Основы нормирования параметров точности

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО МЕТРОЛОГИИ НА ТЕМУ:

«Основы нормирования параметров точности»

г. Якутск, 2011 г



Содержание

Введение

Глава 1. Основы нормирования параметров точности

1.1 Основные понятия и определения. Понятие о взаимозаменяемости

1.2 Понятия «вал» и «отверстие»

1.3 Терминология по размерам

1.4 Допуск размера. Поле допуска

1.5 Типы посадок и их характеристики

1.6 Точность геометрических параметров

1.7 Методы исследования и оценки результирующих погрешностей

Глава 2. Единая система допусков и посадок соединений

2.1 Общие положения

2.2 Закономерности построения допусков

2.3 Системы допусков и посадок

2.4 Основные отклонения, их ряды в ЕСДП

2.5 Образование полей допусков и посадок

2.6 Обозначение предельных отклонений размеров на чертежах деталей

2.7 Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками

Глава 3. Расчет и применение посадок

3.1 Методы выбора посадок

3.2 Расчет посадок с зазором

3.3 Расчет посадок с натягом

3.4 Расчет переходных посадок

3.5 Применение посадок

Глава 4. Допуски формы и расположения поверхностей

4.1 Основные понятия и определения

4.2 Отклонения формы поверхностей

4.3 Отклонения расположения поверхностей

4.4 Суммарные отклонения формы и расположения поверхностей

4.5 Нормирование отклонений формы и расположения поверхностей и обозначение их допусков на чертежах

Глава 5. Шероховатость и волнистость поверхностей

5.1 Основные понятия и определения

5.2 Параметры шероховатости

5.3 Обозначение шероховатости поверхности на чертежах

5.4 Волнистость поверхности

Глава 6. Типовые задачи

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей в нашей жизни. Все отрасли техники, строительства не могли бы существовать без развернутой системы измерений.

Моя тема - основы нормирования параметров точности. Для того чтобы понять тему важно понять основные понятия.

Класс точности - это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных, а также рядом других свойств, влияющих на точность, осуществляемых с их помощью измерений.

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве.

Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений, затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормы назначения метрологических характеристик устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения.

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения.

Целью исследования является изучение основы нормирования параметров точности.

Исходя, из поставленной цели определены следующие задачи:

1) Рассмотреть теоретические основы нормирования параметров точности изготовления технических изделий;

2) Рассмотреть типовые задачи.



Глава 1. Основы нормирования параметров точности

1.1 Основные понятия и определения. Понятие о взаимозаменяемости

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 как принцип конструирования и производства изделий включает в себя свойства собираемости изделий и выполнения ими своих функций по назначению. Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц достигается изготовлением их элементов по всем геометрическим и физико-химическим параметрам в определенных заранее нормируемых пределах -- допусках.

Принцип взаимозаменяемости, реализованный еще в XVII в. на тульских оружейных заводах, получил в дальнейшем большое развитие и в настоящее время широко используется во всех отраслях промышленности. Использование принципов взаимозаменяемости на всех этапах жизненного цикла изделий 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.

Реализация свойств полной взаимозаменяемости требует, как правило, повышенной точности геометрических параметров деталей.

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.

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 распространяется на детали, сборочные единицы и механизмы, входящие в изделие.



1.2 Понятия «вал» и «отверстие»

Конструктивно любая деталь состоит из элементов (поверхностей) различной геометрической формы, часть из которых взаимодействует (образует посадки-сопряжения) с поверхностями других деталей, а остальная часть элементов является свободной (несопрягаемой).

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 - термин, условно применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы, и соответственно сопрягаемых размеров.

Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей, включая нецилиндрические элементы, и соответственно сопрягаемых размеров.

Для сопрягаемых элементов деталей на основе анализа рабочих и сборочных чертежей, а при необходимости и образцов изделий, устанавливают охватывающие и охватываемые поверхности сопряженных деталей и, таким образом, принадлежность поверхностей сопряжений к группам «вал» и «отверстие».

Для несопрягаемых элементов деталей установление вал это или отверстие выполняют с помощью технологического принципа, состоящего в том, что если при обработке от базовой поверхности размер элемента увеличивается, то это отверстие, а если размер элемента уменьшается, то это вал.

Состав группы размеров и элементов деталей, не относящихся ни к валам, ни к отверстиям, сравнительно невелик (например, фаски, радиусы скруглений, галтели, выступы, впадины, расстояния между осями и др.).



1.3 Терминология по размерам

Различают номинальный, действительный и предельные размеры.

Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений. Номинальный размер, общий для отверстия и вала, образующих соединение, называется номинальным размером соединения. Номинальный размер 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 прогрессии со следующими значениями знаменателей соответственно рядам:

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.

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.

Действительный размер - размер, установленный измерением с помощью средства измерений с допускаемой погрешностью измерения.

Под погрешностью измерения понимается отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которое определяется как алгебраическая разность этих величин. За истинное значение измеряемой величины принимается математическое ожидание многократных измерений.

Величина допускаемой погрешности измерения, по которой выбирается необходимое средство измерения, регламентируется ГОСТ 8.051-81 в зависимости от точности изготовления измеряемого элемента детали, заданной в чертеже.

Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер. Больший из двух предельных размеров называется наибольшим предельным размером, а меньший - наименьшим предельным размером. Для предельного размера, который соответствует максимальному количеству остающегося на детали материала (верхний предел для вала и нижний - для отверстия), предусмотрен термин проходной предел; для предельного размера, соответствующего минимуму остающегося материала (нижний предел для вала и верхний - для отверстия), - непроходной предел. Принято обозначать номинальный, действительный и предельные размеры соответственно: для отверстий - для валов - Сравнивая действительный размер с предельными, можно судить о годности элемента детали. Условиями годности являются соотношения: для отверстий для валов . Предельные размеры определяют характер соединения деталей и их допустимую неточность изготовления; при этом предельные размеры могут быть больше или меньше номинального размера или совпадать с ним.

Чтобы гарантировать в достижимой степени выполнение функциональных требований системы допусков и посадок, дано специальное толкование предельных размеров, которые на предписанной длине должны отвечать следующим требованиям.

Для отверстий диаметр наибольшего правильного цилиндра, который может быть вписан в отверстие так, чтобы обеспечивался плотный контакт с наиболее выступающими точками поверхности (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы, прилегающей к отверстию без зазора), не должен быть меньше, чем проходной предел.

Наибольший диаметр в любом месте отверстия не должен превышать непроходного предела. Для валов диаметр наименьшего правильного цилиндра, который может быть описан вокруг вала так, чтобы обеспечивался плотный контакт с наиболее выступающими точками поверхности (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы, прилегающей к валу без зазора), не должен быть больше, чем проходной предел. Минимальный диаметр в любом месте вала не должен быть меньше, чем непроходной предел.

В ГОСТ 25346-89 даны специальные указания, что понимают под термином "предельный размер", называя это интерпретацией предельных размеров.

Размер, соответствующий пределу максимума материала (наибольший предельный размер вала и наименьший предельный размер отверстия), должен приниматься за размер элемента правильной соответствующей формы, который должен быть наибольшим прилегающим для отверстия и наименьшим прилегающим для вала.

Размер, соответствующий пределу минимума материала (наименьший предельный размер вала и наибольший предельный размер отверстия), должен определяться при двухточечной схеме измерения. Из полученных результатов выбирают наибольшие для отверстий и наименьшие для валов.

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 (Ecart Superieur) для отверстий и - для валов; нижнее отклонение обозначается (Ecart Interieur) для отверстий и - для валов.

Согласно определениям:

для отверстий

для валов

Предельные отклонения могут иметь положительные и отрицательные значения или одно из них может быть равным нулю.

1.4 Допуск размера. Поле допуска

Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями. Допуск обозначается (International Tolerance) или - допуск отверстия и допуск вала.

Согласно определению:



допуск отверстия

допуск вала

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. Если нулевая линия расположена горизонтально, то в условном масштабе положительные отклонения откладываются вверх, а отрицательные - вниз от нее. Если нулевая линия расположена вертикально, то положительные отклонения откладываются справа от нулевой линии.

Поля допусков отверстий и валов могут занимать различное расположение относительно нулевой линии, что необходимо для образования различных посадок.

Различают начало и конец поля допуска. Началом поля допуска является граница, соответствующая наибольшему объему детали и позволяющая отличить годные детали от исправимых негодных. Концом поля допуска является граница, соответствующая наименьшему объему детали и позволяющая отличить годные детали от неисправимых негодных.

Для отверстий начало поля допуска определяется линией, соответствующей нижнему отклонению, конец поля допуска - линией, соответствующей верхнему отклонению. Для валов начало поля допуска определяется линией, соответствующей верхнему отклонению, конец поля допуска - линией, соответствующей нижнему отклонению.

1.5 Типы посадок и их характеристики

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. Различают три типа посадок: с зазором, с натягом и переходные посадки.

Посадки с зазором. Посадкой с зазором называется посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала). Зазор - положительная разность размеров отверстия и вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения сопряженных деталей.

Основными характеристиками посадки с зазором являются:

наименьший зазор ;

наибольший зазор ;

средний зазор ;

действительный зазор ;

допуск зазора .



Посадки с натягом. Посадкой с натягом называется посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала).

Натяг - положительная разность размеров вала и отверстия до сборки. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки.

Основными характеристиками посадки с натягом являются:

наибольший натяг ;

наименьший натяг ;

средний натяг ;

действительный натяг ;

допуск натяга

Переходные посадки. Переходной посадкой называется посадка, при которой возможно получение, как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью).

Переходные посадки используют для неподвижных соединений в тех случаях, когда при эксплуатации необходимо проводить разборку и сборку, а также когда к центрированию деталей предъявляются повышенные требования.

Переходные посадки, как правило, требуют дополнительного закрепления сопрягаемых деталей, чтобы гарантировать неподвижность соединений (шпонки, штифты, шплинты и другие крепежные средства).

Основными характеристиками переходных посадок являются:

наибольший натяг ;

наибольший зазор ;

средний натяг

средний зазор ;

действительный натяг

действительный зазор ;

допуск посадки (натяга)

1.6 Точность геометрических параметров

Точность геометрических параметров является комплексным понятием, включающим в себя:

-- точность размеров элементов деталей;

-- точность геометрических форм поверхностей элементов деталей;

-- точность взаимного расположения элементов деталей;

-- шероховатость поверхностей деталей (микрогеометрия);

-- волнистость поверхностей (макрогеометрия).

Точность - это степень соответствия действительных значений геометрических параметров их заданным (расчетным) значениям. Мерой точности является погрешность.

За расчетные размеры отверстий принимают их наименьшие предельные размеры, для валов - наибольшие предельные размеры.

Образование погрешностей геометрических параметров вызывается действием множества конструктивно-технологических факторов, проявляемых в процессе изготовления изделий, например:

-- погрешности изготовления оборудования и технологической оснастки и их износ в процессе эксплуатации;

-- погрешности и износ рабочих и измерительных инструментов;

-- упругие деформации и вибрации системы станок - приспособление - инструмент - деталь, возникающие при выполнении технологических процессов обработки;

-- тепловые деформации рабочих инструментов и обрабатываемых деталей;

-- погрешности базирования и установки деталей на станках;

-- погрешности настройки оборудования;

-- нестабильность физико-механических характеристик материала обрабатываемых деталей;

-- неодинаковость припусков на обработку;

-- характер напряженного состояния заготовок;

-- форма, размеры и масса обрабатываемых деталей;

-- квалификация рабочих-исполнителей.

Погрешности геометрических параметров обрабатываемых деталей, возникающие под действием указанных факторов, разделяют по характеру причинно-следственных связей их проявления на систематические, случайные и грубые.

Систематическими называют погрешности, постоянные по абсолютному значению и знаку или закономерно изменяющиеся в зависимости от одного или нескольких неслучайных факторов.

Примерами образования постоянных по величине систематических погрешностей в размерах обрабатываемых деталей являются погрешности, вызываемые неточностью параметров станков. Например, отклонение от параллельности линии центров токарного станка и направляющих станины; неточностью размеров сверления, используемых для сверления в детали отверстий; неточностью размеров заготовок и станочных приспособлений, в которые устанавливают заготовки; наличием систематических погрешностей в измерительных средствах и др.

К числу закономерно изменяющихся во времени систематических погрешностей относятся погрешности, вызываемые износом рабочих и измерительных инструментов, технологического оборудования и различных приспособлений.

Случайные погрешности определяются факторами, носящими случайный характер; они имеют различные значения; при обработке каждой детали могут изменяться в пределах обрабатываемой поверхности, численное значение которых заранее установить нельзя.

Случайные погрешности являются следствием таких факторов, как, например, неравномерный припуск на обработку, вызванный погрешностями размеров заготовки, или неодинаковая твердость обрабатываемого материала в пределах обрабатываемой поверхности детали. Такие погрешности возникают также при обработке разных одноименных деталей. При этом в процессе обработки будут изменяться силы резания и вызванные ими упругие деформации станка, инструмента и самой детали.

Случайные погрешности возникают в связи с погрешностями Установки каждой детали на станке, что обусловлено погрешностями предшествующей обработки детали, ошибками рабочего и т.д.

Грубыми называют погрешности, явно искажающие результаты наблюдений

1.7 Методы исследования и оценки результирующих погрешностей

В настоящее время применяют два метода исследования и оценки погрешностей геометрических параметров в процессе изготовления деталей: расчетно-аналитический и опытно-статистический.

Расчетно-аналитический метод исследования точности основан на выделении доминирующих факторов и анализе функциональных связей этих факторов с вызываемыми ими погрешностями.

К таким исследованиям относят исследования жесткости упругой системы станок - приспособление - инструмент - деталь. Эти исследования позволили установить функциональные связи между точностью геометрических параметров обрабатываемых деталей и параметрами жесткости узлов станка, приспособления, инструмента и самой детали с учетом способов установки ее на станке при обработке, а также параметрами режимов обработки, определяющими силы, действующие на рассматриваемую систему.

Рассмотрим простейший пример.

Определить составляющую результирующей погрешности диаметра вала, обтачиваемого на токарном станке, вызванной упругой деформацией детали, при условии, что остальные элементы рассматриваемой упругой системы принимаются абсолютно жесткими.

В качестве силы резания, вызывающей упругую деформацию детали, принимаем радиальную составляющую силы резания, оказывающую наибольшее влияние на образование погрешности ?.

Наибольшая величина упругого прогиба детали будет при расположении суппорта станка с закрепленным в резцедержателе резцом на расстоянии от установочных центров передней и задней бабок.

Величину , мм, можно найти по формуле

,

где - длина обрабатываемого вала; E, I - соответственно модуль упругости материала и момент инерции поперечного сечения вала (I=0,05).

Таким образом, получим

Опытно-статистический метод основан на закономерностях теории вероятностей и математической статистики.

С помощью теории вероятностей и математической статистики можно определить значения результирующих случайных погрешностей.

Зависимость между числовыми значениями случайной величины и вероятностью их появления устанавливается законом распределения вероятностей случайных величин.

Для выявления закона распределения вероятностей случайной величины необходимо получить и обработать массив опытно-статистических данных. Эти данные, например, в виде действительных размеров элемента детали, погрешность изготовления которого необходимо найти, в определенном количестве (рекомендуется N 200) получают при изготовлении деталей в неизменных условиях протекания технологического процесса.

Полученный массив действительных размеров группируют в интервалы, число которых при N 50 принимают в пределах k=8…15 с интервалом

.

Подсчитывают число размеров, попадающих в каждый интервал при этом

Строят гистограмму и эмпирическую кривую (полигон) распределения действительных размеров деталей (рис.1); по оси ординат откладывают частоту или частность для каждого интервала случайной величины, отсчитываемой по оси абсцисс.

По опытно-статистическим данным определяют параметры кривой распределения:

среднее значение

среднее квадратическое отклонение

Для анализа величины результирующей погрешности необходимо знать, какому теоретическому закону распределения вероятностей случайной величины соответствует установленное эмпирическое распределение.

Рис.1. Распределение действительных размеров детали

Исходя из вида эмпирической кривой, анализа факторов, вызывающих образование результирующей погрешности и значений параметров эмпирического распределения, выдвигается гипотеза о соответствии полученного распределения тому или иному теоретическому закону распределения. Соответствие эмпирического и предполагаемого теоретического распределений устанавливается по критериям А.Н.Колмогорова или -критерию (критерию Пирсона).

Наибольшее распространение в качестве закона распределения погрешностей при измерении линейных и угловых размеров, результирующих погрешностей изготовления элементов деталей с линейными и угловыми размерами, а также погрешностей массы деталей, величин твердости и других механических и физических параметров получил нормальный закон распределения вероятностей (закон Гаусса). Наиболее полно этот закон проявляется в случаях, когда случайная величина определяется множеством составляющих также случайных величин, среди которых нет доминирующих.

Эмпирическая кривая, показывающая изменение плотности вероятности f(x), при нормальном законе распределения описывается уравнением

,

Где M[x]- математическое ожидание случайной величины x;

Для непрерывных величин

Для дискретных величин



Интегральная форма нормального распределения имеет вид

На основе закона нормального распределения рассчитаны таблицы нормированной функции Лапласа.

где

По таблицам можно определить вероятность нахождения случайной величины в пределах интервала , определяемого относительно .

Рассмотренный опытно-статистический метод определения результирующих погрешностей лег в основу разработки систем допусков во многих странах. Для разработки различных национальных систем допусков осуществлялось изготовление в опытном порядке партий деталей определенных размеров в нормальных производственных условиях.

По результатам измерений размеров деталей каждой партии строились полигоны рассеивания, которые сопоставлялись с теоретическими нормами нормального распределения.

На основании этого метода установлены все закономерности Единой системы допусков и посадок (ЕСДП).



Глава2. Единая система допусков и посадок соединений

2.1 Общие положения

В настоящее время в международной практике действуют различные системы допусков и посадок гладких соединений. Наиболее известна среди них международная система ИСО (Международной организации по стандартизации).

Международная система ИСО базируется на международном опыте, отражает новейшие достижения науки и техники и является весьма перспективной. В разработке системы ИСО, со дня ее основания в 1926 г. под названием ИСА, принимают активное участие отечественные специалисты. С образованием в 1949 г. Совета Экономической Взаимопомощи социалистических стран (СЭВ) начались работы по созданию единых норм взаимозаменяемости. В основу этих норм комиссией по стандартизации СЭВ были положены разработки ИСО.

По планам разработчиков в Единую систему допусков и посадок (ЕСДП) входили допуски и посадки как гладких, так и других видов соединений. В окончательной редакции наименование ЕСДП сохранено лишь за системой допусков и посадок для гладких соединений, а допуски и посадки типовых соединений объединены общим наименованием «Основные нормы взаимозаменяемости» (ОНВ).

В России введение стандартов ЕСДП и ОНВ осуществлено через государственные стандарты (ГОСТ).

Системой допусков и посадок называют совокупность допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в вид стандартов. Система предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин. Оптимальные градации допусков и посадок являются основой стандартизации режущих инструментов и измерительных средств, обеспечивают достижение взаимозаменяемости изделий и их составных частей, обусловливают повышение качества продукции.

ЕСДП гладких соединений изложена в стандартах: ГОСТ 25346-89; ГОСТ 25347-82; ГОСТ 25348-82; ГОСТ 25349-82; ГОСТ 25670-83; ГОСТ 26179-84.

Для всех размеров допуски и предельные отклонения установлены при температуре +20 °С.

2.2 Закономерности построения допусков

Основная закономерность построения допусков размеров IT(T),мкм, имеет вид

=, (1.1)

где K - число единиц допуска; коэффициент, характеризующий квалитет; i - единица допуска, мкм.

Квалитет -- это совокупность (ряд) допусков для всех номинальных размеров, соответствующих одной степени точности. Квалитеты установлены для нормирования требуемых точностей изготовления размеров деталей и изделий различного назначения.

Допуск, характеризующий точность, в пределах одного квалитета зависит только от номинального размера, входящего в единицу допуска i.

В ЕСДП предусмотрено 20 квалитетов, которые обозначают арабскими цифрами (01; 0; 1; 2; ...; 18). С увеличением номера квалитета точность понижается (допуск увеличивается).

Допуск по квалитету обозначается буквами IT с указанием рядом номера квалитета, например IT8 - допуск по 8-му квалитету.

Область применения квалитетов:

-- квалитеты от 01-го до 4-го используют при изготовлении концевых мер длины, калибров и контркалибров, деталей измерительных средств и других высокоточных изделий;

-- квалитеты от 5-го до 12-го применяют при изготовлении деталей, преимущественно образующих сопряжения с другими деталями различного типа;

-- квалитеты от 13-го до 18-го используют для параметров деталей, не образующих сопряжений и не оказывающих определяющего влияния на работоспособность изделий.

Основная закономерность построения рядов допусков действует, начиная со 2-го квалитета.

Число единиц допуска (K) для соответствующих квалитетов

Квалитет…	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

Для квалитетов 6-го и грубее значения К образуют геометрическую прогрессию со знаменателем . Это значит, что при переходе квалитета к следующему, более грубому, допуски для одного и того же номинального размера увеличиваются на 60.

С 6-го квалитета через каждые пять квалитетов допуски увеличиваются в 10 раз.

Единица допуска функционально связана с номинальным размером и является масштабом для измерения допуска в закономерности (1.1).

Для диапазона свыше 1 до 500 мм единица допуска i, мкм, находится из формулы



(1.2)

Интервалы подразделяются на основные и промежуточные.

Промежуточные интервалы введены для номинальных размеров свыше 10 мм и делят каждый основной интервал на две, а в некоторых случаях - на три части.

Разбивка диапазона на интервалы номинальных размеров имеет большое технико-экономическое значение, поскольку примерно на порядок сокращает число единиц допуска, а следовательно, и допусков по сравнению с тем, если бы допуски рассчитывались для каждого номинального размера, а не для среднего геометрического диаметра интервала

,

где и - соответственно наибольший и наименьший размеры интервала, мм.

Введение интервалов позволило сократить объем нормативно-технической документации и материально-технического обеспечения в контрольно-измерительном и инструментальном подразделениях производств. Как видно из формулы (1.2), изменение номинального размера в пределах от до не оказывает существенного влияния на величину i, если расчет проводится для каждого номинального размера.

Учитывая взаимосвязь допусков на размеры детали, калибров и контркалибров, а также специальной оснастки и рабочих инструментов, важно обратить внимание на слово "свыше" в определении интервалов. Так, например, номинальный размер 30 мм должен входить в интервал свыше 18 до 30 мм, а не в интервал свыше 30 до 50 мм. Неправильный выбор интервала размеров для определения допуска является грубой ошибкой.



2.3 Системы допусков и посадок

С учетом опыта использования и требований национальных систем допусков ЕСДП состоит из двух равноправных систем допусков и посадок: системы отверстия и системы вала.

Выделение названных систем допусков и посадок вызвано различием в способах образования посадок.

Система отверстия -- система допусков и посадок, при которой предельные размеры отверстия для всех посадок для данного номинального размера сопряжения и квалитета остаются постоянными, а требуемые посадки достигаются за счет изменения предельных размеров вала.

Система вала -- система допусков и посадок, при которой предельные размеры вала для всех посадок для данного номинального размера сопряжения и квалитета остаются постоянными, а требуемые посадки достигаются за счет изменения предельных размеров отверстия.

Система отверстия имеет более широкое применение по сравнению с системой вала, что связано с ее преимуществами технико-экономического характера на стадии отработки конструкции. Для обработки отверстий с разными размерами необходимо иметь и разные комплекты режущих инструментов (сверла, зенкера, развертки, протяжки и т. п.), а валы независимо от их размера обрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом. Таким образом, система отверстия требует существенно меньших расходов производства, как в процессе экспериментальной обработки сопряжения, так и в условиях массового или крупносерийного производства.

Система вала является предпочтительной по сравнению с системой отверстия, когда валы не требуют дополнительной разметочной обработки, а могут пойти в сборку после так называемых заготовительных технологических процессов.

Система вала применяется также в случаях, когда система отверстия не позволяет осуществлять требуемые соединения при данных конструктивных решениях.

При выборе системы посадок необходимо учитывать допуски на стандартные детали и составные части изделий: в шариковых и роликовых подшипниках посадки внутреннего кольца на вал осуществляются в системе отверстия, а посадки наружного кольца в корпус изделия - в системе вала.

Деталь, размеры которой для всех посадок при неизменных номинальном размере и квалитете не меняются, принято называть основной деталью.

В соответствии со схемой образования посадок в системе отверстия основной деталью является отверстие, а в системе вала - вал.

Основной вал -- вал, верхнее отклонение которого равно нулю.

Основное отверстие -- отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.

Таким образом, в системе отверстия неосновными деталями будут валы, в системе вала -- отверстия.

Расположение полей допусков основных деталей должно быть постоянным и не зависеть от расположения полей допусков неосновных деталей. В зависимости от расположения поля допуска основной детали относительно номинального размера сопряжения различают предельно асимметричные и симметричные системы допусков.

ЕСДП -- предельно асимметричная система допусков, при этом Допуск задается "в тело" детали, т.е. в плюс - в сторону увеличения размера от номинального для основного отверстия и в минус - в сторону уменьшения размера от номинального для основного вала.

Основное отверстие - отверстие в системе отверстия - характеризуется и , а основной вал - вал в системе вала - имеет и .

Предельно асимметричные системы допусков и посадок имеют некоторые экономические преимущества перед симметричными системами, что связано с обеспечением основных деталей предельными калибрами.

Следует также отметить применение в ряде случаев несистемных посадок, т. е. отверстие выполняется в системе вала, а вал - в системе отверстия. В частности, несистемная посадка используется для боковых сторон прямобочного шлицевого соединения.

2.4 Основные отклонения, их ряды в ЕСДП

Основное отклонение - это одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии.

По ЕСДП таким основным отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой линии.

В ЕСДП с целью образования различных полей допусков и посадок установлены одинаковые для всех квалитетов 28 основных отклонений для валов (обозначаются одной или двумя строчными буквами латинского алфавита от a до zc) и столько же для отверстий (обозначаются прописными буквами от A до ZC) в диапазоне номинальных размеров до 500 мм (рис. 1.14) и 17 основных отклонений валов и отверстий в диапазоне номинальных размеров свыше 500 до 10 000 мм.

В ГОСТ 25346-89 приведены эмпирические зависимости для определения основных отклонений валов, построенные на основе обработки большого количества опытно-статистических данных по применению посадок в различных отраслях промышленности развитых стран.

Основные отклонения валов (рис. 1.14, а) от a по h являются верхними отклонениями а от j по - нижними отклонениями . Основное отклонение определяет одинаковые по абсолютной величине верхнее и нижнее отклонения: , .

Основные отклонения отверстий от A до H (рис.2) являются нижними отклонениями EI, а от I по ZC - верхними ES.

Основные отклонения отверстий , как и основные отклонения валов , имеют , . Следует обратить особое внимание на основные отклонения вала h и отверстия H. Основным отклонением h вала является верхнее отклонение .

Основным отклонением H отверстия является нижнее отклонение . Вторыми предельными отклонениями полей допусков вала с основным отклонением h будет нижнее отклонение , а для отверстия с основным отклонением H - верхнее отклонение .

Рис.2. Основные отклонения для валов (a), для отверстий (б)

Сопоставляя поля допусков отверстия и вала с основными отклонениями H и h и рассмотренными посадками в системах отверстия и вала, нетрудно установить, что отверстия с основными отклонениями H являются основными отверстиями в системе отверстия, а валы с основными отклонениями h - основными валами в системе вала.

Основные отклонения отверстий с размерами до 500 мм определяются по общему и специальному правилам.

2.5 Образование полей допусков и посадок

Поле допуска образуется сочетанием одного из основных отношений с допуском по одному из квалитетов, поэтому условное обозначение поля допуска состоит из условного обозначения основного отклонения (буквы) и номера квалитета, например:

для валов h7, d11, k5 и т.д.;

для отверстий H6, 7, A11 и т.д.

По основному отклонению и допуску принятого квалитета можно определить второе предельное отклонение.

Если основное отклонение верхнее, то нижнее отклонение:

для вала ;

для отверстия ;

Если основное отклонение нижнее, то верхнее отклонение:

для вала ;

для отверстия .

Отклонения ei, es, EI,ES выбирают с учетом знака.

Предпочтительные поля допусков обеспечиваются режущим инструментом и калибрами по нормальному ряду чисел, а рекомендуемые - только калибрами. Дополнительные поля допусков являются полями ограниченного применения и используются тог да, когда применение основных полей допусков не позволяет вы полнить требования, предъявляемые к изделию.

В ЕСДП предусмотрены все группы посадок: с зазором, натягом и переходные. Посадки не имеют названий, отражающих конструктивно-технологические или эксплуатационные свойства, а представляются только в условных обозначениях сочетаемых полей допусков отверстия и вала.

Посадки, как правило, применяют в системе отверстия (предпочтительно) или в системе вала.

Все посадки в системе отверстия для заданных номинальных размеров сопряжений и их квалитетов образуются полями допусков отверстий с неизменными основными отклонениями ни различными основными отклонениями валов.

Для посадок с зазором в системе отверстия используют поля допусков валов с основными отклонениями от а до h включительно.

Для переходных посадок в системе отверстия применяют поля допусков валов с основными отклонениями к, т, п.

Для посадок с натягом в системе отверстия выбирают поля допусков валов с основными отклонениями от р до zc.

Для посадок в системе вала для заданных номинальных размеров и квалитетов сопряжений используют поля допусков с неизменными основными отклонениями h вала и различными основными отклонениями отверстий.

Для посадок с зазором в системе вала выбирают поля допусков отверстий с основными отклонениями от А до Н включительно.

Для переходных посадок в системе вала используют поля до пусков отверстий с основными отклонениями Js, К, М, N.

ГОСТ 25347-82 выделяет рекомендуемые посадки, в числе которых указаны предпочтительные посадки первоочередного применения.

Для диапазона от 1 до 500 мм в системе отверстия выделено 69 рекомендуемых посадок, из них 17 - предпочтительных, а в системе вала - 59 рекомендуемых посадок, в том числе 11 предпочтительных.

2.6 Обозначение предельных отклонений размеров на чертежах деталей

Обозначения предельных отклонений размеров на рабочих чертежах деталей и сборочных чертежах должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.109-73 и ГОСТ 2.307-68.

При обозначении предельных отклонений размеров необходимо выполнять основные правила:

--линейные размеры и их предельные отклонения на чертежах указывают в миллиметрах без обозначения единицы измерения;

--на рабочих чертежах предельные отклонения приводят для всех размеров, кроме справочных; размеров, определяющих зоны шероховатости, термообработки, покрытия, и для размеров деталей задаваемых с припуском, для которых допускается не указывать предельные отклонения;

--на сборочных чертежах предельные отклонения проставляю для параметров, которые должны быть выполнены и проконтролированы по данному сборочному чертежу, а также для размеров деталей, изображенных на сборочном чертеже, на которые рабочие чертежи не выпускаются.

2.7 Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками

Предельные отклонения, не указанные непосредственно после номинальных размеров на чертежах, а оговоренные общей записью в технических требованиях чертежа, называют неуказанными предельными отклонениями. Неуказанные предельные отклонения допускаются для размеров сравнительно низкой точности (12-17-й квалитеты). Основные правила назначения указанных предельных отклонений размеров даны в ГОСТ 25670-83.

Неуказанные предельные отклонения могут быть назначены или на основе квалитетов, или на основе специальных классов точности. Для этого установлено четыре класса точности:

- точный, соответствующий округленно допускам 12-го квалитета;

- средний, соответствующий 14-му квалитету;

- грубый, соответствующий 16-му квалитету;

- очень грубый, соответствующий 17-му квалитету.

Допуски по этим специальным классам точности обозначаются соответственно , , и .

Согласно ГОСТ 25670-83 предусмотрены четыре варианта научения неуказанных предельных отклонений размеров.

Предельные отклонения размеров различных элементов, оговариваемых в одной общей записи, должны быть одного уровня точности (одного квалитета или одного класса точности либо одного квалитета и соответствующего ему класса точности).

Выбор одного из вариантов общей записи зависит от конструктивных и технологических требований.



Глава 3. Расчет и применение посадок

3.1 Методы выбора посадок

Выбор посадок для подвижных и неподвижных соединений проводят на основании расчетов, аналогичных данным соединениям которые апробированы на практике, и экспериментальными следованиями в конкретных условиях работы соединения.

В большинстве случаев используют комплексный метод, учитывающий достоинства каждого. Посадки с зазором используют для подвижных и неподвижных соединений. В подвижных соединениях устанавливают гарантированный зазор, обеспечивающий взаимное перемещение сопрягаемых деталей, для размещения слоя смазки с учетом конкретных условий силовых и кинематических параметров работы сопряжения, теплового режима, требований к точности параметров геометрической формы, расположения и шероховатости поверхностей. Для ответственных поверхностей, работающих в условиях жидкостного трения, расчет гарантированных зазоров проводят на основании гидродинамической теории смазки. При работе сопряжения в условиях полужидкостного, полусухого и сухого трения выбор посадок проводят по аналогии с посадками, хорошо оправдавшими себя на практике. Выбор посадки для неподвижного соединения проводят так, чтобы наименьший зазор обеспечивал свободную сборку деталей и учитывал компенсацию допусков формы и расположения. Наибольший зазор в таких посадках рассчитывают из допусков эксцентриситета (е) для цилиндрических деталей или из допусков смещения осей для плоских деталей. При этом должно быть выполнено условие

;

;



где , , и - параметры шероховатости поверхностей отверстия и вала сопряжения.

Требуемая неподвижность рассматриваемых посадок с зазором обеспечивается дополнительными крепежными средствами (шпонками, шлицами, болтами, штифтами и др.).

Переходные посадки предназначены для неподвижных, но разъемных соединений. К таким сопряжениям предъявляют высокие требования к центрированию деталей. Переходные посадки характерны тем, что образуют как зазоры, так и натяги.

Для обеспечения неподвижности соединения необходимо применять дополнительные крепежные средства. Натяги в переходных посадках имеют сравнительно небольшую величину и обычно не требуют расчета на прочность, за исключением тонкостенных деталей. Чем больше вероятность получения натягов, тем более прочной является посадка. Поэтому переходные посадки применяют для более точного центрирования деталей при ударных и вибрационных нагрузках, а иногда обходятся без дополнительного крепления. Стандартные поля допусков для переходных посадок находят широкое применение для посадочных поверхностей подшипников качения с посадочными поверхностями валов и корпусов изделия. Переходные посадки в основном используют в относительно точных квалитетах: в сопряжениях валов по 4-7-му и отверстий по 5-6-му. Выбор переходных посадок чаще всего производят по аналогии с хорошо работающими соединениями.

Посадки с натягом, как правило, применяют для неподвижных неразборных в процессе эксплуатации соединений без дополнительных крепежных средств. Неподвижность деталей при этих посадках достигается за счет напряжений, возникающих в поверхностных слоях сопряженных деталей.

В большинстве посадок с натягом действуют упругие деформации контактных поверхностных слоев. В этих посадках даже незначительные колебания величин натягов оказывают большое влияние на прочность соединения, характеризуемое усилием запрессовки или передающим крутящий момент. Поэтому при сборке соединений с натягом часто производят их сортировку на две или три группы по действительным размерам исходя из среднего натяга, который и принят за основную характеристику этих посадок. С этой же целью для неподвижных посадок используют квалитеты высокой точности, так же как и для переходных посадок.

При использовании посадок с натягом необходимо проводить их расчет и опытную проверку. В зависимости от конструктивных особенностей и эксплуатационных требований к сборке соединения деталей по посадке с натягом выполняют следующими способами: механическим - запрессовкой вала во втулку; термическим - разогревом втулки и охлаждением вала в средах с низкой температурой. Температуру разогрева втулки () и температуру охлаждения вала () при сборке рассчитывают по уравнениям

;

;

где - температура сборочного цеха; - зазор, необходимый для свободного вхождения вала во втулку при выполнении технической операции; - коэффициент линейного расширения материала втулки и вала.

Полученные расчетом значения температуры должны быть уточнены с учетом интенсивности охлаждения втулки и повышения температуры вала в начальный момент надвигания втулки на вал.

В некоторых случаях используют комбинированный способ со сниженной температурой разогрева втулки, компенсируемой в виде дополнительной подпрессовки.



3.2 Расчет посадок с зазором

Типовыми посадками с зазором являются гидродинамические подшипники скольжения. Нормальные условия работы таких соединений создаются при обязательном наличии слоя смазки между сопрягаемыми поверхностями, гарантирующими жидкостное трение. При жидкостном трении происходит замена трения между металлическими поверхностями сопряженных деталей на внутреннее трение в смазочной жидкости. Жидкостное трение достигается за счет гидравлического давления, создаваемого смазочной жидкостью при вращении вала в подшипниковой втулке.

При повороте вала в подшипнике смазочная жидкость, находящаяся в зазоре между валом и втулкой, увлекается валом в сужающуюся клиновую зону и создает гидравлическое давление жидкости на вал. Когда созданное таким образом гидравлическое давление превысит нагрузку на опору, происходит подъем и смещение вала относительно втулки, которые в последующем стабилизируются, образуя гарантированный зазор - смазочный слой . Зазор определяется как сумма и и зависит от абсолютной и относительной величин эксцентриситета:

;

.

Для образования гарантированного зазора несущая способность неразрывного смазочного слоя в подшипнике должна превышать нагрузку на опору.