Понятия о взаимозаменяемости изделий и ее роль в производственных процессах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятия о взаимозаменяемости изделий и ее роль в производственных процессах



Взаимозаменяемостью изделий (машин, приборов, механизмов и др.), их частей или других видов продукции (сырья, материалов) называется их свойство равноценно заменять при использовании любого множества изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром. В общем случае различают взаимозаменяемость:

- полную;

- частичную (не полную).

Наиболее часто применяют полную взаимозаменяемость, которая обеспечивает совместимость беспригонной сборки или замены при ремонте любых независимо изготовленных с заданной точностью деталей или изделий. Полная взаимозаменяемость возможна только тогда, когда размеры, форма, элементные и другие качественные и количественные параметры деталей и изделий находятся в заданных пределах и удовлетворяют установленным техническим требованиям. Уровень взаимозаменяемости производства обычно характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости К_В, равным отношению трудоемкости изготовления и сборки взаимозаменяемых деталей узлов, конструкций или их частей Q_В к общей трудоемкости изготовления сборочной единицы Q_У. Величина К_В изменяется в пределах

.

При этом выполнение установленных требований к точности деталей, узлов, сборных единиц или их элементов является важнейшим и определяющим условием обеспечения взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемыми могут быть детали, сборные единицы и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть детали и сборные единицы, от которых зависит надежность и другие эксплуатационные свойства изделия. В обязательном порядке это требование распространяется на запасные части изделия (ЗИП).

Свойства собираемости и возможности равноценной замены любого экземпляра взаимозаменяемой и сборочной единицы любым другим сборочным экземпляром позволяет изготовлять детали в одних цехах предприятия, а собирать из них изделия в других цехах этого предприятия или даже других профильных предприятиях. При полной взаимозаменяемости процесс сборки сводиться к соединению деталей преимущественно рабочими не высокой квалификации. Поэтому появляется возможность точно нормировать процесс сборки по времени, устанавливать необходимый темп работы, применять поточный метод сборки и создавать условия для автоматизации, специализирования и кооперирования производственных процессов.

Частичная (неполная) взаимозаменяемость применяется в тех случаях, когда не возможна сборка изделия при пригонки или регулировки входящих в него деталей, узлов или сборочных единиц. Такая взаимозаменяемость широко используется в мелкосерийном и серийном производствах. Например, при сборке металлорежущего станка осуществляется пригонка и регулировка устанавливаемых на станине суппорта или задней бабки. Коэффициент взаимозаменяемости К_В в этом случае ниже, чем при полной взаимозаменяемости.

С коэффициентом взаимозаменяемости К_В тесно связан коэффициент унификации (стандартизации) производства К_у, определяемый как отношение трудоемкости сборки унифицированных (стандартных) деталей Q_cт к трудоемкости сборки оригинальных деталей Q_орг:

.(1)

Применение той или иной взаимозаменяемости на производстве обусловлено многими факторами, основными из которых являются: тип производства, вид выпускаемой продукции, степень развитости производственных отношений, культура производства.

В общем случае с повышением К_В эксплуатационные характеристики изделия улучшаются, так как создаются условия для быстрой и эффективной замены или восстановления деталей, узлов или сборочных единиц изделия в период проведения ремонтов, технического обслуживания и регламентных работ по системе планово-предупредительного ремонта (ППР). Однако в индивидуальном и мелкосерийном производствах эта связь проявляется слабо в связи с ограниченным количеством выпускаемых изделий. Наибольшее влияние К_В на эксплуатационные свойства оказывает в массовом и крупносерийном производстве. Влияние К_В на эксплуатационные свойства изделий в большой степени зависит от вида изделия: наибольшее - в радиоэлектронной промышленности, несколько меньше - в приборостроении, еще меньше - в машиностроении.

Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей, изготовленных в массовом и серийном производствах и имеющих точность не выше шестого квалитета, а также для сборочных единиц и изделий, состоящих из небольшого числа деталей, для которых несоблюдение заданных зазоров или натягов при сборке изделий в машино- и приборостроении недопустимо даже у части деталей.

Современная промышленность не может развиваться без широкой кооперации, для которой основой является взаимозаменяемость. Разработка эффективных технологических процессов и их практическое осуществление также невозможно без учета взаимозаменяемости деталей, узлов и конструкций. Качество изделий и его контроль осуществляется на основе приемов, выработанных практикой использования различных видов взаимозаменяемости. Таким образом, взаимозаменяемость выделилась в самостоятельное научно-производ-ственное направление во многих отраслях промышленности, играющее определяющую роль в достижении высокого качества выпускаемой продукции и обеспечения ее конкурентоспособности на мировом рынке.

Помимо полной и неполной взаимозаменяемости существуют следующие виды взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц:

1. Внешняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость покупных кооперируемых изделий (монтируемых в другие изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных плоскостей. Например, в электродвигателе внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по частоте вращения приводящего вала, а также по размерам присоединительных плоскостей. В подшипниках качения внешняя взаимозаменяемость обеспечивается по наружному диаметру наружного кольца, устанавливаемого в корпусе изделия, и внутреннему диаметру внутреннего кольца, устанавливаемого на валу, а также по точности вращения и восприятию нагрузок.

2. Внутренняя взаимозаменяемость - распространяется на детали, сборочные единицы, изделия, изготавливаемые на конкретном предприятии или его подразделении. Например: при селективной сборке подшипников качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.

При рассмотрении вопроса о взаимозаменяемости изделий вводится понятие совместимости - свойство объектов занимать свое место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые функции при совместной или последовательной работе этих объектов в заданных эксплуатационных условиях. При этом под объектом понимают автономные блоки, приборы или другие изделия, входящие в более сложные изделия.

3. Функциональная взаимозаменяемость - обеспечение взаимозаменяемости машин и других изделий по оптимальным эксплуатационным показателям, что является основным принципом взаимозаменяемости изделий и машин в целом. Поэтому в более обобщенном представлении взаимозаменяемость, при которой обеспечивается работоспособность изделий или их потребительские свойства с оптимальными и стабильными (в заданных пределах) во времени эксплуатационными показателями или оптимальными показателями качества функционирования, называют функциональной.

При этом функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на надежность или экономические показатели машин и других изделий, или служебные функции сборочных единиц. Например: от зазора между поршнем и цилиндром (функциональный показатель, определяемый допуском на размер деталей) зависит мощность двигателей (эксплуатационный показатель). Эти параметры названы функциональными, так как существует их связь со служебными функциями сборочных единиц и эксплуатации заданного изделия.

Такая связь может быть как закономерной (см. выше), так и случайной. Чтобы получить наибольшую эффективность взаимозаменяемости, т.е. добиться функциональной взаимозаменяемости, необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации машин и изделий учитывать комплекс научно-технических исходных положений, которые объединяются общим понятием - принципиальная взаимозаменяемость - и которые обусловлены «жизненным» путем изделия.

Место взаимозаменяемости в структуре «жизненного» пути изделия

взаимозаменяемость стандартизация параметрический прибор

Современное производство в машино- и приборостроении характеризуется выпуском огромного количества изделий, используемых как непосредственно человеком для удовлетворения своих нужд, так и в качестве машин (оборудования), изготавливающих эти изделия. Объединяющим фактором для всех изделий является их «жизненный» путь, включающий проектирование, изготовление, эксплуатацию и утилизацию изделия (рис. 1, а). Структурно «жизненный» путь изделия делится на несколько этапов, в каждом из которых значимость коэффициента взаимозаменяемости К_В может быть различна (рис. 1, б). Его роль определяется теми исходными положениями, которые вкладываются в этапы «жизненного» пути изделия и которые необходимо учитывать при конструировании, изготовлении и эксплуатации каждого конкретного изделия.

Исходные положения, используемые при конструировании изделий

1. Эксплуатационные показатели машин и других изделий, которые определяются:

- уровнем и стабильностью характеристик рабочего процесса при эксплуатации;

- размерами, формами и другими геометрическими параметрами или сборочными единицами;

- уровнем механических, физических и химических свойств материалов, из которых изготовлены детали или сборочные единицы.

Неизбежные погрешности параметров и изменения свойств материалов в процессе эксплуатации влияют на параметры рабочего процесса, поэтому для ответственных деталей и составных частей взаимозаменяемость необходимо обеспечивать не только по размерам, формам и другим геометрическим параметрам, но и по показателям физико-механических и технических свойств материалов (величины технологических остаточных напряжений, структуры, прочности, твердости и т.д.).



	Рис. 1. Этапы «жизненного» пути изделия (а) и роль в них КВ (б)

2. Важно обеспечивать однородность исходного сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов по химическому составу и структуре.

3. Обычно функциональную взаимозаменяемость обеспечивают уже на стадии проектирования изделия. Для этого необходимо уточнить наименьшее значение эксплуатационного показателя и определить допустимое отношение его исходя из его назначения, а также требований надежности и безопасности изделия. Очень часто для решения этой задачи проводят обобщения опыта эксплуатации подобных изделий, экспериментальных испытаний моделей или отдельных элементов конструируемого изделия. При этом важно установить те составные части изделий, от которых зависит в первую очередь эксплуатационные показатели, а также составить список деталей, определяющих долговечность изделий в целом. Для этой категории деталей выбирают конструктивные формы, материалы, разрабатывают технологию изготовления и устанавливают требования к качеству поверхностей, которые должны быть предъявлены техническим службам предприятия.

4. При конструировании необходимо выявить функциональные параметры, от которых зависят значения и допустимый диапазон оптимальности эксплуатационных показателей изделия. Теоретически и экспериментально на макетах следует установить возможные изменения функциональных параметров во времени в результате износа (термоциклических воздействий, изменения структуры, коррозии, старения материала и т.д.), найти связь и степень влияния этих параметров и их отклонений на эксплуатационные показатели нового изделия в процессе эксплуатации. Зная эти связи и допуски на эксплуатационные показатели изделия, можно определить гарантированный запас работоспособности изделия. При этом необходимо провести оптимизацию допусков, устанавливая меньшее их значение для функциональных параметров, погрешности которых сильно влияют на эксплуатацию изделия.

Установление связей эксплуатационных показателей с функциональными параметрами и независимое изготовление изделий деталей и их частей с точностью, определённой исходя из допустимых отклонений эксплуатационного изделия в конце срока его службы, являются главным условием обеспечения функциональной взаимозаменяемости.

5. При конструировании изделий необходимо шире применять общие технические нормы, унифицированные и стандартизированные детали и сборочные единицы, а также руководствоваться принципами предпочтительности и агрегатирования, так как в современных условиях без этого невозможно обеспечить высокое качество изделий и экономичность производства.

6. Для обеспечения взаимозаменяемости ответственных деталей по шероховатости, форме и расположению их поверхностей эти параметры следует выбирать таким образом, чтобы учитывать требования технологичности изготовления и предусмотреть возможность применения таких средств измерения, которые бы не вносили дополнительных погрешностей в технологический процесс и позволяли применять простые и надежные средства измерения на этапах изготовления деталей и сборки из них изделий.

Под технологичностью детали понимают такую конструкцию детали, которая удовлетворяет не только выполнение ею эксплуатационных требований в узле или машине, но и обеспечивает изготовление детали с минимальными затратами ручного, машинного и иного труда. Технологичность конструкции детали отрабатывается на этапе ее проектирования по параметрам точности размеров, удобства расположения поверхностей, возможности обработки их без дополнительных приспособлений, эффективного использования материала, качественным показателям и т.д.

Исходные положения, используемые при изготовлении изделий

1. Для соблюдения взаимозаменяемости необходимо при изготовлении деталей и сборки изделий строго выдерживать нормированную точность функциональных параметров.

2. Для создания большого запаса работоспособности изделия по ответственным функциональным параметрам необходимо обеспечивать условие:

Т_f >Т_r,

где Т_f - допуск параметра, устанавливаемый из эксплуатационных требований к изделию.

T_r - технологический допуск, достигаемый при принятом технологическом процессе изготовления деталей или сборке изделия.

3. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества изделий необходимо использовать оборудование, инструментальную и технологическую оснастку соответствующей точности, а также проводить их постоянный технический контроль. При этом точность оборудования и оснастки должны быть в 2 - 3 раза выше требуемой точности детали и составных частей, т.е. иметь определенный запас точности.

4. Для ответственных деталей необходимо создавать оптимальное качество как по составу материала, так и по состоянию обрабатываемой поверхности. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества изделий необходимо, чтобы технологические измерения и конструкторские базы сохранялись, т.е. чтобы выдерживался принцип единства и постоянства баз. На рис. 2 размер задан конструктором от торца детали (конструкторская база). Одновременно торец детали является технологической (установочной) базой для токарной обработки детали (деталь устанавливается и закрепляется в трехкулачковом патроне). Контроль размера детали также осуществляется от торца с помощью, например, штангенциркуля. Таким образом, торец детали одновременно является конструкторской, технологической и измерительной базами (принцип единства базы). В общем случае деталь может устанавливаться при сборке изделия по торцевой поверхности, что и определяет принцип постоянства базы.

Рис. 2. Пример применения принципа единства и постоянства базы

Исходные положения, используемые при эксплуатации изделия

1. Важной составной частью осуществления принципа взаимозаменяемости, обусловливающего долговечную и экономическую работу изделия, является определение необходимого комплекта запасных частей (деталей, сборочных единиц, т.е. ЗИП), которые обеспечивали бы быструю замену в процессе эксплуатации износившихся или поломавшихся деталей, сохраняя требуемую работоспособность изделия в течение длительного времени. Для этого должен быть проведён анализ и выявлены слабые места изделия, т.е. определены детали и сборочные единицы, в наибольшей мере подверженные износу и другим эксплуатационным факторам.

2. В процессе эксплуатации необходимо тщательно контролировать эксплуатационные параметры изделия, обращая особое внимание на его слабые элементы. Для практического осуществления функциональной взаимозаменяемости изделий необходима четкая система подготовки и обращения между структурными подразделениями предприятия конструкторской, метрологической, технологической и эксплуатационной документации. Особенно важно обеспечивать функциональную взаимозаменяемость деталей и изделий, получаемых безотходной технологией, при которой механическая обработка деталей сведена к минимуму. Следует иметь в виду, что безотходная технология увеличивает эффективность производства не только в отношении экономии материалов, но и способствует повышению производительности труда и культуре производства.

Роль взаимозаменяемости в стандартизации параметрических и типоразмерных рядов машин, приборов и других изделий

Взаимозаменяемость выступает определяющим фактором не только на этапах «жизненного» пути изделия. Важнейшая роль принадлежит ей при разработке принципов стандартизации, унификации и агрегатирования конкретного изделия. В конечном итоге, от использования тех или иных методов взаимозаменяемости в целом зависит культура производства и конкурентоспособность выпускаемой им продукции.

В нашей стране выпускают свыше 180 тыс. наименований различных машин, механизмов, приборов и других изделий. В связи с развитием новых отраслей промышленности и все большим внедрением механизации и автоматизации в стране ежегодно создаются или обновляются около 10 тыс. новых машин, приборов и других изделий. Однако в ряде случаев имеет место выпуск излишне большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся по конструкции и размерам. Для рационального сокращения номенклатуры изготовляемых изделий и с целью повышения серийности и развития специализации их производства разрабатывают стандарты на параметрические ряды изделий.

Каждую машину обычно характеризуют несколько параметров: мощность, габаритные размеры, производительность, надежность, точность, экономичность и т.д. При этом номенклатура стандартизируемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа машин или их модификации. Поэтому из всех параметров изделия выделяют следующие:

- главный параметр;

- основные параметры.

Главным называют машинный параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия и не зависит от технических усовершенствований его и технологий изготовления.

Например, главным параметром мостового крана является грузоподъемность, а главным параметром токарного станка - габаритные размеры обрабатываемых заготовок: высота центров и расстояние между центрами в крайнем положении передней и задней бабок (или шпинделя и пиноли).

По главному параметру строится параметрический ряд изделий. Например, токарно-винторезные металлорежущие стали мод. 1К62 и 1А620 имеют один и тот же главный параметр - расстояние между центрами в крайнем положении передней и задней бабок - 620 мм.

Выбор главного параметра и определение диапазона значений должны быть технически и экономически обоснованы. Крайние числовые значения ряда следует выбирать с учетом текущих и перспективных потребностей конкретного производства, отрасли или промышленности в данных изделиях.

Основными параметрами называют закономерно построенную в определенном диапазоне совокупность численных значений главного параметра изделия одного функционального назначения, аналогичных по кинематике или рабочему процессу главному параметру. Известен, например, параметрический ряд токарных станков: 200, 250, 400, 620, 800, 1000, I500 мм.

С другой стороны, главный параметр служит базой при определении числовых значений основных параметров. Например: для металлорежущего оборудования - токарных станков - точность обработки, мощность, пределы скоростей резания, производительность являются основными параметрами; для измерительных приборов - это погрешность измерения, цена деления шкалы, сила измерения и другие метрологические показатели.

Разновидностью параметрического ряда является типоразмерный или размерный ряд. Его главный параметр - размеры изделий. На базе параметрических и типоразмерных рядов создают конструктивные ряды конкретных типов моделей одинаковых конструкций и одного функционального назначения. При построении параметрических, типоразмерных и конструктивных рядов изделий желательно соблюдать подобие рабочего процесса, которое обеспечивает равенство главных и основных параметров.

На параметрические ряды разработаны стандарты, в которых предусматривается внедрение в промышленность технически более совершенных и производительных машин, приборов и других видов изделий, соответствующих достигнутому техническому прогрессу. В стандартизированных рядах не допускается установление типовых параметров для систем машин различных модификаций, созданных на основе агрегатированния, так как это снижает возможности внутритиповой и межтиповой унификации изделий.

При установлении рядов и их главных параметров обычно учитывают плотность распределения применяемости различных значений параметров стандартизированных изделий, увеличивая число членов ряда в диапазоне наибольшей частоты применения. В этом случае обычно применяют смешанные ряды. Например: в общем машиностроении и приборостроении около 90%, т.е. подавляющее число всех используемых модулей зубчатых колес находятся в пределах от 1-6 мм (в общем случае модуль зубчатого колеса представляет отношение шага зубьев колеса р к числу р: , мм).

При этом максимум применимости зубчатых колес приходится на диапазон модулей т от 2 до 4 мм. Поэтому в стандарте параметрического ряда модулей зубчатых колес наибольшее число градаций предусмотрено именно для этих модулей.

Наименьшее и наибольшее значение главного параметра при установлении параметрического ряда, а также частоту ряда устанавливают не только на основе тенденций потребности рассматриваемого изделия, но и с учетом перспективы развития производства, достижения науки и техники, тенденции развития конкретного производства.

Унификация, агрегатирование и стандартизация регулируют номенклатуру изготовления типов и размеров изделий. Например, серийное и массовое производство организовывается, как правило, для изделий, у которых стандартными являются размеры, показатели качества или конструкции всего изделия. Однако метод комплексной стандартизации позволяет применять принцип агрегатирования и устанавливать взаимосвязанные требования к сырью, материалам, комплектующим элементам и изделию в целом в других типах производства (например, мелкосерийном и даже индивидуальном).

Повышению качества выпускаемых предприятием изделий соответствует внедрение единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), предусматривающей разработку и использование системы управления качества и аттестацию продукции на всем его «жизненном» пути.

В соответствии с ЕСТПП выпуск деталей должен быть четко оговорен предъявленными функциональными параметрами, включая расчетные параметры точности и качества поверхностей деталей.

Создание гарантированного запаса деталей и узлов, повышение работоспособности выпускаемых изделий позволяют обеспечить взаимозаменяемость их в процессе эксплуатации. При этом расчет гарантированного запаса прочности и работоспособности в условиях производства осуществляется в зависимости от закона распределения принятого показателя надежности согласно методикам, разработанным Госстандартом Российской федерации.

Сокращение номенклатуры изделий в результате стандартизации и взаимозаменяемости отдельных сборных единиц и агрегатов создает условия для развития специализации производства как в рамках отдельных отраслей, так и в межотраслевом кооперировании. При этом унификация деталей, сборочных единиц и агрегатов позволяет изготавливать их на специализированном предприятии с использованием высокотехнологического оборудования, точных и стабильных приборов, средств автоматизации и механизации.

Взаимозаменяемость, построенная на унификации, типизации и стандартизации, повышает экономичность производства, так как она в значительной степени упрощает сборку изделия, сводя ее к простому соединению деталей без пригонки и регулирования.

Взаимозаменяемость и точность размеров

Взаимозаменяемость изделий во многом обеспечивается точностью их параметров, в частности размеров. Однако в процессе изготовления неизбежно возникают погрешности размеров ДХ, численные значения которых находят по формуле

,(2)

где Х - заданное значение размера (параметра): Х_i - действительное значение того же параметра.

Погрешности подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). Систематическими называют погрешности, постоянные по величине и направлению или изменяющиеся по определенному закону. Они могут быть вызваны упрощениями кинематических схем передаточных механизмов, ошибками настройки станков или приборов, износом инструмента, температурными деформациями и пр. Влияние этих ошибок на результаты обработки и измерения можно учесть и даже устранить.

Случайные погрешности - это погрешности, величину и направление которых заранее нельзя предусмотреть. Их появление обусловлено примерно одинаковым воздействием большого числа независимых друг от друга случайных факторов. Случайные погрешности могут быть вызваны нестабильностью химических, физических и механических свойств материалов, непостоянством размеров заготовок, изменением сил резания, погрешностями измерения и др.

Грубыми погрешностями называют погрешности, явно не соответствующие процессу обработки или измерения. Они в основном бывают следствием просчетов или недосмотра и подлежат устранению.

Влияние случайных погрешностей на точность изделий можно оценивать методами теории вероятностей и математической статистики. Многочисленными опытами доказано, что распределение случайных погрешностей чаще всего подчиняется закону нормального распределения, который характеризуется кривой Гаусса. Максимальная ордината кривой соответствует среднему значению данного размера (при неограниченном числе измерений называется средневзвешенной, среднеарифметической или медианой и обозначается М_ix). По оси абсцисс откладывают случайные погрешности или отклонения от размера . Отрезки, параллельные оси ординат Y, выражают вероятность появления случайных погрешностей соответствующей величины (рис. 3).



Рис. 3. Кривая Гаусса распределения случайных погрешностей

Кривая Гаусса симметрична относительно максимальной ординаты Y_max. Следовательно, отклонения от размера одинаковой абсолютной величины, но разных знаков одинаково возможны. Форма кривой распределения показывает, что малые отклонения (по абсолютному значению) появляются значительно чаще, чем большие, а появление весьма больших отклонений практически маловероятно. Поэтому допустимые погрешности ограничиваются некоторыми предельными значениями (V - фактическое поле рассеяния случайных погрешностей, равное разности между наибольшими и наименьшими измеренными размерами в партии деталей). Значение V определяют из условия достаточной точности (допуска) при оптимальных затратах на изготовление изделий. При регламентированном поле рассеяния за пределами может появляться не более, чем 0,27 % случайных погрешностей. Это значит, что из 1000 обработанных деталей бракованных изделий в технико-экономическом отношении будет не более 3. В этом случае нецелесообразно менять технологию изготовления изделий, так как это приведет к чрезмерному увеличению допусков и снижению точности изделий. Следует иметь в виду, что форма кривой распределения зависит от методов обработки и измерения изделий.

Опыт работы предприятий в условиях массового и крупносерийного машиностроительного производства свидетельствует о том, что распределение случайных погрешностей, возникающих при обработке деталей, действительно хорошо описываются законом нормального распределения Гаусса. Однако в других типах и видах производства, в зависимости от принятого технологического процесса, объема выпускаемых изделий и других обстоятельств случайные погрешности могут подчиняться законам равновероятностного распределения, треугольника, Максвелла и др. При этом центр группирования может совпадать с координатой среднего размера или смещаться относительно ее (рис. 4).

Следует отметить, что в производственных условиях нельзя полностью устранить влияние причин, вызывающих погрешность обработки и измерения. Можно лишь уменьшить величину этих погрешностей, применяя более современные технологические процессы обработки и средства измерения.

Точностью размера (любого параметра) называют степень приближения действительного размера к заданному, т.е. точность размера определяется погрешностью: с уменьшением погрешности точность увеличивается, и наоборот.

На практике взаимозаменяемость обеспечивается ограничением погрешностей. С уменьшением погрешностей действительные значения параметров, в частности размеров, приближаются к заданным. При небольших погрешностях действительные размеры так мало отличаются от заданных, что их отклонения от заданных не снижают работоспособность изделия по сравнению с расчетной.



Рис. 4. Расположение центра группирования размеров изделия относительно их среднего размера

Погрешность размера (любого параметра), при которой сохраняется работоспособность изделий, называют допустимой погрешностью или допуском Т размера. В связи с этим необходимо ввести понятия о номинальном, действительном и предельном размерах, предельных отклонениях, допусках и посадках.

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

Для сокращении числа типоразмеров заготовок, 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 нормального ряда чисел, приводимого в соответствующей справочной литературе.

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 или машины 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.

Обозначают их соответственно D_max и D_min для отверстия, d_max и d_min - для вала (рис. 5). Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

ГОСТ 25346 - 82 устанавливает понятия проходного и непроходного пределов размера.

Проходной предел - термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, а именно верхнему пределу для вала и нижнему пределу для отверстия (при применении предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом проходным калибром).

Непроходной предел - термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала, а именно нижнему пределу для вала и верхнему пределу для отверстия (при применении предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом непроходным калибром).

Для упрощения чтения чертежей введены предельные отклонения от номинального размера: верхнее предельное отклонение ЕS, еs - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее предельное отклонение ЕI, еi - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Для отверстия ES=D_max-D; EI=D_min-D; для вала es=d_max-d; ei=d_min-d (рис. 5).

Рис. 5. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия положительны, отклонения вала отрицательны)

Действительным отклонением называют алгебраическую разность между действительным и номинальным размерами. Отклонение является положительным, если предельный или действительный размер больше номинального, и отрицательным, если указанные размеры меньше номинального.

На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без указания единицы измерения, например ; угловые размеры и их предельные отклонения - в градусах, минутах или секундах, с указанием единицы измерения, например 0°, 30', 40''. Предельные отклонения в таблицах допусков, приводимых в справочниках, указывают в микрометрах. При равенстве абсолютных значений отклонений их указывают один раз со знаком ± рядом с номинальным размером, например 60 ± 0,2; 120° ± 20'. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, а показывают только одно отклонение - положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения, например 200^+0,063 или 100- _0,019.

Допуском Т называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями того или иного параметра. Допуск Т размера - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е. заданную точность изготовления. С увеличением допуска качество изделий, как правило, ухудшается, но стоимость изготовления уменьшается.

Для упрощения допуски можно изображать графически в виде полей допусков (рис. 6). Поле допуска - поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями размера или параметра. Поле допуска определяется значением допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, положительные отклонения откладывают вверх от нее, а отрицательные - вниз. При вертикальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладывают слева от нее, отрицательные - справа.



Рис. 6. Поля допусков отверстия и вала

Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, также называют сопрягаемыми. Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей детали. Кроме этого, в соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности.

Вал - термин, применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов (поверхностей) деталей. Отверстие - термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов (поверхностей) деталей. Термины отверстие и вал относятся не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей другой формы, например, ограниченным двумя параллельными плоскостями (паз, шпонка).

Основной вал - вал, верхнее отклонение которого равно нулю (еs=О). Основное отверстие - отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю (ЕI=О). Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей сокращенно называют соответственно допуском отверстия ТD и допуском вала Тd.

Посадкой называют характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.

В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала (рис. 7) посадка может быть: с гарантированным зазором (а), с гарантированным натягом (в) или переходной (б), при которой возможно получение как зазора, так и натяга. Схемы полей допусков для разных посадок, приведенные на рис. 7, используются конструкторами при решении задач обеспечения сопряжением деталей требуемой эксплуатационной подвижности и условий их взаимозаменяемости.

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

.(3)



Рис. 7. Возможные расположения полей допусков валов в системе отверстия: а - посадки с гарантированным зазором; б - переходные посадки; в - посадки с гарантированным натягом

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

.(4)

Посадка с гарантированным зазором - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 7, а). К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. S_min = 0. Наиболее распространенными посадками с гарантированным зазором являются: F(f), E(e), C(c), D(d).

Посадка с гарантированным натягом - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 7, в). Наиболее распространенными посадками с гарантированным натягом являются: P(p), R(r), S(s), U(u).

Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 7, б). Наиболее распространенными переходными посадками являются: K(k), M(m), N(n), IS(is).

Для количественной оценки точности деталей в машино- и приборостроении установлены 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2,…17 (точность уменьшается по мере увеличения номера квалитета).



Библиографический список

1. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1987. - 344 с.

2. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 320 с.

3. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 420 с.

4. Тищенко О.Ф. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1977. - 235 с.

5. Зябрева Н.Н., Шегал М.Я. Пособие к решению задач по курсу ВСТИ. - М.: Высшая школа, 1977. - 108 с.

6. Суслов А.Г. Технические измерения и качество машин // Станки и инструмент, 1998. - №10. - С. 17 - 20.

7. Суслов А.Г., Корсакова И.М. Назначение и обозначение параметров шероховатости поверхностей деталей машин: Учебное пособие. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2006. - 71 с.

8. Бутенко В.И. Конспект лекций по метрологии и стандартизации. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 91 с.

Размещено на Allbest.ru

...