Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛИТЕРАТУРА

А.И. Якушев. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М. Машиностроение ,1986г.

Н.Н. Марков, В.В. Осипов и др. Нормирование точности в машиностроении. М. Машиностроение, 2001г.

Ю.В. Димов. Метрология, стандартизация, сертификация. М. Машиностроение, 2006г.

Никифоров А.Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. Высшая школа, 2003г.

Палей М.А. и др. Допуски и посадки. Справочник в 2-х томах. Политехника. 2001г.

Единая система допусков и посадок в машиностроении. 1, 2 т. Изд. Стандарт,1989г

Бейзельман. Подшипники качения. Справочник. 1975г.

Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения. Справочник. М. Маш-е, 1992г.

Дунаев П.Ф. и др. Допуски и посадки, обоснование выбора. М. Маш-е, 1984г.

Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. Программа и мет. указания к контрольным работам. НГТУ.-1989г. (для заочников)

Метрология стандартизация и сертификация. МУ. К лаб. работам № 1-4, НГТУ - 2009г.(№3632).

Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. МУ. К лаб. работам № 5 -7, 9 -11, НГТУ - 1998г.

Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. МУ. К лаб. работам № 8 ,НГТУ- 1998г.

Метрология, стандартизация и сертификация. МУ. К курсовой работе - НГТУ- 2000г.

Метрология, стандартизация и сертификация. МУ. К курсовой работе - НГТУ- 2004г.(№2655)(калибры).

Метрология, стандартизация и сертификация. МУ. Часть1, НГТУ,2010(тесты) (№3946).

Гусев и др. Метрологическое обеспечение, взаимозаменяемость и стандартизация М. Маш-е. 1992г.

К.Г. Рего. Метрологическая обработка результатов технических измерений. М Маш.-1987г.

В.Н. Попков. Введение в метрологию.- 1996г.



ВВЕДЕНИЕ

Важным показателем любой конструкции машин является стабильность их функциональных характеристик и параметров, надежность, долговечность; для художественных изделий важны такие показатели качества, как эстетичность, гармония, долговечность

Эти показатели для разработанной конструкции обеспечиваются точностью изготовления. Повышение качества и эффективность действия машин, экономичности их производства эксплуатации находятся в прямой зависимости от точности изготовления и от контроля показателей качества.

Кроме того, вновь осваиваемое изделие по качеству и технико-экономическим показателям должна соответствовать передовым достижениям науки и техники.

Точность и экономичность служат исходной предпосылкой важнейших свойств совокупности изделий - взаимозаменяемости, определяющей технико-экономический эффект, получаемый при изготовлении и эксплуатации технических устройств.

Существенную роль в деле улучшения качества продукции имеет стандартизация, задача которой является непрерывное повышение качества изделий. Стандарт является своеобразным фильтром, позволяющий отбирать наиболее эффективную технику, технологические процессы, нормы и правила.

Выполнение требований стандартов в области производства и научных исследований, конструкторских разработок возможно лишь при наличии метрологического обеспечения, т. е. установление и применение научных и организационных основ технических средств, норм, правил, необходимых для обеспечения единства измерений и его точности. Сертификация проводится для обеспечения стабильности качества, а выдаваемый сертификат соответствия является гарантом, что изделие отвечает требуемым показателям качества.

Дисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация» изучает:

- требования к характеру и точности типовых соединений в изделиях на основе эксплуатационного назначения, обеспечивающих стабильность функциональных характеристик и параметров.

- методы расчетно-опытного обоснования требований качества,

- физико-технические, экономические предпосылки систем качества изделий в комплексе со стандартизацией, техническими измерениями, метрологическим обеспечением, сертификацией.

Поэтому глубокие четкие знания и определенные навыки по взаимозаменяемости, стандартизации, сертификации и метрологии является необходимой составной частью специальной подготовки инженеров - технологов.

Теория стандартизации предметно совпадает с теорией взаимозаменяемости, метрологией и сертификацией, что позволяет объединить их в одну дисциплину.

Каждый инженер, занимающийся конструкторской работой, разработкой любых эксклюзивных художественных изделий должен хорошо знать действующую систему допусков и посадок, принципы их построения и методику применения. Кроме того, он должен ясно представлять способы изготовления деталей, методы и средства контроля устанавливаемых отклонений размеров поверхностей, их измерений и обеспечение единства измерений. Без этих знаний инженер может назначить нереальные отклонения размеров, по которым невозможно изготовить и проконтролировать детали, а также знать основы стандартизации, категории стандартов, виды стандартов.

Для обеспечения стабильного качества и конкурентоспособности изделий необходимо знать виды сертификации и стандарты системы сертификации.

Метрология тесно связана с теорией вероятностей, математической статистикой, интегральным исчислением, с помощью которых оцениваются погрешности измерений, а также с технологией машиностроения.



1. ПОНЯТИЕ О ФОРМЕ И РАЗМЕРАХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Деталь - это тело, ограниченное поверхностями (цилиндрическими, коническими, плоскими и т.д.) и их сочетаниями, расположенных одни относительно других, исходя из служебного назначения детали и наиболее экономичной технологии изготовления и сборки.

Поверхности по назначению различают на:

1. исполнительные, с помощью которых деталь выполняет свои основные функции,

2. базовые, с помощью которых деталь ориентируется относительно других деталей в узле,

3. свободные, связывающие исполнительные и базовые для придания детали конкретной формы.

Также различают:

1.номинальные геометрические поверхности, имеющие предписанные чертежом формы и размеры без неровностей и отклонений,

2. действительные поверхности, полученные в результате обработки или видоизмененные при эксплуатации (износ).

Аналогично различают номинальные и действительные профили, номинальные и действительные погрешности формы и расположения.

Размеры по назначению делятся:

1. номинальный размер - основной размер, получаемый расчетным путем, исходя из функционального назначения узла или детали. Он проставляется на чертеже и является началом отсчета отклонений. Если две детали находятся в соединении по какой-то поверхности, образуя сопряжение с зазором или неподвижное, то их общий размер является

номинальным размером соединения (ГОСТ 25346-82).

2. действительный размер - размер, полученный в результате обработки и измеренный с достаточной точностью.

3. Технологические размеры- это размеры необходимые ля изготовления детали и их контроля. Конструктор, расставляя размеры, должен предусмотреть наивыгоднейший способ изготовления детали и её контроля порядком расставления размеров.

4. Посадочные размеры характеризуют сопряжения, и допуски устанавливаются по ГОСТ.

5. Размеры, входящие в размерную цепь и получаются расчетом размерной цепи.

6. Свободные размеры - это несопрягаемые размеры или входящие в размерные цепи (допуски по ГОСТ).

1.1 НОРМАЛЬНЫЕ РЯДЫ НОМИНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ

Для сокращения номенклатуры изделий (количества типоразмеров), инструментов, приспособлений, для облегчения типизации техпроцессов и т.д. величины номинальных размеров округляются и соответствуют ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» в большую сторону. Нормальные ряды в диапазоне от 0,001 - 20000 мм построены на основе предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-56). Наиболее широко используются ряды предпочтительных чисел, построенных на геометрической прогрессии со знаменателем прогрессии . Например,

для =2 (1-2-4-8-16….)

для =1,25 (1, 1.25, 1.6, 2…..)

Знаменатели: 2/1=4/2=8/4…..

Члены прогрессии: 84=32; 28=16; 322=64; 8/4=2; 8/2=4.

Любой член, возведенный в степень (отрицательную или положительную):

2²=4; 2³=8; =2; =2.

Наиболее удобным являются геометрические прогрессии, начинающиеся с цифры 1 и имеющие знаменатели равные .

По ГОСТ 8032-56 устанавливаются четыре десятичных предпочтительных ряда:

Числа 10, умножаются на 10

Числа 10, умножаются на 0,1;0,01….

Кроме основных рядов предпочтительных чисел есть произвольные, получаемые из основных или дополнительных рядов:

Рис. 1.1

Предпочтительные числа по сравнению с числами геометрической прогрессии округляются с точностью до +1,26 до 1,01%.

Например, производительность компрессоров 4500-6000-9000….ккал/час - по R20/3 - ГОСТ 6492-68.

Иногда используются арифметические прогрессии или ступенчато-арифметические, у которых на отдельных участках разность соседних чисел может быть разной. Например, по ГОСТ 8724-58 на диаметры метрической резьбы:

1; 1.1; 1.2; 1.4; 1.6; ……………..3; 3.5; 4; 4.5….

Характерно, что в каждом предпочтительном ряду количество чисел в диапазоне количество от 110, 10 100 равен номеру ряда (R55; R1010…). ГОСТ предполагает выбирать числа в первую очередь на 0 и 5; во вторую - 2 и 8; в третью - остальные.

Конструктор при простановке размеров должен давать полное представление о взаимосвязи элементов конструкции. Важное значение имеет правильная простановка размеров. Это часто влияет на качество изготовления деталей:

Рис. 1.2

1.2 ПРЕДЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ, ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ, ДОПУСК

Для обеспечения взаимозаменяемости необходимо, чтобы действительные размеры не выходили за определенные пределы.

Предельное значение размера детали - это наибольшее (d_max) и наименьшее (d_min) допустимое значение размера, между которыми должен находиться действительный размер. Это дает возможность судить о годности детали.

Если размер вала окажется меньше наименьшего предельного dd_min, то вал относят к неисправному браку, если dd_max - к исправному, т.к его можно исправить снятием слоя металла. Для отверстий наоборот.

DD_max - неисправимый; DD_min - исправимый.

Для упрощения чертежей введены предельные отклонения (ГОСТ 2.307-68) (60^+0,2_-0,1; 60_-0,01; 60^+0,01 на чертежах в мм).

Верхнее отклонение ES, es;

Нижнее отклонение EI, ei;

1. Верхним отклонением называется алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размером: ES(es)=D_max(d_max)-D(d)

2. Нижним отклонением называется алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размером: EI(ei)=D_min(d_min)-D(d)

3. Действительным (фактическим) отклонением называется алгебраическая разность между действительным и номинальным размером:

4.

5. =D_д(d_д) - D(d)

Или: D_max(d_max)= D(d)+ ES(es)

D_min(d_min)= D(d)+ EI(ei)

D_д(d_д)=D(d)+

Действительный размер должен находиться между предельными размерами, т.е. условием годности детали является:

D_max(d_max) D_д(d_д) D_min(d_min)

Для представления о возможном соотношении размеров и их отклонений применяется метод графического изображения. Величины отклонений принято откладывать относительно номинального размера, как линии отсчета (нулевая линия): положительные вверх, отрицательные вниз.



Рис. 1.3

Рис. 1.4

Допуском (Т) называется разность между наибольшим и наименьшим допустимыми значениями параметра.

Допуск размера - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами:

Т=D_max(d_max) - D_min(d_min) или

Т=ES(es)- EI(ei)

Допуск - положительная величина и характеризует допустимое рассеяние (разброс) действительных размеров годных деталей в партии, т.е. заданную точность изготовления. С увеличением допуска точность ухудшается, а себестоимость уменьшается, т.к. можно использовать оборудование, инструменты пониженной точности.

Полем допуска называется пространство, ограниченное линиями верхнего и нижнего отклонений, т.е. это интервал значений предельных размеров.

Итак, поле допуска определяется:

1. величиной допуска

2. его расположением относительно номинального размера

или двумя отклонениями верхним и нижним и обозначаются буквами латинского алфавита: (a-z) - для валов, (A-Z) - для отверстий.

1.3 ЕДИНИЦА ДОПУСКА. СУЩНОСТЬ ПОСТРОЕНИЯ КЛАССОВ ТОЧНОСТИ

Экспериментально было установлено, что для обработки деталей разных размеров, потребовалось совершенно разное время, для достижения одного и того же разброса размера, т.е. трудоёмкость изготовления деталей широкого диапазона размеров и их точность различна. Статистическая обработка полученных результатов показала, что каждому определенному диапазону размеров соответствует разброс, отвечающий зависимости, кратной P=. Эту величину назвали единицей допуска.

Единица допуска (i) выражает зависимость допуска от номинального размера, ограниченного этим допуском, и отражает влияние технологических, конструкторских и метрологических факторов. Единица допуска является мерой точности.

На основании исследований точности механической обработки деталей из металла для системы ИСО и ЕСДП установлена следующая зависимость для размеров 1-500 мм:



i=0,45+0,001D,

где D=,

D₁, D₂- границы интервала, а для интервала до 3 мм D=

для размеров больше 500:

i=0,004D+2,1

второй член уравнения учитывает погрешность измерения.

В каждом изделии детали разного назначения изготавливаются с разной точностью. Для нормирования требуемых уровней точности установлены квалитеты.

Под квалитетом понимают совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью, которая определяется коэффициентом точности a для всех номинальных размеров диапазона 1-500мм.

При этом допуск может быть определен соотношением Т= ai.

Всего 19 квалитетов: 0,1; 0; 1; 2……………..19.

Число единиц допуска a для квалитетов от 5-17 образуют ряд:

a	7	10	16	25	40	64	100	160	250	400
кт	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

1.4 РЯДЫ ДОПУСКОВ И ИНТЕРВАЛЫ ДИАМЕТРОВ

Используя единицу допуска и коэффициент точности (Т= ai), были построены ряды допусков для всех размеров, соответственно квалитету (ГОСТ 25346-89(для диапазона 0,01-1), 25347-89(1-3150), 25348-89(3150-10000)).

Допуски для цилиндрических деталей установлены для размеров от 0,01 до 31500мм разбивкой на 5 диапазонов: 0,01-0,1; 0,1-1; 1-500; 500-3150; 3150-10000.

Для построения рядов допусков каждый диапазон поделен на интервалы (в диапазоне от 1-500мм - 13 интервалов: 1-3; 3-6; 6-10; 10-18; …..400-500). На каждый интервал установлен один ряд допусков соответствующих d_ср интервала.

Диаметры по интервалам распределены так, чтобы допуски, рассчитанные по крайним значениям диаметров и средним отличалось бы не более, чем на 5-8%.

Допуски и отклонения, установленные стандартами относятся к деталям, размеры которых определены при нормальной температуре +20⁰С (ГОСТ 9249-59). Градуировку и аттестацию измерительных приборов, и точные измерения должны осуществляться при этой температуре по ГОСТ 8.050-73.

Итак, допуски показывают как бы разрешенную погрешность обработки, заранее предусмотренную и отраженную в чертеже детали. Чем больше допуск, тем дешевле обработка, но ухудшается качество сборки изделий и их работа. Конструктор стремится к уменьшению допуска, но при этом стоимость обработки резко возрастает. Поэтому конструктор должен это учитывать при согласовании чертежей с технологом.

1.5 ПОНЯТИЕ О ПОСАДКАХ И СОЕДИНЕНИЯХ

В изделиях детали собираются в определенные сборочные единицы и в зависимости от условий работы имеют различный характер соединения (подвижный или неподвижный). Детали и их поверхности образующие эти соединения называются сопрягаемыми.

Поверхности в соединениях могут быть охватываемыми или охватывающими. Например, для цилиндрических поверхностей:

вал - охватываемая поверхность

отверстие - охватывающая поверхность.

Разные виды соединений классифицируются на группы:

1. по форме сопрягаемых поверхностей:

· гладкие (цилиндрические и конические);

· плоские (шпонка-паз, ласточкин хвост);

· резьбовые и винтовые;

· зубчатые (цилиндрические и конические);

· шлицевые;

· сферические.

2. по степени свободы:

· неподвижные и неразъемные (зубчатый венец червячного колеса);

· неподвижные и разъемные (шлицевые, шпоночные, клиновые);

· подвижные (возможно перемещение относительно друг друга).

В зависимости от эксплуатационных требований сборку деталей осуществляют с разными посадками.

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Она определяет большую и меньшую свободу перемещения поверхностей относительно друг друга.

Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков, отверстий и валов.

Если Dd, то образуется зазор

Если Dd, то образуется натяг.

Различают:

1. наибольший предельный зазор (S_max) или натяг (N_max);

2. наименьший предельный зазор (S_min) или натяг (N_min);

3. средний зазор (S_ср) или натяг (N_ср).

Их можно определить по формуле:



S_max=D_max - d_min; S_min=D_min - d_max;

N_max= d_max - D_min; N_min= d_min - D_max;

N_ср=(N_max+N_min)/2; S_ср=(S_max+S_min)/2;

Посадки бывают:

1. посадки с зазором (подвижные) называют такие посадки, в которых между сопрягаемыми поверхностями находится зазор, обеспечивающий взаимное перемещение собранных деталей. Они подразделяются на посадки с гарантированным зазором и с минимальным зазором и равным 0.

Рис. 1.5

2. посадки с натягом называются такие, в которых между сопрягаемыми поверхностями имеется натяг, обеспечивающий неподвижность соединения.

Рис. 1.6

3. переходные посадки называются такие, при осуществлении которых в соединении возможна вероятность появления, как зазора, так и натяга. При этом поля допусков отверстия и вала пересекаются.

Рис. 1.7

Схематично эти соединения будут выглядеть следующим образом:

Рис. 1.8

Диапазон изменения посадок оценивается допуском посадки (T_N(S)).

Допуском посадки называется разность наибольшего зазора (натяга) и наименьшего зазора или натяга.

Рис. 1.9



Для обеспечения взаимозаменяемости по эксплуатационным показателям в ответственных соединениях допуск посадки устанавливают, исходя из допускаемых отклонений ЭП, и называют функциональным допуском T_F .

Функциональный допуск посадки с зазором T_Fs состоит из эксплуатационного допуска Tэ , предназначенного для запаса точности, и конструктивного Тк, который компенсирует погрешность обработки изг, сборки сб и прочие пр.

T_Fs=Тэ+Тк, где

Тк=изг+сб+пр

После установления допустимых величин составляющих погрешностей назначают посадку и допуски на изготовление деталей, учитывая технологические особенности отверстия и вала и их служебные функции.

Для посадок с гарантированным натягом наибольшие функциональный допуск посадки Т_Fn определяется исходя из прочности соединяемых деталей и делится на 3 части:

Т_З.Э. - обеспечивает запас прочности соединения при эксплуатации в связи скоростей, температур и т.д.

Т_З.Сб. - обеспечивает запас прочности соединений связи с возможными увеличением силы запрессовки из-за перекосов деталей, повышения коэффициента трения.

Т_К.П. - на компенсацию погрешности изготовления изг и прочих пр

Т_Fn= Т_З.Э +Т_З.Сб+ Т_К.П, где

Ткп=изг +пр.



К прочим погрешностям относят силовые деформации _с.д. и температуры _т.д., старения _с.т. и др. Для сложных приборов сюда входит и погрешность измерения _изм., что оговаривается в чертеже.

Функциональный допуск для функциональных размеров несопрягаемых поверхностей равен разности между наибольшим и наименьшим допустимыми значениями размера, исходя из допустимых изменений эксплуатационных показателей изделия.

T_F=D(d)_maxF=D(d)_minF=T_k+T_Э

В инструкциях по эксплуатации необходимо для ответственных деталей, имеющих функциональные сопрягаемые и несопрягаемые поверхности указывать max и min, значения их размеров для периодического контроля в процессе эксплуатации. Это позволит сохранить ЭП заданных пределах и вовремя заменять изношенные детали новыми.

Запас точности характеризуется коэффициентом запаса точности: К_ЗТ, определяемый отношением допускаемой погрешности детали, соединения в конце срока службы к погрешности новых машин для сопрягаемых поверхностей:

К_ЗТ=

Для подвижных соединений при Т_Сб=Т_Пр=0

К_ЗТ=

К_ЗТ зависит от:

1. эксплуатационного назначения изделий;

2. допустимого снижения его начальной точности;

3. намеченного срока службы;

4. характера изменения ФП и ЭП в процессе работы изделия.

Запас точности нужно устанавливать для всех машин и приборов длительного действия по каждому ФП, влияющему на ЭП изделия (например, точность зазора поршень-цилиндр в компрессоре влияет на удельную мощность и производительность его).

Запас точности устанавливается и на ЭП, которые так же не должны выходить за допустимые пределы. Установление точностных характеристик на ЭП имеет не меньше значение, чем размеры деталей, путем расчета их на прочность, жесткость и т.д.

1.6 ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК

Мы рассмотрели гладкие цилиндрические соединения, которые могут быть подвижными и неподвижными.

Основные требования к подвижным соединениям, особенно к ответственным:

1. создание между валом и отверстием наименьшего зазора, обеспечивающего жидкостное трение и его сохранение в процессе эксплуатации (неразрывность масляной пленки).

2. точное центрирование и равномерное вращение в процессе эксплуатации.

Основные требования к неподвижным соединениям:

1.точное центрирование,

2. передача заданного крутящего момента при минимальном натяге,

3. прочность соединения при максимальном натяге.

Для этого в результате расчётов посадок можно было построить множество посадок, что нецелесообразно, т.к. каждое изменение поля допуска вызвало бы при изготовлении детали использовать разный режущий инструмент, измерительный инструмент, изменение наладок на станке и размеров, т.е. при этом увеличивается номенклатура инструментов и оснастки.

Поэтому для ускорения технического прогресса, улучшения качества изготовления деталей и эффективности производства, его экономичности установлена обязательная единая система допусков и посадок (ЕСДП) и ИСО.

Системой допусков и посадок называется совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических, экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов.

Система предназначена для выбора min необходимых, но достаточных на практике вариантов допусков и посадок. Это даёт возможность использовать типовые соединения, стандартизировать все виды инструментов, облегчать конструирование и достижение взаимозаменяемости.

ЕСДП для типовых соединений основана на единых принципах построения:

1. принцип физически обоснованных посадок в зависимости от размеров соединения;

2. принцип применения рядов предпочтительных чисел, т.е. ряды интервалов размеров, градаций точности и т.д. строятся по одному из основных или производных рядов;

3. принцип масштабных коэффициентов, т.е. использование единицы допуска, являющейся функцией размера;

4. принцип применения коэффициента точности, т.е. численные значения допусков, соответствующих определенной точности, определяется из соотношения T=ai (ряд a является стандартным рядом R5, с =1,6);

5. принцип приведения норм точности к определенному температурному режиму. Он указывает на необходимость отнесения стандартизируемых предельных отклонений размеров к определенной t^о=293,15 к (+20^о);

6. принцип экономии металла при установлении поля допуска основной детали, т.е. её отклонения направлены в тело детали (вал - es=0, ei «-», отверстие - EI=0, ES «+»;

7. принцип унификации полей допусков (использование предпочтительных);

8. принцип применения упрощенных способов построения посадок, т.е. расположения поля допуска основной детали остается неизменной, а необходимую посадку получают изменением поля допуска другой детали, называемой посадочной;

Если в качестве основной детали выбираем втулку (отверстие), то получаем систему отверстия. Если в качестве основной детали выбираем вал - систему вала.

Системой посадок основного отверстия (СА) называется совокупность посадок, в которой при одном и том же размере и квалитете, поле допуска отверстия (Н) остается постоянным, а различные посадки образуются изменением полей допусков валов.

Системой посадок основного вала (СВ) называется совокупность посадок, в которой при одном и том же размере и квалитете, поле допуска вала (h) остаётся постоянным, а различные посадки образуются изменением полей допусков отверстий.

Итак, основной вал имеет поле допуска - h, а отверстие - Н.

У поля допуска - h es=0, ei - в «-»,

а у отверстия - H EI=0, ES - в «+».

Выбор системы определяется конструктором из технологических и экономических соображений.



Рис. 1.10

Точные отверстия обрабатывается дорогостоящим инструментом (зенкера, развертки, протяжки). Каждый предназначен для одного номинального размера и поля допуска.

Валы же, независимо от размера и отклонений, могут быть обработаны одним и тем же инструментом (резцом, шлифовальным кругом). При использовании СА отверстий с разными отклонениями будет меньше, т.е. будет меньше номенклатура режущих инструментов. Поэтому СА используется предпочтительнее. Уменьшение номенклатуры позволяет увеличить изготовляемые партии инструментов, применять более производительное специальное оборудование, т.е. увеличится выпуск инструмента с min затратами.

Однако в некоторых случаях целесообразнее применять СВ:

Рис. 1.11

1. т.е. когда на одном валу без ступеней находятся несколько деталей с разными посадками,

2. посадка подшипников качения, изготовленных централизовано, по наружному кольцу в корпус могут быть либо с зазором, если вращается вал, либо с натягом, если вращается корпус,

3. при использовании деталей с покрытиями.

Для образования посадок с различными зазорами и натягами в системе ИСО и ЕСДП для размеров до 500мм предусмотрено 27 вариантов основных отклонений валов и отверстий, имеющих поля допусков h (es=0) и H (EI=0) соответственно. Отклонения от А - Н ( a - h ) предназначены для образования посадок с зазором, Js - N ( js -n ) - переходные, P - ZC (p - zc) - с натягом. Каждая буква обозначает ряд основных отклонений, значение которых зависят от значения номинального размера. Основные (нижние) отклонения вала в системе отверстия не зависят от квалитета, основное (нижнее) отклонение отверстия EI =0. Основные отклонения отверстий в системе вала построены так, чтобы обеспечить посадки, аналогичные посадкам в системе отверстия, основное (верхнее) отклонение вала в системе вала es=0. Причём EI= - es, ES= - ei, т.е. равны по абсолютному значению и противоположны по знаку.

Исключение составляют отклонения для отверстий размерами меньше 3мм с полями допусков Js - N до 8 квалитета и P - ZC до 7 квалитета.

Рис. 1.12

Основное правило формулируется так: две посадки в СА и СВ, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета, должны иметь одинаковые зазоры и натяги. (20;20 ):

Ряды допусков для размеров до 1 мм (ГОСТ 25347-82) характеризуется большим набором полей допусков и смещением их в сторону более точных квалитетов по сравнению с набором полей допусков для размеров 1-500 мм. Это отражает более высокие точностные требования в приборостроении.

Для размеров свыше 500 до 10000 мм (ГОСТ 25348-82) установлено сокращенное число полей допусков и они смещены в сторону более грубых квалитетов. Например, уменьшено число полей допусков отверстий для посадок с натягом, а для размеров 3150-10000 посадки с натягом предусмотрены только в СА.

Кроме того, для основных рядов полей допусков размеров от 1-500мм выделены предпочтительные поля допусков. Это способствует уровню унификации изделий, сокращает номенклатуру режущих инструментов и калибров, создает

благоприятные условия для кооперирования и организации централизованного производства различных инструментов, что повышает качество и в 3-5 раз дешевле.

Рис. 1.13



Поля допусков свыше 7 квалитетов для посадок с натягом построены так, что верхние отклонения валов в СА равны по абсолютному значению нижним отклонениям отверстий в СВ, обозначенными теми же, но прописными буквами.

Рис. 1.14

В ЕСДП установлены рекомендуемые посадки, из которых выделены предпочтительные.

В системе отверстия предпочтительных посадок больше чем в системе вала. В диапазоне 1- 3150мм допуск на размер отверстия в сопряжении может быть больше допуска вала. Для размеров меньше 1мм и размеров более 3150мм допуски отверстия и вала в сопряжениях всегда одинаковы. Иногда в технически обоснованных случаях можно использовать и непредпочтительные посадки.

1.7 РАСЧЁТ И ВЫБОР ПОСАДОК

Расчёт посадок с зазором и с натягом ознакомиться самостоятельно при выполнении расчётно-графической работы.

Переходные посадки характерны тем, что есть вероятность получения и зазора и натяга в разных соотношениях. Существует четыре поля допуска, обеспечивающих образование этих посадок js, k, m, n (Js, K, M, N).



Рис. 1.15

Рассеяние размера внутри поля допуска починяется нормальному закону.

Рис. 1.16

Допуск посадки будет равен: T_NS = TD + Td

T_NS = 27 +18 = 45; TD(d) = 6; = TD(d) / 6

Тогда _отв = 27/ 6= 4,5; _вал = 18 / 6 = 3;

_пос = ²_отв + ²_вал= 5,4

Диапазон рассеяния зазоров и натягов получится: T_NS=5, 4 6= 32мкм

При средних отклонениях вала - 10 и отверстия - 13,5, зазор получается 3,5 мкм.

Т.е. вероятный натяг T_NS/2=32/2 - 3,5=12,5, а зазор T_NS/2=32/2+3,5=19,5мкм.

Вероятность зазора в пределах от 0-3,5мм (х=3,5):

Z== 3,5 / 5.4= 0,648

По таблицам функций Лапласа Ф(Z)= 0,17

т.е. вероятность появления зазора Р =0,5+0,17=0,67, т.е Р_s=67%.

При высоких требованиях к центрированию и больших ударных нагрузках и вибрациях назначают посадки H/n, H/m, при частых разборках - H/k, H/js.

Наибольшая вероятность натяга имеет посадка H/n, зазора - H/js.

H/m - эта посадка используется при высоких статических и небольших динамических нагрузках.

H/k - часто имеет зазоры близкие к 0, что обеспечивает хорошее центрирование. Эти посадки используют для соединений вала со шкивами, с зубчатыми колесами, муфтами сцепления и т. д.

H/js - посадки преимущественно с зазором, используют их при частых разборках и повышенных требованиях к центрированию.

1.8 СИСТЕМА НОРМИРОВАНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ

Отклонения и допуски формы установлены по ГОСТ 24642-81.

Качество изделий зависит не только от точности размеров, но и от погрешностей формы.

Под отклонением формы поверхности понимают отклонение формы реальной поверхности от формы номинальной поверхности, т.е. это отклонение от правильной геометрической формы (круг, цилиндр, плоскость…).

При этом ухудшается плавность, точность перемещений подвижных соединениях, снижают несущую способность масленой пленки в подшипниках скольжения, уменьшают срок службы в подшипниках качения, повышают уровень шума, вызывают трудности при монтаже, ускоряют износ, снижают эксплуатационные свойства изделий.

Названный стандарт распространяется на плоские и цилиндрические поверхности, но отдельные понятия могут быть распространены и для конических и сферических поверхностей.

Базой для отчета отклонений формы плоских поверхностей является прилегающая поверхность, профиль, плоскость, прямая, а для цилиндрических - прилегающий цилиндр, окружность.

Прилегающая прямая - это прямая, соприкасающаяся с реальным профилем, расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее отдаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка было минимальным.

Рис. 1.17

Из рисунка видно, что прилегающей прямой будет 3, т.к. это отклонение минимально.

Прилегающая окружность (или цилиндр) - это окружность (или цилиндр) минимального диаметра, описанная вокруг реального профиля наружной поверхности или максимального диаметра, вписанная в реальный профиль внутренней поверхности.



Рис. 1.18

Прилегающая плоскость - это плоскость, соприкасающаяся с реальной и расположенной вне материала детали так, чтобы отклонение от неё наиболее удалённой точки было минимальное.

1.9 ОТКЛОНЕНИЕ ФОРМЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

В поперечном сечении:

Комплексный показатель:

Отклонение от круглости - наибольшее расстояние от прилегающей окружности до точки реального профиля

Частные показатели:

Овальность - отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой овальную форму, наибольшие диаметры которого взаимноперпендикулярны.

Огранка - отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру. Она может быть с чётным и нечётным числом граней.



Рис. 1.19

В продольном сечении:

Комплексные показатели:

1.Отклонение от цилиндричности - наибольшее расстояние от прилегающей окружности до точки реального профиля в пределах нормируемого участка.

2. отклонение профиля продольного сечения - наибольшее расстояние от точек образующих реальной поверхности, лежащих в плоскости, проходящей через её ось до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка.

Рис. 1.20



Рис. 1.21

1.10 ОТКЛОНЕНИЯ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Комплексные показатели:

1. отклонение от плоскостности - наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка;

2. отклонение от прямолинейности в плоскости - наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей прямой.

Рис. 1.21



Рис. 1.22

Комплексные показатели формы, обозначения ГОСТ 2.308-79.

Допуски погрешностей формы на чертеже указываются тогда, когда по условиям работы он должен быть меньше допуска на размер, если же не указан, то он должен быть в пределах допуска на размер.

Обозначения на чертежах в виде символов приняты по стандарту только для комплексных показателей. Требования к частным показателям при необходимости указываются текстом над штампом и используются при повышенных требованиях к погрешностям формы.

Обозначения комплексных показателей погрешностей формы указаны в таблице 1.

№ №	Комплексный показатель	Обозначение на чертежах
1	Отклонение от круглости
2	Отклонение от цилиндричности
3	Отклонение профиля продольного сечения
4	Отклонение от плоскостности
5	Отклонение от прямолинейности в плоскости



2. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ

Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически чередующихся возвышений и впадин, образующих неровности поверхности, у которых расстояние между смежными возвышениями или впадинами превышают базовую длину.

Рис. 2.1

Она занимает промежуточное значение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности и определяется по отношению среднего шага S_w к высоте W_z:

При 50 - шероховатость

При 100050 - волнистость

При 1000 - отклонение формы.

По рекомендации стандартов:

Высота волнистости W_z - средняя арифметическая из пяти значений на участке длиной L_w:

W_z= 

W_z выбирают из ряда: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2…200; =2

W_max - расстояние между наивысшей и наинизшей точкой профиля

в пределах L_w.

Средний шаг волнистости S_w - среднее арифметическое значение расстояний S_wi между одноименными сторонами соседних волн, измеренных по средней линии М_v профиля.

S_w=

Форма волны может быть различной в зависимости от обработки - чаще синусоидальный характер, вследствие вибрации системы СПИД из-за неравномерности сил резания, наличие неуравновешенных масс, погрешностей привода.

Измеряются с помощью приборов волномеров или приспособлений к профилометру - 201 калибр.

Шероховатостью поверхности ГОСТ 25142-82 называют совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали в пределах базовой длины l.

Она является следствием пластической деформации поверхности слоя детали при образовании стружки, копирования неровностей режущих кромок инструмента и трения его о деталь, вырывания с поверхности частиц материала, вибрации детали и инструмента и т.д.

На шероховатость разработан комплекс стандартов включающих стандарт на параметры, термины и обозначения.

По новой системе отчет производят от единой базы - средней линии m.



Рис. 2.2

Средней линией профиля m называется базовая линия, имеющая форму номинального профиля поверхности и делящая действительный профиль так, что в пределах базовой длины l, сумма квадратов расстояний (y₁, y₂, …) точек профиля до этой линии минимально.

Допускается, что сумма площадей, ограниченных кривой шероховатости и расположенных над средней линией, были равны сумме площадей под ней:

F₁+F₃+…+F_n-1=F₂+F₄+…+F_n

Базовой длиной l называется длина участка поверхности, выбираемого для измерения шероховатости без учёта других неровностей.

Для точного измерения с учётом рассеяния при измерении прибором, длину рекомендуют выбирать до нескольких базовых длин и потом определять среднюю арифметическую из результатов измерения.

Величины базовых длин выбирать из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5;8 ;25.

Параметры шероховатости:

R_a - среднее арифметическое отклонение профиля;

R_z - высота неровностей профиля по 10 точкам;

R_max - наибольшая высота неровностей профиля;

S_m - средний шаг неровностей профиля по средней линии;

S - средний шаг неровностей по вершинам.

R_a =1000,008 мкм.

R_z =16000,025 мкм.

S и S_m=12,50,002 мм.

t_p - относительная опорная длина профиля: (10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%)

Р - уровень сечения: (5, 10, 15, ……….90%) от R_max.

Классы шероховатости определяют по числовым значениям параметров R_a и R_z, R_max.

R_a = 1/ l y_i d l

y - расстояние между точкой профиля и средней линией, измеренное через каждые l по всей базовой длине.

R_z - среднее значение абсолютных высот пяти высших выступов H_imax и глубин наибольших впадин H_imin в пределах базовой длины при измерении от средней линии и определяется:

R_z=

При измерении от линии, эквидистантной средней линии определяется:

R_z=

h_imax и h_imin -ординаты пяти высших и низших значений в пределах базовой длины, измеренных от линий эквидистантной средней линии.

R_max - расстояние между наивысшей точкой выступов и наинизшей точкой впадин профиля в пределах базовой длины.

R_max = Н _min + Н _max или R_max = h_max - h_min

Средний шаг неровностей S_m - средние значение шага неровностей по средней линии в пределах базовой длины:

S_m=

S_mi - шаг неровностей, измеренный длиной отрезка, ограниченного точками пересечения одноименных сторон соседних неровностей по средней линии.

n - число шагов в пределах базовой длины.

S - среднее значение расстояний между вершинами характерных неровностей в пределах базовой длины:

S=

t_p - отношение опорной длины профиля _р к длине базовой линии.

t_p=

где _p= ,

n - число отрезков в_i по уровню сечения Р в пределах базовой длины,

Р - уровень сечения, определяемый расстоянием между линией выступов и линией эквидистантной линии выступов в пределах базовой длины:

Р =

2.1 ВЫБОР ПАРАМЕТРА ШЕРОХОВАТОСТЕЙ

Требования к шероховатости поверхности деталей, как и выбор её параметров производятся, исходя из функций назначения поверхностей деталей и их конструктивных особенностей.

1. для трущихся поверхностей отверстий деталей R_a (или R_z); R_max; t_p и направление неровностей;

2. для циклически нагруженных - R_max; S_m и S

R_a - даёт более полную оценку шероховатости, т.к. R_z измеряется только наибольшими выступами и впадинами.

О форме неровностей можно косвенно судить по параметрам S_m;S и tp.

Износостойкость, контактная жесткость, прочность прессовых посадок и другие эксплуатационные свойства связаны с фактической площадью контакта.

Для определения опорной площади, которая образуется при рабочей нагрузке, строятся кривые опорной длины _p .

Для этого R_max делят на несколько уровней со значениями Р, находят в_i и определяется t_p= и откладывают по

абсциссе, а расстояние Р= по ординате и получают

кривую нарастания опорной длины профиля.



Рис. 2.3

Необходимо учитывать то обстоятельство, что с увеличением t_p, требуются всё более трудоёмкие процессы обработки: например, при t_p=25% - чистовое точение достаточно, а при t_p =40% - хонингование.

По требованиям к шероховатости устанавливают числовое значение или диапазон значений параметров и базовую длину l, которую определяют исходя из требований к шероховатости.

Для неответственных деталей шероховатость назначается из эстетических соображений, коррозиостойкости и технологией изготовления.

Направления шероховатости бывают:

Наименьшее трение и износ получается тогда, когда направление движения детали и направление шероховатости не совпадают.

Некоторые важнейшие эксплуатационные свойства поверхности, зависящие от шероховатости и параметры, обеспечивающие эти свойства можно представить в виде таблицы 2:



Эксплуатационные показатели	параметры
Износостойкость при всех видах трения	Ra,Rz,tp направление шероховатости
Виброустойчивость	Ra (Rz),Sm,S направление шероховатости
Контактная жесткость	Ra (Rz),tp
Прочность соединения	Ra (Rz)
Прочность конструкции при циклических нагрузках	Ra (Rz), Rmax, Sm, S направление шероховатости
Герметичность соединений	Ra (Rz), Rmax, tp направление шероховатости
Сопротивление (затухание) в волноводах	Ra, Sm, S

R_z и R_max нормируют тогда, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей или шероховатость рыхлого поверхностного слоя, или малых величин неровностей.

S_m, S, t_p назначается для наибольших ответственных поверхностей.

t_p дает фактическую площадку контакта трудящихся поверхностей.

Обозначение шероховатости по ГОСТ:

Способы обработки указываются тогда, когда они являются единственными для достижения заданного качества. С обработкой без снятия стружки или в состоянии поставки. Когда указывается больше одного параметра, то порядок следующий:

- высота неровностей;

- шаг неровностей;

- относительная опорная длина;

- направление.



2.2 ОТКЛОНЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Отклонением расположения поверхности или профиля называется отклонение реального расположения поверхности, оси, профиля от его номинального расположения или относительно базовых поверхностей, осей, профилей.

База - это поверхность, ось, линия точка, определяющих одну из плоскостей, осей системы, относительно которой задан допуск расположения.

При рассмотрении погрешностей расположения погрешности форм не рассматриваются, а реальные поверхности заменяются прилегающими.

По ГОСТ 24643-81, 24642- 82 к погрешностям расположения относятся отклонения, изображённые на рисунке в виде схемы:

Рис. 2.4

Рассмотрим эти отклонения подробнее:

1. Отклонение от параллельности плоскостей - это разность между наибольшим и наименьшим расстоянием между прилегающими плоскостями в пределах нормируемого участка.



Рис. 2.5

2. Отклонение от параллельности осей в пространстве - это геометрическая сумма отклонений от параллельности проекций осей в двух взаимноперпендикулярных плоскостях (одна плоскость общая, проходящая через две точки одной оси и одной точки другой оси).

Рис. 2.6

Отклонение от параллельности осей в общей плоскости - _х ,

Перекос осей - это отклонение от параллельности проекций осей на плоскость _у , перпендикулярную к общей плоскости: = _х² + _у ² .

3. Отклонение от перпендикулярности и угла наклона.

Рис. 2.7



4. Отклонение от соосности относительно общей базовой оси - это наибольшее расстояние между осью рассматриваемой поверхности и общей осью двух или нескольких поверхностей.

Рис. 2.8

5. Отклонение от симметричности относительно базовой плоскости - это наибольшее расстояние между плоскостью симметрии рассматриваемой поверхности и базовой плоскостью симметрии.

Рис. 2.9

6.Отклонение от пересечения осей, которые номинально должны пересекаться - это наибольшее расстояние между рассматриваемой и базовой осями.

Рис. 2.10



7.Смещение оси от номинального расположения или позиционное отклонение - это наибольшее расстояние реального расположения элемента от его номинального расположения в пределах нормируемого участка

Рис. 2.11

Рассмотренные погрешности влияют на расположение деталей и узлов в агрегатах установок относительно друг друга в пространстве относительно базовых осей, поверхностей и т.д.

Виды отклонений расположения и их обозначения наглядно представлены в таблице 1:

№№	Вид отклонения	Обозначение на чертежах	Пояснения
1	Отклонение от перпендикулярности или угла наклона - плоскостей - осей		Допуск плоскости к базовой плоскости
			1.если рассматриваемая ось - ось симметрии. 2.допуск оси относительно базовой оси
2	Отклонение от параллельности: - плоскостей, - оси и плоскости
3	Отклонение от соосности: - относительно базовой поверхности, - относительно общей оси
4	Отклонение от симметричности:
5	Позиционное отклонение		М - зависимый допуск, S - независимый допуск
6	Отклонение от пересечения осей

2.3 СУММАРНЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ

К суммарным отклонениям формы расположения относятся: радиальное и торцевое биение.

Радиальное биение поверхности вращения относительно базовой оси является результатом совместного проявления отклонений от круглости рассматриваемого сечения и отклонения соосности реальной оси относительно базовой.

Оно равно разности наибольшего и наименьшего расстояния от точек реального профиля до базовой оси в сечении, перпендикулярном оси вращения.

Рис. 2.12

Полное радиальное биение поверхности вращения относительно базовой оси является результатом совместного проявления отклонений от цилиндричности и отклонения соосности реальной оси относительно базовой.

Рис. 2.13

Торцевое биение - это разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек торцевой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси. Оно является совместным проявлением отклонения от плоскостности рассматриваемой поверхности и отклонения от перпендикулярности торцевой поверхности относительно базовой оси.

Рис. 2.14

2.4 ЗАВИСИМЫЕ И НЕЗАВИСИМЫЕ ДОПУСКИ РАСПОЛОЖЕНИЯ

В зависимости от условий эксплуатации погрешности расположения поверхностей могут находиться в пределах допусков на размер, тогда они не оговариваются на чертеже. Иногда они компенсируются изменением размеров элементов детали или, наоборот, суммируются.

Существуют два вида допусков расположения:

- зависимые,

- независимые.

Независимым допуском называется допуск расположения, величина которого определяется только заданным предельным отклонением расположения и не зависит от предельных отклонений размеров поверхности.

Он назначается из условий правильной работы узла и обозначается на чертеже буквой S. Например, необходимо выдержать соосность посадочных гнёзд

Под подшипники качения или ограничить колебание межосевых расстояний в корпусах редукторов. В этих случаях важно собственно отклонение расположения осей поверхностей.

Зависимым допуском называется допуск расположения, величина которого

зависит не только от заданного отклонения расположения, но и от действительных отклонений размеров поверхностей и обозначается буквой М.

Для правильного назначения зависимого или независимого допуска расположения необходимо знать:

- сущность этих допусков расположения;

- какой вид допуска расположения выбрать в зависимости от назначения детали в узле и трудоёмкости достижения его точности;

- специфику контроля этих видов допусков.

Приведём пример обозначения этих видов допусков расположения на чертежах:

Рис. 2.15

Рассмотрим несколько элементов детали, в которых заданы различные виды допусков:

1. Деталь представлена на чертеже без указания допусков расположения, т.е. они должны находиться в пределах допуска на размер.

Рис. 2.16



В данном случае этот элемент детали должен вписаться в контуры отверстий с диаметрами от 10мм и 20мм до 10,1мм и 20,1мм. При изготовлении детали с минимальными размерами, деталь впишется в фигуру в том случае, если собственно смещение будет равно 0. При максимальных предельных размерах поверхностей допуск расположения может быть равен сумме половин допусков этих диаметров, т.е. = 0,05 + 0.05 = 0.1мм, что видно из приведенной схемы.

Рис. 2.17

2. Деталь задана с независимым допуском расположения.

Рис. 2.18

При этом допуск расположения не может превышать 0,1мм независимо от размеров отверстий. Качество деталей возрастает, но изготовление удорожается.

2. Деталь задана с зависимым допуском расположения.

Рис. 2.19

В этом случае при минимальном диаметре 10мм и 20мм допуск расположения будет равен, указанному на чертеже - 0,1мм. При максимальных предельных значениях диаметров возможно дополнительное отклонение от соосности, равное допуску на размер отверстия, т.е. суммарный допуск расположения, будет составлять: = 0,1 +0,1= 0,2мм.