Основы взаимозаменяемости
Основы взаимозаменяемости
2. 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 Кв, 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).
В России действуют Единая
система допусков и посадок (ЕСДП) и Основные нормы взаимозаменяемости, которые
базируются на стандартах и рекомендациях ИСО. ЕСДП распространяется на допуски
размеров гладких элементов деталей и на посадки, образуемые при соединении этих
деталей. Основные нормы взаимозаменяемости включают системы допусков и посадок
на резьбы, зубчатые передачи, конуса и др.
2.1. Основные
понятия и определения
Размеры, предельные отклонения и допуски. 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 бо'льший 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.
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.
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.
Соединения и посадки. Две или
несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми.
Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называют сопрягаемыми.
Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с
этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей. В
соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые
поверхности.
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 посадка может быть: с зазором (см.
рис. 2.1, а), натягом или переходной, при которой возможно получение как
зазора, так и натяга. Схемы полей допусков для разных посадок даны на рис. 2.2.
0 0 0
0 0 0
а)
б) в)
Рис. 2.2. Схемы полей допусков
посадок:
а – с зазором; б – натягом; в
– переходной
Зазор S - разность размеров
отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Наибольший,
наименьший и средний зазоры определяют по формулам
Smax = Dmax – dmin; Smin =
Dmin – dmax; Sm = (Smax + Smin)/2.
Натяг N — разность размеров
вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг
обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки. Наибольший,
наименьший и средний натяги определяют по формулам
Nmax = dmax – Dmin; Nmin =
dmin – Dmax; Nm = (Nmax + Nmin)/2.
Посадка с зазором — посадка,
при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия
расположено над полем допуска вала, рис. 2.2, а).
Посадка с натягом — посадка,
при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия
расположено под полем допуска вала, рис. 2.2, б).
Переходная посадка — посадка,
при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков
отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 2.2, в).
Допуск посадки — разность
между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора ТS в
посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск
натяга ТN в посадках с натягом): ТS = Smax - Smin; ТN = Nmax – Nmin .
В переходных посадках допуск
посадки — сумма наибольшего натяга и наибольшего зазора, взятых по абсолютному
значению, TSN = Smax + Nmax. Для всех типов посадок допуск посадки численно
равен сумме допусков отверстия и вала, т. е. ТS (ТN) = ТD + Тd.
2.2.
Взаимозаменяемость гладких цилиндрических деталей
2.2.1. Общие
положения
Точность детали определяется
точностью размеров, шероховатостью поверхностей, точностью формы поверхностей,
точностью расположения и волнистостью поверхностей.
Для обеспечения точности
размеров в России действует Единая система допусков и посадок (ЕСДП), которая
создана на основе системы ИСО. В 1949 г. было решено в основу системы ИСО
положить систему ИСА, опубликованную в бюллетене ISA25 (1940 г.) и отчете
комитета ISA-3 об этой системе (декабрь 1935 г.). В настоящее время система ИСО
принята большинством стран-членов ИСО.
В ЕСДП в первую очередь стандартизованы базовые
элементы, необходимые для получения различных полей допусков, а не посадки и
образующие их поля допусков отверстий и валов. Каждое поле допуска можно
представить сочетанием двух характеристик, имеющих самостоятельное значение, —
величины допуска и его положения относительно номинального размера.
Допуск зависит от квалитета и
размера
Т = а×i, (2.1)
где а - число единиц допуска,
зависящее от квалитета и не зависящее от номинального размера; i- единица
допуска.
Для нормирования требуемых
уровней точности установлены квалитеты изготовления деталей и изделий. Под
квалитетом (по аналогии с франц. qualiti — качество) понимают совокупность
допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью (определяемой
коэффициентом а) для всех номинальных размеров данного диапазона (например, от
1 до 500 мм). Точность в пределах одного квалитета зависит только от
номинального размера. В ЕСДП установлен 21 квалитет: 01, 0, 1, 2, ..., 19.
Квалитет определяет допуск на изготовление и, следовательно, методы и средства
обработки и контроля деталей машин.
Для квалитетов 5 - 19 число
единиц допуска а соответственно равно 7, 10, 16, 25, 40, 64, 100, 160, 250,
400, 640, 1000, 1600, 2500 и 4000.
Единица допуска (мкм) для
размеров до 500 мм
i = 0,45;
(2.2)
для размеров свыше 500 до
10000 мм
i = 0,004×D +
2,1, (2.3)
где D — среднее
геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм.
Для размеров менее 1 мм допуски по квалитетам 14 - 19 не назначают.
Основное отклонение — одно из двух отклонений (верхнее или нижнее),
используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии.
В системе ЕСДП таким отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой
линии.
Основное отклонение
(положение поля допуска относительно нулевой линии), зависящее от нормального
размера, обозначается буквой латинского алфавита — прописной для отверстий (от
А до Z) и строчной - для валов (от а до z) На рис. 2.3 приведены основные
отклонения отверстий и валов в системах ИСО и ЕСДП.
Отклонения a – h (A – H)
предназначены для образования посадок с зазором, js – zc (Js – ZC) – для
посадок с натягами и переходных, причем для переходных обычно применяют
отклонения js, k, m, n (Js, K, M, N). Поля допусков вала js и отверстия Js
располагаются симметрично по обе стороны от нулевой линии. Для каждого буквенного обозначения абсолютная величина и знак основного
отклонения вала определяются по эмпирическим формулам, приведенным в
государственном стандарте.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
|