Транспортуючі машини

В нашій країні випускають понад 160 тис. найменувань різних машин, приладів і механізмів. У зв'язку з розвитком нових галузей промисловості і все великим упровадженням автоматизації і механізації виробничих процесів в нашій країні щорічно створюється близько 4 тис. нових видів машин, устаткування і приладів. Проте у ряді випадків має місце випуск надмірно великої номенклатури виробів, схожих за призначенням і трохи відмінних по конструкції і розмірам. Для раціонального скорочення номенклатури виробів, що виготовляються, з метою уніфікації, підвищення серійності і розвитку спеціалізації їх виробництва розробляють стандарти на параметричні ряди цих виробів.

Кожну машину характеризує декілька параметрів. Номенклатура стандартизованих параметрів повинна бути мінімальною, але достатньої для оцінки експлуатаційних характеристик даного типу машин і його модифікацій. Зі всіх параметрів виділяють головний і основні параметри машин.

Головним називають параметр, який визначає найважливіший експлуатаційний показник машини (або іншого виробу) і не залежить від технічних удосконалень виробу і технології виготовлення. Наприклад, головним параметром мостового крана є вантажопідйомність; токарного верстата -- габаритні розміри оброблюваних заготівок (висота центрів і відстань між центрами в крайньому положенні задньої бабці і її пінолі); протяжного верстата -- тягова сила; штангенінструмента, мікрометрів, скоб важелів -- діапазон вимірювання і т.д. По головному параметру будують параметричний ряд. Вибір головного параметра і визначення діапазону значень цього параметра повинні бути технічно і економічно обґрунтовані. Крайні числові значення ряду вибирають з урахуванням поточної і перспективної потреби в даних виробах.

Параметричним рядом називають закономірно побудовану в певному діапазоні сукупність числових значень головного параметра машин (або інших виробів) одного функціонального призначення і аналогічних по кінематиці або робочому процесу. Головний параметр служить базою при визначенні числових значень основних параметрів. Основними називають параметри, які визначають якість машин. Наприклад, для металоріжучого устаткування -- це точність обробки, потужність, межі швидкостей різання, продуктивність; для вимірювальних приладів -- погрішність вимірювання, ціна розподілу шкали, вимірювальна сила і ін.

Основні параметри іноді виражають через головний параметр. Наприклад, головним параметром поршневого компресора є діаметр D циліндра, а одним з основних -- продуктивність Q. Вони пов'язані із залежністю

Q = 0,25рD²Hn = kD²; k = 0,25 рHn

де H -- хід поршня; n -- частота обертання.

Різновидом параметричного ряду є типорозмірний (або просто розмірний) ряд, його головний параметр -- розміри виробів. На базі параметричних (типорозмірних) рядів створюють конструктивні ряди конкретних типів (моделей) машин однакової конструкції і одного функціонального призначення.

Параметричні, типорозмірні і конструктивні ряди машин іноді будують, виходячи з пропорційної зміни їх експлуатаційних показників (потужності, продуктивності, тягової сили і ін.). В цьому випадку геометричні характеристики машин (робочий об'єм, діаметр циліндра, діаметр колеса у роторних машин і т. д.) є похідними від експлуатаційних показників і в межах ряду машин можуть змінюватися по закономірностях, відмінних від закономірностей зміни експлуатаційних показників. При побудові параметричних, типорозмірних і конструктивних рядів машин бажано дотримувати подібність робочого процесу, що забезпечує рівність параметрів теплової і силової напруженості машин в цілому і їх деталей. Таку подібність іноді називають механічною. Воно приводить до геометричної подібності. Наприклад, для двигунів внутрішнього згоряє існують дві умови подібності: 1) рівність середнього ефективного тиску ре, залежне від тиску і температури паливної суміші на всмоктуванні; 2) рівність середньої швидкості поршня v_п -- = Sn/30 (S -- хід поршня; n -- частота обертання двигуна) або рівність твору Dn, де D -- діаметр циліндра.

В спеціальній літературі приведені розрахунки, що показують, що рівність параметрів силової і теплової напруженості, наприклад, деталей цилиндро-поршневої групи забезпечується, коли головним параметром є діаметр циліндра D (мал. 3.1, а). Це дає можливість створити ряд геометрично подібних двигунів із співвідношенням S/D = const, дотримуючи вказані критерії подібності робочого процесу. При цьому у всіх геометрично подібних двигунів будуть однакові термодинамічний, механічний і ефективний КПД (а отже, і витрата палива), теплова і силова напруженість і потужність. Градації товщини стінки циліндра h будуть такими ж, як і градації D.

Стандарти на параметричні ряди повинні передбачати упровадження в промисловість технічно більш вчинених і продуктивних машин, приладів і інших видів виробів, з тим щоб вони сприяли технічному прогресу у всіх областях народного господарства. Ці ряди повинні допускати встановлення параметрів для систем машин, внутрішньотипову і міжтипову уніфікацію і агрегатування машин і приладів, а також можливість створення різних модифікацій виробів на основі агрегатування.

Мал. 3.1. Конструктивні ряди машин:

а -- двигунів за принципом механічної подібності, би -- пресів на основі рядів переважних чисел (з деяким їх округленням)

В більшості випадків числові значення параметрів вибирають з лав переважних чисел, особливо при рівномірній насиченості ряду у всіх його частинах (мал. 3.1, би) В машинобудуванні найбільш часто використовують ряд переважних чисел RJO. Для подовжньо-шліфувальних верстатів найбільша ширина В оброблюваних виробів також утворює ряд RIO: 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 3000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200 мм Ряд RIO встановлений також для номінальних потужностей електричних машин. По цьому ж ряду прийняті діаметри дискових трибічних фрез: 50; 63; 80; 100 мм Іноді застосовують ряди R20 і R40. Наприклад, для поршневих компресорів з діаметром циліндра 67,5 мм номінальна продуктивність встановлена по ряду R20/3.

Мал. 3.2. Зразкове зниження трудомісткості виготовлення

машин залежно від типу їх виробництва:

/ -- одиничне, // -- мало- і середньосерійне , /// --

великосерійне; IV -- масове

Останнім часом проводяться роботи із створення єдиних конструктивно-уніфікованих рядів агрегатів, придатних для багатьох типів машин, що використовуються в різних галузях народного господарства.

конструктивно-уніфікований ряд -- це закономірно побудована сукупність машин, приладів, агрегатів або інших виробів, включаючи базовий виріб і його модифікації однакового або близького функціонального призначення і виробу з аналогічною або близькою кінематикою і схемою робочих рухів

Оптимальний конструктивно-уніфікований (параметричний або типорозмірний) ряд -- це ряд виробів, що забезпечує виконання запланованого об'єму робіт необхідної якості з мінімальними народногосподарськими витратами.

Такі ряди використовують при конструюванні агрегатів для машин, що мають аналогічні або близькі кінематичні схеми. Наприклад, така міжгалузева уніфікація здійснюється для вантажних автомобілів, колісних і гусеничних машин-знарядь.

При встановленні рядів доцільно враховувати густину розподілу вживаності різних значень параметра стандартизованих виробів, збільшуючи число членів ряду в діапазоні найбільшої частоти вживання. В цьому випадку застосовують змішані ряди. Наприклад, в загальному машинобудуванні близько 90 % всіх модулів зубчатих коліс, що використовуються, знаходяться в межах 1 -- 6 мм; максимум вживаності доводиться на колеса з т = 2 ... 4 мм, тому в стандарті на ряд модулів найбільше число градацій передбачено для модулів 2--4 мм

Якнайменше і найбільше значення головного параметра, а також частоту ряду слід встановлювати не тільки на основі поточної потреби, але і з урахуванням перспективи розвитку народного господарства, досягнень науки і техніки, тенденцій розвитку машин, для яких визначають параметричні (розмірні) ряди.

Частота ряду повинна бути технічно і економічно обґрунтована, щоб уникнути надмірно великої номенклатури виробів, що випускаються. Слід мати у вигляді, що із зменшенням числа типорозмірів збільшується серійність і, отже, значно знижується трудомісткість виробництва машин (мал. 3.2).

Метод економічного обґрунтовування вибору числа типорозмірів ряду зводиться до наступного. Емпіричним шляхом вибирають початковий параметричний ряд, наприклад R10. Для цього ряду визначають сумарні приведені витрати

П_і = С_і + Е_нК_і

де С_і -- сумарні поточні витрати на одиницю продукції у сфері виробництва і експлуатації при і-м варіанті ряду; К_і -- питомі капітальні витрати при тому ж варіанті ряду; Е_н -- нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень.

Далі визначають значення Пі для більш і менш розріджених рядів і вибирають параметричний ряд, при якому потреби в стандартизованих машинах або інших виробах задовольняються з якнайменшими сумарними приведеними витратами. Іноді разом із стандартами параметрів розробляють типажі відповідних видів виробів, злагоджені з експлуатуючими і іншими зацікавленими організаціями. Типажі є базою для проектування і випуску цих виробів. Така практика має місце, наприклад, в автомобілебудуванні.

Якість продукції -- сукупність властивостей продукції, що обумовлюють її придатність задовольняти певні потреби відповідно до її призначення (ГОСТ 15467--79). З цього визначення виходить, що не всі властивості виробу входять в поняття якості, а тільки ті, які визначаються потребою суспільства відповідно до призначення цього виробу.

Якість машин залежить від технічного рівня машинобудування і його окремих галузей, визначуваного великим числом чинників (рис, 4.1). Наприклад, підвищення робочих швидкостей, тиску і потужності дозволяє значно збільшити одиничну продуктивність (одержувану при одному робочому циклі машини) прокатного і ковальсько-пресового устаткування, але вимагає вживання металу високої міцності; створення систем машин з повною автоматизацією всього технологічного циклу, починаючи з подачею початкової сировини, отримання заготівки, обробки деталей, складки і кінчаючи контролем кінцевої продукції, її упаковкою і підготовкою до відправки споживачу, підвищує якість продукції і різко знижує потребу в робочій силі. Але це можливо при досконалості конструкцій всіх механізмів системи і високому рівні інших показників, вказаних на мал. 4.1.

Для оцінки якості машин і інших виробів потрібна чітка система показників і методів їх визначення. Область практичної і наукової діяльності, яка займається розробкою теоретичних основ і методів кількісної оцінки якості продукції, називають кваліметрією. Основні задачі кваліметрії: визначення номенклатури необхідних показників якості виробі і їх оптимальних значень, розробка методів кількісної оцінки якості; створення методики обліку зміни якості в часі і т.д.

Встановлені наступні показники якості будь-яких видів продукції: показники призначення, що характеризують властивості продукції, що визначають функції, для виконання яких вона призначена, і обумовлюючі область її вживання; показники надійності (довговічності); показники технологічності, що характеризують ефективність конструктивно-технологічних рішень для забезпечення високої продуктивності праці при виготовленні і ремонті продукції [5, 11, 12]; ергономічні показники; показники стандартизації і уніфікації, що характеризують ступінь використовування в продукції стандартизованих виробів і рівень уніфікації складових частин виробу; патентно-правові показники, що характеризують ступінь патентного захисту виробу в СРСР і за рубежем, а також його патентну чистоту; економічні показники, що відображають витрати на розробку, виготовлення і експлуатацію або споживання продукції, а також економічну ефективність експлуатації; показники безпеки.

Для машинобудування і приладобудування найефективнішими показниками якості машин і механізмів є їх експлуатаційні характеристики, залежні від технічного рівня машинобудування.

Експлуатаційні показники -- це характеристики, що визначають якість виконання виробом заданих функцій. Загальними з них для всіх виробів тривалої дії є показники надійності (довговічності), динамічності якості, ергономічні показники і економічність експлуатації.

Надійність *-- ця властивість об'єкту (наприклад, вироби) зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах використовування, технічного обслуговування і ремонту, зберігання і транспортування (ГОСТ 27.002--83). Надійність включає властивості безвідмовності, довговічності, ремонтопригодності і зберігання. Показниками надійності є вірогідність безвідмовної роботи, середнє напрацювання повністю, інтенсивність відмов і ін.

Вірогідність безвідмовної роботи P (t) -- вірогідність того, що в заданому інтервалі часу t або в межах заданого напрацювання відмови в роботі виробу не відбудеться (відмова -- подія, що полягає в тому, що виріб стає нездатним виконувати задані функції зі встановленими показниками):

Мал. 4 2. Крива зміни інтенсивності

P(t)? N(t)/N₀

де N₀ -- число виробів, що працюють на початку випробувань; N (t) -- число виробів, працездатних в кінці проміжку часу t.

Якщо N₀ = 100; N (t) = 90, то при t = 1000 ч P (1000) = = 90/100 = 0,9.

Інтенсивність відмов л (t) є функцією часу. Для різних виробів графік цій функції має різний вигляд. Наприклад, для «нестаріючих» напівпровідникових приладів графік л(t) має вид горизонтальної прямої. Типовий характер зміни інтенсивності л(t) відмов виробів машинобудування від початку експлуатації до їх списання показаний на мал. 4.2. В період /виявляються дефекти конструкцій, виготовлення, збірки кінцевого виробу, а також купувальних і кооперуються складових частин. Інтенсивність відмов убуває від деякого максимального до постійного значення. В цей період відбувається прироблення складових частин і деталей виробу. В період ІІ інтенсивність відмов залишається практично постійною (період нормальної роботи). В період ІІІ інтенсивність відмов різко зростає, відбувається зношування, старіння і необоротні физико-хімічні явища, при яких експлуатація виробу неможлива або економічно не виправдана.

Для зменшення періоду / доцільно проводити обкатку машин до початку їх експлуатації.

Для вимірювальних приладів особливо важлива точна надійність, тобто властивість зберігати точність вимірювання в заданих межах протягом встановленого часу за певних умов їх експлуатації.

Властивість виробів зберігати здатність виконання заданих функцій зі встановленими показниками до їх граничного стану (при встановленій системі технічного обслуговування і ремонтів) називають довговічністю. При цьому граничний стан виробу визначається неможливістю подальшої експлуатації унаслідок неусувного порушення вимог безпеки, неусувного зниження експлуатаційних показників і ефективності експлуатації або недоцільності його відновлення. Показниками довговічності можуть бути: призначений ресурс, визначуваний напрацюванням виробу, граничний стан якого обумовлений досягненням заданого напрацювання; призначений термін служби -- термін служби виробу, граничний стан якого обумовлений досягненням заданої календарної тривалості використовування виробу за призначенням (напрацювання -- це тривалість або об'єм роботи виробу). Застосовують і інші показники, приведені в ГОСТ 27.002--83.

Унаслідок недостатньої жорсткості і вібростійкої конструкції, наявності сил тертя в рухомих з'єднаннях, наявності дисбалансу і пружних деформацій, недостатньої точності виготовлення і інших причин при неодруженому і робітнику режимах роботи машини виникають швидкопротікаючі коливальні процеси (вібрації). Ці коливання збільшують шорсткість поверхонь деталей, що труть, і зменшують довговічність машин, знижують точність обробки верстатів, стійкість ріжучого інструменту, точність автоматичних вимірювальних приладів. У зв'язку з цим для кожного типу виробу встановлюють і контролюють показники динамічної якості. Можна експериментально встановити залежність довговічності машини, наприклад, від дисбалансу її частин.

Рівень вібрацій і шуму передачі, що в даний час допускається, встановлюють шляхом порівняльних випробувань знов створених і конструктивно-тотожних передач, що знаходяться в тотожних умовах експлуатації.

Ергономіка (від гр. ergon робота і nomos -- закон) -- область науки, що займається оптимізацією взаємодії людини з машиною (приладом) і робочим середовищем в трудовому процесі. Основною задачею ергономіки є створення оптимальних гігієнічних, фізіологічних, психологічних, технічних і організаційних умов для продуктивної праці і забезпечення необхідних зручностей, сприяючих розвитку здібностей працівника і отриманню високих технічних і якісних показників його роботи. Ергономічні показники повинні бути встановлені для кожного типу системи людина -- машина -- середовище і окремо для кожної машини, що входить в дану систему. Найважливішими з них є зручне розташовує органів управління машиною, простота її експлуатації, обдивлюваність робочої зони, гігієнічні показники, у тому числі рівні вібрації і шуму, що допускаються, і т. д.; для вимірювальних приладів -- точність і надійність відлікового пристрою.

Верстати і інші засоби виробництва, сконструйовані з урахуванням ергономічних показників в поєднанні з оптимальним робочим середовищем, забезпечують якнайменшу фізичну і нервово-емоційну напругу, малу стомлюваність оператора, створюють умови, при яких людина одержує в процесі праці найбільше задоволення. Це позначається і на виробничих результатах: можливі швидкості, продуктивність, точність, надійність роботи засобів виробництва і контролю використовуються найбільшою мірою. Наприклад, на ризькому заводі ВЕФ на ділянці конвейєрної збірки радіоприймачів позитивну роль в створенні хорошого ергономічного робочого середовища зіграли наступні заходи: періодичне 20 %-не посилення освітленості робочих місць на 1,5--2 мін, трансляція «функціональної» музики за програмою, встановлюваною музикознавцем, подача до робочих місць двічі в зміну кави. Дуже важливою була участь психолога в розгляді конфліктних ситуацій і створення обстановки, що виключає їх виникнення. Роботи по промисловій естетиці в нашій країні в даний час розвиваються у напрямі створення систем і комплексів виробів, засобів виробництва і предметів навколишнього середовища, добре злагоджених і сумісних як функціонально, так і з погляду гармонії і зручності роботи. Як приклад можна привести проект комплексної системної програми для промисловості, що випускає прилади електровимірювань. Проект розроблений Всесоюзним НДІ технічної естетики і Всесоюзним об'єднанням «Союзелектро-прилад». Це об'єднання випускає понад 1200 найменування техніки електровимірювання. Технічна якість приладів в основному задовольняє сучасним вимогам, але деякі з них незручні в експлуатації, мають непривабливий вигляд, і з них важко створювати приладові комплекси, на яких було б зручно працювати.

Окремі прилади Житомирського заводу «електровимірник», в створенні яких брали участь фахівці в області технічної естетики, витончені, зручні в обігу і перенесенні. Вони завоювали міцне місце на світовому ринку. Програма роботи дизайнерів охоплювала не тільки прилади, але і робочі місця, меблі, робочий одяг, територію і приміщення заводів і інші об'єкти. Одночасно була проведена уніфікація розмірів, форми, матеріалів, складових частин приладів: несучих елементів, тумблерів, рукояток, кнопок, шкал, стрілок і ін., що дозволило скоротити номенклатуру складових частин в 4--5 разів і організувати їх виробництво на спеціалізованих підприємствах. Розроблена модульна розмірна система дозволить конструювати прилади з уніфікованих складових частин. Застосовано також єдине цветографічне кодування. Наприклад, червона смуга перетинає корпус і шкалу приладів, що вимірюють опір, вона є також па упаковці -- червоний колір супроводжує прилади цього типу скрізь. Достатньо побіжного погляду, щоб автоматично прийняти інформацію. Автоматичне ж реагування знімає частину нервової напруги у людини, що користується інформацією. Залежно від заданих функцій виробу можуть володіти різноманітними специфічними експлуатаційними показниками (див. мал. 4.1).

Систематична оцінка якості продукції необхідна для проведення заходів по його підвищенню, для атестації якості або зняття продукції з виробництва. Відносну характеристику якості продукції, засновану на порівнянні значень показників якості оцінюваної продукції з базовими значеннями відповідних показників, називають рівнем якості продукції (ГОСТ 15467--79). За базові показники приймають показники якості еталонного зразка або декількох зразків кращих вітчизняних або зарубіжних виробів. Вироби, вибрані як еталонні, повинні мати щонайвищий рівень якості з числа всієї сукупності аналогічних виробів в нашій країні і за рубежем. Необхідно забезпечувати відповідність якості продукції, що серійно виготовляється, якості еталонного зразка. Для оцінки рівня якості продукції в машинобудуванні застосовують диференціальний, комплексний і змішаний методи.

Диференціальний метод оцінки рівня якості полягає в роздільному зіставленні одиничних показників якості даного виробу з аналогічними базовими показниками. Для цього визначають відносні показники якості по формулах

q = P_i/P_іб (1)

q_i = P_іб/ P_i (2)

де р_і -- одиничний показник даного виробу; P_іб -- одиничний базовий показник.

Формулу (1) застосовують для показників, збільшення яких свідчить про поліпшення якості виробу (продуктивності, ресурсу, точності); формулу (2) -- для показників, зменшення яких указує на поліпшення якості (собівартість, матеріаломісткість, витрата пального). Якщо обчислені по формулах (4.2) і (4.3) відносні показники більше або рівно одиниці, це означає, що рівень якості даного виробу перевищує або відповідає рівню якості еталона. Якщо частина показників менше одиниці, застосовують комплексний метод оцінки рівня якості продукції. Комплексний і змішаний методи розглянуті в «Методичних вказівках за оцінкою технічного рівня і якості промислової продукції» (РД-50-149-79).

Для підвищення якості продукції велике значення має встановлення його оптимального рівня, при якому потреби народного господарства і населення задовольняються з якнайменшими витратами суспільної праці. З одного боку, цей рівень визначається вимогами народного господарства, що постійно розвивається, а з іншою --* можливостями технології виробництва і іншими чинниками, що характеризують технічний рівень промисловості. У міру розвитку науки і вдосконалення методів і засобів виробництва оптимальний рівень якості підвищується. Довговічність виробів доцільно встановлювати рівною терміну морального старіння цих виробів. Необхідно прагнути максимального використовування конструктивних, технологічних і інших чинників для підвищення якості машин без збільшення витрат виробництва. Підвищення якості при одночасному зниженні загальних витрат виробництва і експлуатації є найефективнішим шляхом розвитку машинобудування.

Для забезпечення єдності методики проведення робіт за оцінкою рівня якості машин керуються ГОСТ 2.116--71 і методичними вказівками РД 50-149--79.

Як при виготовленні, так і при вимірюванні виникають дві категорії погрішностей: систематичні і випадкові. Систематичними називають погрішності, постійні по абсолютному значенню і знаку або що змінюються по певному закону залежно від характеру невипадкових чинників. Постійні систематичні погрішності можуть бути слідством, наприклад, неточної настройки устаткування, погрішності вимірювального приладу, відхилення робочої температури від нормальної, силових деформацій і т.п. .Випадковими називають непостійні по абсолютному значенню і знаку погрішності, які виникають при виготовленні або вимірюванні і залежать від випадково діючих причин. Характерна їх ознака -- зміна значень, що приймаються ними в повторних дослідах. Випадкові погрішності можуть бути викликані множиною чинників, що випадково змінюються, таких, як припуск на обробку, механічні властивості матеріалу, сила різання, вимірювальна сила, різна точність установки деталей на вимірювальну позицію, причому в загальному випадку жоден з цих чинників не є домінуючим.

Мал. 4 3. Криві густини розподілу вірогідності по законах а -- Максвела, б -- Гауса

В інженерній практиці часто виникає необхідність у визначенні поля розсіяння параметрів, їх середнього значення, вірогідності отримання браку і інших статистичних показників якості виробів або процесів. Дійсні значення параметрів, а також їх погрішностей найбільш часто є випадковими величинами, тому для їх аналізу застосовують теорію вірогідності і математичну статистику. Залежність між числовими значеннями випадкової величини і вірогідністю їх появи встановлюється законом розподілу вірогідності випадкових величі. Так, розсіяння значень ексцентриситетів, несоостності, радіального і торця биття, дисбалансу і інших подібних величин, які можуть мати тільки позитивне значення, може відповідати закону Максвела (рис 43, а). Розсіяння відмов машин найбільш часто підкоряється закону Вейбулла або экспоненціальному закону. Розсіяння значень випадкової величини, зміна якої залежить від великого числа чинників, коли жоден із них не має переважаючого значення, підкоряється закону нормального розподілу вірогідності -- Закону Гауса (мал. 4 3, б)

Основні терміни і визначення встановлені ГОСТ 25346--82 (СТ СЕВ 145--75)

Номінальний розмір (D, d, t і ін.) -- розмір, який служить початком відліку відхилень і щодо якого визначають граничні розміри. Для деталей, що становлять з'єднання, номінальний розмір є загальним. Номінальні розміри знаходять розрахунком їх на міцність і жорсткість, а також виходячи з досконалості геометричних форм і забезпечення технологічності конструкцій виробів.

Для скорочення числа типорозмірів заготівок і деталей, ріжучого і вимірювального інструменту, штампів, пристосувань, а також для полегшення типізації технологічних процесів значення розмірів, одержані розрахунком, слід округляти (як правило, у велику сторону) відповідно до значень, вказаних в ГОСТ 6636--69 (СТ СЕВ 514--77). Ряди нормальних лінійних розмірів (діаметрів, довжин, висот і т. п.) побудовані на базі рядів переважних чисел (ГОСТ 8032--56), але з деяким округленням їх значень (див. підрозділ 3.1).

Технологічні міжопераційні розміри, розміри, залежні від інших прийнятих розмірів, а також розміри, регламентовані в стандартах на конкретні вироби (наприклад, середній діаметр різьблення), можуть не відповідати ГОСТ 6636--69.

Дійсний розмір -- розмір, встановлений вимірюванням з погрішністю, що допускається. Цей термін введений, тому що неможливо виготовити деталь з абсолютно точними необхідними розмірами і зміряти їх без внесення погрішності. Дійсний розмір деталі в працюючій машині унаслідок її зносу, пружній, залишковій, тепловій деформацій і інших причин відрізняється від розміру, визначеного в статичному стані або при збірці. Цю обставину необхідно враховувати при точному аналізі механізму в цілому.

Мал. 1.1. Поля допусків отвору і валу при посадці із зазором (відхилення отвору позитивні, відхилення валу негативні)

Граничні розміри деталі -- два гранично що допускаються розміру, між якими повинен знаходитися або яким може бути рівний дійсний розмір годної деталі. Більший з них називають найбільшим граничним розміром, менший -- якнайменшим граничним розміром. Позначимо їх D_max і D_mіn для отвору, d_max і d_mіn -- для валу (мал. 1.1, а). Порівняння дійсного розміру з граничними дає можливість судити про придатність деталі

ГОСТ 25346--82 встановлює поняття прохідного і непрохідного меж розміру. Прохідна межа -- термін, вживаний до того з двох граничних розмірів, який відповідає максимальній кількості матеріалу, а саме верхній межі для валу і нижній межі для отвору (при вживанні граничних калібрів йдеться про граничний розмір, що перевіряється прохідним калібром). непрохідна межа -- термін, вживаний до того з двох граничних розмірів, який відповідає мінімальній кількості матеріалу, а саме нижній межі для валу і верхній межі для отвору (при вживанні граничних калібрів йдеться про граничний розмір, що перевіряється непрохідним калібром).

Щоб гарантувати в найбільшому практично досяжному ступені виконання функціональних вимог системи допусків і посадок, граничні розміри на довжині, що наказала, повинні бути тлумачить таким чином. Для отвору діаметр найбільшого правильного уявного циліндра, який може бути вписаний в отвір так, щоб щільно контактувати з самими виступаючими точками поверхні (розмір деталі ідеальної геометричної форми, прилеглої до отвору без зазора, що сполучається), не повинен бути менше ніж прохідна межа розміру. Додатково найбільший діаметр в будь-якому місці отвору не повинен перевищувати непрохідної межі розміру. Для валів діаметр якнайменшого правильного уявного циліндра, який може бути описаний навкруги валу так, щоб щільно контактувати з самими виступаючими точками поверхні (розмір деталі ідеальної геометричної форми, прилеглої до валу без зазора, що сполучається), не повинен бути більшим, ніж прохідна межа розміру. Додатково мінімальний діаметр в будь-якому місці валу не повинен бути менше непрохідної межі розміру.

Для спрощення креслень введені граничні відхилення від номінального розміру: верхнє граничне відхилення ES, es -- різниця алгебри між найбільшим граничним і номінальним розмірами; нижнє граничне відхилення El, ei -- різниця алгебри між якнайменшим граничним і номінальним розмірами. Для отвору ES = D_max -- D; EІ= D_mіn --D; для валу es = d_max --D; ei = d_mіn --D (див. мал. 1.1, а). Дійсним відхиленням називають різницю алгебри між дійсним і номінальним розмірами. Відхилення є позитивним, якщо граничний або дійсний розмір більше номінального, і негативним, якщо вказані розміри менше номінального.

На машинобудівних кресленнях номінальні і граничні лінійні розміри і їх відхилення проставляють в міліметрах без вказівки одиниці (ГОСТ 2.307--68), кутові розміри і їх граничні відхилення -- в градусах, хвилинах або секундах з вказівкою одиниці, наприклад 0° 30' 40". Граничні відхилення в таблицях допусків указують в мікрометрах. При рівності абсолютних значень відхилень їх указують один раз із знаком ± поряд з номінальним розміром, наприклад 60 ±0,2; 120° ±20°. Відхилення, рівне нулю, на кресленнях не проставляють, наносять тільки одне відхилення -- позитивне на місці верхнього або негативне на місці нижнього граничного відхилення, наприклад 200 -0,2_; 200+0,2^.

Допуском Т (від лат. Tolerance -- допуск) називають різницю між найбільшим і якнайменшим значеннями того або іншого параметра, що допускаються. Допуск Т розміру -- різниця між найбільшим і якнайменшим граничними розмірами або абсолютне значення різниці алгебри між верхнім і нижнім відхиленнями. Допуск завжди позитивний. Він визначає поле розсіяння дійсних розмірів годних деталей, що допускається, в партії, тобто задану точність виготовлення. Із збільшенням допуску якість виробів, як правило, погіршується, але вартість виготовлення зменшується.

Для спрощення допуски можна зображати графічно у вигляді полів допусків (мал. 1.1, би). При цьому вісь виробу (на рис, 1.1, би не показана) завжди розташовують під схемою. Поле допуску -- поле, обмежене верхнім і нижнім відхиленнями. Поля допуску визначаються значенням допуску і його положенням щодо номінального розміру. При графічному зображенні поле допуску укладено між двома лініями, відповідними верхньому і нижньому відхиленням щодо нульової лінії. Нульова лінія -- лінія, відповідна номінальному розміру, від якої відкладають відхилення розмірів при графічному зображенні допусків і посадок. Якщо нульова лінія розташована горизонтально, позитивні відхилення відкладають вгору від неї, а негативні -- вниз.

Дві або декілька деталей, що рухомо або нерухомо сполучаються, називають тими, що сполучаються. Поверхні, по яких відбувається з'єднання деталей, називають тими, що сполучаються. Решту поверхонь називають тими, що не сполучаються (вільними). Відповідно до цього розрізняють розміри поверхонь, що сполучаються і не сполучаються (вільних). В з'єднанні деталей, що входять одна в іншу, є охоплюючі і охоплювані поверхні.

Вал -- термін, вживаний для позначення зовнішніх (охоплюваних) елементів (поверхонь) деталей. Отвір -- термін, вживаний для позначення внутрішніх (охоплюючих) елементів (поверхонь) деталей. Терміни отвір і вал відносяться не тільки до циліндрових деталей круглого перетину, але і до елементів деталей іншої форми, наприклад обмежених двома паралельними площинами (паз, шпонка). Основний вал -- вал, верхнє відхилення якого рівне нулю (es = 0). Основний отвір -- отвір, нижнє відхилення якого рівне нулю (El = 0), Допуски розмірів охоплюючої і охоплюваної поверхонь скорочено назвемо відповідно допуском отвору TD і допуском валу Тd.

Посадкою називають характер з'єднання деталей, визначуваний величиною виходять в ким зазорів або натягу. Посадка характеризує свободу відносного переміщення деталей, що сполучаються, або ступінь опору їх взаємному зсуву.

Залежно від взаємного того, що розташовує полів допусків отвору і валу посадка може бути: із зазором (див. мал. 1.1), з натягом або перехідної, при якій можливе отримання як зазору, так і натягу. Схеми полів допусків для різних посадок дані на мал. 3.2. Зазор S -- різниця розмірів отвору і валу, якщо розмір отвору більше розміру валу. Зазор забезпечує можливість відносного переміщення зібраних деталей. Найбільший, якнайменший і середній зазори визначають по формулах

S_max = D_max - d_min ; S_min = D_min - d_max ; S_m = (S_max - S_min)/2.

Натяг N -- різниця розмірів валу і отвору до збірки, якщо розмір валу більше розміру отвору. Натяг забезпечує взаємну нерухомість деталей після їх збірки. Найбільший, якнайменший і середній натяг визначає по формулах

Рис, 1.2, Поля допусків отвору / і валу 2 (відхилення дані для діаметра 40 мм)

N_max = d_max - D_min ; N_min = d_min - D_max ; N_m = (N_max - N_min)/2

Посадка із зазором -- посадка, при якій забезпечується зазор в з'єднанні (поле допуску отвору розташовано над полем допуску валу, мал. 1.2, а). До посадок із зазором відносяться також посадки, в яких нижня межа поля допуску отвору співпадає з верхньою межею поля допуску валу, тобто S_mln = 0.

Посадка з натягом -- посадка, при якій забезпечується натяг в з'єднанні (поле допуску отвору розташовано під полем допуску валу, рис, 1,2, би).

Перехідна посадка -- посадка, при якій можливе отримання як зазору, так і натягу (поля допусків отвору і валу перекриваються частково або повністю, мал. 1.2, в).

Допуск посадки -- різниця між найбільшим і якнайменшим зазорами (допуск зазору TS в посадках із зазором), що допускаються, або найбільшим і якнайменшим натягом, що допускається (допуск натягу TN в посадках з натягом): TS = S_max - S_min ; TN = N_max - N_min .

В перехідних посадках допуск посадки -- сума найбільшого натягу і найбільшого зазора, узятого по абсолютному значенню. Для всіх типів посадок допуск посадки чисельно рівний сумі допусків отвору і валу, тобто TS (TN) = TD + Тd.

Приклад позначення посадки: 40H7/g6 (або 40H7 - g6 або 40 H7/g6)

де 40 -- номінальний розмір в мм, загальний для отвору і валу. Приклад, Визначити граничні розміри, допуски, зазори і натяг в з'єднаннях при посадці із зазором, натягом і перехідної, Граничні відхилення (див. мал. 1.2) узяті по ГОСТ 25346--82 і для отворів залишаються незмінними для всіх посадок, що приводяться в прикладі.

Отвір: номінальний розмір 40 мм; ES == 0; ES = +25 мкм; D_min = 40 мм; D_max = 40,000 + 0,025 = 40,025 мм; TD = 40,025 - 40,000 = 0,025 мм

Для посадки із зазором ( Ш 40 Н7/f7):

Вал З'єднання

номінальний розмір 40 мм; номінальний розмір 40 мм;

ei = --50 мкм; es = --25 мкм; S_max = 40,025 -- 39,950 = 0,075 мм;

d_min = 40,000 -- 0,050 = 39,950 мм; S_min = 40,000 -- 39,975 = 0,025 мм;
d_max = 40,000 -- 0,025 = 39,975 мм; Т S = 0,075 -- 0,025 = 0,050 мм

Td = 39,975 -- 39,950 = 0,025 мм;

Для посадки з натягом (Ш 40 Н7/r6):

Вал З'єднання

номінальний розмір 40 мм; номінальний розмір 40 мм;

ei = -[-34 мкм; es = +50 мкм; N_max = 40,050 -- 40,000 = 0,050 мм;

d_mln = 40,000 + 0,034 = 40,034 мм; N_min = 40,034 -- 40,025 = 0,009 мм;

d_max = 40,000 4- 0,050 = 40,050 мм; TN -- 0,050 -- 0,009 = 0,041 мм

Та = 40,050 -- 40,034 = 0,016 мм;

Для перехідної посадки (Ш 40 H7/k6):

Вал З'єднання

номінальний розмір 40 мм; номінальний розмір 40 мм;

ei = +2 мкм; es = +18 мкм; S_max = 40,025 -- 40,002 = 0,023 мм;

d_min = 40,000 + 0,002 = 40,002 мм; N_max = 40,018 -- 40,000 = 0,018 мм;

d_max = 40,000 + 0,018 = 40,018 мм; TN = 0,018 + 0,023 = 0,041 мм

Td = 40,018 -- 40,002 = 0,016 мм;

Унаслідок неточності технологічного устаткування, погрішностей і зносу інструменту і пристосувань, силової і температурної деформацій системи станок-- прилад -- інструмент -- деталь (СПІД), а також через помилки робітника і інші причини дійсні значення геометричних, механічних і інших параметрів деталей і виробів можуть відрізнятися від розрахункових (заданих), тобто можуть мати погрішність. Погрішність ?_x-- це різниця між дійсним значенням х_r і розрахунковим x_расч розмірами:

?_x = х_r - x_расч

Розрахунковим розміром для валів вважають найбільший граничний розмір, для отвору -- якнайменший граничний розмір, тобто прохідна межа. При такій умові годний вал може мати тільки негативні погрішності, що не перевищують по абсолютному значенню допуск, годні отвори -- тільки позитивні і також не перевищуючі допуск. Для розрахунків, в яких використовують методи теоретико-вірогідності, за розрахунковий розмір доцільно приймати середній з граничних розмірів, тобто розмір, відповідний середині поля допуску. В цьому випадку граничні погрішності, що допускаються, рівні по абсолютному значенню половині допуску. Точністю виготовлення називають ступінь наближення дійсних значень геометричних і інших параметрів деталей і виробів до їх заданих значень, вказаних в кресленнях або технічних вимогах. Необхідно розрізняти нормовану точність деталей, вузлів і виробів, тобто сукупність відхилень, що допускаються, від розрахункових значень геометричних і інших параметрів, і дійсну точність, тобто сукупність дійсних відхилень, визначених в результаті вимірювання (з погрішністю, що допускається). Досягти заданої точності -- значить виготовити деталі і зібрати механізм так, щоб погрішності геометричних, електричних і інших параметрів знаходилися у встановлених межах.

При визначенні дійсних зазорів за дійсний розмір отвору доцільно приймати діаметр вписаного в дійсну поверхню циліндра, тобто якнайменший розмір, а для валу -- діаметр описаного циліндра, тобто найбільший з розмірів в різних перетинах деталі. Проте для прецизійних машин і приладів слід враховувати характер відхилень форми деталей. Для деталей, створюючих посадки з натягом, характер з'єднання визначається середнім з розмірів, одержаних при вимірюванні деталі в декількох перетинах і у різних напрямах, який і приймається за дійсний розмір.

Уніфікація (від лат. unio -- єдність і facere -- робити, тобто приведення чого-небудь до одноманітності, до єдиної форми або системи) -- це приведення об'єктів однакового функціонального призначення до одноманітності (наприклад, до оптимальної конструкції) по встановленій ознаці і раціональне скорочення числа цих об'єктів на основі даних про їх ефективну вживаність. Таким чином, при уніфікації встановлюють мінімально необхідне, але достатнє число типів, видів, типорозмірів, виробів, складальних одиниць і деталей, що володіють високими показниками якості і повною взаємозамінністю.

В основі уніфікації рядів деталей, вузлів, агрегатів, машин і приладів лежить їх конструктивна подібність, яка визначається спільністю робочого процесу, умов роботи виробів, тобто спільністю експлуатаційних вимог. До них, наприклад, відносяться характер навантаження і режим її зміни, температурні умови, силова і теплова напруженість і ін.

Уніфікація найпоширеніша і ефективна форма стандартизації. Уніфікацію можна здійснювати до стандартизації, якщо її результати не оформляються стандартом. Але стандартизація виробів, їх складових частин і деталей обов'язково припускає їх уніфікацію. Якщо розробляється стандарт, який застосовуватимуть в декількох галузях промисловості, допускається більше число типорозмірів. Подальше їх скорочення може бути досягнуте шляхом складання галузевих або внутрізаводських обмежувальних переліків типорозмірів виробів, їх складових частин і деталей. Уніфікації підлягають також марки матеріалів, їх властивості і розміри, процеси, інструмент, технологічне оснащення, методи випробування, документація, термінологія, позначення і т.д.

Комітет ІСО/СТАКО рекомендує наступне визначення терміну уніфікація: це форма стандартизації, що полягає в об'єднанні одного, двох і більш документів (технічних умов) в одному з таким розрахунком, щоб вироби, що регламентуються цим документом, можна було взаимозаміняти при вживанні.

Основою уніфікації є систематизація і класифікація.

Систематизація предметів, явищ або понять переслідує мету розташувати їх в певному порядку і послідовності, створюючій чітку систему, зручну для користування. При систематизації необхідно враховувати взаємозв'язок об'єктів. Найбільш простій формою систематизації є алфавітна система розташовує об'єктів. Таку систему використовують, наприклад, в енциклопедичних і політехнічних довідниках, в бібліографії і т.п. Застосовують також порядкову нумерацію об'єктів, що систематизуються, або розташовує їх в хронологічній послідовності. Наприклад, Держстандарт СРСР реєструє Гости по порядку номерів, після якого в кожному стандарті указують рік його твердження (наприклад, ГОСТ 16093--81 «Різьблення метричне. Допуски. Посадки із зазором»). Для систематизації параметрів і розмірів машин, їх частин і деталей рекомендуються ряди переважних чисел.

В народному господарстві СРСР широке поширення набув різновид систематизації -- класифікація. Вона переслідує мету розташувати предмети, явища або поняття по класах, підкласах і розрядах залежно від їх загальних ознак. Частіше всю класифікацію проводять по десятковій системі. На її основі створений загальносоюзний класифікатор продукції. Універсальна десяткова класифікація (УДК) прийнята як міжнародна система рубрикації індексами технічної і гуманітарної літератури. Наприклад: УДК 62 -- техніка; УДК 621 -- загальне машинобудування і електроніка; УДК 621.3 -- електроніка і т.п.

Симпліфікація -- форма стандартизації, мета якої -- зменшити число типів або інших різновидів виробів до числа, достатнього для задоволення існуючих зараз потреб. Таке визначення дано СТАКО. При симпліфікації звичайно виключають різновиди виробів, їх складових частин і деталей, які не є необхідними, Я об'єкти симпліфікації не вносять які-небудь технічні удосконалення.

Типізація конструкцій виробів -- розробка і встановлення типових конструкцій, що містять конструктивні параметри, загальні для виробів, складальних одиниць і деталей. При типізації не тільки аналізують вже існуючі типи і типорозміри виробів, їх складові частини і деталі, але і розробляють нові, перспективні, враховують досягнення науки і техніку і розвиток промисловості. Часто результатом такої роботи є встановлення відповідних рядів виробів, їх складових частин і деталей.

Типізація технологічних процесів -- розробка і встановлення технологічного процесу для виробництва однотипних деталей або збірки однотипних складових частин або виробів тієї або іншої класифікаційної групи. Типізації технологічних процесів винна передувати робота по класифікації деталей, складальних одиниць і виробів і встановлення типових представників, що володіють найбільшим числом ознак, характерних для деталей, складальних одиниць і виробів даної класифікаційної групи. В нашій країні типізація технологічних процесів набула широке поширення.

Розрізняють наступні види уніфікації.

· внутрішньорозмірна уніфікація всіх модифікацій певного виробу з базовою моделлю або між собою усередині одного типоразміра. Наприклад, токарно-гвинторізні верстати для обробки заготівок з максимальним діаметром 320 мм уніфіковані з токарними, двухсупортними, операційними і т.д. Їх ступінь уніфікації між собою і з базовим токарно-гвинторізним верстатом досягає 85--95 %. Ступінь уніфікації автомобілів Мінського автомобільного заводу -- 82--93 %, двигунів -- ЯМЗ -- 80--95 %, середній ступінь уніфікації автомобілів ЗІЛ -- 80 %.

· міжрозмірна уніфікація базових моделей або їх модифікацій (між різними розмірами параметричного ряду виробів, але усередині одного типу). Наприклад, уніфіковані токарно-гвинторізні верстати для обробки заготівок діаметром 320 і 400 мм Ступінь такої уніфікації може складати до 35 %. Для планування рівня уніфікації буде встановлений коефіцієнт міжпроектної (міжвидовий) уніфікації, наприклад, для універсальних токарних верстатів.

· міжтипова уніфікація виробів, що відносяться до різних параметричних рядів і різних типів Наприклад, на Мінському заводі верстатобудування ним. Жовтневій революції уніфіковані в один міжтиповий ряд подовжньо-фрезерні, подовжньо-строгальні, подовжньо-шліфувальні верстати на основі стандартної ширини оброблюваних заготівок, встановлених по ряду RIO (800; 1000; 1250 і 1600 мм). Це дозволило застосувати для вказаних верстатів 45 % уніфікованих вузлів (стійкі, станини, поперечина і ін.).

· Заводська (в рамках заводу) і галузева (для ряду заводів галузі) уніфікація може охоплювати номенклатуру виробів, складальних одиниць і деталей, які проводять і застосовують в різних галузях народного господарства (міжгалузева уніфікація).

Проведена уніфікація і стандартизація, наприклад, ковальсько-пресового устаткування і вхідних в нього складальних одиниць дозволила зменшити об'єм конструкторських робіт на 30 %, підвищити якість виробів, організувати спеціалізоване виробництво уніфікованих вузлів і понизити трудомісткість їх виготовлення на 16--40 %.

Уніфікація і стандартизація деталей і складальних одиниць машин загального призначення. В СРСР проведена уніфікація і розроблено близько 250 стандартів на кріпильні деталі, понад 400 стандарти на арматуру і з'єднання трубопроводів (вентилі, клапани, трійники, крани), більше 500 стандартів на редуктори, муфти, шківи, більше 75 стандартів на підшипники кочення. Велика робота виконана по уніфікації і стандартизації ливарного, ковальсько-пресового оснащення, верстатних пристосувань, інструменту і т.д.

Найпростіший метод уніфікації деталей і агрегатів загальномашинобудівного призначення полягає в заміні групи близьких по конструкції і розмірам типів одним оптимальним типорозміром, використовування якого не пов'язано з істотними труднощами в якій-небудь сфері вживання Цей метод широко використовують для деталей і вузлів машин з обмеженим числом параметрів, що визначають їх конструкцію (шайби, гвинти, болти, гайки, ущільнення, муфти і р. д.). В інших випадках потрібен складніший попередній аналіз конструкцій і параметрів об'єктів, що уніфікуються, оцінка якості їх функціонування і проведення розрахунково-конструкторських робіт При цьому більша увага слідує уділяти впливу конструктивних елементів на експлуатаційні якості деталей і агрегатів, що уніфікуються. Наприклад, необхідно зменшувати концентрацію напруг, особливо в місцях контакту деталей, проводити оптимізацію форми деталей і передбачати плавні переходи від однієї поверхні деталі до іншої. Так, гранична амплітуда циклу напруг відповідальних болтів при широкій проточці (в місці переходу різьблення до гладкого стрижня) на 36 % більше, ніж у болтів, що не мають такої проточки [19, 21 ].

В даний час приводні ланцюги, клинові ремені, більшість кріпильних деталей, арматури і багато інших уніфіковані деталі і складальні одиниці виготовляють на спеціалізованих заводах. Це дає можливість значно зменшити собівартість і підвищити якість деталей. Наприклад, трудомісткість виготовлення болтів і гайок на спеціалізованому підприємстві в 10 разів нижче, ніж на неспеціалізованому.неправильно здійснена уніфікація може дати негативний ефект, зокрема, коли доводиться використовувати найближчі великі уніфіковані деталі, що викликають невиправдане експлуатаційними умовами збільшення маси, габаритів і трудомісткості виготовлення машин. Задача уніфікації конструкцій і типорозмірів виробів, складових частин і деталей є не тільки технічною, по і економічної. Її мета -- стандартизувати такі конструкції і їх розмірні ряди, при яких сумарна ефективність у сфері виробництва і експлуатації була б найбільшою.

Це положення можна пояснити графічним прикладом (мал. 3.3). При невеликому скороченні типорозмірів виробів серійність виробництва зростає трохи, і перехід на більш прогресивний технологічний процес може не бути виправданий економічно. Тоді рівень якості і собівартість виробів залишаються колишнім, але відсутні пов'язані з уніфікацією втрати (крива 3, ділянка А б). У міру подальшого скорочення типорозмірів створюються умови для організації спеціалізованого виробництва і досягнення значного економічного ефекту (крива 1), але при цьому збільшуються втрати (крива 5). Проте позитивний ефект, одержаний за рахунок поліпшення якості виробів і економічності їх виробництва, набагато перевищує втрати, тому сумарний економічний ефект збільшується (крива 2, ділянка БВ). Подальше скорочення типажу і підвищення серійності мало збільшує ефект у сфері виробництва, оскільки спеціалізація вже здійснена, а втрати продовжують рости (ділянка ВГ). На ділянці ГД подальше скорочення типорозмірів економічно неефективне. Приведена схема не розповсюджується на деталі і складальні одиниці масового виробництва, оскільки їх випускають з високою серійністю. В цьому випадку уніфікація деталей сприяє скороченню номенклатури запасних частин, поліпшенню умов експлуатації і т.п.