положен принцип взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемостью называются принципы нормирования требований к деталям, узлам и механизмам, используемые при конструировании, благодаря которым представляется возможным изготавливать их независимо и собирать или применять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию.

Взаимозаменяемость является одной из важнейших предпосылок организации серийного и массового производства, обеспечивает кооперацию, концентрацию и специализацию производства, значительно снижает себестоимость продукции, ускоряет технологический процесс сборки, позволяет существенно сократить сроки и повысить качество ремонта в процессе эксплуатации изделий. Основой взаимозаменяемости является стандартизация.

Взаимозаменяемость имеет давнюю историю. Еще в древние времена за много лет до нашей эры в Египте использовали кирпичи стандартного размера. В древнем Риме при сооружении водопровода применялись трубы единых диаметров. В России указом Ивана IV, датированным 1555 годом, для проверки размеров ядер для пушек применялись так называемые кружалы - прототипы калибров.

Широкое применение взаимозаменяемости в нашей стране нашло при производстве огнестрельного оружия. В 1761 году на оружейный завод в Тулу была направлена инструкция графа Шувалова, в которой он впервые сформулировал принципы взаимозаменяемости. Согласно этой инструкции, в России было осуществлено взаимозаменяемое производство ружей сначала на Тульском, а затем на Ижевском оружейных заводах.

В XX веке принцип взаимозаменяемости в России распространился не только на военную, но и на другие виды продукции. В 1914 - 1915 годах в России проводятся работы по созданию единой системы нормирования требований к параметрам деталей для обеспечения взаимозаменяемости. Наиболее интенсивно работы по взаимозаменяемости начали развиваться после Октябрьской революции. Это развитие шло одновременно с развитием промышленности.

В рамках настоящего пособия требования к взаимозаменяемости деталей ограничиваются рассмотрением вопросов точности размера, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхности.

По рассматриваемым параметрам разработаны научно обоснованные и проверенные на практике нормативы, обязательные для их использования.

Созданием системы нормативно-технической документации и контролем за правильностью их использования занимается стандартизация.

В настоящее время работа по стандартизации из узконациональной переросла в международную. Ведущей международной организацией в этой области в настоящее время является ISO (International Organization for Standardization). Ее рекомендации используются непосредственно или при разработке отечественных стандартов.

Неотъемлемой частью курса является метрологическое обеспечение взаимозаменяемости, связанное с контролем и измерением геометрических параметров деталей.

1. Основные термины и определения метрологии

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения измерений является государственная система обеспечения единства измерений.

Термины и определения в области метрологии приведены в МИ 2247-98, которые вышли взамен ГОСТ 16263-70.

1.1 Физические величины

Физическая величина - свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта (длина, масса, температура и т. д.).

Размер физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины - выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Отвлеченное число, входящее в значение физической величины, называется числовым значением. Например, диаметр отверстия 10 мм.

Действительное значение физической величины - значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение физической величины, найденное с допустимой по техническим требованиям погрешностью, принимается за действительное значение.

Истинное значение физической величины - значение физической величины, которое идеальным образом характеризовало бы в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.

Единица измерения физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

В качестве единицы измерения длины в системе СИ принят метр. 17 Генеральная конференция мер и весов, проходившая в 1983 году, приняла определение метра. Метр - это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 долю секунды.

Единицей измерения плоского угла является радиан, который равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

В машиностроении применяются дольные единицы (единицы, в целое число раз меньшие системной или внесистемной единицы): линейные единицы - миллиметры и микрометры; угловые единицы - градусы, минуты и секунды.

Истинный размер - размер, полученный в результате обработки, изготовления, значение которого нам не известно, хотя оно и существует.

Действительный размер - размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Линейный размер (размер) - числовое значение линейной величины в метрах или его частях.

Угловой размер - угол между двумя поверхностями или осями в радианах, градусах, минутах или секундах. Частный случай - отклонение от прямого угла или точность расположения зубьев зубчатого колеса в микрометрах.

1.2 Измерения

Измерение физической величины - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.

Контроль - частный случай измерения, при котором устанавливается соответствие физической величины допускаемым предельным значениям.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно.

Косвенное измерение - определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

Метод измерения - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.

Метод непосредственной оценки - метод измерения, в котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерения.

Метод сравнения с мерой - метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Контактный метод измерений - метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения.

Бесконтактный метод измерений - метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерений.

Для проведения измерений используются различные средства измерений.

1.3 Средства измерений

Средство измерения (СИ) - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.

Мера физической величины - средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (гиря, концевая мера длины).

Многозначная мера - мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера (штриховая мера, линейка).

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительная машина - измерительная установка крупных размеров, предназначенная для точных измерений физической величины, характеризующих изделие. Например, координатно-измерительная машина.

Измерительный преобразователь - техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измеряемый сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Шкала средства измерения - часть показывающего устройства средства измерения, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией.

Деление шкалы - промежуток между двумя соседними отметками шкалы средства измерений.

Длина деления шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы, измеряемая вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.

Цена деления шкалы - разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерения.

Указатель - часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания средства измерения (стрелка).

Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значением шкалы.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения.

Измерительное усилие - сила, с которой измерительный прибор воздействует на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.

Точность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю погрешности результата измерений.

1.4 Погрешности измерений

Погрешность результата измерений - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины Х = Х - Хдейств.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторном измерении одной и той же величины.

Случайная погрешность - составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

На результаты измерения влияет много различных факторов, которые определяют наличие случайной составляющей. Поэтому при выявлении погрешности измерения одно и тоже измерение, как правило, производят многократно.

Инструментальная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерения.

Погрешность метода измерений - составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Рассеяние результатов в ряду измерений - несовпадение результатов измерений одной и той же величины в ряду равноточных измерений, как правило, обусловленное действием случайных погрешностей.

Промах - погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.

Предел допускаемой погрешности средства измерения - наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным к применению.

1.5 Метрологическая служба и ее деятельность

Государственная система обеспечения единства измерений - комплекс нормативных документов межрегионального и межотраслевого уровня, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижения и поддержания единства измерений в стране, утверждаемых Госстандартом России.

Государственная метрологическая служба - метрологическая служба, выполняющая работы по обеспечению единства измерений в стране на межрегиональном уровне и осуществляющая государственный метрологический контроль и надзор.

Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает:

- государственные научные метрологические центры;

- органы государственной метрологической службы на территориях республик, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Метрологическая служба юридического лица - метрологическая служба, выполняющая работы по обеспечению единства измерений и осуществляющая метрологический контроль и надзор на данном предприятии.

Государственный метрологический контроль - деятельность, осуществляемая государственной метрологической службой по утверждению типа средств измерений, поверке средств измерений, по лицензированию деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерения.

Государственный метрологический надзор - деятельность, осуществляемая органами государственной метрологической службы по надзору за выпуском, состоянием и применением средств измерений, соблюдением метрологических правил и норм, за количеством товаров при продаже, а также за количеством фасованных товаров в упаковке любого вида при их расфасовке и продаже.

Поверка средств измерений - установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Поверке подвергаются средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору.

Первичная поверка средств измерений - поверка, выполняемая при выпуске средств измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы партии, при продаже.

Периодическая поверка средств измерений - поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.

Калибровка средств измерения - совокупность операций, устанавливающих соотношение значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.

Сертификация продукции - деятельность по подтверждению соответствия продукции установленным требованиям.

2. Основные понятия взаимозаменяемости и стандартизации

Взаимозаменяемостью называются принципы, обеспечивающие сборку деталей и узлов и их замену при ремонте без дополнительной обработки с сохранением заданного качества. Взаимозаменяемость базируется на нормирование требований к деталям, узлам и механизмам, используемых при конструировании, благодаря которым представляется возможность изготавливать их независимо и собирать или заменять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию.

Детали и узлы, изготовленные на основе принципов взаимозаменяемости, называются взаимозаменяемыми.

Взаимозаменяемость может быть:

Полной - при которой 100 % деталей и узлов механизма устанавливаются и заменяются при сборке без дополнительной обработки, без регулирования и без подбора.

Неполной (ограниченной) - при которой для обеспечения сборки применяют: групповой подбор деталей, компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин, пригонку и другие дополнительные технологические мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц и изделий.

Внешней - при которой обеспечивается взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (монтируемых в другие более сложные изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей (электродвигатели, подшипники, редуктора и т. д.).

Внутренней - которая распространяется на детали и узлы, входящие в изделие.

Взаимозаменяемость основывается на стандартизации.

Стандартизация - это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышения конкурентоспособности, работ или услуг.

Нормативный документ - документ, содержащий правила, общие принципы, характеристики, касающиеся определенных видов деятельности или их результатов и доступный широкому кругу потребителей.

Стандарт - документ, в котором в целях добровольного многократного использования устанавливаются характеристики продукции, правила осуществления и характеристики процесса производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или указания услуг. Стандарт также может содержать требования к терминологии, символике, упаковке, маркировке или этикеткам и правилам их применения.

Государственной системой стандартов Российской Федерации предусматриваются следующие категории стандартов:

Технический регламент - документ, который принят международным договором Российской Федерации, ратифицированном в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, или федеральным законом, или указом Президента Российской Федерации, или постановлением Правительства Российской Федерации, и устанавливает обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования (продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации).

Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ Р) - национальный стандарт, утвержденный Госстандартом России.

Отраслевой стандарт (ОСТ) - стандарт утвержденный, министерством (ведомством) Российской Федерации.

Стандарт предприятия (СТП) - стандарт, утвержденный предприятием и применяемый только на данном предприятии.

Технические условия (ТУ) - нормативный документ на конкретную продукцию (услугу), утвержденный предприятием, как правило, по согласованию с предприятием заказчиком (потребителем).

Международный стандарт - стандарт, принятый международной организацией по стандартизации.

Межгосударственный стандарт (ГОСТ) - стандарт, принятый государствами, присоединившимися к соглашению о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации и применяемый ими непосредственно. Он принимается Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации.

Стандарты ISO - международные стандарты, выпускаются Международной организацией по стандартизации и носят рекомендательный характер.

Государственное управление деятельностью по стандартизации в Российской Федерации осуществляет Госстандарт России.

3. Взаимозаменяемость гладких соединений

К гладким соединениям относятся соединения образованные цилиндрическими и плоскими параллельными поверхностями. Они являются наиболее распространенными в машиностроении соединениями. На этот вид соединений были разработаны одни из первых стандартов.

В нашей стране впервые система таких стандартов была предложена в 1915 - 1917 годах профессором И. Н. Куколевским. Она использовалась в основном при выполнении военных заказов. В 1919 году комиссией по нормализации, под руководством инженера П. М. Шелоумова, был разработан первый проект общегосударственной системы допусков для гладких цилиндрических соединений. В дальнейшем эта система допусков подвергалась существенной переработке. В 1924 - 1925 годах под руководством профессора Ленинградского политехнического института А. Д. Гатцуга был разработан проект стандарта «Допуски для пригонок», который послужил основой нашей государственной системы допусков и посадок, утвержденной в 1929 году, получившей название общесоюзного стандарта (ОСТ). В 1940 году система стандартов получила название Государственных стандартов (ГОСТ). На протяжении следующих лет эта система стандартов неоднократно совершенствовалась, пополнялась новыми стандартами и была отменена в связи с переходом на новую систему стандартов. Работа по стандартизации из узко национальной переросла в международную. Ведущей международной организацией в области стандартизации является в настоящее время ИСО (ISO). Ее рекомендации используются при разработке отечественных стандартов, а в ряде случаев, разработанные ИСО международные стандарты, принимаются в качестве национальных. К числу таких стандартов относится и единая система допусков и посадок (ЕСДП), регламентирующая требования к гладким цилиндрическим соединениям и элементам деталей, ограниченных параллельными плоскостями.

3.1 Основные термины и определения

Размер - числовое значение линейной величины (диаметр, длина и т. п.) в выбранных единицах измерения. На чертежах все линейные размеры указываются в миллиметрах.

Действительный размер - размер элемента, установленный измерением. Результат измерения зависит от выбранного измерительного средства.

Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должны находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называется наибольшим предельным размером, а меньший - наименьшим предельным размером. Обозначаются Dmax и Dmin для отверстия и dmax и dmin для вала.

Номинальный размер - размер, относительно которого определяются отклонения. Размер, который указан на чертеже, и является номинальным. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов на прочность и жесткость или с учетом конструктивных и технологических особенностей. Для деталей, образующих посадочное соединение, номинальный размер является общим.

Для сокращения числа типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента значения номинальных размеров, полученных расчетом, следует округлять (как правило, в большую сторону) до значений, указанных в ГОСТ 6636-69 Нормальные линейные размеры. Ряды номинальных линейных размеров (диаметров, длин, высот и т. д.) построены на основе рядов предпочтительных чисел, которые представляют собой геометрическую прогрессию со знаменателями:

ряд R5 - ;

ряд R10 - ;

ряд R20 - ;

ряд R40 - ;

ряд R80 - .

Ряд с более крупной градацией является предпочтительным по отношению к ряду с более мелкой градацией, например ряд R5 предпочтителен ряду R10. Пример значений размеров, для рядов R5 и R10 приведен в табл. 1, для получения более крупных и мелких размеров необходимо умножать эти числа на 10n.

Верхнее отклонение ES, es - алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами. Для отверстия ES = Dmax - D, для вала es = dmax - d.

Нижнее отклонение EI, ei - алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами. Для отверстия EI = Dmin - D, для вала ei = dmin - d.

Таблица 1 Значения нормальных линейных размеров

Ряд	Размер, мм
R5	1,0	1,6	2,5	4,0	6,3
R10	1,0	1,25	1,6	2	2,5	3,2	4,0	5,0	6,3	8,0

Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами. Особенность отклонений в том, что они всегда имеют знак либо (+), либо (-) или равны нулю.

Допуск Т - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Т = Dmax - Dmin = ES - EI - для отверстий,

Т = dmax - dmin = es - ei - для вала.

Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеивания действительных размеров годных деталей в партии, то есть заданную точность изготовления.

Любой из допусков, установленный ЕСДП, носит название стандартного допуска и обозначается IT.

Поле допуска - поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска Т и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рис. 1).

Основное отклонение - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основным является отклонение ближайшее к нулевой линии. Второе отклонение определяется через допуск.

Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок.

Вал - термин, условно применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схемы полей допусков вала и отверстия

Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей.

Допуск отверстия обозначается TD, а вала Td. Помимо охватывающих и охватываемых элементов, называемых отверстиями и валами, в деталях имеются элементы, которые нельзя отнести ни к отверстию, ни к валу (уступы, расстояния между осями отверстий и т. д.). На рис. 2 размеры отверстий обозначены буквой «а», валов - «в», остальных размеров - «с».

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Виды размеров

Предел максимума материала - термин, относящийся к тому из предельных размеров, которому соответствует наибольший объем материала, то есть наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия.

Предел минимума материала - термин, относящийся к тому из предельных размеров, которому соответствует наименьший объем материала, то есть наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.

Посадка - характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. По характеру соединения различают три группы посадок: посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки.

Зазор S - разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей. Наибольший, наименьший и средний зазоры определяются по формулам:

Smax = Dmax - dmin; Smin = Dmin - dmax; Sm = (Smax + Smin)/2.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Графическое изображение посадок

Натяг N - разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки. Наибольший, наименьший и средний натяги определяются по формулам:

Nmax = dmax - Dmin; Nmin = dmin - Dmax; Nm = (Nmax + Nmin)/2.

Посадка с зазором - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска вала расположено ниже поля допуска отверстия или касается его при Smin = 0) рис. 3.

Посадка с натягом - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска вала располагается выше поля допуска отверстия или касается его при Nmin = 0) (см. рис. 3.)

Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично) (см. рис. 3.)

Допуск посадки - сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение: Тпос = ТD + Тd. Для посадки с натягом: TN = Nmax - Nmin. Для посадки с зазором TS = Smax - Smin. В переходных посадках допуск посадки определяется, как сумма наибольших натяга и зазора Тпос = Nmax + Smax.

Основной вал - вал, основное отклонение которого равно нулю, а поле допуска расположено от нулевой линии вниз, нижнее отклонение равно величине допуска со знаком минус.

Основное отверстие - отверстие, основное отклонение которого равно нулю, а поле допуска расположено от нулевой линии вверх, верхнее отклонение равно допуску.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Посадки в системе отверстия и системе вала

Посадки в системе отверстия - это посадки, в которых требуемые зазоры и натяги сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия (рис. 4,а).

Посадки в системе вала - это посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала (рис. 4,б).

Система отверстия является предпочтительной по экономическим соображениям. Однако в ряде случаев применение просадок в системе вала по экономическим или конструктивным соображениям оказывается более целесообразным, а иногда и безальтернативным (посадки на валы из калиброванного проката, не требующего последующей обработки, посадки наружных колец подшипников качения, пальцев (рис. 5), шпонок, штифтов и т. д.)

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Посадка поршневого пальца в системе вала

3.2 Единая система допусков и посадок

Системой допусков и посадок называется совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов. Система предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин. Дает возможность стандартизировать режущие инструменты, калибры и измерительные приборы.

К ЕСДП относятся стандарты: ГОСТ 25346-82 ЕСДП. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений; ГОСТ 25347-82 ЕСДП. Поля допусков и рекомендуемые посадки; ГОСТ 25348-82 ЕСДП. Ряды допусков, основных отклонений и поля допусков для размеров свыше 3150 мм; ГОСТ 25349-82 ЕСДП. Поля допусков деталей из пластмасс; ГОСТ 26179-84 ЕСДП. Допуски размеров свыше 10000 до 40000 мм.

Единая система допусков и посадок (ЕСДП) распространяется на гладкие элементы деталей: цилиндрические и ограниченные параллельными плоскостями. Система базируется на стандартах и рекомендациях международной системы ISO.

Основные принципы построения единой системы следующие:

1. Допуски и отклонения, устанавливаемые стандартами, относятся к деталям, размеры которых определены при нормальной температуре, которая во всех странах принята равной +20С.

2. Система распространяется на следующие диапазоны размеров: менее 1 мм (приборостроение), от 1 мм до 500 мм, свыше 500 мм до 3150 мм, свыше 3150 мм до 10000 мм, свыше 1000 до 40000 мм.

3. Для построения рядов допусков каждый из диапазонов размеров, в свою очередь, разделен на интервалы. Для диапазона номинальных размеров от 1 до 500 мм установлено 13 основных интервалов: от 1 до 3 мм, свыше 3 до 6 мм, свыше 6 до 10 мм, … , свыше 400 до 500 мм.

4. Установлено 20 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. Самый точный квалитет 01, самый грубый 18. Под квалитетом понимается совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров данного диапазона.

5. Допуск для любого квалитета: IТ = ki, где i - единица допуска, является функцией номинального размера и выражает зависимость допуска от номинального размера, k - число единиц допуска, зависящее от квалитета и не зависящее от номинального размера.

6. Величина единицы допуска рассчитана по формуле:

для размеров до 500 мм и квалитетов с 5 по 18;

где - среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала в мм.

7. Соотношение квалитета и числа единиц допуска показано в табл. 2, где k - число единиц допуска для каждого квалитета.

Таблица 2 Числа единиц допуска в соответствующих квалитетах

	Области применения
	Меры длины	Калибры	Размеры сопрягаемых поверхностей	Несопрягаемые размеры
Квалитеты	01	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
k	-	-	-	2,7	3,7	5	7	10	16	25	40	64	100	160	250	400	640	1000	1600	2500

8. Установлено 28 основных отклонений валов и отверстий, обозначаемых буквами латинского алфавита.

Для валов: a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h, js, j, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc.

Для отверстий: A, C, CD, D, E, EF, F, FG, G, H, JS, J, K, M, N, P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC.

Основное отклонение не зависит от квалитета, а только от интервала размеров.

9. Основные отклонения отверстий соответствуют отклонениям вала того же обозначения по общему или специальному правилу.

В большинстве случаев действует общее правило:

EI = -es для отверстий с основным отклонением от А до Н;

ES = -ei для отверстий с основным отклонением от J до Z;

поле допуска JS и is всегда располагается симметрично относительно нулевой линии.

Специальное правило установлено для отверстий с основным отклонением J, K, M, N до 8-го квалитета включительно; для N от 9 до 16 квалитетов основное отклонение равно нулю; для отверстий с основным отклонением от P до ZC до 7-го квалитета включительно; для интервала размеров свыше 3 до 500 мм (рис. 6).

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Схема определения основного отклонения отверстия по специальному правилу

Специальное правило выражается следующей формулой:

ES = -ei + , где = ITn - ITn-1 - разность между допуском рассматриваемого квалитета ITn и допуском ближайшего более точного квалитета ITn-1.

Это необходимо, чтобы две посадки в системе отверстия и в системе вала, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета имели одинаковые зазоры и натяги (например: 30Н7/р6 и 30Р7/h6). При образовании посадок из стандартных полей допусков выбирают отклонения, указанные в таблицах ГОСТ 25347-82, в которых поправка уже внесена. Схема расположения основных отклонений валов и отверстий основного отбора относительно нулевой линии с указанием рекомендованных отклонений и отклонений предпочтительного применения приведена на рис. 7.

10. Поля допусков образуются сочетанием основного отклонения и допуска по одному из квалитетов. Из 94 полей допусков валов, предназначенных для образования посадок, 54 поля включено в основной отбор и 24 поля в дополнительный.

Из 87 полей допусков отверстий 46 полей включены в основной отбор и 25 в дополнительный. Для предпочтительного применения выделено из основного отбора 10 полей допусков отверстий и 16 полей допусков валов.

11. Помимо полей допусков предпочтительного применения рекомендованы также посадки предпочтительного применения, смотри приложения П 4.1 и П 4.2.

12. Для размеров свыше 500 мм единица допуска рассчитывается по формуле ; где - среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала в мм.

Для размеров свыше 500 мм в каждом диапазоне установлен соответствующий отбор полей допусков, предельных отклонений и интервалов размеров, отличный от ранее рассмотренного. Например, для диапазона размеров свыше 3150 до 10000 мм не предусмотрены переходные посадки, а также посадки с натягом в системе вала, а для диапазона размеров свыше 10000 до 40000 мм посадки вообще не предусмотрены.

Основные положения, числовые значения, условные обозначения полей допусков и посадок, принятые в ЕСДП полностью соответствуют принятым в системе ИСО.



+								18	18
	13	13	13
		12	12	12				12
	11	11	11	11				11
				10		10		10
				9	9	9		9											9		9
				8	8	8		8									8		8		8
				7		7	7	7	7	7	7	7			7		7
							6	6	6	6	6	6	6	6	6	6			6		6
							5	5	5	5	5	5	5	5	5						z
								4	4	4	4	4								y
	A																		x
																		v
		B															u
																t
			C												s
				D										r
					E								p
						F						n
							G				m
								H	JS, js	k
-								h		K
							g				M
						f						N
													P
					e									R
				d											S
			с													T
																	U
		b																V
							4	4											X
	a						5	5	5	5	5	5
						6	6	6	6	6	6	6	6							Y
					7	7		7	7	7	7	7	7	7	7	7
			8	8	8	8	8	8	8	8	8	8					8				Z
				9	9	9		9
				10				10				10
	11	11	11	11				11
		12	12	12				12
	13	13	13
								18

Рис. 7. Схема расположения основных отклонений валов и отверстий в системе ЕСДП, цифрами указаны рекомендованные квалитеты, в рамку обведены квалитеты предпочтительного применения

Однако есть некоторые отличия:

- ЕСДП распространяется на больший диапазон размеров, охватывающий размеры свыше 3150 мм;

- в ИСО не приводятся допуски по 17 и 18 квалитетам;

- в ЕСДП сокращен общий отбор полей допусков, в ИСО для диапазона размеров от 1 до 500 мм из 113 полей допусков валов и 107 полей допусков отверстий для предпочтительного применения рекомендуется 17 полей допусков отверстий и 17 полей допусков валов (в ЕСДП соответственно 10 и 16);

- в ИСО отсутствуют рекомендуемые для предпочтительного применения посадки.

3.3 Допуски и посадки деталей из пластмасс

Допуски и посадки деталей из пластмасс регламентируются ГОСТ 25349-82. Система допусков и посадок изделий из пластмасс основана на принципах, принятых для гладких соединений, изготовленных из металла, с учетом физико-механических свойств и особенностей пластмасс.

В числе специфических свойств пластмасс следует указать высокий температурный коэффициент линейного расширения больший, чем у стали в 5 - 10 раз, низкий модуль упругости, склонность к водо и маслопоглащению, нестабильность размеров деталей при хранении и эксплуатации (ползучесть и релаксация).

С учетом специфических особенностей пластмасс стандартом устанавливается, наряду с нормальной температурой, равной 20 С, относительная влажность воздуха 65 % и время выдержки детали после съема с пресформы.

Стандарт распространяется на пластмассовые детали, образующие соединения с пластмассовыми и металлическими деталями с номинальными размерами от 1 до 500 мм и свыше 500 до 3150 мм, требования к которым определены в квалитетах от 12 до 17.

Помимо полей допусков предусмотренных в стандартах, регламентирующих требования к деталям, изготовленным из металла, дополнительно введены поля допусков для отверстий и валов изготовленных из пластмасс: ay, az, ze, AY, AZ, ZE. Они рекомендуются для образования посадок деталей из пластмасс с расширенными зазорами и натягами.

4. Расчет и назначение посадок

Выбор посадок при проектировании определяется эксплуатационно-конструкторскими требованиями, предъявляемыми к деталям, сборочным единицам и машине в целом.

При назначении посадок следует стремиться находить решение, отвечающее эксплуатационным требованиям при минимальных затратах на изготовление. Для наиболее ответственных соединений назначение посадок осуществляется на основании предварительных расчетов (расчетный метод). Наряду с этим применяются методы прецедентов или аналогов и метод подобия. В первом случае посадки выбираются по аналогии с уже применяемыми в надежно работающих механизмах. Недостатком этого метода является сложность оценки и сопоставления условий работы проектируемого изделия и аналога. Во втором случае посадки назначаются на основании рекомендаций стандартов, отраслевых технических документов и технической литературы.

При назначении посадки следует стремиться использовать в первую очередь посадки, рекомендуемые стандартами для предпочтительного применения или использовать предпочтительные поля допусков для образования комбинированной посадки.

При назначении посадки в точных квалитетах обычно допуск отверстия принимают на квалитет грубее, нежели вал, поскольку точное отверстие изготовить сложнее, чем вал.

4.1 Посадки с зазором

Посадки с зазором широко применяются, как в точных, так и в грубых квалитетах, для подвижных и неподвижных соединений. Существуют различные методы расчета посадок с зазором в зависимости от их функционального назначения, они приведены в соответствующей технической литературе (например, расчет посадок с зазором для подшипников жидкостного трения приводится в курсе деталей машин). Области применения предпочтительных посадок с зазором приведены ниже. Расположение полей допусков предпочтительных посадок с зазором в системе отверстия показаны на рис. 8.

Посадки H/h применяются в неподвижных соединениях с дополнительным креплением при частой сборке и разборке, а в подвижных соединениях - при медленных перемещениях и поворотах деталей. Минимальный зазор в этих посадках равен нулю.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Расположение полей допусков посадок предпочтительного применения в системе отверстия

Посадка H7/h6 применяется в неподвижных соединениях при высоких требованиях к точности центрирования часто разбираемых деталей: сменные зубчатые колеса, центрирующие корпуса под подшипники, фрезы на оправках и т. д. Для подвижных соединений применяется для посадки шпинделя в корпусе сверлильного станка.

Посадки H8/h7, H8/h8 применяются при сниженных требованиях к точности центрирования, при большой длине соединения, например, при посадке измерительных головок в стойки и штативы.

Посадка H11/h11 предназначена для неподвижных и подвижных соединений малой точности. Например, для посадки муфт, звездочек, шкивов на валах, для неответственных шарниров и т. п.

Посадка H7/g6 имеет небольшой гарантированный зазор; применяется для точных соединений, в которых необходимо обеспечить плавность перемещений обычно при возвратно-поступательном перемещении, например в плунжерных и золотниковых парах, в шпинделях точных станков и делительных головок, в сменных кондукторных втулках.

Посадка H7/f7 широко применяется в точных подвижных соединениях, в подшипниках скольжения, в тормозном цилиндре автомобиля, в сопряжениях поршня с цилиндром компрессоров, в электромашинах и т. д.

Посадки H7/e8 и H8/e8 имеют значительный гарантированный зазор. Применяются при повышенных частотах вращения, значительных нагрузках, большой длине соединения (для подшипников жидкостного трения турбогенераторов, двигателей внутреннего сгорания, больших электромашин и коренных шеек коленчатых валов).

Посадки H/d имеют большой гарантированный зазор, обеспечивающий свободное перемещение и сборку деталей, и компенсацию значительных отклонений формы и взаимного расположения сопрягаемых поверхностей и их температурных деформаций.

Посадки H8/d9 и H9/d9 применяются для сопряжения трансмиссионных валов с подшипниками, для шкивов на валах и в шарнирах.

Посадка H11/d11 в основном применяется для крышек подшипников, для грубых шарниров, шестерен и муфт, свободно сидящих на осях и валах, для шарнирных соединений тяг и роликов на осях.

4.2 Переходные посадки

Переходные посадки, это такие посадки, в которых возможен как зазор, так и натяг. Они применяются для неподвижных, но разъемных соединений с дополнительным креплением, а также для центрирования. Они применяются только в точных квалитетах с 4-го по 8-й. Переходные посадки обычно не рассчитываются, а назначаются по рекомендациям, возможен проверочный расчет наибольшего натяга или зазора.

Посадка H7/js6 применяется в тех случаях, когда соединение должно часто разбираться, а также, если затруднена сборка (стаканы подшипников в корпусе, сменные зубчатые колеса шлифовальных и шевинговальных станков, небольшие шкивы и сменные муфты на концах валов). Вероятность натяга составляет 1 - 3 %.

Посадка H7/k6 обеспечивает хорошее центрирование и равную вероятность зазоров и натягов. Широко применяется для сопряжения зубчатых колес, шкивов, маховиков, стаканов и т. д. Вероятность натяга составляет 25 - 60 %.

Посадка H7/n6 характеризуется большой вероятностью натяга до 90%. Применяется в тех случаях, когда разборка соединений производится редко или необходимо обеспечить хорошее центрирование при передаче значительных колебательных усилий, а также при ударах и вибрации. Например, для сопряжения тяжело нагруженных зубчатых колес, муфт, кривошипов с валами, постоянных кондукторных втулок и установочных пальцев в станочных приспособлениях.

4.3 Посадки с натягом

Посадки с натягом применяются только в неподвижных соединениях для передачи сил или крутящих моментов, или для центрирования. Неподвижность сопрягаемых деталей под действием нагрузок обеспечивается силами трения, возникающими при упругой деформации деталей соединения, создаваемой натягом. Минимальный допустимый натяг рассчитывается исходя из того, чтобы действующие на сопряжения силы и моменты не привели бы к смещению деталей относительно друг друга, то есть из условия работоспособности соединения. Максимальный натяг рассчитывается из условия прочности деталей, входящих в соединение.

Сборку деталей с натягом можно обеспечить следующими методами:

1) холодным вдавливанием под прессом;

2) нагревом охватывающей детали (кипящая вода 100 С, масляная ванна 140 С, газовая горелка, печи, индуктивный нагрев до 400 С);

3) охлаждением охватываемой детали (сухой лед -78 С, твердая двуокись углерода -100 С, жидкий азот -196 С);

4) различными комбинациями нагрева, охлаждения и сборки под прессом.

Примеры посадок предпочтительного применения с натягом:

Посадка H7/p6 - обеспечивает небольшой гарантированный натяг, применяется при небольших нагрузках, для соединения тонкостенных деталей (втулки установочные, зубчатые колеса на валах с дополнительным креплением и т. д.).

Посадки H7/r6 и H7/s6 предназначены для передачи средних нагрузок без дополнительного крепления (втулки подшипников скольжения в корпусах, постоянные кондукторные втулки, фиксаторы, упоры и т. п.).

Общий случай расчета посадки с натягом

При расчете минимального натяга Nmin исходим из того, что сила трения или момент трения должны быть больше, чем сила или момент, которые действуют на сопряжение, чтобы сохранить неподвижность соединения.

Когда на сопряжение действует осевая сила: , где - минимальное допустимое давление, Ро - максимальная осевая сила, d - номинальный диаметр посадки (рис. 9), L - длина сопряжения, f - коэффициент трения, при осуществлении посадки путем запрессовки f = 0,08, при тепловой сборке f = 0,12.

Когда на сопряжение действует крутящий момент: , где М - максимальный крутящий момент, действующий на соединение.

Когда на соединение одновременно действуют и осевая сила и крутящий момент:

Используя задачу Ламе из курса сопротивления материалов можно найти удельное давление по формуле:

,

где N - величина натяга, Е1 - модуль упругости материала втулки, Е2 - модуль упругости материала вала, С1 и С2 - коэффициенты, которые находятся по формулам:

где 1 и 2 коэффициенты Пуассона материалов втулки и вала, D - наружный диаметр втулки, dо - внутренний диаметр вала (в случае полого вала) (см. рис. 9).

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Расчетная схема посадки с натягом

Выражая натяг N, получим: . Так как сопрягаемые поверхности имеют микронеровности, которые при посадке с натягом будут деформированы необходимо добавить поправку учитывающую шероховатости поверхности вала Rz2 и втулки Rz1 с коэффициентом запаса 1,2:

.

Наибольший натяг рассчитывается из условия прочности элементов соединения:

,

для втулки ,

для вала ,

где т1 и т2 пределы текучести материалов втулки и вала. Из двух выбирают тот, который меньше и по нему рассчитывают . По рассчитанным величинам и выбираем стандартную посадку по ГОСТ25347-82.

4.4 Обозначение предельных отклонений и посадок на чертежах

Предельные отклонения линейных размеров указывают на чертежах условными обозначениями полей допусков или числовыми значениями предельных отклонений, а также условными обозначениями полей допусков с одновременным указанием справа в скобках числовых значений предельных отклонений (Рис. 10).

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Возможные варианты обозначения предельных отклонений

Посадки указываются дробью, в числителе обозначение предельных отклонений отверстия, в знаменателе предельные отклонения вала

В условных обозначениях полей допусков необходимо указывать числовые значения предельных отклонений в следующих случаях:

- для размеров не включенных в ряды нормальных линейных размеров, например 41,5Н7(+0,025);

- при назначении предельных отклонений, условные обозначения которых не предусмотрены ГОСТ 25347-82;

- для деталей из пластмасс с предельными отклонениями по ГОСТ 25349-82;

- когда предельные отклонения на размеры уступов заданы с несимметричным полем допуска.

Предельные отклонения следует назначать на все размеры, представленные на рабочих чертежах, включая и несопрягаемые размеры.

4.5 Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками

Требования на отклонения размеров с неуказанными допусками регламентируются ГОСТ 30893.1 - 2002 «Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров» введенным взамен ГОСТ 25670-83.

Стандарт вводит понятие общий допуск. Общий допуск размера - это предельные отклонения (допуски) линейных или угловых размеров, указываемые на чертеже или в других технических документах общей записью и применяемые в тех случаях, когда предельные отклонения (допуски) не указаны индивидуально у соответствующих номинальных размеров.

Общие допуски применяют для следующих размеров с неуказанными индивидуально предельными отклонениями:

- линейных размеров (например, наружных, внутренних, радиусов, расстояний, размеров уступов, размеров притупленных кромок, наружных радиусов закруглений и размеров фасок);

- угловых размеров, включая угловые размеры, обычно не указываемые, т. е. прямые углы (90), если нет ссылки на ГОСТ 30893.2, или углы правильных многоугольников;

- линейных и угловых размеров, получаемых при обработке в сборе.

Числовые значения предельных отклонений для размеров от 1 до 10000 мм приведены в таблицах стандарта в зависимости от класса точности. В стандарте предусмотрены следующие классы точности: точный - f, средний - m, грубый - c, очень грубый - v. Кроме симметричных предельных отклонений, установленных в основной части стандарта, в дополнение к ИСО 2768-1 допускается применение односторонних предельных отклонений для размеров отверстий и валов по квалитетам ГОСТ 25349 и ГОСТ 25348 - вариант 1, или классам точности: точный - t1, средний - t2, грубый - t3, очень грубый - t4.