Понятия о размерах, отклонениях, допусках и посадках. Основные понятия о размерах, предельных отклонениях и допусках Понятия о поверхностях размерах отклонениях и допусках

1. Основные понятия и определения: номинальный размер, предельные размеры, предельные отклонения, допуск, посадка, зазор, натяг. Дать схему расположения полей допусков отверстия и вала для переходной посадки. Обозначить на ней указанные понятия и дать формулы связи между ними.

Размеры подразделяются на истинные, действительные, предельные, номинальные.

Истинный размер – некоторая абсолютная величина, к которой мы стремимся, повышая качество изделий.
Действительный размер – размер элемента установленный измерениями с допустимой погрешностью.

На практике вместо истинного размера используют действительный размер.

Номинальный размер – размер, относительно которого определяют предельные размеры и который служит также началом отсчета отклонений. Для сопрягаемых деталей номинальный размер является общим. Он определяется расчетами на прочность, жесткость и т. д., округляется до наибольшего значения с учетом «нормальных линейных размеров».

Нормальные линейные размеры .

Нормальные линейные размеры применяются с целью уменьшения разнообразия назначаемых конструктором размеров со всеми вытекающими преимуществами (сужением сортамента материалов, номенклатуры мерного, режущего и измерительного инструмента и т. д.).

Ряды нормальных линейных размеров – это геометрические прогрессии со знаменателем. В ряду пять значений. Эти соотношения сохраняются для различных числовых интервалов.

Первый ряд Ra 5 g = 10 = 1,6

0.1; 0.16; 0.25; 0.4; 0.63

1; 1.6; 2.5; 4; 6.3

10; 16; 25; 40; 63

100; 160; 250; 400; 630

Второй ряд Ra 10 g = 10 = 1,25

1; 1.25; 1.6; 2.0; 2.5; 3.2; 4.0; 5.0; 6.3; 8.0

Каждый следующий ряд включает в себя члены предыдущего.

Третий ряд Ra 20 g = 10 = 1,12

Четвертый ряд Ra 40 g = 10 = 1,06

При выборе номинальных размеров, предшествующий ряд предпочтительнее последующего.

Номинальный размер обозначается для отверстий D и вала d.

Предельные размеры: два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находится, или которым может быть равен действительный размер.

Наибольший предельный размер: наибольший допустимый размер элемента, номинальный наоборот.

Dmax, Dmin, dmax, dmin

С целью упрощения обозначения предельных размеров на чертежах введены предельные отклонения от номинального размера.

Верхнем предельным отклонением ES(es) называется алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным размером.

EI = dmax –D для отверстия

es = dmax – d для вала

Нижним предельным отклонением EI(ei)называется алгебраическая разность между наименьшем предельным отклонением и номинальным размером.

EI = dmin – D для отверстия

Ei = dmin – d для вала

Действительным отклонением называется алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Значения отклонений могут быть положительным и отрицательным числом.

На машиностроительных чертежах линейные, номинальные, предельные размеры, а также отклонения проставляют в миллиметрах.

Угловые размеры и их предельные отклонения проставляют в градусах, минутах, секундах с указанием единиц.

При равенстве абсолютных величины отклонений 42 + 0,2; 120 + 2

Отклонение, равное нулю на чертежах не проставляют, наносят только одно отклонение – положительное вверху, отрицательное внизу.

Отклонение записывается до последней значащей цифры. Для производства важнее не отклонение, а ширина интервала, который называется допуском.

Допуск – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

TD = Dmax – Dmin = ES – EI

Td = dmax – dmin = es - ei

Допуск всегда положителен, он определяет допускаемое поле рассеивания действующих размеров деталей в партии, которые признаются годными, т. е. он определяет заданную точность изготовления.

Назначения рационального допуска – важная задача, сочетающая в себе экономические и качественные требования производства.

С увеличением допуска качество изделий, как правило, ухудшается, зато стоимость изготовления падает.

Пространство на схеме, ограниченное линиями верхнего и нижнего отклонений называется полем допуска .

Упрощенное изображение полей допусков, при котором схемы отверстий и вала отсутствуют .

Пример: Построить схему расположения полей допусков для валов с номинальным размером 20 и предельными отклонениями

1. es = + 0,02 2. es = + 0,04

ei = - 0,01 ei = + 0,01

T1 = + 0,0,01) = 0,03 мм T2 = 0,04 – 0,01 = 0,03 мм

Сравнительная точность деталей 1 и 2 одинакова. Критерий точности – допуск T1 = T2, но поля допусков разные, т. к. они отличаются расположением относительно номинального размера.

Обозначение отклонений на чертежах.

dmax = d + es

С понятием взаимозаменяемости связано понятие о годности детали. Всякая реальная деталь будет годной если:

dmin < dr < dmax

ei < er < es

Например: валы

dr1 = 20,03 – годен

dr2 = 20,05 – брак исправляемый

dr3 = 20,0 – брак неисправляемый

Понятие о посадках.

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной зазора или натяга.

Зазор – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала.

Подвижные соединения характеризуются наличием зазоров.

Натяг – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.

Неподвижные соединения характеризуют, как правило, наличием натяга.

Существуют три типа посадок: с зазором, с натягом и преходящие.

Переходные посадки.

Переходные – посадки при которых в соединениях возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью).

Неподвижные соединения.

Переходные посадки рассчитывают на Smax и Nmax.

Smax = Dmax – dmin = ES – ei

Nmax = dmax – Dmin =es – EI

2. Отклонения от параллельности, перпендикулярности и наклона поверхностей и осей, их нормирование и примеры обозначения на чертеже.

Отклонения расположения поверхности.

Отклонение реального расположения поверхности от его наименьшего расположения.

Виды отклонений расположения.

Отклонение от параллельности – разность наибольшего и наименьшего расстояний между плоскостями в пределах нормируемого участка.

Отклонение от перпендикулярности плоскостей - отклонение угла между плоскостями от прямого угла, выраженное в линейных единицах на длине нормируемого участка.

Отклонение от соосности – наибольшее расстояние (Δ1, Δ2) между осью рассматриваемой поверхности вращения и общей осью вращения.

Отклонение от симметричности относительно базовой плоскости – называется наибольшее расстояние между плоскостью симметрии рассматриваемого элемента и плоскостью симметрии базового элемента в пределах нормируемого участка.

Для контроля соосности используют специальные приспособления.

Отклонения формы должны исключаться из отклонений расположения, поэтому отклонения расположения (от параллельности, перпендикулярности, соосности и т. д.) измеряют от прилегающих прямых и поверхностей, воспроизводимых с помощью дополнительных средств: поверочных линеек, валиков, угольников или специальных приспособлений.

Для контроля соосности применяют специальные приспособления:

В качестве универсальных средств контроля отклонений широко используют координатные измерительные машины.

3. Методы измерения и их отличие.

По способу получения результата измерения различают на:

Прямое измерение – это измерение, измерение в котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенное измерение – искомую величину находят по известной зависимости между искомой величиной и величинами, определяемыми прямыми измерениями

y=f(a, b,c..h)

Определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам.

Различают 2 метода измерения: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки – значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора.

Для этого необходимо, чтобы диапазон показаний шкалы был больше значения измеряемой величины.

При методе непосредственной оценки (НО) настройку прибора на нуль производят по базовой поверхности прибора. Под действием различных факторов (изменения температуры, влажности , вибраций и т. д.) может произойти смешение нуля. Поэтому периодически необходимо производить проверку и соответствующую регулировку.

Метод сравнения – измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. При измерении методом сравнения с мерой результатом наблюдения является отклонение измеряемой величины от значения меры. Значение измеряемой величины от значения меры. Значение измеряемой величины получают алгебраическим суммированием значения меры и отклонения от этой меры, определенного по показанию прибора.

L=М+П

Метод непосредственной оценки Метод сравнения

ДП>L ДП>L-М

Выбор метода измерения определяется соотношением между диапазоном показаний средства измерения и значением измеряемой величины.

Если диапазон меньше измеряемой величины, то используют метод сравнения.

Метод сравнения используют при измерении, контроле деталей в массовом и серийном производствах, т. е. когда нет частых переналадок измерительного прибора.

Для линейных измерений различие двух методов: - относительно, т. к. измерение - это всегда по существу сравнение с единицей, которая так или иначе заложена в средстве измерения.

1. Характеристики системы допусков и посадок гладких цилиндрических соединений: нормальная температура, единица допуска, квалитеты, формула допусков, интервалы диаметров и ряды допусков.

2. Параметры шероховатости Ra, Rz, Rmax. Нормирование и примеры обозначения на чертеже шероховатости поверхности с использованием этих параметров.

3. Приведенный диаметр наружной резьбы. Суммарный допуск среднего диаметра резьбы. Условие годности наружной резьбы по среднему диаметру. Пример обозначения точности резьбы болта на чертеже.

1.Характеристики системы допусков и посадок гладких цилиндрических соединений: основные отклонения валов и отверстий и схемы расположения, поле допуска и его обозначение, предпочтительные поля допусков и схемы их расположения.

2. Параметры шероховатости, S и Sm. Нормирование и примеры обозначения на чертеже шероховатости поверхности с использованием этих параметров.

3. Классификация зубчатых передач по функциональному назначению. Примеры обозначения точности зубчатых колес.

1. Три типа посадок, схема расположения полей допусков и характеристики этих посадок. Примеры обозначения посадок на чертежах.

2. Параметр шероховатости tp. Нормирование и примеры обозначения на чертеже шероховатости поверхности с использованием этого параметра.

3. Погрешности измерения. Классификация составляющих погрешности измерения по причинам их возникновения.

1. Три типа посадок в системе отверстия. Схемы расположения полей допусков и примеры обозначения посадок в системе отверстия на чертеже.

2. Отклонения формы цилиндрических поверхностей, их нормирование и примеры обозначения на чертежах допусков формы цилиндрических поверхностей.

3. Приведенный средний диаметр внутренней резьбы. Суммарный допуск среднего диаметра резьбы. Условие годности внутренней резьбы по среднему диаметру. Пример обозначения точности гайки на чертеже.

1. Три типа посадок в системе вала. Схемы расположения полей допусков и примеры обозначения посадок в системе вала на чертеже.

2. Отклонения формы плоских поверхностей. Их нормирование и примеры обозначения на чертеже допусков формы плоских поверхностей.

3. Нормирование точности зубчатых колес и передач. Принцип комбинирования ном точности. Примеры обозначения точности зубчатых колес.

1.Посадки с зазором. Схемы расположения полей допусков в системе отверстия и системе вала. Применение посадок с зазором и примеры обозначения на чертежах.

2. Принципы нормирования отклонений формы и обозначение допусков формы на чертежах. Отклонения формы поверхностей, основные определения.

3. Случайные погрешности измерения и их оценка.

1. Посадки с натягом. Схемы расположения полей допусков в системе отверстия и вала. Применение посадок с натягом и примеры обозначения на чертежах.

2. высотные параметры шероховатости поверхности. Нормирование и примеры обозначения на чертежах шероховатости поверхности с использованием высотных параметров.

3. Нормирование точности метрической резьбы. Примеры обозначения на чертежах посадок резьбовых соединений с зазором.

1.Переходные посадки. Схемы расположения полей допусков в системе вала и отверстия. Применение переходных посадок и примеры обозначения на чертеже.

2. Шаговые параметры шероховатости поверхности. Нормирование и примеры обозначения на чертеже шероховатости поверхности с использованием шаговых параметров.

3. Кинематическая точность зубчатых колес и передач, ее нормирование. Пример обозначения точности зубчатого колеса для отсчетных передач.

2. Параметр формы шероховатости. Нормирование и примеры обозначения на чертежах шероховатости поверхности с использованием параметра формы.

3. Систематические погрешности измерения, способы их обнаружения и устранения.

2. Обозначение на чертежах шероховатости поверхности. Примеры обозначения шероховатости поверхности, вид обработки, который конструктором не устанавливается; обрабатываемой со снятием слоя материала; сохраняемой в состоянии поставки; обрабатываемой без снятия слоя материала.

3. Основные отклонения диаметров резьбы для посадок с зазором и схемы их расположения. Примеры обозначения посадок метрической резьбы на чертежах.

1. Посадки с зазором. Схемы расположения полей допусков посадок с зазором в системе отверстия. Показать, как изменятся Smax, Smin, Sm, Ts при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах посадок с зазором в системе отверстия.

2. Отклонения расположения поверхностей, их нормирование и примеры обозначения на чертежах допусков расположения поверхностей.

3. Контакт зубьев в передаче и его нормирование. Пример обозначения точности зубчатого колеса для силовой передачи.

1. Посадки с натягом, схемы расположения полей допусков посадок с натягом в системе отверстия. Показать, как изменятся Nmax, Nmin, Nm, TN при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах посадок с натягом в системе отверстия.

2. Шероховатость поверхности, причины ее возникновения. Нормирование шероховатости поверхности и примеры обозначения на чертежах.

3. Выбор средств измерения.

1.Переходные посадки, схемы расположения полей допусков переходных посадок в системе отверстия. Показать, как изменятся Smax, Smin, Sm(Nm), TSN при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах переходных посадок в системе отверстия.

2. Отклонения от соосности и пересечение осей, их нормирование и примеры обозначения на чертежах.

3. Нормирование и обозначение на чертежах точности наружной резьбы.

1. Посадки с зазором. Схемы расположения полей допусков посадок с зазором в системе вала. Показать, как изменятся Smax, Smin, Sm, Ts при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах посадок с зазором в системе вала.

2. Отклонение от симметричности и позиционное отклонение, их нормирование и примеры обозначения на чертежах.

3. Плавность работы зубчатых колес и передач, ее нормирование. Пример обозначения точности зубчатого колеса для скоростной передачи.

1. Посадки с натягом, схемы расположения полей допусков посадок с натягом в системе вала. Показать, как изменятся Nmax, Nmin, Nm, TN при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах посадок с натягом в системе вала.

2. Радиальное и торцевое биения, их нормирование и примеры обозначения на чертеже.

3. Математическая обработка результатов наблюдения. Форма представления результата измерения.

1. Переходные посадки, схемы расположения полей допусков переходных посадок в системе вала. Показать, как изменятся Smax, Smin, Sm(Nm), TSN при изменении допусков соединяемых деталей на один квалитет. Примеры обозначения на чертежах переходных посадок в системе вала.

2.Параметры шероховатости Ra, Rz, Rmax. Примеры применения этих параметров для нормирования шероховатости поверхности.

3. Принципы обеспечения взаимозаменяемости резьбовых соединений. Примеры обозначения точности резьбовых соединений на чертежах.

1.Посадки с зазором и их расчет (выбор). Обозначение посадок с зазором на чертежах. Примеры применения предпочтительных посадок с зазором.

2. Параметры шероховатости поверхности Sm и S. Примеры применения этих параметров для нормирования шероховатости поверхности.

3.Погрешность измерения и ее составляющие. Суммирование погрешностей при прямых и косвенных измерениях.

1. Посадки с натягом и их расчет (выбор). Обозначение посадок с натягом на чертежах. Примеры применения предпочтительных посадок с натягом.

2. Параметр шероховатости tp и примеры его применения для нормирования шероховатости поверхности.

3. Виды сопряжений зубьев колес в передаче. Примеры обозначения точности зубчатых колес.

1. Переходные посадки и их расчет (выбор). Обозначение переходных посадок на чертежах. Примеры применения предпочтительных переходных посадок.

2. Принцип предпочтительности, ряды предпочтительных чисел.

3. Понятие о контроле, контроль предельными калибрами. Схемы расположения полей допусков калибров для контроля отверстий. Расчет и обозначение на чертежах исполнительных размеров калибров-пробок.

1. Посадки подшипников качения в соединениях с корпусом и валом и схемы расположения полей допусков. Примеры обозначения посадок подшипников качения на чертеже.

2. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах.

3. Нормирование и обозначение на чертежах точности внутренней резьбы.

1. Выбор посадок подшипников качения в зависимости от вида нагружения колец и класса точности подшипника. Примеры обозначения посадок подшипников качения на чертежах.

3. Понятие о контроле, контроль предельными калибрами. Схемы расположения полей допусков калибров для контроля валов. Расчет и обозначение на чертежах исполнительных размеров калибров-скоб.

1. Схемы расположения полей допусков в соединениях подшипников качения с валом и корпусом. Примеры обозначения посадок подшипников качения на чертежах.

2. Научно-технические принципы стандартизации. Роль стандартизации в обеспечении качества продукции.

3. Боковой зазор в зубчатых передачах и его нормирование. Примеры обозначения точности зубчатых колес.

1.Система отверстия. Схема расположения полей допусков трех типов посадок в системе отверстия. Примеры обозначения посадок в системе отверстия на чертеже.

2. Унификация, симплификация, типизация и агрегатирование и их роль в повышении качества машин и приборов.

3. Диаметральные компенсации погрешностей шага и угла профиля резьбы. Пример обозначения точности резьбы болта с длинной свинчивания, отличающейся от нормальной.

1.Система вала. Схема расположения полей допусков трех типов посадок в системе вала. Примеры обозначения посадок в системе вала на чертежах.

2. Качество продукции и его основные показатели. Аттестация качества продукции.

3. Поле допуска наружной резьбы и его обозначение. Предельные контуры наружной резьбы и условие годности.

ЛЕКЦИЯ № 2

Методы нормирования параметров при проектировании.

Этапы нормирования:

–– выбор номинального значения;

–– установление предельных значений или предельных отклонений

Номинальные значения – выбирают, исходя из требований к прочности, жесткости, кинематической точности машины и др.

Предельные значения – назначают для обеспечения нормальной работы сопряжений из 2-х и более деталей (в размерных цепях).

Методы нормирования:

–– исследовательский: обеспечивает правильность и качество решения для новых задач; весьма затратен.

–– метод аналогов: используется для тривиальных задач. Обеспечивает экономию времени. На основе опыта – расчет посадок с зазором, натягом, подшипников качения и др.

На рабочем чертеже деталей машин конструктором проставляется номинальный размер - общий для всех соединяемых деталей размер, определяемый из расчета на прочность, жесткость или конструктивных соображений. Он служит началом отсчета отклонений.

Любой ли размер конструктор может сделать номинальным?

В соответствии ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» его необходимо округлять до имеющихся в данном ГОСТе. Ряды нормальных линейных размеров – геометрические прогрессии. Их четыре, они обозначаются Ra5, Ra10, Ra20, Ra40.

Ra5	Ra10	Ra20	Ra40
1,6	1,25	1,12	1,06

Предпочтение отдается размерам из рядов с наиболее крупной градацией – 5-ый ряд наиболее предпочтителен.

Уменьшение числа размеров, ведет к уменьшению типоразмеров режущих и мерительных инструментов, штампов, приспособлений, обеспечивается типизация технологических процессов.

Действительный (истинный) размер – размер, который получается после изготовления и измерения детали, детали, размер с допустимой погрешностью.

d – номинальный размер;

d д – действительный размер, для годности детали он колеблется от d max до d min:

Это предельные размеры.

Проходной предел – предельный размер соответствующий максимальному количеству материала (d max и D min)

Непроходной предел – предельный размер соответствующий минимальному количеству материала (d min и D max)

Упростим задачу. Будем отсчитывать размеры от одной плоскости.

Предельные контуры имеют форму номинальной поверхности (контура) и соответствуют наибольшему d max и наименьшему d min размерам детали.

Линии предельного контура детали П.К

Этот чертеж можно еще упростить, т.к. основная задача – обеспечение точности номинального размера.

Из рисунка видно что наибольшее допустимое колебание размеров характеризуется допуском.

Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами(Т-Tolerance)

Допуск отверстия

Допуск вала

Допуск всегда Т>0. Он определяет допустимую велечину разброса размеров годных деталей в партии.(допуск на изготовление)

Отклонение размера – разность между размером и соответствующим номинальным размером (Е,е-ecart)

Нижние отклонение – разность между наименьшим предельным и номинальным размерами (I,i – inferieur):

Отверстие вал

Верхние отклонение – разность между наибольшим предельным и номинальным размером (S,s – superieur):

Отверстие вал

Нижние и верхнее – предельные отклонения.

Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами:

Отверстие вал

Предельные размеры = номинальные размеры + отклонение.

Отверстие

Поле допуска – зона между наибольшим и наименьшим предельным размерами, изображенная графически.

Нулевая линия – линия на схеме поля допуска, соответствующая номинальному размеру или номинальному контуру.

Будем откладывать отклонения по оси у. Это будут координаты относительно нулевой линии предельных контуров. Отклонения могут иметь знак «+» и «-», поле допуска относительно нулевой линии расположится по-разному. (Пример для вала)

Величину допуска можно определить через отклонения:

Допуск – алгебраическая разность верхнего и нижнего отклонения (>0)

Отклонения могут быть е>0, е<0, е=0

Схематическое изображение полей допусков.

Построение полей допуска ведется в масштабе. Поля допусков изображаются прямоугольниками. Относительно нулевой линии прямоугольник расположен так, что верхняя сторона определяет верхние отклонение, нижние – нижнее. Величины отклонений со знаками проставляют у вершин двух правых углов прямоугольников (мкм). Графически высота прямоугольника изображает величину допуска. Длина прямоугольника произвольна.

Нулевая линия, определяет номинальный размер (в мм)

В справочниках d, D – в мм; отклонения es, ei, ES, EJ и допуски TD, Td в мкм, 1 мкм = 10 -6 м = 10-3 мм.

Пример. Построить поле допуска и проставить отклонения, определить предельные размеры.

d = 40 мм; EJ = 0; TD = 39 мкм (H8); es = -25 мкм; Td = 25 мкм

Отверстие

Основы взаимозаменяемости

Взаимозаменяемостью называется свойство одних и тех же деталей, узлов или агрегатов машин и т. д., позволяющее устанавливать детали (узлы, агрегаты) в процессе сборки или заменять их без предварительной подгонки при сохранении всех требований, предъявляемых к работе узла, агрегата и конструкции в целом. Указанные свойства изделий возникают в результате осуществления научно-технических мероприятий, объединяемых понятием "принцип взаимозаменяемости ".

Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость, которая обеспечивает возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в сборочные единицы, а последних - в изделия при соблюдении предъявляемых к ним (к сборочным единицам или изделиям) технических требований по всем параметрам качества. Выполнение требований к точности деталей и сборочных единиц изделий является важнейшим исходным условием обеспечения взаимозаменяемости. Кроме этого, для обеспечения взаимозаменяемости необходимо выполнять и другие условия: устанавливать оптимальные номинальные значения параметров деталей и сборочных единиц, выполнять требования к материалу деталей, технологии их изготовления и контроля и т. д. Взаимозаменяемыми могут быть детали, сборочные единицы и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть детали и сборочные единицы, от которых зависят надежность и другие эксплуатационные показатели изделий. Это требование, естественно, распространяется и на запасные части.

При полной взаимозаменяемости:

упрощается процесс сборки - он сводится к простому соединению деталей рабочими преимущественно невысокой квалификации;

появляется возможность точно нормировать процесс сборки во времени, устанавливать необходимый темп работы и применять поточный метод;

создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий, а также широкой специализации и кооперирования заводов (при которых завод-поставщик изготовляет унифицированные изделия, сборочные единицы и детали ограниченной номенклатуры и поставляет их заводу, выпускающему основные изделия);

упрощается ремонт изделий, так как любая изношенная или поломанная деталь или сборочная единица может быть заменена новой (запасной).

Иногда для удовлетворения эксплуатационных требований необходимо изготовлять детали и сборочные единицы с малыми экономически неприемлемыми или технологически трудно выполнимыми допусками. В этих случаях для получения требуемой точности сборки применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку и другие дополнительные технологические мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц и изделий. Такую взаимозаменяемость называют неполной (ограниченной). Ее можно осуществлять не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам.

Внешняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (монтируемых в другие более сложные изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей. Например, в электродвигателях внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по частоте вращения вала и мощности, а также по размерам присоединительных поверхностей; в подшипниках качения - по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца, а также по точности вращения.

Внутренняя взаимозаменяемость распространяется на детали, сборочные единицы и механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.

Уровень взаимозаменяемости производства можно характеризовать коэффициентом взаимозаменяемости К в, равным отношению трудоемкости изготовления взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц к общей трудоемкости изготовления изделия. Значение этого коэффициента может быть различным, однако степень его приближения к единице является объективным показателем технического уровня производства.

Совместимость - это свойство объектов занимать свое место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые функции при совместной или последовательной работе этих объектов и сложного изделия в заданных эксплуатационных условиях.

Взаимозаменяемость, при которой обеспечивается работоспособность изделий с оптимальными и стабильными (в заданных пределах) во времени эксплуатационными показателями или с оптимальными показателями качества функционирования для сборочных единиц и взаимозаменяемость их по этим показателям, называют функциональной.

Функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели машин и других изделий или служебные функции сборочных единиц. Например, от зазора между поршнем и цилиндром (функционального параметра) зависит мощность двигателей (эксплуатационный показатель).

Классификация размеров по назначению и по виду соединяемых деталей.

При конструировании определяются линейные и угловые размеры детали, характеризующие ее величину и форму. Они назначаются на основе результатов расчета деталей на прочность и жесткость, а также исходя из обеспечения технологичности конструкции и других показателей в соответствии с функциональным назначением детали. На чертеже должны быть проставлены все размеры, необходимые для изготовления детали и ее контроля.

Размеры, непосредственно или косвенно влияющие на эксплуатационные показатели машины или служебные функции узлов и деталей, называются функциональными. Они могут быть как у сопрягаемых (например, у вала и отверстия), так и у несопрягаемых поверхностей (например, размер пера лопатки турбины, размеры каналов жиклеров карбюраторов и т. п.)

Параметр — это независимая или взаимосвязанная величина, характеризующая какое-либо изделие или явление (процесс) в целом или их отдельные свойства. Параметры определяют техническую характеристику изделия или процесса преимущественно с точки зрения производительности, основных размеров, конструкции.

Размер — это числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерения. Размеры подразделяют на номинальные, действительные и предельные.

Номинальный - это размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит также началом отсчета отклонений. Номинальный размер - это основной размер, полученный на основе кинематических, динамических и прочностных расчетов или выбранный из конструктивных, технологических, эксплуатационных, эстетических и других соображений.

Действительный - это размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Предельные - это два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.

Предельные размеры на предписанной длине должны быть истолкованы следующим образом:

для отверстий  диаметр наибольшего правильного воображаемого цилиндра, который может быть вписан в отверстие так, чтобы плотно контактировать с наиболее выступающими точками поверхности (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы, прилегающей к отверстию без зазора), не должен быть меньше, чем проходной предел размера. Дополнительно наибольший диаметр в любом месте отверстия не должен превышать непроходного предела размера;

для валов - диаметр наименьшего правильного воображаемого цилиндра, который может быть описан вокруг вала так, чтобы плотно контактировать с наиболее выступающими точками поверхности (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы, прилегающей к валу без зазора), не должен быть больше, чем проходной предел размера. Дополнительно минимальный диаметр в любом месте вала не должен быть меньше, чем непроходной предел размера.

Наибольший предельный размер - это больший из двух предельных, наименьший - это меньший из двух предельных размеров (рис. 2.1). ГОСТом 25346-89 установлены связанные с предельными размерами новые термины - "проходной" и "непроходной" пределы.

Термин "проходной предел " применяют к тому из двух предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, а именно верхнему пределу для вала, нижнему  для отверстия. В случае применения предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом проходным калибром.

Термин "непроходной предел " применяют к тому из двух предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала, а именно нижнему пределу для вала, верхнему  для отверстия. В случае применения предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом непроходным калибром.

Отклонения размеров и допуски.

Отклонение - это алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером.

Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Предельное отклонение - это алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.

Классификацию отклонений по геометрическим параметрам целесообразно рассмотреть на примере соединения вала и отверстия. Термин "вал" применяют для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей, термин "отверстие" - для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей. Термины "вал" и "отверстие" относятся не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей другой формы (например, ограниченным двумя параллельными плоскостями - шпоночное соединение).

Предельные отклонения подразделяют на верхнее и нижнее. Верхнее - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами, нижнее отклонение - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.

Рис. 2.1. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия положительны, отклонения вала отрицательны)

В ГОСТе 25346-89 приняты условные обозначения: верхнее отклонение отверстия ЕS, вала - еs, нижнее отклонение отверстия EI, вала - ei. В таблицах стандартов верхнее и нижнее отклонения указаны в микрометрах (мкм), на чертежах - в миллиметрах (мм). Отклонения, равные нулю, не указываются. На рис. 2.1 даны примеры простановки отклонений на чертежах деталей и соединения.

Допуск- это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями (см. рис. 2.1). По ГОСТу 25346-89 введено понятие "допуск системы" - это стандартный допуск (любой из допусков), устанавливаемый данной системой допусков и посадок.

Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз (см. рис. 2.1).

Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (см. рис. 2.1).

Для упрощения допуски можно изображать графически в виде полей допусков (рис. 2.1, б ). При этом ось изделия (на рис. 2.1, б не показана) всегда располагают под схемой.

Контрольные вопросы

1. Что такая взаимозаменяемость?
2. Что такое размер?
3. Какие размеры бывает по назначению?
4. Номинальный, действительный и предельные размеры.
5. Какие отклонения бывает для размеров?
6. Что такой допуск?

В машиностроении все детали условно подразделяют на две группы:

1. "валы " – наружные (охватываемые) элементы детали, номинальный размер вала принято обозначать d ;

2. "отверстия " – внутренние (охватывающие) элементы детали, номинальный размер отверстия обозначают D .

Термины "вал" и "отверстие" относят не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей любой другой формы.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров. Размер – это числовое значение линейной величины (диаметра, длины, высоты и т.п.) в выбранных единицах. В машиностроении размеры указываются в миллиметрах. Различают следующие размеры:

Номинальный размер (D, d, l ) – размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим. Номинальные размеры находят расчетом их на прочность и жесткость, а также исходя из совершенства геометрических форм и обеспечения технологичности конструкций изделий.

Для сокращения числа типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента, штампов, приспособлений, а также для облегчения типизации технологических процессов значения размеров, полученные расчетом, следует округлять (как правило, в большую сторону) в соответствии со значениями ряда нормальных линейных размеров.

Действительный размер - размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Этот термин введен потому, что невозможно изготовить деталь с абсолютно точными требуемыми размерами и измерить их без внесения погрешности. Действительный размер детали в работающей машине вследствие ее износа, упругой, остаточной, тепловой деформаций и других причин отличается от размера, определенного в статическом состоянии или при сборке. Это обстоятельство необходимо учитывать при точностном анализе механизма в целом.

Предельные размеры детали - два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называют наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Принятые обозначения их D max и D min для отверстия, d max и d min – для вала. Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

Выбраковочный размер – размер, при достижении которого деталь изымается из работы. Выбраковочный размер обычно задается в стандартах через границу износа или предел износа.

Отклонением называется алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером. Отклонения – это вектора, которые показывают насколько предельный размер отличается от номинального. Отклонения всегда задаются со знаком "+" или "–".

Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Одно из двух предельных отклонений называется верхним, а другое - нижним. Обозначения отклонений, их определения и формулы приведены в табл. 8.1.

Верхнее и нижнее отклонения могут быть положительными (расположены выше номинального размера или нулевой линии), отрицательными (расположены под нулевой линией), и равными нулю (совпадают с номинальным размером – нулевой линией).

В современном строительстве здания и сооружения собирают из отдельных элементов и конструкций, изготавливаемых на соответствующих заводах.

При изготовлении сборных элементов практически невозможно получить абсолютно точно заданные для них проектной или нормативной документацией размеры, которые к тому же неодинаковы в разных сечениях элемента и изменяются от изделия к изделию.

Появление отклонений от заданных размеров и формы при изготовлении стальных конструкций вызвано неточностью оборудования, приспособлений для обработки, а также режущего инструмента, неточностью базирования заготовок и неправильным их закреплением, несоблюдением режимов и условий обработки и другими причинами.

Точность изготовления железобетонных изделий в значительной мере зависит от состояния технологической оснастки, т.е. искривления бортов форм, прогиба поддонов, износа замковых шарниров, смещения фиксаторов закладных деталей и многих других технологических факторов.

При составлении чертежа стального или железобетонного изделия конструктор устанавливает, исходя из условий работы, его геометрические размеры в выбранных единицах измерения. Различают действительный размер Хi и номинальный Хnom.

Действительный размер - это размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью.

Номинальный размер - это основной проектный размер, определенный исходя из его функционального назначения и служащий началом отсчета отклонений. Учитывая погрешности изготовления и монтажа, на чертежах помимо номинального (проектного) размера Хnom указывают два предельно допустимых размера, больший из которых называется наибольшим Хmax, а меньший - наименьшим Xmin предельными размерами. Действительный размер должен находиться в границах предельно допустимых размеров, т.е. Xmax ?Xi ?Xmin.

Для успешной сборки зданий и сооружений необходимо, чтобы изготовленные стальные и железобетонные изделия по размерам и конфигурации соответствовали функциональному назначению, т.е. отвечали производственным и эксплуатационным требованиям.

Основными характеристиками конфигурации сборных элементов являются прямолинейность, плоскостность, перпендикулярность смежных поверхностей, равенство диагоналей.

Размеры, форма, положение конструкций, характеризуемые линейными и угловыми величинами, получили обобщенное наименование - геометрические параметры. Последние, как и размеры, подразделяются на действительные и номинальные.

Качество монтажа зданий и сооружений в значительной мере зависит от выбранной конструкции сопряжения и достигнутой точности изготовления элементов конструкций. Поскольку вопросы точности изготовления изделий имеют прикладное значение для сборного строительства, необходимо изготовить сборные элементы с такой геометрической точностью, которая обеспечит запроектированный характер соединений и сборку конструкций без дополнительной подгонки элементов. Это предполагает, что собираемые элементы будут взаимозаменяемыми по маркам изделий.

Под взаимозаменяемостью в системе обеспечения геометрической точности в строительстве понимают свойство независимо изготовленных однотипных элементов обеспечивать возможность их применения одного вместо другого без дополнительной обработки. Взаимозаменяемость однотипных элементов достигается соблюдением единых требований к их геометрической точности.

Взаимозаменяемые сборные элементы могут быть изготовлены строго по чертежам независимо друг от друга в разное время и на различных заводах, но они должны быть одинаковыми (в пределах допуска) по размерам, форме и физико-механическим свойствам.

Принцип взаимозаменяемости элементов предопределяет собираемость конструкций, т.е. свойство независимо изготовленных элементов обеспечивать возможность сборки из них конструкций зданий и сооружений с геометрической точностью, соответствующей предъявляемым к конструкции эксплуатационным требованиям.

Взаимозаменяемость в типовом строительстве является основным и необходимым условием современного массового и серийного производства. Взаимозаменяемость сборных элементов обеспечивается точностью их параметров, в частности их размеров.