Обозначение точности зубчатой передачи или колеса включает обозначения назначенных норм точности, то есть степеней точности по показателям кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и норм бокового зазора в передаче. При установлении неодинаковых степеней точности по разным нормам, а также при несоответствии между видом сопряжения, допуском бокового зазора и классом точности межосевого расстояния в обозначении пишутся три цифры (степени точности) и две буквы (вид сопряжения и допуск бокового зазора), а через косую черту указывается класс отклонения межосевого расстояния. Например, обозначение 7-8-7 Bc/IV ГОСТ 1643 расшифровывается следующим образом: степень точности по нормам кинематической точности 7, по нормам плавности работы 8, по нормам контакта зубьев 7, вид сопряжения B, вид допуска бокового зазора с, класс точности межосевого расстояния IV.

При одинаковых степенях точности и соблюдении соответствия вида сопряжения, допуска бокового зазора и класса межосевого расстояния обозначение сокращается. Например, обозначение 9-B ГОСТ 1643 читается «степени точности по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев 9, вид сопряжения B, вид допуска бокового зазора b, класс точности межосевого расстояния V.

При выборе норм точности изготовления зубчатых колес и сборки передач необходимо исходить из назначения передачи, условий ее эксплуатации, специфических требований к ней (при их наличии), т.е. учитывать окружную скорость колес, передаваемую мощность, продолжительность и режим работы, требования к кинематической точности, плавности, бесшумности, отсутствию вибраций, надежности и т.д.

При выборе и обосновании степеней точности и боковых зазоров зубчатых передач следует использовать один из следующих методов:

· аналитический («расчетный»);

· экспериментальный (опытный);

· метод подобия.

Аналитический метод, заключается в том, что на основе кинематического расчета погрешностей всей передачи и допустимого угла рассогласования определяется необходимая степень точности по нормам кинематической точности.

В основу расчета степени точности по норме плавности закладываются расчеты динамики передачи, вибраций и шумовых характеристик передачи.

Степень точности по норме контакта зубьев определяется на основе прочностных расчетов и расчетов на долговечность.

Экспериментальный метод требует изготовления передач с разными нормами точности и проведения экспериментальных исследований этих передач, что может быть реализовано только при подготовке к серийному производству новых изделий на предприятии с большими научно-техническими возможностями.

Метод подобия (метод аналогов) позволяет назначать нормы точности передачи по аналогии с действующими передачами, апробированными эксплуатацией на протяжении длительного периода.

Такой метод рекомендуется использовать при выполнении курсовой (контрольной) работы, т.к. он базируется на обобщенных рекомендациях, приведенных в литературных источниках и нормативной документации. В таблице 31 содержатся обобщенные рекомендации и типовые примеры использования различных степеней точности зубчатых передач.

Стандарт допускает определенное комбинирование норм кинематической точности, плавности работы и контакта по разным степеням точности. Поскольку между элементами зубчатых колес существует взаимосвязь, нормы плавности работы колес и передач могут быть не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее норм кинематической точности. Степень точности по нормам контакта может быть назначена не более чем на одну степень грубее степени точности по нормам плавности или любой степени, более точной, чем степень по нормам плавности.

Таблица 31

Степени точности, применяемые в передачах различных машин

Область применения	Степень точности
Измерительные колеса Редукторы турбин Авиационные двигатели Металлорежущие станки Магистральные тепловозы и электроподвижной состав Легковые автомобили Грузовые автомобили Тракторы Редукторы общего назначения Шестерни прокатных станов Шахтные лебедки Крановые механизмы Сельскохозяйственные машины	3-5 3-6 4-7 4-8 6-7 5-8 6-9 6-10 6-9 6-10 8-10 7-10 8-12

По разным профилям зубьев (левым и правым) одного и того же зубчатого колеса могут быть заданы разные нормы точности. Это может дать определенную экономию при обработке зубчатых колес, предназначенных для нереверсивной работы. Чтобы избежать неправильной сборки, такие колеса имеют асимметричную ступицу или на них наносят специальную отличительную маркировку.

Допускается не назначать, а значит и не контролировать степень точности на норму, не имеющую принципиального значения для конкретной конструкции зубчатого колеса. Если на одну из норм не задана степень точности, то на соответствующем месте обозначения точности зубчатого колеса вместо цифры ставят букву N, например, 7-N-6-Ba ГОСТ 1643.

Возможность комбинирования норм точности позволяет наилучшим образом назначать требования к точности передачи, исходя из учета конкретных условий работы. Так, в делительных передачах управляющих или следящих систем основное значение придают кинематической точности и иногда плавности работы, в то время как требования к контакту, а также к боковому зазору заметно понижаются. Особенно это проявляется у передач, рассчитанных на кратковременный срок службы и нереверсируемых или же имеющих люфтовыбирающие устройства.

В большинстве случаев для автомобильных и тракторных зубчатых колес, входящих в коробку скоростей, требования к кинематической точности назначаются по более грубой степени точности по сравнению со степенью точности по нормам плавности работы, поскольку основными требованиями к работе передачи являются снижение динамических нагрузок на зубья, уровня вибраций и шума.

Для тяжело нагруженных передач, работающих с невысокими скоростями без реверсирования, например, редукторов прокатного оборудования, основным требованием является контакт рабочих поверхностей зубьев (прилегание при обкатывании боковых поверхностей зуба как по длине, так и по высоте). Требования к кинематической точности и к боковым зазорам в этих условиях работы передач не являются решающими. Плавность работы должна предотвратить появление вибраций и шума.

Для высокоскоростных тяжело нагруженных турбинных передач весьма существенны требования ко всем трем видам точности - кинематической, плавности работы и контакта. В тоже время у этих передач должны быть значительными боковые зазоры (0,1 модуля и более).

Комбинирование норм точности из разных степеней существенно с технологической точки зрения, поскольку каждая отделочная операция, как правило, повышает качество колеса не по всем трем нормам точности, а только в отношении одной нормы. Например, шлифование зубьев колеса улучшает главным образом кинематическую точность, шевингование - в первую очередь плавность работы колеса, а притирка - контакт между зубьями. Благодаря комбинированию норм из разных степеней точности изготовление становится более экономичным, при этом обеспечиваются требуемые эксплуатационные свойства колеса.

Значения боковых зазоров между нерабочими профилями зубьев устанавливают, регламентируя нормы на изготовление зубчатых колес и сборку передач. С эксплуатационной точки зрения требования к боковым зазорам непосредственно не связаны с назначенными степенями точности зубчатых передач. Известно, что в точных передачах могут требоваться очень малые, а иногда и очень большие боковые зазоры. Для правильной эксплуатации передачи основное значение имеет наименьший боковой зазор, который может получиться между зубьями в передаче при наименее выгодном расположении зубчатых колес.

Гарантированный, т.е. наименьший из возможных в передаче боковой зазор между нерабочими профилями зубьев колеса при контакте рабочих профилей должен быть достаточным для обеспечения нормальных условий работы передачи. Очевидно, что необходимое уменьшение толщины зубьев колес должно учитывать не только значение гарантированного зазора в идеальной передаче, но также и его возможное уменьшение из-за погрешностей изготовления и сборки передач. Этот зазор должен компенсировать возможное изменение размеров колес, возникающее вследствие нагрева передач в процессе эксплуатации, обеспечить нормальные условия смазки зубьев, а также устранить удары по нерабочим профилям, которые могут возникать в случае разрыва контакта рабочих профилей из-за динамических явлений.

При небольших боковых зазорах вероятность заклинивания зубьев передачи значительно возрастает из-за температурных деформаций материала зубьев при нагреве передачи в процессе эксплуатации. Поэтому для предотвращения возможного выхода передач из строя необходимо в первую очередь гарантировать, что боковой зазор не будет меньше допустимого. Наименьший боковой зазор влияет на шум, возникающий при реверсивном и старт-стопном режимах работе передачи. Поэтому необходимо в первую очередь предоставить возможность разработчику выбирать именно наименьший боковой зазор, а не его наибольшее или же среднее значение.

Расчет гарантированного бокового зазора должен производиться исходя из:

- температурного режима работы передачи;

- окружной скорости работы зубчатых колес и способа смазки зубьев;

- влияния свободного поворота колес в пределах бокового зазора на эксплуатационные качества передачи.

Выбор контрольного комплекса зубчатого колеса

Для оценки метрологических параметров зубчатых колёс необходимо обеспечить их контроль по всем нормам точности (показателям кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и по боковому зазору в передаче). Стандартом регламентированы контрольные комплексы показателей, обеспечивающие проверку соответствия зубчатого колеса всем установленным нормам. В таблице 32 приведены возможные контрольные комплексы.

Таблица 32

Комплексы контроля цилиндрических зубчатых колёс

Нормы точности	Номера комплексов контроля колёс
	1	2	3	4	5	6	7
	для степеней точности
	3-8	3-8	3-8	3-8	9-12	5-12	5-12
	Показатели, нормируемые в комплексе
Кинема-тической	F'ir	Fpr и F*pkr	Frr и FvWr**	Frr и Fсr**	Frr	F''ir и FvWr***	F''ir и Fсr***
Плавности	f'ir или fzkr	fpbr и ffr или fpbr и fptr	fptr	f''ir
Контакта	Пятно контакта или FЯr или Fkr
Боковых зазоров	EHs и TH или EWms и TWm или ECs и TC	Eа,, s и Eа,, i
* Fpkr только для степеней 3-6. ** VvWr и Fcrдля степеней точности 7и 8 только для диаметров до 1600мм. *** VvW и Fcr только для степеней 5-7.

Каждый из контрольных комплексов устанавливает показатели, необходимые для контроля зубчатого колеса по всем назначенным нормам точности, причем все стандартные комплексы равноправны. Для контроля каждой из норм точности может быть выбран либо комплексный показатель, либо частный комплекс, характеризующий именно эту норму точности.

Например, в контрольный комплекс может входить комплексный показатель кинематической точности F'_ir, либо частные комплексы из элементарных показателей кинематической точности F_pr и F_pkr, либо F_rr и F_vWr.

Установленные стандартом нормы (предельно допустимые значения или допуски) для зубчатых колес или передач с соответствующими номинальными параметрами и определенной степени точности обозначаются такими же литерами с индексами, но без последней в индексе буквы r, например, F'_i , F_p и F_pk, F_r и F_vW .

При выборе контрольного комплекса для изготовленных зубчатых колес следует отдавать предпочтение не частным комплексам, а комплексным показателям.

В соответствии с имеющимися в стандарте таблицами численных величин отклонений и допусков не все комплексы могут быть использованы для любых размеров колес. Так, например, отклонения измерительного межосевого расстояния нормируется лишь для колес с модулем до 16 и диаметром до 1000 мм, погрешность профиля для диаметров до 1000 мм, колебания длины общей нормали для диаметров до 1600 мм. Кроме того, не во всех степенях точности имеются требования ко всем показателям точности.

При выборе комплекса следует руководствоваться принципом инверсии, в соответствии с которым следует отдавать предпочтение методам контроля в большей степени отвечающим условиям эксплуатации зубчатой передачи. При контроле рекомендуется использовать в качестве измерительной базы конструкторскую (монтажную) базу детали, т.е. поверхность, определяющую положение зубчатого колеса в собранном узле или механизме. Для соблюдения этих условий при контроле в качестве измерительной базы желательно имитировать рабочую ось колеса, а сам контроль осуществлять в однопрофильном зацеплении с измерительным зубчатым колесом. Однако такие условия не всегда реализуемы и могут быть использованы для измерения не всей номенклатуры показателей.

Требования к точности каждой из перечисленных норм точности могут быть заданы ограничением отклонений комплексных показателей качества колеса или передачи, непосредственно характеризующих нарушение соответствующих эксплуатационных свойств передачи, таких как кинематической точности, плавности работы, прилегания зубьев и боковых зазоров. Вместе с тем, учитывая большое разнообразие применяемых методов и средств контроля, вследствие различных требований к точности колес, отличий в габаритных размерах колес, объемах производства, применяемых процессах обработки и т.д., во многих случаях нормируются требования к отдельным элементам зубчатых колес. Каждый из элементов является одной из составляющих комплексных погрешностей колеса, о которых говорилось раньше.

Выбор поэлементных показателей точности вместо комплексных может быть обусловлен относительной простотой и дешевизной средств измерений по сравнению с приборами для измерения комплексных показателей. Кроме того, средства измерений поэлементных показателей в ряде случаев значительно удобнее при выявлении конкретных технологических погрешностей (с целью подналадки технологического процесса). Поэтому при контроле точности технологических процессов чаще выбирают поэлементные показатели (параметры), непосредственно связанные с технологическими источниками погрешностей. Поэлементные измерения показателей точности зубчатых колес можно осуществлять непосредственно на рабочем месте, используя технологическое оборудование. Некоторые параметры зубчатого колеса измеряют непосредственно на зуборезном станке, не снимая колеса со станка.

Основные показатели кинематической точности

Наиболее полно кинематическая точность колес выявляется при измерении кинематической погрешности F'_ir или накопленной погрешности шага зубчатого колеса F_pr, которые являются комплексными показателями.

Вместо этих параметров могут быть использованы частные контрольные комплексы, (например F_rr и F_vWr), содержащие требования к двум параметрам колеса, связанным с радиальной и тангенциальной составляющими кинематической погрешности. В приведенном частном комплексе F_rr - радиальное биение зубчатого венца, a F_vWr - колебание длины общей нормали (тангенциальная составляющая).

Биение рабочей оси зубообрабатывающего станка и неточность установки заготовки колеса относительно этой оси вызывают появление радиальной составляющей кинематической погрешности. Тангенциальная составляющая кинематической погрешности связана с погрешностями угловых ("делительных") кинематических перемещений элементов зуборезного станка.

В частных контрольных комплексах, определяющих нормы кинематической точности, используют такие показатели, как колебания измерительного межосевого расстояния за оборот колеса F"_ir или радиальное биение зубчатого венца F_rr (характеризуют радиальную составляющую кинематической погрешности), дополненные погрешностью обката F_cr или колебанием длины общей нормали F_vWr (они характеризуют тангенциальную составляющую кинематической погрешности). Стандарт предусматривает возможности применения других частных комплексов, определяющих степень кинематической точности колес.

Основные показатели нормы плавности работы

К ним можно отнести такие, как местная кинематическая погрешность f '_ir и циклическая погрешность колеса f_zkr, равная удвоенной амплитуде гармонической составляющей кинематической погрешности зубчатого колеса.

Под циклической погрешностью зубцовой частоты f_zzr понимают составляющую кинематической погрешности колеса, периодически повторяющуюся за один его оборот с частотой повторений, равной частоте входа зубьев в зацепление.

Наиболее совершенным способом выделения циклических погрешностей является гармонический анализ результатов измерения кинематической погрешности, но поскольку измерения на кинематометрах сравнительно редки и дороги, чаще используют другие показатели плавности.

Показателями плавности являются отклонения шага зубьев зубчатого колеса f_ptr и отклонения шага зацепления f_pbr от номинальных значений, погрешности профиля зубьев f_fr и др.

Под отклонением (торцового) шага зубьев зубчатого колеса f_ptr понимают разность действительного шага и расчетного торцового шага зубчатого колеса.

Под действительным шагом зацепления понимают расстояние между параллельными плоскостями, касательными к двум одноименным активным боковым поверхностям соседних зубьев зубчатого колеса.

Погрешность профиля зуба f_fr - расстояние по нормали между двумя ближайшими друг к другу номинальными торцовыми профилями, между которыми находится действительный торцовый профиль на активном участке зуба зубчатого колеса. Под действительным торцовым профилем зуба понимается линия пересечения действительной боковой поверхности зубчатого колеса с плоскостью, перпендикулярной к его рабочей оси, а под активным участком зуба - та часть поверхности, которая выполнена по эвольвенте и контактирует с ответным колесом.

Основные показатели нормы контакта зубьев

Полноту контакта поверхностей зубьёв оценивают по пятну контакта (интегральный показатель контакта) или по частным показателям. Пятно контакта можно определять непосредственно в собранной передаче, а также на контрольно-обкатных станках, специальных стендах или на межосемерах при зацеплении контролируемого колеса с измерительным и соблюдении номинального межосевого расстояния. Для контроля пятна контакта боковую поверхность меньшего или измерительного колеса покрывают слоем краски (свинцовый сурик, берлинская лазурь) толщиной не более 4...6 мкм и производят обкатку колес при легком притормаживании. Размеры пятна контакта определяют в относительных единицах - процентах от длины и от высоты активной поверхности зуба. При оценке абсолютной длины пятна контакта из общей длины (в миллиметрах) вычитают разрывы пятна, если они превышают значение модуля зубчатого колеса (рис. 38).

Рис.38. Суммарное пятно контакта зубьев в передаче, где

а - расстояние между крайними точками следов прилегания;

b - длина зуба; с - ширина разрыва пятна;

h_m - средняя высота следов прилегания;

h_p - высота активной боковой поверхности зуба.

Оценка точности контакта боковой поверхности зубьев в передаче может быть выполнена раздельным контролем элементов, влияющих на продольный и высотный контакты зубьев колес.

Основные показатели бокового зазора

В качестве показателей зазора между нерабочими боковыми поверхностями зубьев колес могут быть использованы:

· межосевое расстояние, определяемое размерами зуба при комплексном контроле в беззазорном зацеплении с измерительным колесом;

· толщина зуба по хорде на заданном расстоянии от окружности выступов;

· длина общей нормали, значение которой зависит от толщины зуба;

· размер по роликам М, определяемый смещением исходного контура.

Для контроля параметров зубчатых колёс применяют множество специально разработанных приборов. К ним относятся кинематомеры и межосемеры, а также приборы для контроля шага (шагомеры), отклонений и колебаний длины общей нормали (нормалемеры) и множество других. Некоторые приборы предназначены для контроля только одного параметра (эвольвентомер - для контроля профиля зуба, шагомер для контроля шага зацепления), другие позволяют контролировать несколько параметров, в том числе и относящиеся к разным нормам точности. Так межосемер можно использовать для контроля колебания межосевого расстояния за оборот колеса F"_ir (показатель из норм кинематической точности), колебания межосевого расстояния на одном зубе f''_ir (показатель норм плавности), отклонения межосевого расстояния от номинального Е_а^,,_s и E_a^,,_i (показатели норм бокового зазора). На этом же приборе можно проконтролировать и суммарное пятно контакта.

Разработка рабочих чертежей цилиндрических зубчатых колёс

Исходным документом для разработки рабочих чертежей зубчатых колёс обычно служит чертеж общего вида, который должен содержать:

· изображение детали;

· основные размеры и точностные требования;

· основные параметры зубчатого венца и точность передачи;

· материал детали, покрытие и т.д.

Общие правила разработки рабочих чертежей цилиндрических зубчатых колёс определяют стандарты ГОСТ 2.109-73 «Единая система конструкторской документации. Основные требования к чертежам» и ГОСТ 2.403-75 «Единая система конструкторской документации. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колёс». В соответствии с требованиями стандартов чертеж зубчатого колеса должен содержать сведения, необходимые для его изготовления и контроля: изображение детали с необходимыми размерами, допусками формы, расположения и параметрами шероховатости поверхностей; таблицу параметров зубчатого венца; технические требования, указание материала детали.

Изображения деталей зубчатых передач регламентированы ГОСТ 2.402-68 «Единая система конструкторской документации. Условные изображения зубчатых колёс, реек, червяков и звездочек цепных передач». Количество проекций детали на чертеже должно быть минимальным. Изображение колес, валов-шестерен выполняется в одной проекции - осевой разрез или продольный вид детали. Если в детали содержатся шпоночные пазы, на чертеже дается местный вид на паз или сечение. На чертеже зубчатого колеса в правом верхнем углу помещают таблицу параметров зубчатого венца, которая состоит из трех частей, разделяемых основными линиями.

В первой (верхней) части таблицы помещают основные данные для изготовления, которые включают модуль, число зубьев, нормальный исходный контур (для нестандартного указывают необходимые для воспроизведения параметры, стандартный задают ссылкой на стандарт), обозначение норм точности по ГОСТ 1643 и другие данные.

Во второй части таблицы помещают данные для контроля норм точности, которые для колес с нестандартным исходным контуром включают полный контрольный комплекс для проверки по нормам кинематической точности, плавности, контакта и бокового зазора. Для колёс со стандартным исходным контуром данные для контроля включают только данные для проверки по нормам бокового зазора, например:

· постоянная хорда и высота до постоянной хорды (при этом указывают номинальное значение постоянной хорды до третьего знака после запятой (например, 3,803), а высоту до постоянной хорды приводят в виде номинального значения и двух отрицательных отклонений, например: ;

· толщина по хорде и высота до постоянной хорды (в этом случае указывают номинальное значение высоты до хорды и контролируемое значение толщины с двумя отрицательными отклонениями);

· размер по роликам М и диаметр ролика d (диаметр ролика указывают как номинальное значение, а контролируемый размер М для наружного зубчатого венца - с двумя отрицательными отклонениями);

· длину общей нормали W (номинальное значение с двумя отрицательными отклонениями для наружного зубчатого венца).

В третьей части таблицы помещают справочные данные, в которые могут включаться делительный диаметр колеса, данные о сопрягаемом зубчатом колесе и прочие.

При выборе контрольного комплекса можно руководствоваться следующими соображениями:

- номенклатурой средств измерений;

- необходимостью контроля технологических процессов изготовления;

- «рациональностью выбора» средств измерений.

Например, использование межосемера дает возможность контролировать F"_ir (показатель кинематической точности), f"_ir (показатель плавности) и f _аr (показатель бокового зазора). При необходимости на нем можно контролировать и суммарное пятно контакта. Нормалемер даст возможность контролировать параметры, определяющие кинематическую точность и боковой зазор и т.д.

3. ВЫБОР МЕТОДИК ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Контроль объекта предназначен для определения соответствия контролируемого свойства объекта установленным требованиям. В соответствии с определением контроль предусматривает выполнение двух действий:

· определение действительного значения контролируемого свойства;

· сопоставление действительного значения с нормами.

По результатам сопоставления оценивают соответствие по альтернативному принципу и дают заключение типа «соответствует - не соответствует» или «годен - не годен (брак)».

Контроль может осуществляться с использованием технических средств (аппаратурный контроль) или с использованием экспертной оценки (органолептический контроль). Измерительный контроль - один из видов аппаратурного контроля, который осуществляется с применением средств измерений. Для измерительного контроля геометрических параметров могут быть использованы универсальные или специальные средства измерений. К специальным средствам измерений, предназначенным для контроля только одного конкретного вида объектов, относятся жесткие калибры.

С точки зрения метрологии калибр - однозначная или многозначная мера. Если калибр воспроизводит одну физическую величину, например, контрольный калибр, проходная пробка, непроходная пробка - это однозначная мера, а если ряд физических величин, например проходной резьбовой калибр - это многозначная мера.

При контроле предельными калибрами действительные значения параметров остаются неизвестными, но такой контроль позволяет установить, находятся ли они между заданными предельными значениями. Физические величины, воспроизводимые предельными калибрами, соответствуют нормированным предельным значениям контролируемых параметров. Значит если при контроле проходной калибр проходит, а непроходной - нет, считается установленным, что действительные значения контролируемых параметров объекта находятся между нормированными значениями.

Измерительный контроль геометрических параметров универсальными средствами измерений можно представить следующим образом. Средства измерений линейных размеров (штангенциркули, микрометры, измерительные головки на стойках или штативах и ряд других) используют для получения действительных размеров измеряемых параметров, которые затем сопоставляют с предельными размерами.

Поскольку действительный размер - это размер, полученный измерением с требуемой точностью, важнейшую роль в измерительном контроле играет установление допустимых погрешностей измерений и сопоставление с ними реальных погрешностей измерений.

Допустимые погрешности измерений линейных размеров установлены стандартом ГОСТ 8.051-81 «Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм». Руководящий документ РД 50-98-86 "Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм (По применению ГОСТ 8.051-81)" содержит описания аттестованных методик выполнения измерений (МВИ) и значения предельных погрешностей измерений при использовании этих МВИ.

Особенностью геометрических параметров любого объекта является то, что номинально одинаковые размеры одного объекта (длина, высота, толщина, «диаметр» и др.) из-за неидеальности формы реальных деталей воспроизводятся на нем бесконечное число раз с незначительными различиями. При этом ни один из действительных размеров годного объекта не имеет права выйти за предельные размеры. Если в ходе контроля не будут найдены экстремальные значения параметров реального объекта, контроль будет недостаточно представительным, становится возможным пропуск брака.

Поэтому для обеспечения представительности результатов контроля элементов, имеющих значительную протяженность (длину, площадь) приходится измерять номинально одинаковые параметры в выбранном количестве контрольных сечений (контрольных точек). Разработанная схема контрольных сечений (контрольных точек) входит в описание методики контроля; ее представляют как самостоятельную схему или совмещают со схемой измерения параметра, если это не мешает ее чтению и пониманию.

Схема контрольных сечений (точек) становится необходимой, если пропуск экстремального значения может привести к значимой методической погрешности контроля. Опасность возникновения такой погрешности тем больше, чем больше контролируемая и/или базовая поверхности отличаются от идеальных и чем меньше назначено контрольных сечений (точек).

Схемы контрольных сечений (точек) при необходимости включают в методики контроля как универсальными средствами измерений, так и калибрами.

При измерительном контроле геометрических параметров универсальными средствами измерений необходимо определить допустимые погрешности измерений (например, по ГОСТ 8.051), затем выбрать МВИ и убедиться, что реализуемые погрешности измерений не превосходят допустимых погрешностей. Значения реализуемых погрешностей аттестованных МВИ можно найти в РД 50-98-86. При разработке новой МВИ предельные значения реализуемых погрешностей оценивают аналитически или определяют экспериментально в ходе метрологической аттестации МВИ.

Для аналитической оценки реализуемых погрешностей проводят анализ источников погрешностей измерений. Рассматривают возможные причины появления элементарных составляющих погрешностей от каждого из источников, и дают оценку предполагаемого характера изменения каждой из составляющих погрешностей (систематическая или случайная составляющая, ожидаемые тенденции изменения систематических или вид распределения случайных составляющих погрешностей). Затем оценивают предельные значения составляющих погрешностей с использованием информационных источников или экспериментальных данных и комплексируют составляющие с учетом их характера. Полученное с выбранной доверительной вероятностью значение считают оценкой реализуемых погрешностей рассмотренной МВИ. Такую задачу может решить только квалифицированный метролог, поэтому в содержание курсовой (контрольной) работы она не входит.

При контроле геометрических параметров калибрами реализуемые погрешности контроля всегда будут находиться в заданных пределах, если поля допусков калибров будут соответствовать требованиям стандартов. Правила проектирования калибров и стандарты, устанавливающие поля допусков их рабочих поверхностей, прошли апробацию в течение многих десятилетий. Применение предельных калибров для контроля геометрических параметров деталей позволяет сделать контроль высокопроизводительным и объективным, не требующим высокой квалификации контролера. Недостатком калибров являются относительно высокая стоимость их изготовления и узкая область применения (только для контроля конкретных геометрических параметров с определенными номинальными размерами и полями допусков). Последнее обстоятельство приводит к тому, что контроль калибрами экономически целесообразен в массовом и серийном производстве.

Далее представлены методические указания к разработке методик измерительного контроля геометрических параметров калибрами и универсальными средствами измерений.

3.1 Измерительный контроль калибрами

Калибры - средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей деталей заданным.

Калибры применяют для контроля деталей в массовом и серийном производствах. Калибры бывают нормальные и предельные.

Нормальный калибр - однозначная мера, которая воспроизводит среднее значение (значение середины поля допуска) контролируемого параметра. При использовании нормального калибра о годности детали судят по зазорам между контурами детали и калибра. Оценка зазора, следовательно, результаты контроля в значительной мере зависят от квалификации контролера и имеют субъективный характер.

Предельные калибры обеспечивают контроль по наибольшему и наименьшему предельным значениям параметров. Предельные калибры применяют для проверки размеров гладких цилиндрических и конических поверхностей, глубины и высоты уступов, параметров резьбовых и шлицевых поверхностей деталей. Изготавливают также калибры для контроля расположения поверхностей деталей, в том числе - нормированных зависимыми допусками.

При контроле предельными калибрами деталь считается годной, если проходной калибр под действием силы тяжести проходит, а непроходной калибр не проходит через контролируемый элемент детали. Результаты контроля практически не зависят от квалификации оператора.

Калибры для контроля гладких цилиндрических деталей нормированы следующими стандартами:

· ГОСТ 2015-84 «Калибры гладкие нерегулируемые. Технические требования»;

· ГОСТ 5939-51 «Калибры предельные гладкие для отверстия менее 1 мм. Допуски»;

· ГОСТ 14807-69 - ГОСТ 14826-69 «Калибры-пробки гладкие диаметром от 1 до 360 мм. Конструкция и размеры»;

· ГОСТ 18358-93 - ГОСТ 18369-93 «Калибры-скобы для диаметров от 1 до 360 мм. Конструкция и размеры»;

· ГОСТ 24852-81 «Калибры гладкие для размеров свыше 500 мм до 3150 мм. Допуски»;

· ГОСТ 24853-81 «Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски».

По конструкции калибры для контроля сопрягаемых поверхностей (гладких, шлицевых, резьбовых) делятся на пробки и скобы (вместо скоб могут применяться кольца или втулки). Для контроля отверстий используют калибры-пробки, для контроля валов - калибры-скобы.

По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные.

Рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления. Такими калибрами пользуются рабочие и контролеры ОТК на предприятиях.

Комплект рабочих предельных калибров для контроля гладких цилиндрических поверхностей деталей включает:

· проходной калибр (ПР), номинальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия;

· непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.

Для всех калибров устанавливают допуски на изготовление, а для проходного калибра, который при контроле детали изнашивается более интенсивно, дополнительно устанавливают границу износа.

Контрольные калибры предназначены для контроля рабочих калибров-скоб. В комплект контрольных калибров входят три калибра, выполненных в виде шайб:

· контрольный проходной калибр (К-ПР);

· контрольный непроходной калибр (К-НЕ);

· калибр для контроля износа проходного калибра (К-И).

Необходимым условием конструирования калибров является соблюдение «принципа подобия», или принципа Тейлора. Согласно данному принципу проходной калибр должен быть прототипом сопрягаемой детали с длиной, равной длине соединения, и обеспечивать комплексный контроль (размера, формы и при необходимости расположения поверхностей детали). Непроходной калибр должен обеспечивать контроль собственно размеров детали, значит должен иметь малую длину контактных поверхностей, чтобы контакт приближался к точечному.

Для построения схем расположения полей допусков необходимы номинальные размеры калибров, которые соответствуют предельным размерам контролируемой калибром поверхности отверстия или вала (рис. 39).

Рис.39. Схема определения номинальных размеров проходных и непроходных калибров

Расположение полей допусков калибров по ГОСТ 24853 зависит от номинального размера детали (до 180 мм и свыше 180 мм) и квалитета (6,7,8 и от 9 до 17).

Стандартом установлены следующие допуски на изготовление калибров:

· Н - допуск на изготовление калибров для отверстия;

· Н_s - допуск на изготовление калибров со сферическими измерительными поверхностями (для отверстия);

· Н₁ - допуск на изготовление калибров для вала;

· Н_р - допуск на изготовление контрольного калибра для скобы.

Износ проходных калибров ограничивают значениями:

· Y - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия;

· Y₁ - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.

Для всех проходных калибров поля допусков сдвинуты внутрь поля допуска детали на величину Z для калибров-пробок и Z₁ для калибров-скоб. Такое расположение поля допуска проходного калибра, подверженного износу, позволяет повысить его долговечность, хотя увеличивает риск забракования годных деталей новым калибром.

Исполнительным называется размер калибра, по которому изготавливается новый калибр. При определении исполнительного размера пользуются правилом: за «новый» номинальный размер принимают предел максимума материала с расположением поля допуска «в тело» калибра. На чертежах рабочих калибров-пробок и контрольных калибров обозначают наибольший размер с отрицательным отклонением, равным ширине поля допуска, для калибров-скоб - наименьший размер с положительным отклонением.

При подсчете исполнительных размеров калибров (размеры, проставляемые на чертеже) необходимо пользоваться следующими правилами округления:

а) округление размеров рабочих калибров для изделий квалитетов IT 15 - IT 17 следует производить до целых микрометров;

б) для изделий квалитетов IT 6 - IT 14 и всех контрольных калибров размеры следует округлять до значений, кратных 0,5 мкм, при этом допуск на калибры сохраняется;

в) размеры, оканчивающиеся на 0,25 и 0,75 мкм, следует округлять до значений, кратных 0,5 мкм, в сторону уменьшения допуска изделия.

На эскизах рабочих калибров следует указывать:

· исполнительные размеры;

· допуски формы, а при необходимости и расположения калибров. Числовые значения допусков формы выбирают из стандарта ГОСТ 24853 в зависимости от квалитета допусков изделий;

· шероховатость поверхности. Числовое значение высотного параметра шероховатости следует согласовать с минимальным допуском макрогеометрии; оно не должно превышать регламентируемое ГОСТ 2015;

· другие размеры, необходимые для изготовления;

· твердость рабочих поверхностей в соответствии с требованиями ГОСТ 2015;

· маркировку калибров.

При маркировке на поверхность калибра или его ручку (для калибра-пробки) наносят (см. рис.35):

· номинальный размер поверхности, для контроля которой предназначен калибр;

· буквенное обозначение поля допуска контролируемой поверхности;

· тип калибра (ПР, НЕ, К-ПР и т.д.);

· числовые значения предельных отклонений (в миллиметрах) в соответствии с полем допуска контролируемой поверхности;

· товарный знак завода-изготовителя.

Пример расчёта калибров для контроля деталей гладких цилиндрических сопряжений

В качестве примера для расчета калибров выбираем гладкое цилиндрическое сопряжение Ш34Н7/k6.

Определяем предельные отклонения и размеры отверстия Ш34Н7.

IT7 = 25 мкм,

ЕI = 0,

ES = +25 мкм;

D_max = 34,000 + 0,025 = 34,025 мм;

D_min = 34,000 + 0 = 34,000 мм.

Определяем предельные отклонения и размеры вала Ш34k6.

IT7= 16 мкм,

ei = +2 мкм,

es = +18 мкм;

d_min = 34,000 + 0,002 = 34,002 мм;

d_max = 34,000 + 0,018 = 34,018 мм.

Строим схемы расположения полей допусков калибров для контроля отверстия и вала:

а) для отверстия Ш34Н7 - схема, приведенная в ГОСТ 24853 (чертеж 1);

б) для вала Ш34k6 - схема, приведенная в ГОСТ 24853 (чертеж 3);

В соответствии с выбранной схемой расположения полей допусков калибров для контроля отверстия Ш34Н7 определяем числовые значения параметров H, Z, Y (таблица 2 ГОСТ 24853).

H = 4 мкм - допуск на изготовление калибров;

Z = 3,5 мкм - отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра;

Y = 3 мкм - допустимый выход размера изношенного проходного калибра за границу поля допуска отверстия.

Строим схемы расположения полей допусков калибров для контроля отверстия Ш34Н7 (рис.40).

Рис.40. Схема расположения полей допусков калибров для контроля отверстия Ш 34Н7

Рассчитываем предельные (таблица 1 ГОСТ 24853) и исполнительные размеры калибров для контроля отверстия Ш34Н7, и результаты сводим в таблицу 33.

В соответствии со схемой расположения полей допусков калибров для контроля вала Ш34k6 определяем числовые значения параметров H₁, Z₁, Y₁, Н_р (таблица 2 ГОСТ 24853):

H₁ = 4 мкм - допуск на изготовление калибров;

Z₁ = 3,5 мкм - отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра;

Y₁ = 3 мкм - допустимый выход размера изношенного проходного калибра за границу поля допуска вала;

Н_р = 1,5 мкм - допуск на изготовление контрольного калибра для скобы.

Строим схемы расположения полей допусков калибров для контроля Ш34k6 (рис.41).

Таблица 33

Предельные и исполнительные размеры калибров-пробок

Обозначение калибра	Размер, мм
	наибольший	наименьший	изношенной стороны	исполнительный
ПР	34,0055	34,0015	33,997	34,0055 - 0,004
НЕ	34,027	34,023	-	34,027 - 0,004

Рис.41. Схема расположения полей допусков калибров для контроля вала Ш34k6 и контрольных калибров

Рассчитываем предельные (таблица 1 ГОСТ 24853) и исполнительные размеры калибров для контроля вала Ш34k6, и результаты сводим в таблицу 34.

Выполняем эскизы рабочих калибров для контроля отверстия Ш34Н7 (рис.42, а) и вала Ш34k6 (рис. 42, б):

· калибры-пробки - по ГОСТ 14807 - ГОСТ 14826;

· калибры-скобы - по ГОСТ 18358 - ГОСТ 18369.

Таблица 34

Предельные и исполнительные размеры калибров-скоб и контрольных калибров

Обозначение калибра	Размер, мм
	наибольший	наименьший	изношенной стороны	исполнительный
ПР	34,0165	34,0125	34,021	34,0125 + 0,004
НЕ	34,004	34,000	-	34,000 + 0,004
К-ПР	34,015	34,014	-	34,015 - 0,0015
К-НЕ	34,0025	34,0015	-	34,0025 - 0,0015
К-И	34,0215	34,0205	-	34,0215 - 0,0015

Рис.42. Эскизы рабочих калибров:

а) калибр-пробка - для контроля отверстия;

б) калибр-скоба - для контроля вала

3.2 Измерительный контроль универсальными средствами измерений

Для измерительного контроля заданного параметра с использованием универсальных средств измерений необходимо разработать методику выполнения измерений (МВИ) соответствующей физической величины. Разработку МВИ осуществляют в соответствии с ГОСТ 8.010-99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. Основные положения».

В соответствии с требованиями ГОСТ 8.010 в документах, регламентирующих МВИ, в общем случае указывают:

- назначение МВИ;

- метод (методы) измерений;

- требования к погрешности измерений или (и) приписанные характеристики погрешности измерений;

- требования к средствам измерений (в том числе к стандартным образцам, аттестованным смесям), вспомогательным устройствам, материалам, растворам или типы средств измерений, их характеристики и обозначения документов, где имеются требования к средствам измерений (стандарты, технические условия);

- условия измерений;

- требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;

- требования к обеспечению экологической безопасности;

- требования к квалификации операторов;

- операции при подготовке к выполнению измерений;

- операции при выполнении измерений;

- операции обработки и вычислений результатов измерений;

- нормативы, процедуру и периодичность контроля погрешности результатов выполняемых измерений;

- требования к оформлению результатов измерений;

- другие требования и операции (при необходимости).

Рекомендации по построению и изложению отдельных документов на МВИ приведены в приложении В стандарта ГОСТ 8.010.

Разрабатываемое в соответствии с заданием на курсовую (контрольную) работу краткое описание методики выполнения измерений имеет упрощенную форму. Оно должно включать:

· наименование и характеристику объекта измерения и измеряемой физической величины с указанием допустимой погрешности измерений;

· характеристику метода измерений;

· наименования и характеристики средств измерений (СИ) и вспомогательных устройств, метрологические характеристики СИ;

· указание погрешности измерений и вывод о ее соответствии требованиям.

При необходимости в описание дополнительно включают такие элементы, как

· схема измерений ФВ,

· схема контрольных точек (контрольных сечений);

· условия измерений.

Ниже представлены примеры, которые можно использовать при описании элементов методики выполнения измерений. Примеры не носят обязательного характера, описания могут варьироваться при условии обязательного сохранения всех приведенных выше позиций краткого описания.

Описание объекта измерения и измеряемой физической величины может включать наименование, краткую характеристику, а также выбранную допустимую погрешность измерительного контроля, например:

Объект измерения - ступенчатый вал с гладкими цилиндрическими и одной конической ступенями без элементов прерывания (отверстий, пазов), с гладкими торцами без центровых отверстий. Измерительному контролю подлежит угол б = 30^о наружной конической поверхности с длиной оси L = 100 мм, базовым диаметром 40 мм, с конусностью С = 1:5 (угол конуса б = 11^о25'16,3”), степень точности угла конуса - шестая (АТ6), допуск угла в линейной мере АТ_D = 16 мкм.

Допустимую погрешность [Д] измерения диаметра примем по аналогии с допустимой погрешностью измерительного контроля линейного размера с допуском 16 мкм по ГОСТ 8.051. В этом случае [Д] = 5 мкм.

Эскиз или чертеж контролируемого объекта не обязателен, если объект понятен без изображения.

В характеристику метода измерений (в широком смысле) входит наименование вида измерений, классификационные признаки метода и, при необходимости, указание принципа измерений. Для рассматриваемого случая метод может быть описан следующим образом:

Для измерительного контроля применяем косвенные измерения угла, основанные на прямых измерениях длин с помощью синусной линейки. Измерения разности ординат прямые, осуществляются методом сравнения с мерой, дифференциальным, контактным.

Примеры описания методов измерений наружных цилиндрических поверхностей:

Прямые измерения наружного диаметра гладким микрометром, осуществляемые методом непосредственной оценки, контактным.

Прямые измерения диаметра подшипниковой шейки вала измерительной головкой на стойке, осуществляемые методом сравнения с мерой, дифференциальным, контактным.

Последний пример дает описание для случая измерения диаметра наружной цилиндрической поверхности станковым средством измерений, например, измерительной головкой МИГ на стойке типа С-III с настройкой по блоку концевых мер длины, но часть этого описания подходит для измерения диаметра наружной цилиндрической поверхности таким накладным средством измерений, как рычажная скоба.

В разделе, где приводят наименования и характеристики средств измерений и вспомогательных устройств, метрологические характеристики СИ, следует указать все применяемые средства. Для косвенных измерений угла конуса ниже приведены примеры таких описаний.

...