/
Author: Захаров В.И.
Tags: машиностроение контроль качества стандартизация управление качеством
ISBN: 5-289-00352-5
Year: 1990
Text
в. и. ЗАХАРОВ
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ, КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И КОНТРОЛЬ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
ДЛЯ молодым РАБОЧИХ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЕСДП СЭВ ПРИБОРЫ И КАЛИБРЫ ГОСПРИЕМКА
30.607
338
В книге изложены основные вопросы взаимозаменяемости в машиностроении. Приведены сведения о Государственной системе стандартизации, качестве продукции, ее аттестации, системе управления качеством. Рассмотрены контроль линейно-угловых размеров, назначение измерительных средств в конкретных случаях. Изложена система контроля продукции ОТК и государственной приемкой.
Книга предназначена для молодых рабочих, повышающих квалификацию как самостоятельно, так и в системе профессионально-технического обучения. Может быть использована учащимися среднетехнических учебных заведений.
Рецензенты: кандидат технических инженер В. В. Грибов
наук Р. И. Гжиров^
о 2704090000—009
3 М17Ц03)—90 92~90
ISBN 5'289-00352-6
© В. И. Захаров, 1990
В перестройке экономики страны приоритетная роль принадлежит машиностроению — основе технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. На современном этапе первоочередными являются задачи внедрения в производство прогрессивных технологий, высокопроизводительного оборудования и технологической оснастки, рациональных форм организации и управления производством. Решение этих задач позволит значительно повысить технический уровень и качество выпускаемой продукции, обеспечить ее конкурентоспособность на мировом рынке.
На предприятиях постоянно увеличивается количество нового оборудования, в том числе сложных, много-операционных станков с программным управлением, автоматических линий, гибких производственных систем. Более насыщенными и динамичными стали многие станочные операции, требующие соблюдения высокой технологической дисциплины, тщательного контроля не только размеров, формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, но и их микро- и макрорельефов, физико-химических свойств поверхностного слоя и т. д. Научно-технический прогресс приводит к постоянному повышению требований к уровню взаимозаменяемости деталей, точности технического контроля, увеличению информативности и насыщенности чертежей и другой документации.
В связи с этим в настоящее время в цехах предприятий используются новые измерительные устройства и приборы, ранее применявшиеся только в измерительных лабораториях. Все большее распространение получает автоматизированный контроль как сплошной, так и выборочный, результаты которого используются для активного воздействия на технологический процесс с целью обеспечения заданной точности обработки.
Освоение новых, высокопроизводительных машин и оборудования, стабильный выпуск продукции соответст
3
вующего качества требуют непрерывного повышения профессиональной квалификации рабочих, особенно молодых. Именно квалификация рабочего, его профессиональное мастерство во мпогом определяют качество выпускаемой продукции, эффективность производства. Рабочий должен свободно разбираться в сложной документации, разработанной в соответствии с международной системой допусков и посадок и основными нормами взаимозаменяемости, правильно выбирать средства для измерения и контроля обрабатываемых деталей, иметь ясное представление о системе контроля качества изделий аппаратом ОТК и государственной приемки.
Основательное ознакомление молодых рабочих со всеми этими непростыми вопросами — главная задача книги. Для лучшего усвоения материала она снабжена большим количеством чертежей, в текст включены конкретные примеры решения тех или иных рассматриваемых вопросов.
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ
1.1. Что такое взаимозаменяемость
Каким бы методом ни изготовлялась партия деталей— литьем, штамповкой, обработкой на металлорежущих станках,— добиться их полного единообразия, строгого выполнения требований чертежа невозможно. В процессе обработки неизбежны погрешности, возникающие по различным причинам.
Прежде всего рассмотрим погрешности размеров. Самому опытному рабочему на точном станке никогда не удастся сделать несколько деталей совершенно одинаковых размеров, хотя все они изготовляются по одному чертежу, из одинаковых заготовок, одним инструментом. Причин этому много. Сказываются и погрешности станка, и износ режущего инструмента, и ошибки при его установке с помощью лимбов или упоров, и различие—пусть небольшое — в размерах и твердости заготовок, и неточности в измерениях. Погрешности размеров различны для разных видов обработки. При черновой токарной, например, они много больше, чем при шлифовании. Так как полностью устранить погрешности невозможно, на практике назначают те или иные технологические процессы в зависимости от требуемой точности обработки детали. Например, если к точности диаметрального размера валика особых требований нет, то его обтачивают на токарном или токарно-револьверном станке. Когда же требуется повысить точность размеров, после токарной обработки осуществляют шлифование.
Форма обработанных поверхностей деталей также отличается от требований чертежа. Вместо цилиндрического тот же валик может получиться коническим. Его торец, подрезанный на станке, не всегда
5
имеет плоскую форму, как того требует чертеж. Он может быть или выпуклым, или вогнутым. Во всех этих случаях мы сталкиваемся с погрешностью формы. Подробнее об этом будет сказано ниже. Здесь же отме-. тим, что при обработке деталей погрешности формы неизбежны.
Погрешности расположения поверхностей на деталях отрицательно сказываются на работе узла, в который эта деталь входит, а иногда делают сборку вообще невозможной. Так, в некоторых случаях не удается надеть крышку редуктора, так как шпильки, закрепленные в корпусе, не входят в отверстия крышки; оси этих отверстий смещены, не выдержано их заданное расположение.
Наконец, следует отметить, что качество поверхностей деталей далеко не идеально. На них видны следы предшествующей обработки в виде чередующихся выступов и впадин. Имеет место так называемая шероховатость поверхности. От степени шероховатости зависит многое: и характер соединения детали в узле, и ее износостойкость и прочность, коррозионная стойкость и т. п. Степень шероховатости поверхности может быть изменена путем соответствующей обработки.
Перечисленные погрешности оказывают влияние на качество сопряжения узла или машины в целом. Необходимое качество изделий может быть достигнуто взаимозаменяемостью деталей.
Взаимозаменяемостью называют принцип конструирования, производства и эксплуатации машин, обеспечивающий сборку (или замену при ремонте) независимо изготовленных деталей и узлов при сохранении параметров этих машин в заданных оптимальных пределах. Другими словами, детали и узлы должны собраться без всякой пригонки и какого-либо отбора и обеспечить одинаково высокое качество изделий. Не должно быть машин получше или похуже, все они по своим параметрам — точности, грузоподъемности, надежности— должны быть одинаковыми. В этом смысл взаимозаменяемости.
1.2. Преимущества взаимозаменяемости
Взаимозаменяемость имеет большие преимущества. Она обеспечивает:
гарантированное качество продукции. До широкого применения в машиностроении взаимоза
6
меняемости качество изделия зависело главным образом от квалификации и мастерства рабочего, чаще всего сборщика. Так называемые секреты производства передавались из поколения в поколение, иногда они терялись, и качество продукции ухудшалось. Взаимозаменяемость кардинально изменила ситуацию. Если требования чертежей и другой технической документации выполнены, то изделия будут работоспособными, именно такими, какими их задумал конструктор. Появилась возможность улучшать их конструкцию, учитывая опыт эксплуатации предшествующих моделей, что раньше сделать было крайне трудно;
резкое упрощение процесса сборки. В недалеком прошлом характер соединения деталей при сборке достигался пригонкой, часто практиковалась совместная обработка двух деталей. В сборочном цехе имелись почти все виды металлорежущих станков, на сборке трудились наиболее квалифицированные рабочие, так как от них зависело качество машины. Сейчас механическая обработка на сборочном участке полностью исключена. Сборка сводится к простому соединению деталей или узлов рабочими сравнительно невысокой квалификации, большое внимание уделяется ее механизации и автоматизации. В крупносерийном и массовом производстве нередки случаи, когда сборка сложных изделий полностью выполняется автоматами;
удешевление и повышение качества ремонта. Раньше изношенную или поломанную деталь приходилось изготовлять в ремонтных цехах, часто без чертежей и, конечно, без приспособлений, повышающих производительность, точность обработки. В настоящее время ремонт обычно сводится к замене вышедшей из строя детали новой, запасной. Производство запасных частей организовано на специализированных предприятиях с соответствующим оснащением;
широкую кооперацию и специализацию предприятий. Завод, выпускающий какую-либо машину или изделие, никогда не производит сам все необходимые ему детали и узлы. Так, шарико- и роликоподшипники для всей страны поставляют несколько государственных подшипниковых заводов (ГПЗ). Имеются предприятия, выпускающие крепежные детали, резинотехнические изделия, отливки и т. д. Современный завод связан договорами на поставку материалов, деталей и узлов с десятками и сотнями предприятий страны;
7
увеличение серийности производства на специализированных предприятиях. Стоимость продукции определяется размером выпускаемой партии. Самыми дорогими являются опытные машины, изготовляемые в нескольких экземплярах. При массовом производстве стоимость продукции резко, в несколько раз, снижается, что обусловлено использованием высокопроизводительного специализированного оборудования, автоматизацией производства, применением специальных приспособлений и инструмента, отладкой технологических процессов. Специализированные предприятия выпускают взаимозаменяемую продукцию большими партиями, и стоимость ее минимальна.
1.3. Обеспечение взаимозаменяемости продукции
Получение взаимозаменяемой продукции связано с выполнением ряда условий.
Чтобы качество одних и тех же деталей и узлов, выпускаемых разными специализированными заводами, было одинаковым и достаточно высоким, следует узаконить требования к точности их изготовления, качеству поверхностей, другим параметрам. Необходима стандартизация деталей и узлов, из которых собирается изделие. Для реализации этого требования у нас в стране создана специальная служба стандартизации. О ее структуре, основных задачах и путях их решения рассказано в гл. 2.
Для обеспечения взаимозаменяемости деталей необходимо значительно повысить точность их обработки.
Чтобы осуществлять обработку деталей с более высокой^ точностью, приходится повышать требования к точности оборудования и приспособлений, а также к стабильности применяемых технологических процессов.
Повышаются требования и к точности измерения и контроля размеров обрабатываемых деталей. Для этого на рабочих местах применяют высокоточные приборы, процесс измерения стал длительным и сложным. Для ускорения контроля широко используются предельные калибры.
Необходимое повышение точности изготовления деталей усложняет и удорожает производство. Однако большой экономический эффект применения взаимозаменяемости, как правило, перекрывает эти затраты.
8
1.4. Виды взаимозаменяемости
В большинстве отраслей народного хозяйства — в автомобильной промышленности, сельскохозяйственном и транспортном машиностроении, приборостроении и др. — используется полная взаимозаменяемость, при которой все детали и узлы изделия взаимозаменяемы.
Однако такая полная взаимозаменяемость не всегда экономически целесообразна. Иногда необходимая для этого точность выпускаемых деталей и узлов приводит к резкому повышению стоимости обработки, а в некоторых случаях она вообще технически неосуществима. Тогда отказываются от взаимозаменяемости некоторых деталей, обычно корпусных, снижают требования к точности их изготовления, а требуемую точность изделия получают пригонкой или использованием компенсаторов. Такая неполная взаимозаменяемость характерна для судостроения, станкостроения и некоторых других отраслей.
Наконец, для удешевления продукции без ущерба для качества изделия иногда применяют так называемую селективную сборку. Всю массу сравнительно неточно обработанных деталей рассортировывают на группы по их действительным размерам и собирают узел из деталей одной группы. Такую взаимозаменяемость называют ограниченной. Она широко распространена в шарикоподшипниковой промышленности, при использовании резьбовых шпилек, завинчиваемых в корпусные детали с натягом, и в некоторых других случаях.
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНДАРТИЗАЦИИ
2.1. Понятие о стандартизации
Выше указывалось, что для обеспечения взаимозаменяемости деталей и узлов необходимо выполнение ряда требований, и прежде всего развития стандартизации. Без стандартизации взаимозаменяемость немыслима.
Стандартизация — деятельность, заключающаяся в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области.
В условиях планового социалистического хозяйства стандартизация направлена на совершенствование управления народным хозяйством, повышение технического уровня и качества продукции, интенсификацию общественного производства и повышение его эффективности, ускорение научно-технического прогресса, установление рациональной номенклатуры продукции, рациональное и экономное использование ресурсов.
Главной задачей стандартизации является создание нормативно-технической документации, определяющей прогрессивные требования к продукции, выпускаемой предприятиями страны, ее разработке, производству и применению, а также контроль за правильностью использования этой документации.
Стандарт — нормативно-технический документ, устанавливающий требования к группам однородной или конкретной (т. е. имеющей модели, марки и т. п.) продукции, правила, обеспечивающие ее разработку, производство и применение, а также требования к иным
10
объектам стандартизации, устанавливаемым Советом Министров СССР.
Технические условия (ТУ) — нормативно-технический документ, устанавливающий требования к конкретной продукции (моделям, маркам). При разработке комплекта технической документации на продукцию ТУ являются его неотъемлемой частью.
Среди основных направлений работ в области стандартизации отметим:
установление прогрессивных требований к продукции, обеспечивающих ее мировой уровень с учетом снижения расхода сырья, материалов, энергии, затрат труда, а также охраны окружающей среды;
развитие взаимозаменяемости продукции по составным частям, комплектующим изделиям, материалам и т. п.;
обеспечение единства и необходимой точности измерений в стране;
обновление действующих стандартов и технических условий на продукцию с целью своевременной замены устаревших показателей и приведения их в соответствие с мировым уровнем, потребностями народного хозяйства страны и экспорта;
разработка базовых конструкций, унифицированных составных частей изделий, установление параметрических и типоразмерных рядов с целью рационального ограничения номенклатуры продукции.
Унификация — это приведение изделий одинакового назначения к единообразию по какому-либо признаку и рациональное сокращение их числа. При унификации устанавливают минимально необходимое, но достаточное число типов, видов, типоразмеров изделий, сборочных узлов и деталей, обладающих полной взаимозаменяемостью. Так, если в изделии 50 резьбовых соединений, то с точки зрения производства и эксплуатации нерационально, если каждая резьба будет иметь свой размер. При унификации число соединений не уменьшается, но осуществляются они резьбами, например, пяти размеров.
Стандарты и технические условия разрабатывают на основе высших достижений отечественной и зарубежной науки, техники, технологии и передового опыта. Они должны предусматривать решения, оптимальные для экономического и социального развития страны, и соответствовать мировому уровню.
11
2.2. Государственная система стандартизации
Для усиления роли стандартизации в ускорении научно-технического прогресса, повышении качества продукции, экономичности ее производства предусмотрена Государственная система стандартизации (ГСС), созданная в 1965 г. Порядок проведения работ по стандартизации установлен государственными стандартами, введенными в действие 1 января 1987 г.
Управление стандартизацией в стране осуществляет Государственный комитет СССР по стандартам (Госстандарт СССР) —'Общесоюзный орган, который несет ответственность за организацию, состояние и развитие стандартизации и унификации, научно-технический уровень утверждаемых стандартов, повышение роли стандартизации в росте эффективности производства и улучшении качества продукции.
В систему Госстандарта входят территориальные органы— республиканские управления, центры стандартизации и метрологии, лаборатории государственного надзора за стандартами и измерительной техникой, а также научно-исследовательские институты, научно-производственные объединения и некоторые другие организации.
Республиканские управления осуществляют на территории союзных республик функции Госстандарта, руководят соответствующими территориальными органами. Центры стандартизации и метрологии, лаборатории государственного надзора над стандартами и измерительной техникой (ЛГН) выполняют на территории областей (краев, автономных республик) функции и права Госстандарта в пределах, определенных соответствующими положениями.
Научно-техническое и организационно-методическое руководство работами по стандартизации и унификации в отраслях народного хозяйства осуществляют общесоюзные головные организации (головные научно-исследовательские институты, конструкторские бюро). Из их числа назначаются базовые организации, которые руководят работами по стандартизации и унификации закрепленных за ними групп продукции и обеспечению их технического единства в народном хозяйстве.
Министерства СССР и Советы Министров союзных республик отвечают за организацию и состояние работы по стандартизации и унификации продукции, научно-технический уровень разрабатываемых стандартов
12
и ТУ. За технико-экономическую обоснованность этих разработок, за соответствие их показателей мировому уровню персональную ответственность несут руководители предприятий, генеральные и главные конструкторы.
Положения о службах стандартизации министерств, головных и базовых организаций, отделах стандартизации на предприятиях утверждаются Госстандартом. Работы по стандартизации относятся к основным видам деятельности предприятий.
2.3. Категории и виды стандартов
Нормативно-технические документы, определяющие требования к объектам стандартизации СССР, подразделяют на стандарты трех разновидностей: государственные (ГОСТы), отраслевые (ОСТы), республиканские (РСТ) и технические условия (ТУ).
Государственные стандарты разрабатывают главным образом на однородную продукцию межотраслевого производства и применения или на конкретную продукцию, имеющую важнейшее народнохозяйственное значение. Они создаются также на ряды предпочтительных чисел, допуски и посадки шероховатость поверхности, научно-технические термины и определения, условные обозначения, общие требования к разъемным и неразъемным соединениям, элементам конструкций, передачам и т. п. Перечни продукции, подлежащей государственной стандартизации, разрабатывают головные по видам выпускаемой продукции министерства и утверждает Госстандарт. В строительстве и промышленности строительных материалов продукцию, подлежащую государственной стандартизации, определяет Госстрой СССР.
Государственные стандарты утверждают Госстандарт, а также Госстрой СССР по закрепленной за ним номенклатуре. Эти стандарты являются обязательными для всех министерств и ведомств, предприятий, организаций и учреждений.
Если разработка государственных стандартов на продукцию не предусмотрена, головные министерства утверждают отраслевые стандарты по ее видам, обязательные для всех предприятий, организаций и учреждений независимо от их ведомственной подчиненности.
Республиканские стандарты распространяются на продукцию республиканского и местного значе
13
ния, если на нее нет ГОСТов, ОСТов и ТУ головных министерств СССР. Они утверждаются в порядке, установленном Советом Министров союзной республики по согласованию с Госстандартом, и обязательны для министерств союзной республики и всех предприятий, организаций, учреждений, расположенных на ее территории, независимо от ведомственного подчинения.
Министерства СССР, являющиеся головными по видам выпускаемой продукции, кроме отраслевых стандартов разрабатывают и технические условия на конкретную продукцию, требования которых должны соответствовать мировому уровню. Технические условия обязательны для предприятий, изготовляющих, эксплуатирующих или ремонтирующих продукцию. В определенных случаях ТУ могут разрабатываться и другими министерствами, а также центральными органами кооперативных и прочих общественных организаций.
Стандарты на продукцию подразделяются на виды, например стандарты на параметры, марки материалов, конструкции, методы контроля и т. д.
Государственная система, стандартизации является составной частью государственного планирования экономического и социального развития СССР. Наша страна осуществляет международное научно-техническое сотрудничество в области стандартизации, метрологии и качества продукции в рамках СЭВ, а также по линии ИСО — Международной организации по стандартизации.
Эффективно внедрение каждого нового, прогрессивного стандарта. Однако наибольшую эффективность дают комплексные системы общетехнических стандартов, обеспечивающие повышение производительности труда конструкторов и технологов, улучшение качества' продукции, экономичность.
Первой такой системой явилась Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Она устанавливает для всех организаций страны единые правила проектирования и оформления чертежей, что упрощает проектно-конструкторские работы, облегчает чтение чертежей и в итоге приводит к повышению качества изделий. ЕСКД допускает применение систем автоматического проектирования (САПР) с использованием ЭВМ.
Единая система технологической документации (ЕСТД) и Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП) упорядочили разработку и оформление технологической документации. Предусмот-
14
ренное широкое использование типовых технологических процессов резко сокращает затраты труда технологов и во многих случаях повышает уровень разработок. Как и в ЕСКД, в этих системах предусмотрено использование ЭВМ для разработки и оформления стандартных технологических документов.
ч Единая система стандартов приборостроения (ЕССП) унифицирует параметры и характеристики приборов, входящих в системы автоматического контроля, регулирования и управления.
Государственная система стандартизации включает государственный надзор и ведомственный контроль за стандартами и средствами измерений. Учреждена также государственная приемка продукции на предприятиях. Ее главная задача —контроль качества выпускаемой продукции на любой стадии ее изготовления (подробнее на с. 294).
В обозначение государственного стандарта входят индекс (ГОСТ), регистрационный номер и отделенные тире две последние цифры года его утверждения, например: ГОСТ 2789—73. Если стандарт входит в комплекс стандартов, то после индекса ставятся отделяемые точкой цифры, обозначающие комплекс, затем номер стандарта в этом комплексе и отделенные тире две последние цифры года его утверждения.
Примеры обозначения стандартов, входящих: в ГСС —ГОСТ 1.4—85; ЕСКД—ГОСТ 2.320—82; ЕСТД — 3.1103—82; ЕСТПП —ГОСТ 14.201—83. Если государственный стандарт вводит в действие в СССР стандарт СЭВ, то в скобках дается обозначение последнего, например: ГОСТ 25347—82 (СТ СЭВ 144—75).
Обозначение отраслевого стандарта состоит из индекса (ОСТ), условного цифрового кода утвердившего его министерства, регистрационного номера и отделенных тире двух последних цифр года утверждения, например: ОСТ 25 789—68.
2.4. Стандартизация на предприятии
На предприятиях имеются специальные отделы или бюро стандартизации, подчиненные главному инженеру. Методическое и организационно-техническое руководство ими осуществляет базовая организация по стандартизации. Задачи этих подразделений — внедрение в производство стандартов всех категорий и видов, разработка или участие в создании новых ГОСТов или ОСТов,
15
обеспечение материалами по вопросам стандартизации. Важной задачей является разработка стандартов предприятия (СТП), в которых регламентируются организация производства и взаимосвязь производственных процессов на данном предприятии, требования к ним, а также к технологической оснастке и инструменту, порядок управления качеством продукции.
Стандарты предприятия утверждаются приказом руководителя, где устанавливаются дата их внедрения и план организационно-технических мероприятий. Государственной регистрации СТП не подлежат. В их обозначение входят индекс, код предприятия, номер стандарта и две последние цифры года утверждения, например: СТП-12-51-84.
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗМЕРАХ И СОЕДИНЕНИЯХ
3
3.1. Номинальный, действительный, предельный размеры
Конструктор задает размеры детали, исходя из ее назначения. Обычно для этого производится расчет детали на прочность, жесткость или износостойкость. Учитываются также опыт предшествующего проектирования, удобство изготовления детали или сборки узла и ряд других обстоятельств. Таким образом определяется так называемый номинальный размер, указываемый на чертеже. Относительно него назначают предельные размеры, он служит также началом отсчета отклонений.
Не любой размер, полученный в результате расчета, может быть принят за номинальный. С целью сокращения номенклатуры режущего инструмента, калибров, типоразмеров заготовок и т. д. — а это дает очень большой экономический эффект,— стандарт «Нормальные линейные размеры» (ГОСТ 6636—69) содержит его разрешенные значения. В стандарте установлено 4 ряда нормальных линейных размеров (диаметров, длин и т. д,), причем числа в каждом ряду построены по закону геометрической прогрессии (табл. 3.1). Ряды обозначаются /?а5, 7?а10, 7?а20 и /?о40 и отличаются различной величиной знаменателя геометрической прогрессии, равной соответственно 10=1,6, у/' 10^1,25, ^l,12,F10^1,06.
При назначении номинальных размеров значения, полученные расчетом, следует округлять до ближайшего большего значения, имеющегося в стандарте. Следует предпочитать ряды с более грубой градацией, т. е. ряд Ra5 — ряду 7?а10, ряд ЯаЮ — ряду /?а20 и т. д. Это приводит к дальнейшему уменьшению типоразмеров,
17
Таблица 3.1. Нормальные линейные размеры
/?с10 /?д40 Ra5 Яй10 /?а20 Ra40
1,0 1,0 1,0 1,0 3,2 3,2 3,2
1,05 3,4
1,1 1,1 3,6 3,6
1,15 3,8
м 1,2 1.2 4,0 4,0 4,0 4,0
1,3 4,2
1,4 1,4 4,5 4,5
1,0 4,8
1,6 1,6 1.6 1,6 5,0 5,0 5,0
1,7 5,3
1,8 1,8 5,6 5,6
1,9 6,0
2,0 2,0 2.0 6,3 6,3 6,3 6,3
2,1 6,7
» 2,2 2,2 7,1 7,1
2 5 1п 2,4 2,5 8,0 8,0 7,5 8,0
2,6 8,5
2,8 9,0 9,0
3,0 9,5
1 10 10 10 10
•
Примечания. 1. Цифры в других десятичных интервалах получают умножением или делением приведенных величин на 10, 100, 1000 и т. д. 2. Стандарт не распространяется на размеры: технологические межоперацв-онные, связанные расчетными зависимостями с другими принятыми размерами или размерами стандартных комплектующих изделий.
что выгодно для производства. Применение в качестве номинальных размеров значений, не входящих в ГОСТ, допускается лишь в исключительных, технически обоснованных случаях.
В соединениях различают охватывающие и охватываемые размеры. Примером первых может быть диаметр втулки, надетой на вал, или ширина шпоночного паза под призматическую шпонку, а вторых — диаметр вала или ширина шпонки. В технической литературе охватывающие размеры обозначаются большими буквами (например, D), а охватываемые — малыми (d). На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры проставляются в миллиметрах без указания размерности. В соединении (например, вал и втулка) обе сопряженные детали имеют одинаковый номинальный размер.
В процессе изготовления деталей невозможно добить
18
ся точного выполнения заданного размера. В одной партии каждая деталь имеет свой размер, как правило отличающийся от размеров других деталей. Чтобы определить его, деталь измеряют. Однако результат будет зависеть не только от величины размера, но и от того, каким прибором производят измерение. Так, при измерении диаметра валика штангенциркулем, микрометром и горизонтальным оптиметром получим неодинаковые значения диаметра вследствие различных цен деления приборов и погрешности измерения. Чтобы избежать ошибок, необходимо правильно выбрать прибор для каждого конкретного измерения. Действительным называют размер детали, определенный с допустимой погрешностью. Как правильно выбирать измерительные приборы, см. на с. 278.
Для нормальной работы соединения или машины необходимо, чтобы действительный размер детали находился в определенных пределах. Предельными называют наибольшее и наименьшее допустимые значения размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Различают наибольший (Алах, dmax) и наименьший (Z)min, dmin) предельные размеры.
3.2. Предельные отклонения.
Допуск размера
Для упрощения конструкторской документации вводится понятие об отклонениях от поминального размера.
Действительным отклонением называют алгебраическую разность между действительным и номинальным размерами. Отклонение является положительным, если действительный размер больше номинального, и отрицательным, если он меньше номинального.
На чертежах указывают предельные отклонения — верхнее и нижнее. Верхнее предельное отклонение— это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; обозначают: ES— для отверстия и es— для вала. Нижнее предельное отклонение — это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами; обозначают: Е1 — для отверстия и ei — для вала.
Из определения имеем:
19
ES — ZXnax D\ El — ZXntn (3.1)
€S — iZmax €L = fifmin —* d.
Отклонения всегда указывают co знаком -f- или —. На схемах и в таблицах отклонения часто проставляют в микрометрах (1 мкм=0,001 мм), а на чертежах — в миллиметрах и более мелким шрифтом. Верхнее предельное отклонение ставится несколько выше номинального размера, а нижнее — несколько ниже. Отклонения, равные нулю, на чертеже не проставляют. Если верхнее и нижнее предельные отклонения равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, то числовое значение отклонения указывается со знаком ±; отклонение указывается вслед за номинальным размером таким же шрифтом. Например: 252^; ЗОЙ® 2O-o,o2i; 40W25; 30±0,008.
Допуском размера (обозначается TD или Td) называют разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами:
TD = .Отах ““ -£Хп1п» 7W = t/щах * t/mln« (3.2)
В то же время допуск размера равен алгебраической разности верхнего и нижнего предельных отклонений:
TD = ES - ЕЕ Td = es — eL (3.3)
Слова «алгебраическая разность» означают, что в формулы (3.3) предельные отклонения должны входить с их знаками.
Допуск размера всегда положительная величина. Численное значение допуска очень важно и для конструктора, и для производственников. Чем меньше допуск, тем большая определенность соединения двух деталей, однообразнее и выше параметры изделия. В то же время уменьшение допуска размера усложняет технологию изготовления детали, требует оборудования повышенной точности, таких чистовых операций, как шлифование, развертывание и др. (более подробно о величине допуска см. на с. 33).
3.3. Графическое изображение размеров и отклонений
Взаимозаменяемость обеспечивает заданный характер сопряжения двух деталей. Например, некий вал должен свободно вращаться во втулке. Для этого необ
20
ходимо, чтобы наибольший предельный диаметральный размер вала был меньше наименьшего предельного диаметра втулки. На рис. 3.1, а изображены обе сопряженные детали. Номинальный размер у вала и втулки один и тот же: D^d. На рисунке видны и предельные размеры обеих деталей. Действительно, Dmin>dmax и свобода вращения вала во втулке обеспечивается. На рисунке также изображены допуски размеров отверстия TD и вала Td, их верхнее и нижнее предельные отклонения. Очевидно, оба предельных отклонения отверстия больше нуля, а вала — отрицательны, так как даже меньше номинального размера d. Разрешенная область изменения действительных размеров обеих деталей заштрихована. Заштрихованные области обычно называют полями допусков диаметра отверстия и диаметра вала. Следует заметить, что если бы случайно диаметр вала (или диаметр втулки) оказался в точности равным номинальному диаметру, то для примера на рис. 3.1 такая деталь была бы забракована. Повторим, что номинальный диаметр служит только для отсчета отклонений.
Рис. 3.1, а дает искаженное представление о характере соединения вала и втулки, так как здесь невозможно выдержать масштаб: ведь диаметры обычно измеряются десятками миллиметров, а допуски — микрометрами. Поэтому в технической литературе и стандартах используют схему сопряжения деталей, приведенную на рис. 3.1,6. Из него видно, что вся нижняя часть рис. 3.1, а отброшена, оставлен лишь след верхней образующей номинального диаметра, называемый нулевой линией. От нее строго в масштабе откладываются предельные отклонения отверстия и вала с учетом их знаков. Заштрихованные прямоугольники высотой TD и
Рис. 3 1. Соединение втулки и вала с зазором: а — рисунок; б — схема посадки.
21
+2!
72?
Td
20^
Рис. 3.2. Схема соединения втулка — вал.
е
-4/
Td называют полями допусков отверстия и вала. Поля допусков ограничиваются линиями, соответствующими верхним и нижним отклонениям размеров.
Схема рис. 3.1, б очень удобна. Она проста, не содержит лишних обозначений, позволяет легко определять и предельные размеры сопряженных деталей, и характер сопряжения (посадки).
Пример. Построить схему соединения вйла 025з{$^ и отверстия 0 25+0’021, определить предельные размеры обеих деталей, допуски размеров и характер соединения.
Построение начинаем с проведения нулевой линии, уровень которой соответствует номинальному диаметру, т. е. 25 мм. Выше нулевой линии будем откладывать положительные отклонения, ниже — отрицательные в выбранном масштабе: например, 1 мкм->1 мм. Из задания следует, что £<$=+21, £7=0, es=—20 и ei= =—41 мкм. Построенные поля допусков отверстия и вала изображены на рис. 3.2.
По формулам (3.1) определим предельные размеры отверстия и вала, мм:
Dmax = £> + ££ = 25+0,021 =25,021;
£\nin = 7) + £/ =2о;
— d + es =25+ (—0,020) =24,980; tfmin = d + el =25+ (—0,041) =24,959.
По формулам (3.2) рассчитаем допуск размеров, мкм:
££> = DmaI-Dmin =21; Td — =2 1.
Заметим, что диаметр всегда измеряется (и определяется) в миллиметрах, а отклонения размеров на схемах и допуски размеров приводятся в микрометрах.
Из схемы рис. 3.2 очевидно, что максимальный раз
22
мер вала меньше минимального размера отверстия (dmax <Апш) И характер сопряжения допускает свободу перемещения вала во втулке.
3.4. Понятия о посадках
Детали, неподвижно или свободно соединяемые друг с другом, называют сопрягаемыми, а поверхности, по которым происходит их соединение, сопряженными. По форме этих поверхностей различают следующие основные виды соединений:
гладкие цилиндрические типа вал-втулка;
гладкие конические;
плоские, в которых охватывающие и охватываемые поверхности образованы плоскостями (например, соединение типа ласточкина хвоста);
резьбовые различной формы, профиля и назначения; шлицевые и шпоночные;
зубчатые передачи.
Наиболее распространены гладкие цилиндрические соединения, которые и рассмотрим в первую очередь.
Характер соединения деталей называют посадкой, которая определяется величиной получающихся при соединении деталей зазоров или натягов. Существует три разновидности посадок.
Посадки с зазором. Зазором называют положительную разность диаметров отверстия и вала. Из такого определения следует, что для этой группы посадок размер отверстия всегда больше размера вала. Примером посадки с зазором может служить соединение, схема которого приведена на рис. 3.1,6. Для посадок с зазором характерно то, что поле допуска отверстия располагается’ выше поля допуска вала. Зазор обозначается буквой S.
Посадки с зазором назначают для легкой сборки и разборки соединения, возможности относительного перемещения вала и втулки при регулировке узла, обеспечения относительного вращательного движения сопряженных деталей.
Размеры входящего в соединение вала, а также втулки могут изменяться в пределах допуска. Поэтому величина зазора будет определяться действительными размерами соединяемых деталей и может изменяться в определенных пределах. Очевидно, наибольший зазор получится при соединении втулки максимального диаметра с валом, имеющим наименьший предельный раз
23
мер. Минимальный, или, как его иногда называют, гарантированный, зазор будет при соединении вала наибольшего размера с втулкой, имеющей наименьший предельный диаметр. Таким образом,
•Smsx — ZZnax ‘S’mln — /Лп)п — ^max* (3.4)
Пример. Определить наибольший и наименьший зазоры в соединении, схема которого изображена на рис. 3.2. На основании формул (3.4) получаем:
‘S'max — ^Лпах ^min ”25,021—24,959=0,062 мм = 62 мкм; •^mln = /Лп1п =25—24,980=0,020 мм = 20 мкм.
По схеме посадки (см. рис. 3.2) предельные значения зазора можно определять без установления предель-. ных размеров вала и втулки.
Разность между наибольшим и минимальным зазорами называется допуском посадки: 7\S=Smax— Smin-Эта величина характеризует определенность соединения. Из рис. 3.2 следует, что
rS = Smax - Smln = TD + Td. (3.5)
Пос адки с натягом. Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия перед сборкой. Диаметр вала больше диаметра отверстия. Сборка таких деталей обычно производится с помощью пресса. Силы трения на поверхности контакта вала и втулки не только препятствуют относительному перемещению собранных деталей, но и обеспечивают передачу иногда весьма значительных крутящих моментов или осевых сил без какого-либо усложнения конструкции применением шпонок, штифтов и т. п. Конструктивная простота и относительная легкость сборки объясняют достаточно широкое применение посадок этой группы.
Натяг обозначается буквой N. Его величина определяется действительными размерами вала и отверстия. Наибольший натяг будет при соединении вала наибольшего диаметра с втулкой, имеющей наименьший предельный размер. Наименьший (гарантированный) натяг получится, если размер вала будет минимальным, а диаметр втулки наибольшим:
А/max = ^тах ’ A/min = ^min ' ^тах- (3.6)
Пример. Изобразить схему посадки отверстия 025+0,021 и вала 025+J^g, определить допуск размеров
24
Рис. 3.3. Схема посадки с натягом.
сопряженных деталей, предельные значения натяга и допуск посадки.
Учитывая, что ES = +21, Е7=0, es = -f-41 и ei= = +28 мкм, изобразим схему посадки, как показано на рис. 3.3. По формулам (3.1) рассчитываем предельные размеры втулки и вала, мм:
Dmax^D + ES =25,021; Z?mln = D + El =25; dm^ = d + es =25,041; dmln = d + el =25,028.
Находим допуски размеров, мм:
EZ) = Z)max £>mln =0,021; Td = dm3x — £?min =0,013.
Рассчитываем величину натяга, мм:
-Mmax — fifmax — Z)min =25,041—25=0,041;
Af min = ^mtn — =25,028—25,021=0,007.
Из схемы рис. 3.3 следует, что
Мп ах = es — EI =41 мкм;
Л+п = ei — ES =28—21 =7 мкм.
Натяг в посадке будет обеспечен всегда, когда поле допуска вала будет расположено выше поля допуска отверстия.
Из схемы рис. 3.3. следует, что
TN = TVfflax — JVmin = TD + Td.
Действительно, в нашем случае допуск посадки, определенный разными способами, будет иметь одну величину, мм:
TN = Л+к - Мп1п =0,041—0,007 =0,034;
7W = TD + Td =0,021+0,013=0,034.
Переходные посадки. В этой группе посадок возможно получение как зазора, так и натяга. Отличительной особенностью схемы переходных посадок явля
25
ется частичное перекрытие полей допусков вала и отверстия (более подробно см. на с. 54).
Для переходных посадок допуск равен:
7W(S) = №ах + 5max = TD + Td.
Пример. Составить схему посадки отверстия 040+одйб и вала -040+2’^21 определить допуски размеров, наибольшие зазор и натяг в соединении, а также допуск посадки.
Необходимые для построения схемы предельные отклонения равны, мкм:
ES = +25; Е/ = 0; ^$= + 18 и ^z=+2.
Следовательно, предельные размеры сопряженных деталей составят, мм:
£>fflax = D + ES = 40+0,025=40,025;
-Omin = D + EI — 40;
^max = d + es =40+0,018=40,018;
^min = d + ei = 40+0,002 =40,002.
Схема посадки приведена на рис. 3.4. Из нее следует, что возможны случаи, когда диаметр вала больше диаметра втулки и в соединении будет натяг. Наибольший натяг получится при сборке вала максимального диаметра с втулкой, имеющей наименьший предельный диаметр:
А4пах = С?шах — ZXnln =40,018—40=0,018 мм.
Из схемы также видно, что в соединении может быть и зазор, когда размер отверстия больше диаметра вала. Наибольший зазор будет при соединении втулки максимального диаметра с валом, имеющим наименьший предельный размер:
Smax = Emax “4п =40,025—40,002 =0,023 мм.
Найдем допуски размеров, мм:
TD = Dmax — Dmin =40,025—40 =0,025;
TD = rfmax — <4in =40,018—40,002=0,016.
Рис. 3.4. Схема переходной посадки.
26
Тогда допуск посадки будет равен:
ПУ(5) =№ах + 5max = TD + Td =0,018+0,023= =0,025 +0,016 =0,041 мм.
3.5. Система отверстия и система вала
В машиностроении широко используются посадки всех трех групп: с зазором, натягом и переходные. Возникает вопрос о наиболее целесообразной, экономичной системе получения посадки любой группы.
На рис. 3.5, а приведена схема расположения полей допусков вала и отверстия для посадки с зазором, а на рис. 3.5, б расположение полей допусков изменено, в результате чего получилась посадка с натягом. Метод получения этих посадок нельзя считать оптимальным, так как он требует изменения размеров обеих сопрягаемых деталей — и отверстия, и вала, что ведет к необоснованному увеличению номенклатуры режущего и измерительного инструмента и в конечном счете к удорожанию производства.
Посадку любой группы можно получить, изменяя размеры лишь одной сопряженной детали, оставив неизменными другой. На рис. 3.6,п изображена схема осуществления различных посадок путем изменения размеров только валов. Несмотря на то, что предельные размеры отверстия заданного номинального диаметра и определенной точности не изменяются, возможно получение посадок с зазором (/), переходных (II) и с натягом (Ш).
Совокупность посадок, в которых предельные отклонения отверстий одного номинального размера и одной точности одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений валов, называется системой отверстия. Во всех стандартных посадках системы отверстия нижнее отклонение отверстия
Рис. 3.5. Схемы посадок: а — с зазором; б — с натягом.
27
Рис. 3.6. Схемы посадок: а — в системе отверстия; б — в системе вала.
равно нулю. Такое отверстие называют основным.
Метод получения различных посадок, показанный на рис. 3.6, а, значительно экономичнее представленного на рис. 3.5. И он не единственный. На рис. 3.6,6 изображена схема осуществления посадок всех трех групп путем изменения размеров только отверстия при неизменных предельных размерах вала.
Совокупность посадок, в которых предельные отклонения вала одного номинального размера и одной точности одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений отверстий, называется системой вала. Во всех стандартных посадках этой системы верхнее отклонение вала равно нулю. Такой вал называют основным.
Стандарт рассматривает обе системы как равноправные. Однако в каждом конкретном случае систему выбирают исходя из конструкторских, технологических и экономических соображений.
В большинстве случаев целесообразно назначать систему отверстия. Это объясняется тем/что точные валы разных размеров могут обрабатываться на токарных или шлифовальных станках одним инструментом при изменении только наладки станка. Точные же отверстия обычно обрабатываются мерным режущим инструментом— сверлами, зенкерами, развертками или протяжками,— причем для каждого размера отверстия требуется свой комплект инструмента.
В системе отверстия различных по предельным размерам отверстий во много раз меньше, чем в системе вала, а следовательно, значительно сокращается номенклатура дорогостоящего режущего инструмента. Одна-
28
Рис. 3.7. Сравнение системы отверстия и системы вала: а—-эскиз соединения; б —схема посадок в системе отверстия; в — схема посадок в системе вала.
ко иногда применение системы вала более целесообразно и даже является единственно возможным. Например, при использовании пруткового калиброванного материала назначение системы вала исключает его обработку, если точность диаметральных размеров прутка соответствует допуску. Система вала оказывается экономичнее н при использовании высокопроизводительных методов обработки валов, например бесцентрового шлифования.
Иногда применение системы вала позволяет значительно упростить конструкцию и усовершенствовать технологию сборки. На рис. 3.7, а приведен эскиз шарнирного соединения вилки с тягой, в котором необходимо обеспечить неподвижное соединение вала с вилкой (поверхностей 1 и 3) и соединение с зазором вала с тягой (поверхности 2). Если применить систему отверстия, то вал будет ступенчатым (рис. 3.7,6) и его обработка усложнится, а главное, при сборке может быть испорчена поверхность отверстия в тяге. Использование системы вала позволяет избежать указанных трудностей (рис. 3.7,в). При массовом производстве на специализированных предприятиях ряда деталей узлов применяется определенная система. Так, при сопряжении внутреннего кольца подшипника качения с валом посадки могут быть получены только путем изменения размеров вала, т. е. в системе отверстия. По аналогичной причине сопряжение наружного кольца подшипника качения с корпусом возможно только за счет изменения размеров расточки корпуса, т. е. в системе вала.
ГЛАВА
СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК ДЛЯ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
4
4.1. Понятия о системе допусков и посадок
Гладкие цилиндрические соединения наиболее распространены в технике, поэтому их регламентация, разработка определенной системы имеют исключительно большое значение.
Системой допусков и посадок называют закономерную совокупность ряда допусков и посадок, построенную на основе исследований и опыта. Главным преимуществом системы является то, что она устраняет произвол при назначении допусков и посадок, значительно. сокращает номенклатуру режущих и измерительных инструментов. Принятие системы позволяет организовать массовое изготовление часто применяемых деталей и узлов на специализированных предприятиях, что дает большой экономический эффект.
В 20-х гг. нашего века в промышленно развитых странах в основном оформились национальные системы стандартов, в том числе и системы допусков и посадок для гладких цилиндрических соединений. Это обеспечило взаимозаменяемость деталей и узлов в машинах и агрегатах, привело к существенному повышению их качества, развитию специализации и кооперирования, массового производства. Однако появление национальных систем стандартов имело и негативные стороны. Осложнился международный обмен, так как оказалось невозможным использование технической документации без коренной ее переработки, весьма усложнились эксплуатация и ремонт импортного оборудования.
Потребовалась координация работ по стандартизации в международном масштабе. В 1926 г. появилась первая международная организация по стандартизации, заложившая основу сотрудничества в этой области.
30
В 1946 г. была создана Международная организация по стандартизации — ИСО, а в 1962 г. был разработан документ— система ИСО для гладких соединений. В большинстве стран начала применяться международная система допусков и посадок ИСО. Страны — члены СЭВ создали Единую систему допусков и посадок для гладких соединений (ЕСДП СЭВ). В СССР ранее разработанная Общесоюзная система допусков и посадок (система ОСТ) с 01.01.1977 г. заменяется ЕСДП СЭВ, затем ЕСДП, что вызвано усилением экономических связей между странами — членами СЭВ, в частности развитием специализации и кооперации их промышленности.
Построение любой системы допусков и посадок предусматривает: выбор основания системы и расположения поля допуска основной детали; назначение единицы допуска, классов (или степеней) точности и градации размеров, а также температурного режима контроля.
4.2. ЕСДП СЭВ. Основания для построения
Рассмотрим основания для построения ЕСДП СЭВ для гладких цилиндрических соединений.
Выбор основания системы. В ЕСДП СЭВ, как и в национальных системах промышленно развитых ' стран, приняты система отверстия и система вала. Юридически они равноправны, однако из экономических соображений в большинстве случаев применяется система отверстия, так как позволяет резко уменьшить номенклатуру применяемого режущего инструмента.
Выбор расположения поля допуска основной детали. Отверстие в системе отверстия и вал в системе вала называют основными деталями. Их предельные отклонения для заданной точности и определенного номинального размера не меняются; различные посадки получают путем изменения предельных размеров сопряженных деталей — вала в системе отверстия и отверстия в системе вала.
Отметим, что трудоемкость обработки детали определяется величиной допуска и не зависит от расположения поля допуска относительно нулевой линии. С точки зрения обеспечения взаимозаменяемости расположение поля допуска основной детали небезразлично.
В ЕСДП СЭВ принято предельное одностороннее расположение полей допусков основных-деталей, когда нижнее отклонение основного отверстия и верхнее от
31
клонение основного вала равны нулю: £7=0; es=0. В обоих случаях допуск размера располагается от номинального размера «в тело» детали, т. е. в плюс для отверстия и в минус для вала.
Такое расположение поля допуска основной детали облегчает проектирование посадок. При этом обеспечивается возможность соединения основной детали (например, основного отверстия) с сопряженной деталью (например, валом), изготовленной с иной степенью точности, без изменения характера посадки.
Принятое расположение поля допуска основного отверстия и основного вала приведено на рис. 3.6, а и б.
Назначение единицы допуска. Величина допуска на размер еще не характеризует степень точности, или, иначе говоря, технологическую трудность обработки. Так, если сравнивать обработку вала диаметром dj=25 мм с допуском Td} = 0,013 мм и вала d2—160 мм с допуском Td2=0,25 мм, то трудно сказать, какой вал сложнее обработать, т. е. какой из них имеет большую точность. Было давно замечено, что погрешности механической обработки увеличиваются с возрастанием диаметра детали, однако установление количественной зависимости представляло серьезные трудности. Для ее определения было проведено детальное исследование наиболее распространенных технологических процессов обработки: обтачивания, шлифования, сверления, развертывания и др.
На основании исследований в ЕСДП СЭВ величина допуска выражается зависимостью:
IT = al, (4.1)
где IT—международный допуск, мкм; а — количество единиц допуска; г —единица допуска, мкм, для размеров до 500 мм:
I = 0,45^5+0,001 D, (4.2)
где D — размер, мм.
Второй член в выражении единицы допуска учитывает погрешности измерения из-за неизбежной разности температур детали и прибора, а также вследствие упругих деформаций его измерительным усилием. Для малых размеров он несущественен, но с увеличением D быстро возрастает.
Назначение квалитетов и градации размеров. В ЕСДП СЭВ, как и в международной системе ИСО, степени точности размера названы квалите-
32
та ми. Предусмотрено 19 квалитетов, обозначаемых порядковыми номерами, возрастающими с увеличением допуска: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, ..., 15, 16, 17. Допуск обозначается буквой IT (международный допуск), за которой следует номер квалитета, например: /701; /78; /Г 17.
Величина допуска для 5—17-го квалитета определяется по формуле (4.1) как произведение единицы допуска на число его единиц, причем последняя величина зависит от номера квалитета (табл. 4.1). Допуски в более точных квалитетах определяются иначе.
Таблица 4.1. Число единиц допуска в 5—17-м квалитетах (размеры до 500 мм)
Кезлитет 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Число единиц допуска 7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 640 1000 1600
С целью упрощения таблиц допусков в каждом ква-литете для определенного интервала номинальных раз меров устанавливается величина допуска, одинаковая для всех размеров, входящих в этот интервал. Допуск определяется по формулам (4.1) и (4.2), в которые вместо номинального размера подставляется среднее геометрическое граничных значений интервала:
D = ГДп а кТ^т!п»
Весь диапазон размеров до 10 000 мм разбит на 26 интервалов, мм: до 3, св. 3 до 6, св. 6 до 10, св. 8000 до 10000.
Точные квалитеты (01, 0, 1) назначаются весьма редко, главным образом при изготовлении плоскопараллельных концевых мер длины, допуски по 1—4-му ква-лнтету применяются обычно при изготовлении рабочих и контрольных калибров. Детали, образующие рекомендованные посадки, выполняются по 4—12-му квалитета м. По грубым квалитетам (13—17-й) задаются допуски на свободные, несопрягаемые размеры.
Назначение необходимого квалитета — весьма сложная технико-экономическая задача. Иногда для этой цели применяют расчет посадки. В гл. 3 было показано, что допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала:
2'
Зак. М»216
33
1
Таблица 4.2
Значе
Интервалы
Квзлитет До 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св. 10 до 1S Св. 15 до 30 Св. 30 до 50
01 0,3 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 '
0 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1 !
1 0,8 1 1 U 1,5 1,5 ’
2 1,2 1,5 1,5 2 2,5 2,5
3 2 2,5 2,5 3 4 4
4 3 4 4 5 6 7
5 4 5 6 8 9 11
6 6 8 9 11 13 16
7 10 12 15 18 21 25
8 14 18 22 27 33 39
9 25 30 36 43 52 62
10 40 48 58 70 84 100
11 60 75 90 НО 130 160
12 100 120 150 180 210 250
13 140 180 220 270 • 330 390
14 250 300 360 430 520 620
15 400 480 580 700 840 1000
16 600 750 900 1100 1300 1600
17 1000 1200 1500 1800 2100 2500
Примечание. Квалитеты 14—17^й для размеров менее 1 мм не предусмотрены.
TN = - №,In = TD + Td-,
TS = Smls - S„,ln = TD + Td-, TN(S)=-Nmu- *S*max — TD±Td. j
(4.3)
При расчете, например, посадки с натягом, конструктор рассчитывает минимальную величину натяга, исходя из значения крутящего момента, передаваемого соединением. Величина максимального натяга ограничивается прочностью соединяемых деталей, которые могут разрушиться при назначении необоснованного, слишком большого NmflX. Определив 7Vm[n и А/тах, по таблице допусков находят, по какому квалитету следует изготовлять детали. Учитывая большую сложность обработки отверстия, допуск на его размер принимают обычно по квалитету, на единицу грубее, чем для вала.
Значения допусков во всех квалитетах для размеров до 500 мм приведены в табл. 4.2. Допуски вала и отверстия одного номинального размера, выполненных в одном квалитете, равны.
Если расчетным путем определить номер квалитета
34
fitlrt допусков, мкм
размеров, им
Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 250 С в. 250 до 315 Св. 315 до 400 Св. 400 до 500
0.8 1 1,2 2 2,5 3 4
1.2 1,5 2 3 4 5 6
• 2 2,5 3,5 4,5 6 7 8
3 4 5 7 8 9 10
5 б 8 10 12 13 15
8 10 12 14 16 18 20
13 15 18 20 23 25 27
19 22 25 29 32 36 40
30 35 40 46 52 57 63
46 54 63 72 81 89 97
74 87 100 115 130 140 155
120 140 160 185 210 230 250
190 220 250 290 320 360 400
300 350 400 460 520 570 630
400 540 630 720 810 890 970
740 870 1000 1150 1300 1400 1550
1200 1400 1600 1850 2100 2300 2500
1900 2200 2500 2900 3200 3600 4000
3000 3500 4000 4600 5200 5700 6300
невозможно, его назначают по аналогии, ориентируясь на точность изготовления деталей, нормально работающих в машинах аналогичного назначения. Ниже приводятся самые общие соображения по назначению ква-литетов для деталей, образующих рекомендованные посадки.
4-й и 5-й квалитеты применяют редко, лишь в особо точных соединениях, не допускающих заметного изменения натяга или зазора. Например, при закреплении высокоточных подшипников шпинделей прецизионных станков и приборов на валу и в корпусе, закреплении эталонных зубчатых колес на валах и оправках и т. и. Часто заданного допуска посадки достигают, используя более грубые квалитеты и селективную сборку.
6-й и 7-й квалитеты используют в ответственных сопряжениях, когда к посадкам предъявляются требования определенности, а к деталям — взаимозаменяемости. Например, при посадке на вал зубчатых колес высокой и средней точности, выполнении посадочных мест для подшипников качения классов точности 0 и 6, подшипников скольжения, соединении гидравлической и пневматической аппаратуры. В автомобильной, авиацион-
35
вой, станкостроительной, турбостроительной промышленности 60—70% ответственных сопряжений выполняется в этих квалитетах.
8-й квалитет применяют в соединениях с большими гарантированными зазорами или натягами, которые менее чувствительны к их увеличению, а также для посадок, обеспечивающих среднюю точность сборки. Например, для подшипников скольжения быстровраща-ющихся валов, сопрягаемых поверхностей с большими натягами, сопряжений с зазором, работающих при повышенной температуре.
9-й и 10-й квалитеты используют в неответственных соединениях с зазором. Посадки с натягом и переходные посадки в этих квалитетах не употребляются из-за неопределенности соединения. С такой точностью изготовляют посадочные места холостых шкивов на валах, подшипники скольжения некоторых неточных валов, неответственные подвижные соединения сельскохозяйственных и дорожных машин.
11-й и 12-й квалитеты применяют в соединениях для грубой сборки под последующую пайку или сварку, а также в грубых соединениях с очень большими гарантированными зазорами, работающих в условиях сильного загрязнения, и в неответственных соединениях (крышки, фланцы и т. д.).
Основные отклонения. Образование полей допусков. Характер сопряжения двух деталей, т. е. вид посадки, определяется взаимным расположением полей допусков вала и отверстия, В ЕСДП СЭВ, как и в системе ИСО, расположение поля допуска задается двумя координатами. Одна — величина допуска для заданного номинального размера, зависящая только от номера квалитета, другая — так называемое основное отклонение—ближайшее расстояние поля допуска до нулевой линии. Если поле допуска расположено выше нулевой линии, то основным является нижнее предельное отклонение: EI или ei; если оно ниже нулевой линии— основным служит верхнее предельное отклонение: ES или es. Основное отклонение всегда имеет знак + или —.
В международной системе установлено 28 основных отклонений отверстий и валов. Они обозначаются буквами латинского алфавита: малыми — основные отклонения валов, большими — отверстий (рис. 4.1). Буквенные обозначения приняты в алфавитном порядке; отклонение а (или Л) позволяет получить максимальные зд**
36
Рис. 4.1. Схема основных отклонений отверстий и валов.
зоры в системе отверстия (или вала). Основные отклонения, обозначенные двумя буквами, встречаются ред-» ко. Так, отклонения валов cd, ef, fg и соответствующие отклонения отверстий CD, £F, FG применяются в точной механике для размеров до 10 мм, отклонения za, zb, zc (ZA, ZB, ZC) обеспечивают получение посадок с очень большими натягами. Основное отклонение, обозначаемое js (Л), означает симметричное расположение поля допуска относитечьно нулевой линии. В этом слу-IT
чае основное отклонение равно ±—, где п — номер квалитета.
Буквой Н обозначается нижнее отклонение отверстия, равное нулю (£/ —0). Так располагается поле допуска основного отверстия. Аналогично отклонение h характеризует основной вал, допуск которого расположен в минус от нулевой линии («в тело»). Верхнее отклонение основного вала es=0.
Основные отклонения отверстий, как правило, равны по числовому значению и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначенным той же буквой. Из этого общего правила сделано исключение для размеров свыше 3 до 500 мм для отверстий /, К, М и N
37
с допусками по 3—8-му квалитету и для отверстий от Р до ZC с допусками по 3—7-му квалитету, для.которых применяется специальное правило:
ES = — ei 4- Д, (4.4)
где &=1ТП'—— разность между допуском того квалитета, в котором образуется поле допуска, и допуском ближайшего более точного квалитета.
Специальное правило обеспечивает получение у двух соответствующих друг другу посадок в системе отверстия и системе вала одинаковых зазоров или натягов, если в посадке отверстие соединяется с валом более точного квалитета.
В ЕСДП СЭВ поле допуска образуется сочетанием основного отклонения, определяющего расположение его относительно нулевой линии, и номера квалитета, который устанавливает величину допуска. Условное обозначение поля допуска состоит из буквы и числа. Например, А7 означает, что это поле допуска вала (так как буква малая), верхнее отклонение которого равно нулю, а величина допуска соответствует 7-му квалитету; это — основной вал. Сочетание F8 означает поле допуска отверстия, у которого нижнее отклонение положительное (см рис. 4.1), а допуск — по 8-му квалитету.
Если поле допуска располагается ниже нулевой линии, то основным является верхнее отклонение, а нижнее определяется по формулам:
ei _ es — IT; ,.
EI - ES — IT.
При расположении поля допуска выше нулевой линии основное — нижнее отклонение, а верхнее равно:
es == ei + IT; .. с.
ES = EI + IT.
В этих формулах IT — допуск размера, определяемый номером квалитета.
В системе ИСО допускаются любые сочетания основных отклонений и квалитетов, что позволяет получать очень большое число (более 500) различных полей допусков валов и отверстий. Это значительно превышает потребности промышленности. В ЕСДП СЭВ путем отбора установлена ограниченная номенклатура полей допусков. Они приведены в ГОСТ 25347—82 (СТ СЭВ 144—75).
Пример, Найти предельные размеры отверстия и
38
вала в соединении 0 30 //7/^6, если основное отклонение g ——1 мкм.
Прежде всего устанавливаем, что отверстие изготовляется по 7-му, а вал — по 6-му квалитету. Из табл. 4.2 находим, что для размера 30 мм /77=21 мкм, а = 13 мкм. Поле допуска отверстия обозначено Н7, следовательно, это основное отверстие, у него £7=0 и по формуле (4.6):
ES = EI + /77=+21 мкм.
Поле допуска вала обозначено g6. Оно расположено ниже нулевой линии (см. рис. 4.1), следовательно, его основное отклонение равно верхнему отклонению: es—g——7 мкм. По формуле (4.5) имеем:
el = es — 17'6^—7—13=—20 мкм.
Таким образом, размер отверстия может быть записан 0 30+0’021, а предельные размеры равны, мм:
Лиах = D + ES =30,021;
Dmln = £> + £’/ =30.
Аналогично для вала 03О2Йй» мм:
= d + es =30+ (—0,007) =29,993;
dm[n = d-\-ei =30+ (-0,020) =29,980.
Назначение температурного режима контроля. Нормальной температурой для измерения деталей ЕСДП СЭВ принята f=+20°C. Она близка к средней температуре рабочих помещений машиностроительных предприятий.
Когда действительная температура детали или измерительного прибора не совпадает или отличается от принятой метрологической, при измерениях возникают погрешности (Arf), определяемые по формуле:
&d = d (aj • Д— Og - Д/2), (4.7)
где d— измеряемый размер, мм; «1 и а2 — коэффициенты линейного расширения материалов детали и измерительного прибора; Д/1 = Л—20° — разность между температурой детали и нормальной (20°C); Л/2 = /2— — 20° — разность между температурой прибора и нормальной.
Пример. Стальной вал 0 2ОО~оо2э мм контролируется при £|=40°С; температура измерительного прибора /2=20°С. Определить погрешность измерения.
39
Принимая во внимание, что для стали ct] = a2 = = 11,5-10-6, по формуле (4.7) рассчитываем погрешность измерения:
Ad = 200* 11,5-Ю”0-20=0,046 мм.
Полученный результат в 1,5 раза превышает величину допуска на изготовление вала.
Пример. Вал из алюминиевого сплава 0 200-0,029 мм измеряется при /=30сС; температура прибора и детали выравнена. Найти погрешность измерения.
Для алюминиевых сплавов щ—26-10“6, для стали «2= 11,5* 10“®. Тогда
М =200-10(26- 10~е—11,5-10~6) =0,029 мм.
Погрешность измерения оказывается равной допуску на изготовление вала.
Приведенные примеры доказывают необходимость учитывать погрешности измерения при любом отклонении от установленного стандартом температурного режима контроля.
4.3. Основные посадки в системе отверстия и системе вала. Обозначения на чертежах
ЕСДП СЭВ содержит разрешенные для применения поля допусков отверстий и валов как для сопрягаемых, так и для несопрягаемых размеров. Все эти^поля допусков образованы в полном соответствии с рекомендациями международной системы ИСО.
Установлены различные поля допусков для интервалов размеров, мм: до 1, от 1 до 500, св. 500 до 3150, св. 3150 до 10 000. Поля допусков для первых трех интервалов приведены в ГОСТ 25347—82 (СТ СЭВ 144— 75), а для последнего — в ГОСТ 25348—82 (СТ СЭВ 177—75). Это позволяет учесть особенности технологии изготовления деталей различных размеров.
Посадки в ЕСДП СЭВ образуются сочетанием полей допусков отверстий и валов. Рекомендуемые посадки различны для каждого интервала размеров. Так, для размеров от 1 до 500 мм стандарт предусматривает 69 посадок в системе отверстия и 61 в системе вала (табл. 4.3 и 4.4). Такое количество посадок полностью обеспечивает потребнрсти всех отраслей промышленности. С целью сокращения номенклатуры центра лизо-
40
Таблица 4.3. Система отверстия. Рекомендуемые посадки при размерах от 1 до 500 мм по ГОСТ 25347-82 (СТ СЭЙ 144-75) Основные отклонения валов я «=г «а О О С 5: ю <о tr: to дг - co »je OS' 5 1 03 OO £ (Л •si о a: co !« CT> £ о T“< 5. о $ cn о 1 SL »—t ч—< 1 О1 •-М- оТ £
Ьо ’Г* S VQ 4*0 tO to" £
>ч to <O £ £ CO co a: £ £ 03 £ £? 03 oT £
GO £ • *» £ QO £ сз -51 co O> йз 03 £ CZ3 о? £ •
ХЗ oo X3 £ oO X oo £ оз хз il oT оз' о — т—Н £ т-* 1 5_ S п ел О С С в> 3 X
ч co £ CO CO £ »—* w—ч Л н t" о
JC1 1"^ s £ сь OI к S s '-— к €Ч О; S Й
« W—* *: <ч & m
К о Он си д О ф О « 0 о и: о С. tp Л: !S Sg о I £ ч-ч £ ф :п <ч тг ф 2 с сх 03 £
41
to '
Окончание табл. 4.3
Основное отверстие Основные отклонения валов
J я k m n p r J t u X x •
Посадки
/75 775/Д4 H5/k4 HbfmA /75/П4
Н6 Т76//.5 /76/Л5 Z76/n5 HG/p5 Hb/r5 /76/s5
/77 |777/Д6| j~/7wi H7/mb |/77/лб| \H7jpb\ |//7/r6| 1/77^61 H7 Is7 H7/t& H7/u7
№ HS/js7 /78/А7 H8/m7 Z78/n7 Z78/s7 H8/u8 778/x8 /78/z8
Н9
/710 •
/711
/712
Таблица 4.4. Система вала. Рекомендуемые посадки при размерах от 1 до 500 мм по ГОСТ 25347—82 (СТ СЭВ 144—75)
Основной вал Основные отклонения отверстий
Д В с D 1 Е 1 F G Н
Посадки
M С5/Л4 H5/h4
Л5 Р7№ С6/Л5 HG/h5
Лб £>8/Л6 £8/Лб F7/h5; |/8/Л6| С7/Л6 1/77/Л6[
h7 П5/Л7 £8/Л7 £8/Л7 1Н8/Л7]
Л8 £)8/Л8;Р9/ЛВ £б/Л8; 1,£9/Л81 £8/Л8;£9/Л8 1//8/Л81; /79/Л8
Л9 О9/Л9;СЮ/Л9 £9/Л9 £9/Л9 Я8/Л9; /79/Л9; /710/Л9
Л10 DIO/ЛЮ Я10/Л10
ЛИ ЛП/М1 BWIhW СП/ЛИ Dll/ЛИ 1//П/ЛИ)
Л12 B\2!h\2 1 Я12/Л12
Примечание. В рамки заключены предпочтительные посадки.
ваннб изготовляемых мерных режущих инструментов и предельных калибров в системе отверстия отобрано 17, а в системе вала 10 предпочтительных посадок. Их рекомендуется назначать в первую очередь.
В технически обоснованных случаях допускаются и другие посадки, образованные полями допусков отверстий и валов, приведенными в стандарте. Рекомендуется, чтобы и в этих случаях посадки образовывались по возможности в системе отверстия или вала, чтобы допуск отверстия был больше или равен допуску вала и чтобы допуски отверстия и вала отличались не более чем на два квалитета.
На чертежах и в другой технической документации посадка обозначается в виде дроби (или в одну строку): в числителе (или на первом месте)—условное обозначение поля допуска отверстия, а в знаменателе (или на втором месте) — вала, например: 0 30~|, или 0 30 Я7/£б, или 0 30 /77 —£б,-
4 4. Рекомендации по назначению посадок
Посадка может быть назначена в системе отверстия или в системе вала. По стандарту они равноправные, однако в большинстве случаев предпочтительнее система отверстия (см. с. 28). После назначения системы выбирают посадку. Иногда для этого производят расчеты, чаще же посадку определяют по аналогии, ориентируясь на соединения, работоспособность которых в аналогичных условиях доказана практикой.
Посадки с натягом применяют для передачи соединением крутящего момента или осевой силы, как правило без дополнительного крепления. Лишь изредка, при передаче очень больших моментов и особо тяжелых условиях работы (ударах, знакопеременных нагрузках), соединение дополнительно крепят штифтами, винтами, шпонками. Значительное упрощение конструкции и простота сборки делают эту группу посадок широко распространенной во всех отраслях машиностроения.
В справочниках имеются формулы для расчета посадок с натягом. Минимальный натяг определяют исходя из размеров поверхностей контакта соединяемых деталей и величины передаваемого момента (или осевой силы), а максимальный — исходя из прочности соединяемых деталей.
45
Когда Wmtn и Мпах установлены, находят допуски посадки, а также размеров вала и отверстия. Это дает возможность определить номер квалитета — точность изготовления сопрягаемых деталей. Иногда для вала и отверстия назначают один квалнтет, а иногда для от-верстия предусматривают больший допуск, учитывая сложность его обработки и контроля, т. е. выполняют его с допуском па один квалнтет грубее. После решения вопроса о точности изготовления назначают вид посадки по минимальному натягу, необходимому для нормальной работы соединения. Предельные значения натяга в рекомендованных посадках ЕСДП СЭВ приведены в табл. 4.5.
Пример. Назначить посадку с натягом, если номинальный диаметр соединения 40 мм, A'min=8 мкм и А'тах = 55 мкм. Выбираем систему отверстия. Определяем допуск посадки:
TN = TD + Td = //max — TVm5n = 58—8=47 мкм.
Из табл. 4.2 для размера 40 мм находим: 77’6 = = 16 мкм; /77 = 25 мкм. Назначаем допуск вала по 6-му, а допуск отверстия — по 7-му квалитету. В табл. 4.5 находим посадку /77/гб, для которой Azrain=9 мкм и А^пах — 50 мкм, что приемлемо.
При расчетах предельных значений натяга учитывается шероховатость поверхности сопрягаемых деталей.
Заметим, что расчет посадок с натягом является приближенным, так как он не учитывает ряд факторов, использует средние значения коэффициента трения и т, д. Ошибки и неточности расчета могут привести к неправильной работе соединения или даже разрушению деталей при сборке с помощью пресса. Поэтому при выборе посадок с натягом рекомендуют осуществлять их экспериментальную проверку.
Во многих случаях назначение посадок с натягом производят исходя из условий работы соединения по аналогии с успешно действующими узлами сходного назначения.
ЕСДП СЭВ предусматривает для размеров от 1 до 500 мм' 13 рекомендованных посадок в системе отверстия (см. табл. 4.3) и 6 в системе вала (см. табл. 4.4).
Схема рекомендованных посадок с натягом в системе отверстия (пример взят для размеров св. 50 до 65 мм) приведена на рис. 4.2. Из нее видно, что как средняя величина натяга, так и его предельные значения изменяются в очень широких пределах.
46
Таблица 4.5. Предельные значения натяга в рекомендуемых посадках с гарантированным натягом в ЕСДП СЭВ.
Система отверстия
Посадки
Номинальные размеры, мм I 7/6/р5 и (is CD t *8 о to и 5 *5 £ 1 <О £ . //7/и7 СО а со а; оо Ч g 00 §
Предельные натяги N^QVIN л/ гп'п’ мкм
Се. 10 до 14 26 29 31 34 36 39 46 46 51 60 67 13 77 23
Св. 14 до 18 7 0 12 5 17 10 10 1 15 6 72 18 87 33
Св. 18 до 24 62 74 87 106
31 35 37 41 44 48 56 56 20 8 21 40
Св. 24 до 30 9 1 15 7 22 14 14 2 54 20 69 27 81 15 97 А— 31 121 55
Сз. 30 до 40 37 42 45 50: 54 59 68 68 64 23 85 35 99 21 119 41 151 73
Сз. 40 до 50 10 1 18 9 27 18 18 4 70 95 109 136 175
29 45 31 58 97
Сз. 50 до 65 45 13 51 2 54 22 60 11 66 34 72 23 83_: 23 83 7 85 36 117 57 133 41 168 76 218 126
Св. 65 до 80 45 51 56 62 72 78 89 89 94 132 148 192 256
13 2 24 13 40 29 29 13 I 45 72 56 100 164
Св. 80 до 100 52 15 59 2 65 29 73 16 86 49 93 36 106 36 106 17 П3|15^178 56 89 70 232 124 312 204
Св. 100 до 120 52 59 69 76 94 101|114 114 126 179 198 264 364
15 2 32 19 57 44 44 25 69 109 90 156 256
Св. 120 до 140 61 68 81 88 110 117 132 132 147 210 233 311 428
18 3 38 23 67 52 52 29 82 130 107 185 302
Св. 140 до 160 61 18 68 3 83 40 90 25 118 75 125 60 140 60 140 37 159 94 230 150 253 127 343 217 478 352
47
Е&ЙЯ -Предпочтительные поля допускай
Рис. 4.2. Схема посадок с натягом в системе отверстия.
Рекомендуемые посадки могут быть разделены на 3 группы.
К легким относятся посадки Я7/р6, НЪ/р5. Они гарантируют наименьший натяг, требуют для соединения небольших осевых усилий и применяются для соединения тонкостенных деталей малой прочности. Они очень чувствительны к изменению натяга, поэтому встречаются только в точных квалитетах, могут передавать небольшие моменты или усилия. Посадка /77/рб предпочтительная, Н6/р5 применяется редко. Так соединяются, например, тонкостенные втулки с корпусами, установочные кольца на валу электродвигателя, втулки с зубчатыми колесами коробок скоростей металлорежущих станков.
Посадки со средней величиной натяга типа H/r, H/s, H/t используются наиболее часто. Они обеспечивают натяг средней величины и гарантируют передачу значительных крутящих моментов и усилий без дополнительного крепления. Стандарт предусматривает 7 рекомендуемых посадок, из них Я7/г6 и H7/sf> предпочтительные. Они служат для соединения втулок с корпусом кондуктора, закрепления зубчатых колес на валах коробок скоростей, установки бронзовых венцов червячных колес, соединения фиксаторов и упоров с корпусами приспособлений и т. д.
Тяжелыми и особо тяжелыми являются посадки ти
4»
па Н/и, Н/х,. Hfz, Они характеризуются большим гарантированным натягом и значительным его колебанием. Предназначены для передачи больших усилий и моментов при тяжелых условиях работы соединения без дополнительного крепления. Посадки этой группы обычно не рассчитывают. Рекомендуется опытная проверка назначенных посадок. Большую определенность посадки, уменьшение колебания величины натяга и снижение уровня Nmax достигают путем сортировки деталей по действительным размерам и селективной сборки.
ЕСДП СЭВ в системе отверстия предусматривает 4 посадки этой группы: /77/и7, Н8/и8 применяют, например, для закрепления вагонных колес на осях, соединения установочных штифтов с корпусами станочных приспособлений, закрепления соединительных муфт на концах валов; Н8/х8, H8/z8— в неразъемных соединениях, работающих в знакопеременном режиме при наличии ударов и вибраций. Среди этих посадок нет предпочтительных.
Посадки с зазором обеспечивают относительное перемещение соединяемых деталей при работе машины или с целью ее регулировки. Они облегчают сборку и разборку узла. Разнообразие конструктивных вариантов, изменение скорости относительного перемещения в широких пределах, колебание температурного режима работы соединения, различные требования к точности центрирования делают эту группу посадок самой распространенной.
Расчет посадок с зазором выполняется редко. Обычно назначение их производится с учетом опыта эксплуатации аналогичных соединений и узлов машин и механизмов.
ЕСДП СЭВ устанавливает 40 рекомендуемых посадок в системе отверстия, из них 11 предпочтительных, и 39 посадок в системе вала, в том числе 6 предпочтительных. Величина зазора в них изменяется в очень широких пределах (см. табл. 4.3, 4.4 и 4.6).
На рис. 4.3 приведена схема нескольких рекомендованных посадок с зазором в системе отверстия, причем основное отверстие изготовлено в самом распространенном 7-м квалитете.
Чаще других используют посадки типа H/h. Они имеются во всех квалитетах, где предусмотрены рекомендованные посадки, т. е. в 4—12-м. Эта группа посадок обеспечивает минимальный зазор в соединении (гарантированный зазор равен нулю). Их используют при
49
Таблица 4,6, Предельные значения зазора в рекомендуем
Номинальные размеры, им Посадки
м-ьа ю g Ю Ьо 1 £ £ СО g со ае со ч* §
Предельные зазоры /5 , мкм ИЗОЛ* ЩШ
Сз. 10 ДО 18 13 19 6 19 25 38 29 35 52 68 77 95 104 86
0 0 6 16 0 6 16 32 32 50 50 32
Св. 18 до 30 15 22 22 29 46 34 41 62 82 94 119 131 106
0 7 0 7 20 0 7 20 40 40 65 65 40
Св. 30 до 50 18 27 27 36 57 41 50 75 100 114 144 158 128
0 9 0 9 25 0 У 25 50 50 80 80 50
Св. 50 до 80 21 31 32 42 68 49 59 90 30 120 136 176 192 100 152
«I 10 0 10 30 0 10 60 60 100 60
Св 80 до 120 25 37 37 49 80 57 69 106 142 161 209 228 180
0 12 0 12 36 0 12 36 72 72 120 120 72
Св, 120 до 180 30 44 43 57 93 65 79 123 165 188 248 271 211
0 14 0 14 43 0 14 43 85 85 145 145 85
Номинальные размеры, мм Посадки
со 1: ос* СО а: £ СО СО C7J СТ* й: 73 Л со 5и оо’съ £:с О', чо о? 1 сл се сс'сэ 5^ Oh 1 ОТР'ОШ
Предельные зазоры ^max/^min’ Ъ!КМ
Сз. 10 до 18 61 70 45 54 120 136 102 118 86 102 70 86 190
16 16 0 0 50 оО 32 32 16 16 0 0 50
Св. 18 до 30 74 86 54 65 150 169 125 144 105 .124 85 104 223
20 20 0 0 6-э 05 40 40 20 20 0 0 65
Св. 30 до 50 89 103 64 78 181 204 151 174 126 149 101 124 280
25 25 0 0 80 80 50 50 25 25 0 0 80
Св. 50 до 80 106 122 76 92 220 248 180 208 150 178 120 148 340
30 30 0 0 100 100 60 60 30 30 0 0 100
Сз. 80 до 120 125 144 89 108 261 294 213 246 177 210 141 174 400
36 36 0 0 120 120 72 72 36 36 0 0 120
Св. 120 до 180 146 169 103 126 308 345 248 285 206 243 163 200 465
43 43 0 0 145 145 85 85 43 43 0 0 145
50
посадках с гарантированным зазором в ЕСДП СЭВ. Система отверстия
Номинальные размеры, мм Посадки
О» о О © ПИ'ПЯ IIP.IW сч 45 СЧ £ оо Cj Ё СО tc Н11/С11 т**< ЛЬ ♦-Ч Т-4 TflVoll еч г-< ЛЬ м £
Предельные зазоры 5niax/^rnin' м,см
Св. 10 до 18 ИЗ 0 140 0 220 0 270 50 360 0 140 95 149 95 315 95 370 150 510 290 510 150
Св. 18 до 30 136 0 168 0 260 0 325 65 420 0 164 110 176 ПО 370- U0 420 160 560 300 580 160
Св. 30 до 40 162 200 320 400 500 184 120 198 120 440 120 490 170 630 310 670 170
Св. 40 до 50 0 0 0 80 0 194 130 208 130 450 130 500 180 640 320 680 180
Св. 50 до 65 194 240 380 480 600 216 140 232 140 520 140 570 190 720 340 790 190
Св. 65 до 80 0 0 0 100 0 226 150 242 150 530 150 580 200 740 360 800 200
Св. 80 до 100 227 280 440 0 560 700 0 259 170 278 170 610 170 660 220 820 380 920 220
Св. 100 до 120 0 0 120 269 180 288 180 620 180 680 240 850 410 910 240
Св. 120 до 140 260 0 320 0 500 0 645 145 800 0 303 200 326 200 700 200 760 260 950 460 1060 260
Св. 140 до 160 313 210 336 210 710 210 780 280 1020 520 1080 280
Св. 160 до 180 333 230 356 230 730 230 810 310 1080 580 1110 310
51
Рис. 4.3. Схема рекомендованных посадок с зазором в системе отверстия.
настой разборке узла, например, если присоединяемая деталь сменная; для центрирования неподвижно соединяемых деталей, если требования к его точности невелики, для передачи моментов или усилий (в этом случае необходимо дополнительное крепление шпонками, штифтами). Они используются и в тех случаях, когда при настройке необходимо регулировать взаимное расположение сопряженных деталей.
Посадка предпочтительная. Ее применяют
при высоких требованиях к центрированию часто разбираемых или регулируемых соединений, например сменных зубчатых колес на валах металлорежущих станков, центрирующих корпусов под подшипники качения и т. п. Посадка Я8/Л7 также предпочтительная. Она обеспечивает легкость сборки и регулировки узла, но при меньшей точности центрирования.
Посадки /78//г8, Я8//19, Н9/Л8, HtyhS предназначены для машин и механизмов пониженной точности, где не требуется точного центрирования. Они обеспечивают легкость сборки и регулировки узла. С такими посадками устанавливают, например, сменные шкивы и ше
52
стерни на валах сельскохозяйственных машин. Посадка /78//z8 предпочтительная.
Посадки высокой точности f/5/М и HS/hS применяют при особо высоких требованиях К точности центрирования. Так, например, устанавливают эталонные зубчатые колеса на шпинделях измерительных приборов, соединяют пиноль с корпусом задней бабки токарного станка. В общем машиностроении эти посадки применяются редко.
Посадки пониженной точности Я10/Л9, Я10/Л10, Я11/Л11, H12/hl2 предназначены для неответственных с точки зрения точности соединений арматуры, центрирования фланцев и крышек и др.
Посадки типа H/g гарантируют небольшой зазор» обеспечивающий взаимное относительное осевое перемещение сопряженных деталей при сохранении высокой точности центрирования. Они очень чувствительны к увеличению зазора, поэтому применяются только в точных квалитетах. В системе отверстия три рекомендованных посадки: H5/g4, Hfyg5 и H7[gS, последняя предпочтительная. Используются в соединениях направляющих шпинделей точных станков, подвижных зубчатых колес на валах коробок скоростей, золотниковых пар гидроприводов и т. д.
Посадки типа H/f гарантируют зазор, достаточный для относительного вращения соединяемых деталей со средней скоростью. Высокоточная посадка H6/f6 применяется редко, только в точных машинах и механизмах. Л посадки H7/f7t Htyfl — значительно чаще, особенно первая, предпочтительная. Их используют для подшипников скольжения при средней скорости вращения, для свободно вращающихся на валах зубчатых колес, соединения шатуна с пальцем кривошипа и во многих других случаях.
При меньших требованиях к точности центрирования применяют посадки пониженной точности Z/8//8, Я8//9, H$/f9. Например, для соединения с вала-
ми свободно вращающихся шкивов, сцепных муфт, для подшипников скольжения с увеличенной длиной сопряжения. Посадки этой группы не очень чувствительны к увеличению зазора.
Посадки Н/е обеспечивают значительно больший гарантированный зазор, чем Я/f. Они служат для сопряжений быстровращающихся деталей при значительной длине сопряжения, в многоопорных валах.
53
Посадки HTIel, Н7/е&> Н8/е8 используют в опорах валов турбогенераторов, центробежных насосов, в подшипниках коренных щеек коленчатых валов и распределительного вала двигателей внутреннего сгорания. А посадки пониженной точности /78/е9, Н9/е8 и Н9/е9 — в подшипниках скольжения неответственных машин.
Посадки типа H/d обеспечивают большой минимальный зазор и служат в основном для компенсации погрешностей сборки или температурных деформаций. Точные посадки 777/J8, Н8/а8 предназначены для точных соединений, работающих при значительном перепаде температур и тяжелых режимах, например в подшипниках турбин, валках прокатных станов и т. п.
Посадки H8/d8 и H9/d9 (предпочтительные) используют при монтаже приводных валов в подшипниках, для соединения холостых шкивов с валами и т. д. Посадки низкой точности f71O/dlO, ЯП/dll—для неточных подвижных соединений.
Очень большими гарантированными зазорами характеризуются посадки типа Н/а, Н/b, Н/с. Применяют их в основном в грубых (J 1-м и 12-м) квалитетах, в связи с чем колебания зазоров очень велики. Они служат для легкого соединения неответственных деталей с целью компенсации погрешностей сборки, температурных деформаций, обеспечения относительного перемещения деталей в условиях загрязнения и т. д.
Переходные посадки обеспечивают легкость сборки и разборки неподвижных соединений при высокой точности центрирования. Совместить два таких требования довольно трудно, так как для первого в соединении требуется зазор, в то же время его наличие снижает точность центрирования. В переходных посадках поля допусков отверстия и вала частично перекрываются, и в соединении возможно появление как зазора, так и натяга. Величина максимального натяга значительно меньше, чем у неподвижных посадок, и сборка деталей обычно возможна с помощью молотка (деревянного или киянки, медного или тяжелого, свинцового). Наибольший возможный в соединении зазор также невелик, он не ухудшает заметно центрирование. Передача моментов и усилий в соединении обеспечивается с помощью штифтов, шпонок и т. и.
Переходные посадки очень чувствительны к изменению натяга и зазора, поэтому предусмотрены только в точных квалитетах (4—7-й), где определенность посадки выдерживается достаточно строго.
54
Рис. 4.4. Схема рекомендуемых переходных посадок в системе отверстия.
Схема переходных посадок в системе отверстия при ведена на рис. 4.4.
Посадки типа /7//в в соединениях почти всегда (в 99% случаев) дают зазор. Их применяют при частой разборке неподвижного соединения. Удовлетворительное центрирование может быть достигнуто только при малых нагрузках. Сборка деталей обычно производится с помощью деревянного молотка.
Посадка H7/j$6 предпочтительная. Используется в сменных зубчатых колесах на валах, съемных шкивах и муфтах и т. п. Посадку //8//.J иногда применяют при снижении требований к точности центрирования.
Посадки типа H/k характерны тем, что вероятность появления в соединении зазора или натяга примерно одинакова. Они обеспечивают хорошее центрирование при достаточно легкой сборке, поэтому довольно широко распространены. Посадки повышенной точности HbjkA, имеют ограниченное применение в ответственных соединениях, высокоточных приборах и подобных изделиях. Посадка H7/k6 предпочтительная. Служит, например, для соединения зубчатых колес, звездочек цепных передач, шкивов, муфт с валами, причем передача мо
55
мента обеспечивается шпонками, штифтами, винтами. Посадка меньшей точности Я8/Й7 может применяться при сниженных требованиях к точности центрирования.
Посадки типа Н/т занимают промежуточное положение между H/k и Н/п. Они характеризуются значительно большей вероятностью появления в соединении натяга (около 95%), чем зазора. Это делает сборку и разборку соединения более сложными, чем при посадках Н/k, которые обеспечивают вполне удовлетворительное центрирование. В то же время, натяги в соединении сравнительно малы и не позволяют передать заметных крутящих моментов без дополнительного крепления. Рекомендуемые посадки: Н5/тА, Н6/т5, Н7/т§, Н8/т7, предпочтительных нет. Служат для закрепления штифтов, соединения тонкостенных втулок с валами и т. д.
Посадки типа Н/п в 99% случаев дают натяг и являются наиболее прочными из переходных посадок. При спокойных условиях работы могут передавать усилия и моменты средней величины без дополнительного крепления соединений. Из четырех рекомендованных посадок— НЪ/п4, НЪ/п5, Н7/п& и Н8/п7— предпочтительная Н7/п8, Предназначены для соединения кондукторных втулок с корпусом, муфт на валах электродвигателей, червячных колес на валах и т. д.
В табл. 4.7 приведены предельные натяги и зазоры рекомендуемых переходных посадок в системе отверстия. Они определены для размеров свыше 10 до 180 мм. Если номинальный размер соединения иной, то характеристику посадки следует определять по ГОСТ 25347—82 (СТ СЭВ 144—75).
4.5. Допуски и посадки подшипников качения
Подшипники качения — самые распространенные стандартные узлы с полной внешней взаимозаменяемостью. Это означает, что гарантируется полная взаимо
заменяемость по посадочным поверхностям подшипника: наружной поверхности наружного кольца и отверстию внутреннего кольца. Взаимозаменяемость облегчает сборку машин, стабилизирует качество изделий, упрощает замену подшипников при ремонте.
По точности вращения, размеров и взаимного расположения поверхностей подшипники качения подразделяют по классам точности. Стандартами — ГОСТ 520— 71 (СТ СЭВ 774—77)—установлено пять таких КЛ ас-
56
Таблица 47. Предельные значения натягов й зазоров в рекомендуемых переходных посадках ЕСДП СЭВ.
Система отверстия
Посадки Номинальные размеры, мм
Св. 10 до 18 Св. 18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180
Предельные натяги *max/Nmin (-$т8х)> «к“
/Л5/т4 12 14 16 19 23 27
-I — 1 -2 -2 -2 -3
/Л5/Л4 6 8 9 10 13 15
-7 -7 -9 -11 —12 -15
2,5 3 3,5 4 5 6
—10,5 -12 —14,5 -17 —20 —24
/76/я5 20 24 28 33 38 45
1 2 1 1 1 2
//6/z»5 15 17 20 24 28 33
—4 —5 -7 -8 -9 -10
/Уб,'*5 9 11 13 15 18 21
-10 -11 —14 -17 -19 -22
Mljs5 4 4,5 5,5 6,5 7,5 9
— 15 -17,5 -21,5 —25,5 -29,5 —34
H7<nQ 23 28 33 39 45 52
-6 -6 —8 -10 -12 -13
18 21 25 30 35 40
-11 -13 —16 —19 -22 —25
JH/MS 12 15 18 21 25 28
-17 —19 -23 —28 —32 -37
fi7/jsb 5,5 6,5 8 9,5 11 12,5
-23,5 -27,5 —33 -39,5 —46 -52,5
Htynl 30 —15 36 42 50 58 67
—18 —22 -26 -31 —36
Htyrnl 25 29 34 41 48 55
-20 -25 -30 -35 —41 -48
7/8/67 19 1 23 27 32 38 43
—26 -31 -37 —44 -51 -60
WJ 9 10 12 15 17 20
—36 —43 -51 -61 -71 -83
57
соз, обозначаемых в порядке повышения точности: 0, 6, 5, 4 н 2.
Класс точности подшипника назначают с учетом требований его точности, скорости вращения и других условий работы узла или машины в целом. В машиностроении обычно применяют подшипники нулевого класса. При повышенных требованиях к точности вращения вала (шпинделя точных станков и приборов) назначают 6-й и 5-й классы» а при необходимости высокой скорости и точности его вращения (шпинделя шлифовальных и прецизионных станков, высокооборотных двигателей и т. п.) —5-й и 4-й. Подшипники 2-го класса точности применяют для прецизионных приборных устройств, например гироскопов.
Назначенный класс точности проставляют через тире перед условным числовым обозначением подшипника. Отметим, что стоимость подшипника одного и того же типа резко возрастает с повышением его точности. Номенклатура типоразмеров подшипников высоких классов точности ограничена.
Нормальную работу подшипника определяет величина радиальных зазоров в нем и ее колебание, а это зависит как от точности подшипника, так и от характера посадки его на вал и в корпус. Государственные подшипниковые заводы выпускают подшипники универсального назначения, а требуемый характер соединения в каждом конкретном случае достигается за счет размеров шейки вала (посадка внутреннего кольца) или расточки корпуса (посадка наружного кольца). Вот почему соединение наружного кольца подшипника с расточкой корпуса выполняется в системе вала, а посадка подшипника на вал — в системе отверстия.
В то же время ажурная конструкция внутреннего кольца делает подшипник очень чувствительным к величине зазоров и особенно натягов. Стандартные рекомендуемые посадки оказываются малопригодными для соединения подшипника с валом из-за большой величины гарантированного натяга и его значительного колебания. Возникла необходимость в специальных подшипниковых посадках. Эти посадки получены самым экономичным способом — путем использования стандартных полей допусков валов, например gQt /гб, тб и др., и поля допуска внутреннего кольца подшипника, расположенного не в плюс («в тело»), как у основного отверстия, а в минус.
На рис. 4.5, а приведена схема расположения полей
58
кольца поашипника
Г7Л - Поле дописка внутреннего кольца подшипника
Рис. 4.5. Схема посадок подшипников качения на вал и в корпус: а — расположение полей допусков валов и внутреннего кольца; б — расположение полей допусков при посадке наружного кольца в корпус.
допусков валов и внутреннего кольца подшипника 0-го класса точности. Такое расположение полей допусков меняет характер посадки кольца на вал. Так, если шейка вала изготовлена с допуском по £б, то соединение внутреннего кольца с валом происходит не по посадке с гарантированным зазором H/gt а по переходной. Если шейка вала выполнена с допуском по £6, тб или пб, то соединение осуществляется по посадкам с небольшим натягом, а не по переходным.
Схема расположения полей допусков при посадке наружного кольца подшипника в корпус показана на рис. 4.5,6.
Поля допусков средних диаметров наружного и внутреннего колец подшипника и по величине, и по расположению не совпадают с полями допусков основных деталей — основного вала и основного отверстия. В зависимости от класса точности подшипника установлено следующее обозначение этих полей допусков: среднего диаметра dm внутреннего кольца подшипника: АО, £6, £5, £4, £2; среднего диаметра Dm наружного кольца подшипника: /0, /6, Z5, /4, 12.
Выбор посадок колец подшипников определяется характером их нагружения. В зависимости от того, вращается или не вращается кольцо относительно действу-
59
Рис 4.6. Различные виды нагружения: а — местное; б — циркуляционное; о — колебательное.
ющей на него радиальной нагрузки, различают три вида нагружения: местное, циркуляционное, колебательное.
Местным называют такой вид нагружения кольца, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца (в пределах зоны нагружения) и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение имеет место, когда кольцо не вращается относительно действующей нагрузки. На рис. 4.6, а местное нагружение испытывает наружное кольцо, неподвижное относительно постоянной по направлению нагрузки.
Циркуляционным называют такой вид нагружения кольца, при котором'действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка последовательно воспринимается всей окружностью дорожки качения и последовательно передается всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, когда кольцо вращается относительно радиальной нагрузки Fr (рис. 4.6,6, наружное кольцо). При одновременном действии постоянной по направлению силы Fr и вращающейся Fc, причем FT>FCt—оно испытывает колебательное нагружение. В этом случае кольцо воспринимает равнодействующую Fr+c ограниченным участком окружности дорожки и передает ее ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (рис. 4.6, в).
При назначении посадок подшипников качения необходимо иметь в виду, что циркуляционное нагружение обеспечивает равномерный износ дорожки качения, т. е. подшипнику гарантируется расчетная долговечность. Местное нагружение приводит к интенсивному износу лишь небольшого участка дорожки качения кольца, при
60*
лица 4.8. Рекомендуемые посадки шариковых и роликовых радиальных подшипников на вал (класс точности 0)
ю
CU
Примеры применения в машинах и подшипниковых узлах Ролики ленточных транспортеров, конвейеров, подвесных дорог для небольших грузов, барабаны самописцев Колеса автомобилей, тракторов, вагонеток, самолетов и т. п. Блоки грузоподъемных машин, валки прокатных станов Коробки скоростей станков, газотурбинные двигатели, вентиляторы, редукторы, сельхозмашины, коробки передач автомобилей и тракторов, электромоторы рбины, кривошипно-шатунные ^3 § И 0 h О- у! § « £ s © g 3 с П с я £ >. S си § * S 3 -S а и н о « - w и | £
н * ж S о J! S tj© Л Д (Т) —->
Рекомендуемые посадки i0/g6 to —— с о 10 о о о <0 о <1 t© о <3 I о <0 О' to tD £ О •Ч <0 О *4 to е с
Диаметр отверстия подшипника, мм - Все диаметры До 100 До 250 Шариковые до 100; роликовые до 40 Шариковые св. 100; роликовые до 100 1 । Роликовые до 250 । • i
Режим работы ; Легкий или нормальный Нормальный или тяжелый Легкий или нормальный Нормальный или тяжелый
Вид нагружения 1 местное (вал ь и> кз КЗ а. и и и 'к' U Циркуляционное (вал вращается)
6J
Таблица 4.9. Натяги и зазоры при посадке шариковых и роликовых подшипников на вал (класс точности О)
Посадки । Номинальные размеры, мм
Св. 6 до 10 Св. 10 до 13 Св. 18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 30 до 120 Св. 120 до 180
Предельные значения натягов (зазоров) ^max ( min (^ггах)' мкм
£0/«6 27 31 38 45 54 65 77
10 12 15 17 20 23 27
£0/т6 23 26 31 37 45 55 65
6 1 8 9 11 13 15
LO/kO 18 20 25 30 35 45 53
1 1 2 2 2 3 3
£0/Д6 12.5 13,5 16.5 20 24,5 31 37,5
-4,5 —5,5 -6,5 -8 —9,5 -И -12,5
Д0/Л6 8 8 10 12 15 20 25
-9 —11 -13 -16 -19 с» —25
LO/gO 3 2 3 3 5 8 11
—14 -17 —20 -25 —29 —34 -39
10/ f6 —5 -8 -10 -13 -15 -16 -18 -68
—22 —27 —33 -41 -49 -58
этом возникают колебания радиального зазора, повышенные динамические нагрузки н подшипник быстро выходит из строя.
Для создания оптимальных условий работы подшипника кольцо, испытывающее циркуляционное нагружение, соединяют с натягом или по переходной посадке; при работе узла оно не должно проворачиваться относительно присоединяемого элемента. Кольцо, испытывающее местное нагружение, монтируют с зазором или по переходной посадке, добиваясь самопроизвольного периодического проворота его на небольшой угол. Тогда усилие будет восприниматься последовательно различными участками дорожки качения, что приведет к более равномерному износу и увеличению долговечности подшипника.
Окончательное назначение посадок определяется режимом работы подшипника. В табл. 4.8 приведены ре-62
Таблица 4.10. Рекомендуемые посадки радиальных шариковых и роликовых подшипников в корпус (класс точности 0)
Примеры применения в машинах и подшипниковых узлах Колеса самолетов, башенных кранов, ведущие барабаны гусеничных машин Передние колеса автомашин иля тягачей, ходовые колеса мостовых кранов, опорно-поворотные устройства кранов, ролики рольгангов Ролики ленточных транспортеров, барабанов комбайнов Коробки передач, задние мосты автомобилей, тракторов, шпиндели металлорежущих станков Редукторы, электродвигатели, трансмиссионные валы, машины бумажной промышленности, оборудование бытовой техники
Рекомендуемая посадка о § о О & о о о >*- & О Ё •2
Режим работы Тяжелый при тонкостенных корпусах 1 Нормальный иля тяжелый »я 3 к Л л S сх о X Нормальный или тяжелый Нормальный или легкий
Вид нагружения Циркуляционное (вращается корпус) га С. га Ч о сз О д к н tx О О G3 63
Таблица 4.11. Натяги и зазоры при посадке шариковых и роликовых подшипников в корпус (класс точности О)
Посадки Номинальные размеры, мм
Св. б до 10 Св. 10 до 18 Св. 18 до 30 Св. 30 до 50 Се. 50 ДО ей Св. ВО до 120 Св. 12» до 150
Предельные значения натягов (зазоров) ^тах ('"$пнп)/Лт1п (~\пах)' мкм
Р7//0 24 29 35 42 51 59 68
1 3 5 6 8 9 10
Л7//0 19 23 28 33 39 45 52
—4 -3 -2 -3 -4 -5 —6
Л17//0 15 18 21 25 30 35 40
-8 -8 -9 —И —13 -15 -18
К7//0 10 12 15 18 21 25 28
-13 -14 -15 -18 -22 -25 -30
V/Z9 7 9 10 12 15 17 20
—15 -17 -19 —23 -28 -32 -38
7Z7/Z0 0 0 0 0 0 0 0
-23 -26 -30 -36 -43 -50 —58
G7/IQ -5 -6 —7 -9 -10 -12 —14
—28 -32 -37 -45 —53 -62 -72
комендуемые посадки внутреннего кольца подшипника 0-го класса точности на вал, а в табл. 4.9 — предельные значения натягов и зазоров для рекомендуемых посадок. Табл. 4.10 и 4.11 содержат аналогичные сведения для случая посадки наружного кольца в расточку корпуса. Таблицы составлены для наиболее распространенных вариантов использования шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников. Для других вариантов следует пользоваться информационным приложением к ГОСТ 3325—85 (СТ СЭВ 773—77).
Для создания необходимых условий эксплуатации подшипников качения к присоединяемым поверхностям— шейке вала и расточке корпуса — предъявляются дополнительные требования по шероховатости поверхности и погрешности формы. Шероховатость присоединяемой поверхности приводит к искажению характера соединения колец подшипника с валом или корпу-
64
Сом как в процессе сборки, так и при эксплуатации узла. Установлено, что для класса точности О шероховатость посадочных поверхностей под подшипники должна быть Л\<1,25 мкм для диаметров посадочной поверхности до 8.) мм, и /?а<2,50 мкм — свыше 80 до 500 мм.
При сборке узла кольца подшипника из-за малой жесткости принимают форму посадочных поверхностей, поэтому погрешности формы шейки вала или расточки
Рис. 4.7 Условное обозначение посадок подшипников качения.
корпуса изменяют действительные
значения радиальных зазоров в подшипнике в пределах оборота, ухудшают плавность его работы. Значения непостоянства диаметра
посадочных поверхностей в поперечном и продольном сечениях ограничиваются стандартом (ГОСТ 3325—85). Для подшипников 0-го и 6-го классов точности они не
превышают половины допуска на диаметр посадочной поверхности, для 5-го и 4-го — трети допуска, а для 2-го — его четверти.
Условные обозначения посадок наружного и внутреннего колец подшипника качения приведены на рис. 4.7.
4.6. Система ОСТ допусков и посадок
Эта система применялась в СССР до введения ЕСДП СЭВ. Свое название она получила по первым стандартам, принятым в 1929 г., называемым ОСТами. В связи с внедрением ЕСДП система ОСТ отменена. Однако в промышленности в течение определенного переходного периода она сосуществует с ЕСДП. В системе ОСТ изготовляются ранее спроектированные изделия и запасные части к продукции, снятой с производства.
В ОСТ, как и в ЕСДП, предусмотрены две равноправные системы организации посадок — отверстия и вала. Однако по экономическим соображениям система отверстия предпочтительнее. Поле допуска основной детали (основного отверстия или основного вала) располагается предельно асимметрично от нулевой линии, т. е. точно так же, как и в ЕСДП.
3 Зак. № 216
65
Допуск для размеров от 1 до 500 мм определяете? по формуле:
S = at, где а — число единиц допуска;
_______________2 , * 1 — единица допуска! мкм; i=0,5yrdcPl где d—размер, мм. -
В диапазоне размеров от 1 до 500 мм единицы допу! ска в ОСТ и ЕСДП близки по величине. Для размером менее 1 мм и более 500 мм единица допуска в системе ОСТ определяется иначе.
Число единиц допуска определяет необходимую точ4 ность выполнения размера, т. е. класс точности. Систе-1 ма ОСТ для размеров от 1 до 500 мм предусматривает! следующие классы точности (в порядке ее уменьшения) | 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 1, 2, 2а, 3, За, 4, 5, 7, 8, 91 10. В отличие от ЕСДП, где величина допуска одно! значно определяется номинальным значением размера ш номером квалитета, в системе ОСТ в классах точности 1, 2 и 2а допуск отверстия примерно в полтора разйя превышает допуск вала. Кроме того, допуски неоснов— ных деталей (валов в системе отверстия, отверстий в системе вала) в посадках с большими зазорами или' натягами значительно расширены. В табл. 4.12 сопоставлены классы точности ОСТ и квалитеты ЕСДП для размеров от 1 до 500 мм.
Таблица 4.12. Сопоставление классов точности ОСТ и квалитетов ЕСДП СЭВ (размеры от 1 до 500 мм)
Классы точности ОСТ 02 03 04 05 00 07 03 09 1
Валы и отверстия Вял Отверстие
Соответствующий квалитет ЕСДП СЭВ — 01 0 1 2 3 4 5 5 6
Классы точности ОСТ 2 2а 3 За 4 5 7 8 9 10
Вал Отверстие Вал Отверстие Валы н отверстнч
Соответствующий квалитет ЕСДП СЭВ 6 7 7 8 8-9 10 11 12-13 14 15 16 17 1
66
Система ОСТ предусматривает основные и комбинированные посадки. Первые образуются сочетанием полей допусков основной детали (отверстия или вала) и неосновных деталей (валов или отверстий) того же класса точности. Основные посадки предусмотрены в 1—5-м классе точности. Им присвоены наименования, примерно характеризующие их назначение. Стандартные поля допусков имеют условные обозначения, соответствующие наименованию основной посадки; справа внизу указывается номер класса точности. Номер наиболее распространенного 2-го класса точности в условных обозначениях опускается. Поля допусков основных отверстий обозначаются буквой А, основных валов — буквой В. В табл. 4.13 приведены основные посадки в системе отверстия для размеров от 1 до 500 мм. С целью сокращения номенклатуры централизованно выпускаемых
Таблица 4.13. Система ОСТ. Основные посадки в системе отверстия (размеры от 1 до 500 мм)
Классы точности
1 2 2а 3 За • 4 5
Наименование посадок Обозначение полей допусков отверстий
А| i Л Ага Аз Аза А* 1 Ав
Обозначение полей допусков валов -
Посадки с натягом: прессовая 3-я прессовая 2-я прессовая 1-я горячая прессовая легкопрессовая Переходные посадки: глухая тугая напряженная плотная Посадки с зазором: скользящая движения ходовая легкоходовая широкоходовая тепловая ходовая ПР?! Пр11 П т» JJ1 С? 1 Гр Пр* Пл Г2 т н» П2 а Д2 XI JI2 ш тх Пр22? nplga1 Гуа Тйа Н^а п^ V Х2а V Пр33 Пр23 Пр13 С31 W Ш32 Л Сза С41 Х41 л* ш4 • с5* х5*
1 Поля допусков предпочтительного применения Гго ряда.
* Поля допусков предпочтительного применения 2-го ряда.
67
режущих инструментов и предельных калибров отобраны поля допусков предпочтительного применения 1-го и 2-го ряда.
Комбинированные посадки образуются сочетанием стандартных полей допусков отверстий и бэлов из разных систем или классов точности. Они не имеют наименования.
В системе ОСТ, как и в международных системах ИСО и ЕСДП СЭВ, нормальной температурой для измерения деталей назначена / = 20°С.
4.7. Переход от посадок в системе ОСТ к посадкам в ЕСДП
В народном хозяйстве некоторое время будут одновременно действовать две системы: ОСТ и ЕСДП. При новом проектировании используется только ЕСДП; ранее разработанная в системе ОСТ документация постепенно пересматривается. Для этого, а также для назначения посадок в ЕСДП методом аналогии с посадками в ОСТ необходимо их сопоставление. Утвержденные Госстандартом СССР «Рекомендации по внедрению СТ СЭВ 144—75 и СТ СЭВ 145—75» содержат эту информацию. В табл. 4.14 приведены рекомендуемые замены основных посадок ОСТ в системе отверстия посадками ЕСДП.
Сопоставление посадок осуществлено по относительной разности предельных зазоров и натягов, а также допусков посадки. Замена считается удовлетворительной при вы ходе, зазоров или натягов за пределы поля допуска заменяемой посадки ОСТ, если относительная разность сравниваемых предельных зазоров или натягов не превышает 10% от ее допуска или если допуск посадки в ЕСДП сокращен не более чем на 20% по сравнению с допуском посадки ОСТ. Интервалы размеров, где эти условия не соблюдаются, представлены в табл. 4.14.
При необходимости замены основных посадок ОСТ в системе вала, а также стандартных полей допусков валов и отверстий для разных диапазонов размеров следует пользоваться «Рекомендациями по внедрению СТ СЭВ 144—75 и СТ СЭВ 145—75» или соответствующей справочной литературой [1].
В заключение подчеркнем, что ОСТ и ЕСДП СЭВ —. разные системы. Замена посадок не сводится только к изменению их обозначения, посадки имеют разные ха-|
68
Таблица 4 14. Рекомендуемые замены посадок ОСТ посадками ЕСДП по ГОСТ 25347—82 (размеры от 1 до 5С0 мм)
1 Класс точности по ОСТ . . .... Посадки системы ОСТ Рекомендуемые для замены посадки в ЕСДП по ГОСТ 25347—82 Интервалы размерен, мм, в которых при замене
допуск посадки сокращается по сравнению с допуском посадки по ОСТ более чем на 20% зазор или натяг может выйти за пределы поля допуска по ОСТ более чем на 10%
1 1 Ai 776/s5 — —*
Пр?!
А1 Я6/г5 От 1 до 3
ПР11
Ai 776. п-5 От 1 до 3
Г]
Аг НЫтЬ — От 1 до 3 Св. 250 до 260 » 315 > 360
1’1
А] Z76/£5 — Св. 315 до 360
Hi
А} Л/6/Л5 — Св. 250 до 260 » 315 > 360 » 400 » 500
Hi
АI 776//15 — Св. 250 до 260 » 315 » 360 » 400 > 500
С,
Ai Hfygo — Св. 250 до 260 » 315 » 360 » 400 » 500
Д1
Ai HQ/f5 — Св. 250 до 260 > 315 » 360
Xi
2 А Hi ml — Св. 6 до 10 » 24 > 220 > 225 » 310 » 315 > 440 » 450 > 500
гр
Hl/tl (св. 24 до 500) — Св. 40 до 500
69
Продолжение табл. 4.14’
Класс точности по ОСТ
Рекомендуемые для замены посадки в ЕСДП по ГОСТ 25347—82
Интервалы размеров, мм. в которых' при замене
допуск посадки сокращается по сравнению с допуском посадки по ОСТ более чем на 20% зазор или натяг может выйти за пределы поля допуска по ОСТ более чем на 10%
2 А //7'гб (от 1 до 120) От 1 до 3 Св. 80 до 180
H7/s6 (от 1 до 3 и св. 80 до 500) — От 1 до 3 Св. 80 до 150 > 160 » 180 » 200 > 220 > 250 > 260 » 310 » 315 355 > 500
Пр
А 777/рб (от 1 до 120) От 1 до 3 Св. 80 до 120
Н7!гб (от I до 3 и св. 80 до 500) —- Св. 160 до 180 » 225 > 260 » 355 > 400
Пл
А | /77 /лб 1 - - ———- — От 1 до 3
Г
А /77/стб —* От 1 до 3
Т
А ' Я7/Л6 — —
Н
А —- ——.
II
А H7/h6 Св. 250 до 260
С
А — Св. 260 до 315 » 360 > 400 i
А
А — Св. 180 до 315 » 360 » 400
X
А Ш/е8 От 1 до 3 Св. 120 до 500
Л
70
Продолжение табл. 4.14
Класс точности по ОСТ Посадки системы ОСТ Рекомендуемые для замены посадки в ЕСДП ПО ГОСТ 25347—02 Интервалы размеров, мм, в которых при замене
допуск посадки сокращается по сравнению с допуском посадки по ОСТ более чем на 20% зазор или натяг может выйти за пределы i оля допуска по ОСТ более чем па 10%
2 * А H7/d8 . 1 — Св. 250 до 260
Ш
А Н7,'сЗ —г4 Св. 220 до 225 > 250 » 280 » ЗЮ > 315 » 355 > 360 » 400 » 450
ТХ
2а Aga HtyuS •— Св. 200 до 225 > 250 » 28Э » 310 > 315 » 355 > 450
Пр22а
Aga Hfys7 . Св. 250 до 260 > 310 > 315 » 355 » 400 » 440 > 450
Пр12а
Asa Н&/п7 — —
Гйа
Aga H3fm7 —— . —-
1‘2а
Ааа Htyk7 —
н2а
Аза lfS/js7 — От 1 до 3
Пга
Аод H8jh7 — —
С2а
Aga HB/fi • о Св. 250 до 260 > 315 > 360
Xga
3 Аз HtyzS (св. 18 до 100) Св. 18 до 100 Св. 18 до 24 > 65 > 100
ПрЗз
71
Продолжение табл, 4.14
Класс точности по ОСТ Посадки системы ост Рекомендуемые для замены посадки в ЕСДП ио ГОСТ 25347-82 । Интервалы размеров, мм, в которых при замене
допуск посадки сокращается по сравнению с допуском посадки по ОСТ более чем на 20% зазор иля натяг может выйти за пределы поля допуска во QCT более чем на 10%
3 Аз 7/8/а8 (св 50 до 500) Се. 50 до 180 » 360 » 400 Св. 50 до 65 » 140 » 150 » 160 » 180 » 200 » 220 » 225 » 500
Лр33
778/«8 (св. 225 до 500) Св. 360 до 400 Св. 225 до 500
^3 /78/28 (св. 6 до 30) Св. 6 до 30 Св. 24 до 30
/78,'хЗ (св. 6 до 50) Св. 6 до 50 Св. 40 до 50
Пр2,
7/8.«8 (св. 30 до 500) Св. 30 до 180 > 360 » 400 Св. 250 до 260 » 355 » 360 » 400 » 440
Аз /78/лЗ (св. 3 до 30) Св 3 до 30
778/«8 (св. 3 до 100) Св. 3 до 100 Св. 6 до 10 » 65 » 100
Пр13
7/8,s7 (св. 65 до 500) Св. 65 до 500 —
Аз 778/Л8 От 1 до 180 Св. 360 до 400
778,7’9 Св. 250 до 260 » 315 » 360
О» 779.7:8
779.Л9 — От 1 до 500
Аз 778//Э Св. 180 до 250 » 260 » 500.
Т79//8
Х3 778 л?9 — Св. 250 до 260 » 315 » 360
/79/е8
72
Окончание т а б л. 4.14
Клэее точности по ОСТ Посадки системы ОСТ Рекомендуемые для замены посядкн в ЕСДП по ГОСТ 25347-82 Интервалы размеров, мм. в которых при замене
допуск посадки сокращается по сравнению с допуском посадки по ОСТ более чем на 20% зазор пли натяг может выйти за пределы поля допуска по ОСТ Солее чем на 10%
3 Ад /У8/</9 От 1 до 250 Св. 260 до 315 » 360 » 400 Св. 360 до 400 I
Шо г4
/79/d9 — Св. 250 до 260 » 360 » 400
За Аза /Л0/Л10 — Св. 250 до 260
01а
4 а4 /711 /АП —
С4
а4 Х1 7/11/<711 Um» Св. 250 до 260 > 315 » 360 » 400 s> 500
а4 /711/ill —— Св. 3 до 18 > 200 » 500
1 Св. 400 до 500
л4 ЯП /сП (от1 до 18 и св. 160 до 500)
А4 /711/All —- От 1 до 18 Св, 50 до 65 » 80 » 140 » 200 > 500
ш4 7/11/MI (от 1 до 18 и св. 200 до 500) — От 1 до 18 Св. 200 до 500
5 As /712/Л12 Св. 3 до 250 » 260 > 315 > 360 » 400
сй
Ай /712/М2 Св. 3 до 250 > 260 > 315 > 360 > 400 От 1 до 3 Св, 400 до 500
х5
73
рактеристики. Опыт показал, что переработка выпущенной в определенной системе допусков и посадок технической документации с целью перехода на другую систему обычно заканчивалась неудачно: работоспособность и надежность изделий заметно ухудшались.
4.8. Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками
На рабочих чертежах обычно имеется ряд размеров, заданных только номиналом, их предельные отклонения оговариваются общей записью в технических требованиях. Обычно это размеры несопрягаемых элементов сравнительно низкой точности. Правила назначения неуказанных предельных отклонений размеров установлены в ГОСТ 25670—83 (СТ СЭВ 302—76). Стандарт распространяется на элементы металлических деталей, обработанные резанием. Его рекомендуют применять и для других способов обработки и формообразования (литья, обработки давлением и т. п.), в том числе неметаллических деталей.
Неуказанные предельные отклонения линейных размеров, кроме фасок и радиусов закруглений, могут назначаться по квалитету 12—17-му по ГОСТ 25347—82 и ГОСТ 25348—82 или по классам точности, установ-
Таблица 4.15. Варианты назначения неуказанных предельных отклонений линейных размеров (по ГОСТ 25670—83)
Ё Е i А Размеры (кроме радиусов закруглений и фасок)
валов отверстий элементов, не относящихся к валам и отверстиям
круглых (диаметры) остальных круглых (диаметры) остальных
Сочетание неуказанных предельных отклонений в одной общей записи
1 2 3 4 -77 (А) —t | ±t/2 | +/Г(Я) ±tp +" -пгт । ±tp ±</2 ±//2 ±tP
Првибчзнйб| Принятые обозначениям •— /Г — одностороннее отклоне-кие от номинального размера в минус, допуск по квалитету (основное отклонение Л); +П — одностороннее отклонение в плюс, допуск по квалитету (основное отклонение л); — t (+f) — одностороннее отклонение от номинального размера в минус (в плюс) по классу точности; +Z/2 — симметричные предельные отклонения по классу точности.
V4
ленным ГОСТ 25670—83. Стандарт предусматривает 4 класса точности: точный, средний, грубый и очень грубый. Допуски для этих классов обозначаются соответственно 6, ifa. ts и Ц.
Приведенные в ГОСТ 25670—83 допуски и предельные отклонения получены грубым округлением допусков по квалитету 12—17-му: Zi^/T12; /2^Г14; /3^7Т16 и Их значения даны для расширенных интервалов диаметров.
Стандарт допускает четыре варианта назначения неуказанных предельных отклонений линейных размеров (табл. 4.15). Для валов и отверстий эти отклонения можно назначать односторонними («в тело») или симметричными; для размеров элементов, не относящихся ни к валам, ни к отверстиям,— только симметричными. Классификация конструктивных элементов деталей по трем группам приведена на рис. 4.8. В первую (рис. 4.8,а) включены валы и относящиеся к ним элементы, во вторую (рис. 4.8, б) — отверстия и иные охватывающие размеры и в третью (рис. 4.8, в)—уступы, глубины отверстий, расстояния между осями и плоскостями симметрии, высоты выступов. При каждом вари-
Рис. 4Д Классификация конструктивных элементов деталей: о — размеры типа вала; б •— размеры типа отверстия; в — размеры, не относящиеся к валам и отверстиям.
75
анте может быть назначен любой уровень точности, пре-г дусмотренный стандартом. Однако в одной записи о неуказанных предельных отклонениях уровень точности для различных элементов должен быть один, т. е. один квалнтет, один класс точности или один квалитет и соответствующий ему класс точности.
Если по конструктивным соображениям предельные отклонения некоторых размеров по величине или расположению должны отличаться от установленных в общей записи, то их следует указывать непосредственно у номинальных размеров на чертеже. Отклонения по 13-му и 15-му квалитетам пе могут быть совмещены в общей записи с указанием класса точности и должны быть указаны также непосредственно у размеров.
На практике уровень точности назначают исходя из конструкции детали, технологии ее изготовления, особенностей эксплуатации и т. д. Для поверхностей металлических деталей, обрабатываемых резанием, в машиностроении обычно рекомендуют применять 14-й квалитет и средний класс точности, а в приборостроении — 12-й квалитет и точный класс.
Стандарт не предусматривает предпочтительного применения того или иного варианта назначения неуказанных предельных отклонений размеров. Выбор варианта зависит от конструктивных и технологических требований и связан с практикой конструирования. Многие специалисты отдают предпочтение первому варианту, так как одностороннее («в тело») расположение допуска на размеры типа вал и отверстие приводит к снижению массы деталей и экономии материалов, гарантирует свободу сборки, обеспечивает унификацию технологических процессов, размеров заготовок, инструментов и калибров, применяемых для однотипных элементов как с неуказанными, так и указанными предельными отклонениями, так как последние обычно назначаются по квалитетам и «в тело». По этим же причинам не рекомендуется второй вариант. Третий следует применять лишь в обоснованных случаях, например когда в результате расчета размерной цепи или по условиям обработки (формообразования) все размеры должны иметь симметричные отклонения.
ГОСТ 25670—83 устанавливает два уровня предельных отклонений радиусов и фасок и два уровня неуказанных предельных отклонений углов, кроме 90°. В чертеже уровень точности не указывается, он однозначно определяется назначенным уровнем точности предель-
76
пых отклонений линейных размеров: если назначены /712, 77'14, /716 (или /ь /2, /з), то используют первый, более точный уровень, если 17-й квалитет (или очень грубый класс точности), то принимают более грубый второй уровень.
Запись в технических требованиях чертежа может иметь следующий вид: «Неуказанные предельные отклонения размеров /714, Л14, ±4г>. Л-Г
4 9. Допуски и посадки деталей из пластмасс
Физико-механические свойства пластмасс резко отличаются от свойств металлов: коэффициент линейного расширения у них в 5—10 раз больше, а модуль упругости в 10—100 раз меньше, чем у стали, иногда наблюдается изменение размеров и формы пластмассовых деталей в процессе эксплуатации. Поэтому механическое распространение на них системы допусков и посадок, разработанной для металлических деталей, невозможно.
Поля допусков и рекомендации по образованию посадок при сочетании материалов пластмасса — пластмасса и пластмасса — металл содержит ГОСТ 25349—82 (СТ СЭВ 179—75). В стандарте предусмотрено 45 полей допусков валов и 42 поля допусков отверстий. Большинство из них отобрано из совокупности полей допусков по ГОСТ 25347—82 для металлических деталей. Кроме того, в стандарт включен ряд дополнительных полей допусков, например с основными отклонениями ау (ЛУ), az (Л7), обеспечивающими получение в соединении очень больших зазоров, и ze (ZE)—для посадок с очень большим натягом.
В стандарте самым точным является 8-й квалитет, а самым грубым — образованный дополнительно 18-й.
При соединении детали из пластмассы с металлической последнюю рекомендуется назначать основной, т. е. применять для валов поля допусков h7, h8— Л12, а для отверстий — /77, Н8— /712. Когда в соединении необходимо обеспечить очень большой зазор, а это приходится делать, если пластмассовые детали работают при высоких температуре и влажности, рекомендуется комбинировать поля допусков отверстий в системе вала и валов в системе отверстия.
Контроль размеров пластмассовых деталей необходимо выполнять при температуре -|-20оС и относительной влажности окружающего воздуха 65%.
ГЛАВА
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИИ
5
5.1. Понятие о метрологии
При изготовлении, контроле или эксплуатации изделий необходимы технические измерения — нахождение опытным путем значения какой-либо величины (длины, массы, температуры и т. п.) с помощью специальных технических средств. Измерение заключается в сравнении данной величины с однородной ей физической величиной, принятой за единицу измерения. Основное уравнение имеет вид:
Л = /г- [я|,
где А—значение измеряемой величины; п — численное значение измеряемой величины в принятых единицах; [«] — единица измерения.
Науку об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называют метрологией.
Требуемую точность измерений гарантирует государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), основа которой — государственные стандарты. Совместными усилиями ученых разных стран была разработана наиболее совершенная в настоящее время Международная система единиц (СИ). На ее основе был выпущен ГОСТ 8.417—81 обязательного применения.
В этой системе установлено 7 основных единиц физических величин и 2 дополнительные. Основными единицами являются: длины — метр (м), массы — килограмм (кг), времени — секунда (с), силы электрического тока — ампер (А), термодинамической температуры— кельвин (К), силы света — кандела (кд), количества вещества — моль (моль), а дополнительными — ра
78
диан (рад) и стерадиан (ср)—для измерения соответственно плоского и телесного углов.
Производные единицы СИ образуются по законам, устанавливающим связь между физическими величинами, или уравнению, с помощью которого определяют физическую величину. Например, единицу скорости образуют с помощью уравнения:
где v — скорость; S — длина пройденного пути; i — время движения.
Подставив вместо S и t их единицы, получим:
М = = 1 М/С.
Следовательно, единица скорости — метр в секунду — равна скорости прямолинейного и равномерного перемещения точки за 1 с на расстояние 1 м.
Наряду с основными и производными единицами допускается использование десятичных кратных и доль- -ных единиц, образованных умножением исходных единиц СИ на 10”, где п — целое число (положительное, или отрицательное). В табл. 5.1 приведены некоторые
Таблица 5.1. Образование десятичных кратных и дольных единиц СИ
Множитель Приставка Обозначение 1012 Тера Т 10° Гига Г 10е Мега М КР Кило к 102 Т екто г 101 Дека да
Множитель Приставка Обозначение 10*1 Деци Д 10-2 Санти с 10-» Милли м 10-е Микро мк 10-» Нано н 10-12 Пико п
кратные и дольные единицы, рекомендованные к применению.
Например, 103 м=1 километр (км); 10-6 м = 1 микрометр (мкм).
До настоящего времени в технике широко распространены некоторые единицы, не входящие в СИ. При разработке ГОСТ 8.417—81 было решено наряду с единицами СИ допустить к применению ряд подобных еди-ниц:
времени — минута, час, сутки;
79
плоского угла — градус, минута, секунда;
массы — тонна;
объема — литр.
Использование их разрешено без ограничения срока в тех случаях, когда применение единиц СИ при современном состоянии науки и техники может вызвать неоправданные затруднения.
В машиностроении под техническими измерениями обычно подразумевают измерения линейно-угловых величин.
Единицы измерения длины появились в глубокой древности. Уже при постройке египетских пирамид применялись меры, изготовленные из дерева или камня. В средние века в качестве единиц длины обычно использовались размеры конечностей человека: длина ступни ног — фут (от английского foot), длина от локтевого сгиба до конца среднего пальца руки —локоть, ширина большого пальца —дюйм (от голландского diiim) и т. д. Это привело к большому разнообразию единиц измерения не только в международном масштабе, но и в пределах одного государства. Страдала торговля, затруднялись научные контакты.
В конце XVIII в. во Франции была осуществлена попытка создания единой системы линейных измерений. Группа ученых стремилась создать «вечную» меру, заимствовав единицу длины у природы. За такую единицу была принята 1/10 000000 часть четверти длины парижского меридиана. Для этой цели были проведены непосредственные измерения длины дуги парижского меридиана между городами Дюнкирхеном (Франция) и Барселоной (Испания). В результате была получена новая единица длины, названная метром. По мысли французских ученых, она всегда могла быть восстановлена путем нового измерения того же парижского меридиана и, таким образом, являлась «устойчивой, неколебимой и неизменной». Из платины был изготовлен концевой метр в виде линейки шириной 25 мм и толщиной 3,5 мм.
В действительности, как показали позднейшие измерения, длина парижского меридиана равна 40003423 м, а не 40 000000 м, кроме того, стало известно, что размеры земного геоида со временем изменяются. Один экземпляр метра не мог обеспечить единства мер, поэтому его создатели сдали образец в архив. В истории метрологии этот метр известен как «архивный».
80
Вторично к вопросу создания единицы длины вернулись почти через 100 лет. На этот раз были изготовлены 34 копии международного метра. Они были выполнены в виде стержней Х-образного сечения, обладающего высокой жесткостью, и изготовлены из платино-придиевого сплава. За 1 метр принималось расстояние между штрихами, нанесенными на стержнях. Копии международного эталона длины по жребию были распределены между странами, принимавшими участие в создании метра. Так, Россия получила метр № 28, который являлся государственным эталоном, и метр № 11 — запасную копию. Эти эталоны длины существовали до 1960 г., после чего перестали удовлетворять требованиям как науки, так и промышленности. Дело в том, что расстояние между двумя штрихами невозможно измерить точнее ±0,1 мкм. Такая точность стала недостаточной. Вновь возник вопрос о создании эталона длины, однозначно связанного с природными константами, которые можно измерить. В 1960 г. на 11-й Генеральной конференции по мерам и весам в качестве эталона единицы длины был утвержден метр, равный 1 650 763, 73 длин световых волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2рю и 5б/5 атома криптона 86. Для его воспроизведения был создан специальный высокоточный прибор — эталонный интерферометр. Измерение на этом интерферометре эталонного метра № 28 показало, что он на 0,22 мкм больше метра, утвержденного 11-й Генеральной конференцией.
В настоящее время эталон длины вновь изменен. 17-я Генеральная конференция мер и весов приняла новое определение единицы длины: метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
5.2. Методы и средства измерения
‘Численное значение физической величины, например диаметра валика, находят путем измерения — определения, во сколько раз данная величина больше (или меньше) единицы. Эта задача может быть решена прямым измерением, когда искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, диаметр валика измеряют штангенциркулем или микрометром и его значение считывают непосредственно со шкал приборов.
81
Когда прямое измерение затруднено или даже нево можно, применяют косвенное измерение, nf котором находят значение величины, связанной с иск мой известной зависимостью. Так, вместо измерен» диаметра крупногабаритного вала определяют дли» его окружности, а затем путем пересчета находят зн; чей не диаметра.
Измерения производят различными методами, по которыми понимают совокупность приемов использова ния принципов и средств измерений. Рассмотрим на» более применяемые.
Метод непосредственной оценки — опре деление измеряемой величины непосредственно по пс казаниям измерительного средства, например размер диаметра вала по показаниям шкал микрометра.
При высокоточных измерениях используют мето, сравнения с мерой, при котором измеряемую в« личину сравнивают с заранее известным размером об разца (меры). На этом методе основана работа рычаж ной скобы, оптиметра и других распространенных прц боров.
При дифференцированном методе измерй ют один элемент детали сложной формы, например niaj резьбы. Этот метод широко применяется в процессе из готовления деталей, так как позволяет установить пра' вмльность настройки станка и установки инструмента точность используемых приспособлений и т. д. К недб статкам его относится то, что иногда при этом необос нованно бракуется деталь из-за отклонения какого-либ< одного параметра, хотя оно скомпенсировано отклоне-нием другого. Так, погрешности выполнения шага резьбы могут быть скомпенсированы изменением ее среднего диаметра (увеличением у внутренней резьбы и уменьшением у наружной).
Комплексным методом измерения чаще всего пользуются при контроле изготовленных деталей. При этом одновременно оценивается точность всех основных параметров детали, влияющих на ее эксплуатационную пригодность. Примером может служить контроль резьбы комплектом калибров, когда проверяются все пять параметров резьбы. Применение метода значительно ускоряет контрольные операции. Недостаток его в том, что при выявлении брака невозможно установить его причины, что затрудняет его ликвидацию.
При контактном методе измерительные средства имеют механический контакт с поверхностью изме^
82
ряемого объекта. Так работают штангенциркули, микрометры и многие другие приборы.
При бесконтактном методе они не имеют механического контакта с поверхностью измеряемого объекта. К таким средствам относятся универсальный и инструментальные микроскопы, большинство пневматических приборов и др.
Измерения производят с помощью средств измерения, к которым относят меры, калибры и приборы для определения линейных размеров.
Меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера. Они подразделяются на однозначные и многозначные. Однозначные воспроизводят физическую величину одного размера. Это, например, плоскопараллельные концевые меры длины. Обычно их объединяют в наборы. Многозначные меры, например линейки с миллиметровыми делениями, воспроизводят ряд физических величин различного размера.
Измерительные приборы служат для выработки данных на основе информации, сообщаемой измерителю шкальными, цифровыми, регистрирующими и сигнальными отсчетными устройствами. Существует множество конструкций измерительных приборов, в том числе и для линейных измерений. Приборы различаются по методам измерения и его точности, конструкции, диапазонам измерений и т. д. (подробно см. на с. 95).
Калибры — это бесшкальные измерительные инструменты, с помощью которых устанавливают, находится ли контролируемый размер в допустимых пределах (в пределах допуска), не определяя его действительного размера. Калибры нашли широкое применение в промышленности.
5.3. Погрешности измерений
Измерение какой-либо величины, например размера не дает ее действительного значения из-за неизбежных погрешностей измерения — отклонения результатов измерений от истинного значения этой величины. В зависимости от причин возникновения и возможностей устранения различают систематические и случайные погрешности.
Систематической называют погрешность, остающуюся неизменной или изменяющуюся по определенному закону при. повторных измерениях той же вели-
83
ставляют блок концевых мер, близкий к полученной величине размера, и, измеряя его, вращением микровинта достигают нулевого показания на шкале 7. После этого микропару закрепляют стопором 4, отводят пятку 2 арретиром и между измерительными наконечниками прибора вместо блока помещают деталь. Результат измерения находят как алгебраическую сумму (с учетом знака) размера блока и показания отсчетного устройства. При этом методе погрешности микропары исключаются.
Рычажные микрометры выпускаются с различными пределами измерений (до 2000 мм). Для размеров до 150 мм диапазон измерений составляет 25 мм.
Погрешности измерений зависят от многих факторов: величины размера, условий и методов измерений и др. Так, при очень жестком температурном режиме, использовании концевых мер 1-го класса, работе на небольшом участке шкалы метод сравнения с мерой характеризуется погрешностью не выше ±0,0006 мм, тогда как при обычных условиях она составляет ±0,004 мм (для размеров до 25 мм). Для размеров от 400 до 500 мм предельная погрешность измерения возрастает до ±0,050 мм.
Рычажные микрометры предназначены для определения размеров, выполняемых по 5—6-му квалитету.
6.4. Рычажно-механические приборы
Рычажно-механические приборы, широко применяемые в машиностроении, предназначены главным образом для точных измерений методом сравнения с мерой. Иногда используется и метод непосредственной оценки, если определяемый размер меньше предела измерения прибора. Сложная кинематика позволяет преобразовывать малые перемещения измерительного стержня (чувствительного элемента) в значительно большее перемещение стрелки отсчетного устройства с помощью зубчатых, рычажно-зубчатых, рычажно-винтовых, рычажнопружинных передач.
Примером прибора с зубчатой передачей служит индикатор часового типа (рис. 6.9,а). В его корпусе 1 закреплена гильза 2 для присоединения индикатора к измерительному приспособлению. В точных направляющих втулках гильзы перемещается измерительный стержень 3 с наконечником 4. На средней части стержня нарезана зубчатая рейка, находящаяся в
106
Рис. 6.9. Индикатор часового типа: а — общий вид; б — схема прибора.
зацеплении с зубчатым колесом 11, закрепленным на одной оси с колесом 12 (рис. 6.9,6). Последнее зацеплено с колесом 13, на оси которого установлена стрелка 5 (указатель) для отсчета по шкале 6. Погрешности вследствие бокового зазора в зубчатых передачах устраняет с помощью спирального волоска колесо 14. На его оси установлена стрелка 15 для отсчета числа оборотов стрелки 5 по шкале 9 с ценой деления 1 мм. Измерительное усилие обеспечивается пружинкой 16, прижимающей стержень 3 к поверхности измеряемого объекта. Ободком 7 шкала 6 устанавливается на нуль при исходном положении стрелки 5. Фиксатор 8 позволяет сохранить показания индикатора. Иногда прибор закрепляется в измерительном приспособлении с использованием ушка 10.
Передаточное отношение зубчатых передач обеспечивает за 1 мм перемещения измерительного стержня полный оборот стрелки 5 по шкале 6, имеющей 100 делений. Цена деления, таким образом, равна 0,01 мм. Измерительное усилие индикатора изменяется от 0,8 Н при начальном положении стержня до 2 Н при конечном. Предел измерений зависит от типа индикатора. У нормальных индикаторов ИЧ он составляет 0—5 и 0—10 мм, а у малогабаритных 0—2 и 0—3 мм.
Индикаторы устанавливаются в различных измерительных приспособлениях как универсального (штативах, стойках), так и специального (индикаторных нутромерах, скобах, глубиномерах) назначения. В качестве отдельного прибора они не используются.
107
Индикаторный нутромер (рис. 6.10) предназначен для измерения диаметров отверстий и внутренних размеров в диапазоне от 6 до 1000 мм. Глубина измерения— от 100 до 500 мм, измерительное усилие — от 2— 2,5 до 5—9 Н.
Контакт прибора с поверхностью детали осуществляется сферическими торцевыми поверхностями стержней: измерительного 2 и сменного 7, который обеспечивает настройку на необходимый размер. Перемещение стержня 2 через рычаг 3 с впрессованными шариками 11 через стержень 4 передается измерительному стержню индикатора 5, закрепленного в корпусе прибора. При смене стержня 1 добиваются, чтобы кольцевая риска на стержне 2 была заподлицо с торцом центрирующего мостика 8. Это обеспечивает перпендикулярность плеч рычага 3 осям стержней 2 и 4 и уменьшает погрешность измерения. Гайка 12 фиксирует положение стержня 1 после настройки прибора. Направляющие стержни 7 прижимаются пружинами 9 к измеряемой
408
поверхности, облегчая центрирование прибора. Измерительное усилие создается пружиной 10, а также пружиной индикатора. Перед началом работы нутромеры устанавливаются на нуль по установочному кольцу, блоку концевых мер с боковинками пли при неточных измерениях по микрометру, закрепленному в стоике.
Погрешность измерений индикаторными нутромерами зависит от температурных деформаций детали и прибора, ошибок установки его на нуль — перекосов в отверстии. Нагрев прибора уменьшают применением теплоизоляционной ручки 6. Процесс измерения повторяют неоднократно в той же последовательности, что и при использовании микрометрического нутромера.
Предельная погрешность для размеров до 18 мм составляет ± (0,005 — 0,015) мм в зависимости от вариантов применения прибора, а до 2500 мм ± (0,010— — 0,025) мм. Она может быть значительно уменьшена при замене индикатора с ценой деления 0,010 мм измерительной головкой с ценой деления 0,001 или 0,002 мм.
Индикаторные нутромеры служат для определения диаметра отверстий, изготовленных по 7—8-му квалитету и грубее.
Индикаторы с универсальными приспособлениями — стойками, штативами — широко используются для определения взаимного расположения поверхностей (более подробно см. с. 167).
Индикаторы часового типа с ценой деления 0,001 и 0,002 мм отличаются от рассмотренного выше наличием в механизме еще одной пары зубчатых колес. Применяются они редко из-за высоких погрешностей измерения (во много раз превышающих цену деления). В последние годы получили распространение индикаторы часового типа с электронным цифровым отсчетом показаний.
Основная причина погрешностей измерения приборами с зубчатыми передачами — неточность изготовления рейки на измерительном стержне. От этого недостатка свободны рычажно-зубчатые приборы, в которых первая кинематическая передача рычажная. К ним относятся рычажно-зубчатые индикаторы, измерительные головки, многооборотные индикаторы с ценой деления 0,001 и 0,002 мм, скобы с отсчетным устройством.
Особенностью рычажно-зубчатых индикаторов является возможность их использования при измерениях в труднодоступных местах. В основном ими определяют
биение. Имеются две разновидности приборов: ИРБ-бо-ковой и ИРТ-торцевой. У первого (рис. 6.11) измерительный стержень заменен наконечником /, фрикционно соединенным с малым плечом двуплечего рычага. Перемещение наконечника через две зубчатые передачи сообщается стрелке 2 и оценивается по шкале 3. Плоскость перемещения наконечника перпендикулярна шкале, прибор располагается как бы боком к измеряемой детали. Пружинка-«волосок» 4 обеспечивает зацепление зубчатых передач по одним рабочим профилям. Державка 5 облегчает закрепление и использование прибора. Чаще всего ИРБ используют для измерения биения в труднодоступных местах, что облегчается тем,
Рис. 6.12. Рычажно-зубчатая измерительная головка 1ИГ: а — схема; б — общий вид.
ПО
Рис. 6.13. Рычажно-зубчатая измерительная головка 2МИГ.
что прибор легок, создает небольшое измерительное усилие, его наконечник может быть развернут на любой угол в пределах ±90° от своего среднего положения, возможно также переключение направления его хода.
Характеристика прибора; цена деления—0,01 мм, диапазон измерений — 0,8 мм; измерительное усилие — 0,1—0,4 Н. Известны аналогичные приборы с ценой деления 0,002 мм.
Рычажно-зубчатые измерительные головки выпускаются двух типов: однооборотные и многооборотные. Головка первого типа (рис. 6.12) включает две рычажные и одну зубчатую передачи. Стержень 1 при измерении перемещается в направляющих втулках 8, смонтированных в присоединительной гильзе 10. При его перемещении поворачивается рычаг 3, что, в свою- очередь, вызывает поворот рычага 5. Длинное плечо этого рычага заканчивается зубчатым сектором, зацепленным с зубчатым колесом (трибкой) 4, на оси которого располагается стрелка-указатель. Пружина 6 выбирает боковой зазор передачи, а пружина 7 обеспечивает необходимое измерительное усилие. При установке и съеме
Ш
Рис. 6.14. Рычажная скоба: а — общий вид; б — схема.
прибора арретир 2 отводит измерительный стержень. На шкале перемещаются указатели 9 допуска измеряемого размера. Установка прибора на нуль осуществляется поворотом шкалы. Однооборотные рычажно-зубчатые головки выпускаются двух типоразмеров: 1ИГ с ценой деления 0,001 мм и пределами измерения ±0,050 мм и 2ИГ с ценой деления 0,002 мм и пределами измерения ±0,100 мм.
Больший диапазон измерений обеспечивают многооборотные рычажно-зубчатые головки, выпускаемые Ленинградским инструментальным производственным объединением (ЛИПО) (рис. 6.13), отличающиеся от однооборотных наличием дополнительной зубчатой передачи. Головки изготовляются двух типоразмеров: 1МИГ с ценой деления 0,001 мм и пределами измерения 0—1 мм и 2МИГ с ценой деления 0,002 мм и пределами измерения 0—2 мм.
К группе рычажно-зубчатых приборов относятся и скобы с отсчетным устройством для измерения линейных наружных размеров методом сравнения. В зависимости от величины измеряемого размера различают рычажные СР и индикаторные СИ скобы.
Скоба СР (рис. 6.14) имеет два вмонтированных в корпус 1 измерительных контакта: переставную пятку 10 и подвижную 11. Под действием пружины 12, создающей измерительное усилие, подвижная пятка 11 перемещается до контакта с поверхностью измеряемой детали, поворачивая при этом рычаг 13. Зубчатый сектор 14 вращает зубчатое колесо-трибку 15 вместе с насаженной на ее оси стрелкой 5. Боковой зазор в зубчатой передаче выбирает пружинка..
112
Перед началом измерения скобу устанавливают на нуль. Для этого снимают защитный колпачок 7, освобождают стопор 9 и микровинтом 8 отводят пятку 10 вправо. Между пятками 10 и 11 размещают блок концевых мер размером, равным номинальному размеру измеряемой детали, и, вращая микровинт 8, добиваются установки стрелки 5 на нуль шкалы 4. После этого стопором 9 фиксируют положение пятки 10, надевают колпачок 7, арретиром 2 отводят пятку 11, удаляют блок концевых мер, устанавливают деталь и отпускают арретир. По шкале определяют, соответствует ли измеряемый размер установочному или отличается от него, и на сколько именно, что позволяет рассчитать его величину.
Иногда важно знать, находится ли контролируемый размер в пределах допуска. Указатели 3 поля допуска устанавливают поворотом винтов под крышкой 6. Если при измерении стрелка 5 расположится между указателями 3, значит, деталь годная, в противном случае — брак.
Метрологическая характеристика рычажной скобы: диапазон показаний ±0,080 мм, для пределов измерений 0—25, 25—50, 50—75, 75—100 мм цена деления шкалы — 0,002 мм, а для 100—125, 125—150 мм — 0,005 мм. Предельная погрешность измерения определяется величиной размера и условиями измерений и изменяется в широких пределах: от ±0,002 до ±0,025 мм. Рычажные скобы применяют для измерения размеров, выполненных по 4—6-му квалитетам.
В приборах с пружинной передачей в качестве чувствительного элемента используется скрученная пружинка из бронзовой ленты. Малое продольное перемещение пружинки вызывает значительный угол поворота ее среднего сечения со стрелкой или зеркальцем, на которое надает луч света. Эти приборы отличаются простотой и высокой стабильностью показаний, так как здесь отсутствуют погрешности из-за зазоров, трения, износа. Их высокая чувствительность позволяет доводить цену деления шкалы до сотых долей микрометра.
На рис. 6.15,ц приведена схема одного из таких приборов — микрокатора, а на рис. 6.15,6 — его общий вид. Измерительный стержень 1 закреплен на мембранах 2 и находится под действием пружины 8, создающей измерительное усилие. При перемещении стержень воздействует на угольник 3, который, поворачиваясь во-
113
круг точки О, растягивает пружинную ленту 4. В середине ленты закреплена стрелка 5, представляющая собой полый стеклянный волосок с наружным диаметром около 0,01 мм, на конце которого приклеен миниатюрный указатель из фольги. При растяжении пружинная лента поворачивается вокруг продольной оси и вместе с ней — стрелка, угол ее поворота оценивают по шкале 6. Передаточное отношение прибора, а следовательно, и цена деления шкалы регулируются изменением вылета консольной пружины 7, к которой прикреплен второй конец ленты 4. Для облегчения снятия показаний и устранения дрожания стрелки прибор снабжен демпфирующим устройством.
ЛИПО выпускает несколько разновидностей приборов с пружинной передачей: измерительные головки (микрокаторы) по ГОСТ 6933—81 типов ИГП, ИГПУ, ИГПР с ценой деления 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5 и 10 мкм и головки ИГП и ИГПУ с ценой деления 0,02 и 0,05 мкм, не предусмотренные стандартом. Шкалы обычно имеют 40, 60 или 80 делений. Предельная погрешность измерения — от ±0,2 до ±5 мкм.
Малогабаритные пружинные головки (микаторы) типов ИПМ и ИПМУ по ГОСТ 14712—79 выпускаются с ценой деления 0,2; 0,5; 1 и 2 мкм. Головки используются в качестве отсчетного устройства в различных из
114
мерительных приборах и приспособлениях. Погрешность измерения — от ±0,3 до ±2 мкм.
Рычажно-пружинные измерительные головки (мини-каторы) ИРП (ГОСТ 14711—69) являются приборами бокового действия. Они предназначены для измерения в труднодоступных местах размеров и отклонений от заданной геометрической формы (биения, овальности и т. п.). Цена деления — 0,001 и 0,002 мм, пределы измерений соответственно ±0,04 и ±0,08 мм и погрешность ±1 и ±2 мкм.
К недостаткам перечисленных приборов относится неудобство снятия показаний из-за слишком тонкой стрелки и ее вибрации. Этих недостатков лишены оптикато-ры, созданные на базе микрокаторов. У них на пружинной ленте вместо стеклянной стрелки укреплено миниатюрное зеркальце, на которое через линзу-конденсор падает пучок света от источника. Отражаясь от зеркальца, он попадает на шкалу и является указателем. Благодаря дополнительной оптической системе чувствительность оптикатора в 2 раза выше, чем микрокатора. Выпускаются оптикаторы с ценой деления от 0,1 до 10 мкм, диапазоном измерений от ±4 до ±300 мкм и погрешностью 0,1—5 мкм. Предназначены они для проверки концевых мер длины и других особо точных измерений.
Приборы с пружинной передачей обычно используются для измерения весьма точных размеров, выполненных по 2—3-му квалитетам.
6.5. Оптико-механические приборы
Эти широко применяемые в промышленности приборы обеспечивают измерение различных деталей с высокой точностью и имеют значительно большие пределы измерений, чем рычажно-механические. Высокая точность достигается при большом оптическом увеличении рассматриваемого объекта (в измерительных микроскопах и проекторах) или при сочетании в приборах механических и оптических устройств (в оптиметрах). Приборы могут быть контактными (оптиметры, длиномеры) или бесконтактными (различные модели микроскопов). Они обеспечивают измерение деталей по одной (оптиметры), двум (инструментальные микроскопы, проекторы) или трем координатам (универсальные измерительные микроскопы).
115
Оптиметр —это прибор для измерения линейных I размеров методом сравнения с мерой. В зависимости от | компоновки различают вертикальный и горизонтальный оптиметры. Измерительной головкой оптиметра являет- , ся Г-образная трубка, оптическая схема которой использует явление автоколлимации — свойства объектива превращать пучок расходящихся лучей от источника, расположенного в фокусе объектива, в пучок параллельных, который после отражения плоским зеркалом собирается в том же фокусе объектива. Схема трубки оптиметра изображена на рис. 6.16, а.
Пучок лучей от внешнего источника света Л с помощью зеркала Б попадает в щель корпуса трубки, преломляется призмой 1 и проходит через стеклянную пластину 2 с нанесенной фотоспособом шкалой. Пластина 2 расположена в фокальной плоскости объектива 4. Далее пучок лучей проходит через призму 3 полного внутреннего отражения, попадает в объектив 4, где расходящиеся лучи превращаются в параллельные, и падает на зеркало 5, прижатое с помощью пружины 6 к измерительному стержню 7. При измерениях этот стержень перемещается, поворачивая зеркало вокруг оси 8 на угол а. Падая на наклонное зеркало, лучи отражаются таким образом, что угол их падения равен углу отражения, и между падающим и отраженным лучами будет угол 2а. Ход падающего луча показан на рисунке сплошной линией, а отраженного — пунктирной.
Отраженный пучок параллельных лучей проходит через объектив 4, превращаясь в сходящийся пучок, и дает на расположенной в фокальной плоскости объектива пластине 2 изображение шкалы, смещенное относительно действительной шкалы по осям X — X и Z— Z. По оси X — X оно смещено на постоянную величину Ь, равную расстоянию от шкалы до главной оптической оси объектива. При таком смещении изображение на шкалу не накладывается. Смещение по оси Z— Z определяется величиной угла а поворота зеркала, т. е. перемещением измерительного стержня 7. В приборе предусмотрен окуляр 9 с 12-кратным увеличением. Через этот окуляр видны только изображение шкалы и нанесенный на пластину неподвижный указатель.
Из рис. 6.16,6, где изображена упрощенная схема хода лучей, следует, что
S = a tg а и t = Ftg 2а,
116
a. ад
вертикальный оптиметр ОВО-1
где а — расстояние между осью измерительного стержня и осью поворота зеркала; F — фокусное расстояние объектива 4.
Тогда передаточное отношение прибора будет составлять:
. = i 2F
S a tg а а ’
Передаточное отношение механического рычага равно отношению длины его плеч. По аналогии величину У7 называют оптическим плечом, а приборы, где используется такая схема,— приборами с оптическим рычагом. Передаточное отношение оптического рычага в отличие от механического включает отношение не только плеч, ио и тангенсов углов а и 2а или, вследствие их малости, отношение углов а и 2а. Поэтому передаточное отношение равно удвоенному отношению плеч. У оптиметра передаточное отношение равно 80, а с учетом увеличения окуляра
2=80-12=960.
Это означает, что перемещению измерительного стержня на 1 мкм соответствует перемещение в поле зрения окуляра шкалы на 1 деление относительно указателя при видимом расстоянии между штрихами шкалы
0,001-960 =0,96 мм мм.
На рис. 6.16, в изображен вертикальный оптиметр для измерения наружных размеров. Трубка 1 прибора размещена в кронштейне 3, который с помощью гайки 5 перемещается вдоль вертикальной стойки 2 и закрепляется в нужном положении винтом 4. Измеряемый объект устанавливается на столик 6.
Перед началом работы прибор устанавливается на нуль по блоку концевых мер, размер которого принимается равным номинальному размеру измеряемой детали. Затем арретиром 8 отводят стержень 7, устанавливают на столик 6 вместо блока концевых мер деталь, опускают стержень и через окуляр осуществляют отсчет показаний. Величину определяемого размера находят алгебраическим сложением размера блока концевых мер и показаний прибора (с учетом знака).
Метрологическая характеристика вертикальных оптиметров ИКВ и ОВО-1: цена деления — 0,001 мм; диапазон показаний по шкале ±0,100 мм; диапазон измене
рений прибора — 0—180 мм (цилиндрических деталей — до 150 мм); измерительное усилие — 50—200 сН, предельная погрешность измерения — 0,3—1 мкм в зависимости от величины размера и условий применения.
Выпускаются такие оптиметры, как, например, ИКВ-3 с проекционным экраном. У этих приборов шкала проектируется на экран, что значительно облегчает отсчет показаний.
Горизонтальные оптиметры обладают большими метрологическими возможностями. Диапазон измерении прибора увеличен до 350—500 мм (в зависимости от модели); кроме того, с помощью специальных съемных приспособлений можно измерять внутренние размеры.
Изредка применяют оптиметры с ценой деления 0,0002 мм (их иногда называют ультраоптиметрами). Имеется вертикальный оптиметр ЙКП-3 с проекционным экраном. Прибор отличается большой жесткостью измерительной системы, имеет улучшенную теплоизоляцию; предел измерений по шкале ±0,083 мм.
К недостаткам приборов относится малый диапазон показаний по шкале. Кроме того, перед измерением они требуют настройки на нуль с помощью блока концевых мер. В единичном и мелкосерийном производстве, где число однотипных деталей невелико, это неудобно.
Этого недостатка нет у длиномеров, предназначенных для контактных измерений линейных размеров методом непосредственной оценки. Они обладают достаточно широким диапазоном измерений и высокой точностью отсчета. В зависимости от компоновки различают вертикальные и горизонтальные длиномеры.
Схема вертикального длиномера приведена на рис. 6.17, а, а его общий вид — на рис. 6.17, в. Деталь 2 устанавливают на столе прибора 1. При измерении пиноль 4 платно опускается, и измерительный наконечник 3 касается поверхности детали. Плавное перемещение пиноли обеспечивает демпфер 8. Измерительное усилие может регулироваться в пределах 200—250 сН. В плунжере вмонтирована шкала 5 длиной 100 мм с ценой деления 1 мм, освещаемая через конденсор 7 источником света.
Отсчет перемещения шкалы 5, а следовательно, и определение размера детали производится с помощью отсчетного микроскопа 6 с окулярным спиральным микрометром (рис. 6.17,6). Система отсчета включает неподвижный стеклянный диск 9 с нанесенной на нем шкалой, имеющей 10 делений с интервалом 0,1 мм, и
119
поворотный диск 10, на котором двойной линией нанесено 10 витков спирали Архимеда с шагом 0,1 мм. При повороте рукояткой 11 диска 10 ла 360Л каждый виток спирали 13 (рис. 6.17, г) переместится в продольном направлении на шаг спирали, т. е. на 0,1 мм, а круговая шкала 12 повернется относительно указателя на 100 делений. Поэтому цена деления круговой шкалы составляет 0,1/100 = 0,001 мм.
При измерении в поле зрения окуляра (рис. 6.17, г) видны штрихи миллиметровой шкалы 5. Штрих, пересекающий шкалу 9 с ценой деления 0,1 мм, показывает целое число миллиметров в размере. Его десятые доли отсчитываются по шкале 9. На рис. 6.17, г изображено положение шкал при измерении размера большего 12,3 мм, но меньшего 12,4 мм. Отсчет сотых и тысячных долей миллиметра производится по шкале 12. Поворотом пластины 10 рукояткой 11 добиваются совпадения штриха миллиметровой шкалы с ближайшим витком спирали микрометра. На рис. 6.17, д показано окончательное положение шкал: измеряемый размер оказался равным 12,348 мм.
В длиномерах, кроме спирального, применяются также клиновые и винтовые окулярные микрометры. Во всех случаях цена деления шкалы приборов равна 0,001 мм.
По ГОСТ 14028—68 различают длиномеры вертикальные окулярные ДВО (ИЗВ-2), вертикальные с проекционным экраном ДВЭ (ИЗВ-З) и горизонтальные с проекционным экраном ДГЭ (ИКУ-2). У вертикальных длиномеров диапазон показаний по шкале —0—100 мм, а диапазон измерений — до 250 мм при перестановке кронштейна 14 на стойке 15 и установке на нуль с помощью концевой меры длины. Горизонтальный длиномер при диапазоне показаний 0—100 мм имеет расширенный диапазон измерений — до 500 мм. С его помощью можно измерять внутренние размеры от 13,5 до 400 мм и диаметры отверстий от 13,5 до 150 мм. Известны длиномеры с цифровым отсчетным устройством. Они не только облегчают труд метролога и исключают субъективные ошибки при измерениях, но и позволяют вводить их результаты в ЭВМ, обеспечивая возможность активного воздействия на технологический процесс с целью получения заданной точности обработки.
Для определения больших размеров с высокой точностью применяют одно-, двух- и трехкоординатные измерительные машины, .выполняющие иэмере-
121
ния в одном» двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях*
Однокоординатная машина ИЗМ представляет собой оптико-механический прибор для измерений наружных и внутренних размеров до 4 м с точностью отсчета 0,001 мм. ГОСТ 10875—76 предусматривает несколько типоразмеров машин: ИЗМ-1, 2, 4, где цифра показы-вает наибольший предел измерения в метрах. Они имеют одинаковое устройство, отличаясь лишь размером станины.
Общий вид и упрощенная оптическая схема измерительной машины приведены на рис. 6.18, а и б. На направляющих жесткой станины 9 установлены пинольная 1 и измерительная 5 бабки с наконечниками. Измеряемая деталь в зависимости от конфигурации закрепляется на предметном столе 4 или на люнетах 3. В окнах станины закреплена дециметровая шкала, состоящая из отдельных стеклянных пластин 14, на которые нанесены двойные штрихи и цифры. Интервал между серединами двух соседних двойных штрихов равен 100 мм. У машины ИЗМ-1 с верхним пределом измерений 1000 мм таких дециметровых интервалов 9, у ИЗМ-2—19, т. е. до полного верхнего предела измерений не хватает одного дециметра, который заменяет 100-миллиметровая шкала 10 с ценой деления 0,1 мм.
На пинольной бабке 1 закреплена трубка 2 с измерительным наконечником и источником света. Пинольная бабка может перемещаться в пределах всей длины направляющих станины. Правая измерительная бабка 5 с отсчетным микроскопом 7 и оптиметровой трубкой 6 может также перемещаться в продольном направлении, но лишь в пределах 100 мм. Грубое перемещение осуществляется с помощью реечной передачи, точное — микрометрическим винтом 8. В кронштейнах 11 и 17 бабок 1 и 5 закреплены одинаковые оптические системы, состоящие из объективов 13, 15 и призм 12, 16. Если пинольная бабка установлена над окном, то свет от источника 18 освещает пластину 14 со штрихом, отражается призмой 16, попадает в объектив 15 и далее идет параллельным пучком. Благодаря параллельности лучей, проходящих между объективами 13 и 15, расстояние между бабками можно изменять. Оно устанавливается в зависимости от величины измеряемого размера, номинальное значение которого берется из чертежа или находится измерением менее точным прибором, например микрометром. Объектив 13 с помощью призмы 12
122
В)
Рис. 6.18. Измерительная мащина ИЗМ: а — общий вид; б —оптическая схема; в, г — отсчет по шкалам.
jo го
1llll
фокусирует пучок лучей на пластину 10. Изображение двойного штриха и номер пластины 14 накладываются на шкалу 10 и наблюдаются с помощью отсчетного микроскопа 7.
123
Перед измерением пинольную бабку устанавливают над пластиной 14, номер которой соответствует числу целых сотен миллиметров в измеряемом размере. Деталь располагают на люнетах или предметном столе 4, после чего измерительную бабку придвигают до касания детали наконечником оптиметровой трубки. Далее, глядя в окуляр отсчетного микроскопа, микровинтом 8 перемещают измерительную бабку до совмещения двойного штриха с ближайшим штрихом шкалы 10. Таким образом происходит отсчет: сотен миллиметров — по номеру двойного штриха; их десятков, единиц и десятых долей — по шкале 10. После этого, глядя в окуляр оптиметровой трубки 6, отсчитывают с учетом знака сотые и тысячные доли миллиметра. Определяемый размер равен алгебраической сумме этих двух снятых показаний.
Пример. Найти действительный размер установочной меры номинальным размером 370,500 мм.
Устанавливаем пинольную бабку над пластиной 3 в окне станины. С помощью микровинта 8 штрих 70,5 вводим в середину изображения двойного штриха 3 №-циметровой шкалы (рис. 6.18, в) и устанавливаем деталь на люнеты между измерительными наконечниками бабок. Глядя в окуляр оптиметровой трубки, находим показание: —0,005 мм (рис. 6.18,а). Таким образом, размер установочной меры будет равен:
370,500+ (—0,005) =370,495 мм.
На машине ИЗМ измеряют детали массой не более 10 кг. Наибольший диаметр цилиндрической детали, устанавливаемой в люнетах, равен 50 мм. При использовании специальных съемных приспособлений можно измерять внутренние размеры.
Погрешности измерений зависят главным образом от величины определяемого размера и в интервале 0—500 мм изменяются от 1 до 10 мкм. На машине ИЗМ возможно измерение методом сравнения с мерой. В этом случае источник света отключается, и измерение производится с помощью оптиметровой трубки 6, как на горизонтальном оптиметре. При определении размеров до 500 мм погрешность при этом уменьшается до 0,4—2 мкм.
Широко распространены двухкоординатные измерительные микроскопы — бесконтактные приборы для определения линейных и угловых размеров в прямоугольных и полярных координатах. Их действие основано на принципе оптического визирования
1S4
<9 A
Рис. 6.19. Принцип работы измерительных микроскопов: а — схема визирования; б — принципиальная оптическая схема.
(рис. 6.19, я). Измеряемую деталь 2 размещают на столе /. Для определения линейного размера Л край ее визируют, т. е. совмещают с ним риску окуляра 3, после чего стол с деталью перемещают и визируют ее противоположный край. В момент визирования фиксируют показания шкал, оценивающих перемещение стола. Разность их показаний и будет величиной размера А.
Различают инструментальные и универсальные микроскопы. У первых перемещение стола в двух взаимно перпендикулярных направлениях отсчитывается по шкалам микровинтов, а у вторых — по оптическим шкалам с помощью отсчетного микроскопа.
Основой оптических схем машин является обычная схема микроскопа (рис. 6.19,6). Измеряемая деталь ЛВ рассматривается через объектив 1 микроскопа. Изображение детали получается действительным, обратным, увеличенным. Оно проецируется в фокальной плоскости окуляра 2, где может быть совмещено с рисками, шкалами или сеткой. Рассматривая это изображение через окуляр 2, еще раз видят увеличенное мнимое изображение Л2В2 вместе с риской, шкалой или сеткой.
Инструментальные микроскопы выпускаются в основном двух типов: ММИ (малый) и БМИ (большой). Их компоновка и оптические схемы весьма сходны, отличаются они пределами измерений и метро-
$25
Рис. 6.20. Большой инструментальный микроскоп.
равна можно между
0,005 мм, предел
логическими характеристиками.
Микроскоп БМИ изображен на рис. 6.20. Он имеет массивное литое основание У, где на шариковых направляющих установлен продольный стол 2, несущий салазки, которые могут перемещаться в поперечном направлении. Продольное перемещение отсчитывается по микровинту 5, а поперечное — по микровинту 10. Цена деления барабанов обоих микровинтов
показаний — 0—25 мм.
Стол
вручную отвести влево или от себя. Установив
торцом микровинта и упорной площадкой кор-
пуса стола концевую меру или блок мер, можно расширить предел измерений до 150 мм в продольном направлении и до 50 мм в поперечном.
Для точного совмещения линии измерения размера
с направлением продольного или поперечного перемещения стола на салазках имеется поворотный стол с предметным стеклом 3. Поворот его вокруг вертикальной оси производится маховичком Р, после чего он закрепляется винтом И. Плоскую деталь устанавливают на стеклянной пластине стола так, чтобы направление измеряемых размеров совпало с линией продольного или поперечного перемещения стола. Осветительное устройство размещено в основании прибора. При освещении снизу предметное стекло позволяет наблюдать в окуляр 5 контур детали. Тубус микроскопа с объективом закреплен в кронштейне 7, который можно перемещать по вертикальным направляющим стойки 4. Для точных угловых измерений предусмотрена угломерная головка с отсчетным микроскопом 6t Цилиндрические детали устанавливают в центрах съемного столика, ук
репляемого на предметном стекле.
Инструментальные микроскопы применяют для измерения точных деталей сложной формы: шаблонов, вырубных штампов, фасонных резцов, специальных калибров. Особенно часто их используют для контроля резьбовых изделий: метчиков, резьбовых калибров, фрез и т. п. Измерение параметров резьбы изложено на с. 204.
126
Большими метрологическими возможностями И точ-костью измерений отличаются так называемые универсальные измерительные микроскопы. Широко распространены три их типа: УИМ-200 (УИМ-21)—окулярный, УИМ-200Э (УИМ-23) ~экранный с пределами измерений 200 мм и УИМ-500Э (УИМ-24) —экранный с пределом измерений до 500 мм. Цена деления при отсчете перемещений в двух взаимно перпендикулярных направлениях у всех приборов равна 0,001 мм. К микроскопам прилагается большое число различных приспособлений, расширяющих возможности линейных и угловых измерений.
Устройства для измерений в трех взаимно перпендикулярных направлениях рассмотрены на с. 272.
6.6. Пневматические приборы
Пневматические приборы для измерения линейных размеров достаточно широк© применяются в машиностроении. Это объясняется рядом их существенных преимуществ: они надежны в работе, обеспечивают высокую точность измерений, весьма просты в обслуживании, не боятся вибраций, цену деления их шкал можно легко регулировать. Измерения чаще всего осуществляются бесконтактным способом, что исключает возможные деформации нежестких деталей. Принцип действия приборов основан на зависимости между площадью поперечного сечения выходного зазора (или отверстия) и давлением или расходом сжатого воздуха. Приборы, контролирующие изменение давления, называются м а -неметрическими, а оценивающие линейный размер по изменению расхода сжатого воздуха — расходомерными.
Схема прибора, работающего по принципу измерения давления воздуха, приведена на рис. 6.21, а. В заполненный водой баллон 1 погружена трубка 2. По трубопроводу 3 через фильтр (на схеме не показан) подается сжатый воздух. В трубке 2 автоматически поддерживается постоянное давление, определяемое высотой Н столба воды. Через отверстие 4 (входное сопло) воздух поступает в камеру 5. Избыток его стравливается в воду и затем из баллона 1 уходит в атмосферу. Из камеры 5 через отверстие 7 (выходное сопло) воздух уходит в атмосферу. Давление в камере зависит от зазора S между поверхностью измеряемой детали 8 и торцом выходного сопла. С изменением зазора 5 оно
127
Рис. 6.21. Схемы пневматических приборов: а — манометрического («Солекса»); б — расходомерного (ротаметра); в*—измерение отверстий разного диаметра.
также изменяется. Величина давления определяется разностью h уровней воды в баллоне / и манометрической трубке 9. Чем меньше величина S, тем больше сопротивление истечению воздуха из выходного сопла 7, выше давление в камере 5 и больше величина h, и наоборот. Уровень воды в трубке 9 является указателем шкалы 6t отградуированной непосредственно в линейных величинах, например в микрометрах.
Приборы такого типа называют пневматическими длиномерами низкого давления. На производстве они более известны как приборы типа Солеке. Завод «Калибр» выпускает длиномеры мод. 330 с /7 — 500 мм, с двумя — семью манометрическими трубками, что позволяет одновременно измерять несколько размеров. Цена деления шкал — от 0,5 до 5 мкм, диапазон измерений — 20—160 мкм.
Схема пневматического длиномера высокого давления — так называемого ротаметра — показана на рис. 6.21,6. Воздух от компрессора или из сети под давлением 0,31—0,59 МПа (3,2—6,0 кгс/см2) через фильтр 1 и стабилизатор давления 2 поступает в трубку 3 с коническим отверстием и поднимает поплавок 4. Далее через выходное сопло 6 он выходит в атмосферу. Скорость истечения воздуха определяется величиной зазора S между поверхностью измеряемой детали 7 и торцом выходного сопла. От величины расхода воздуха зависит положение поплавка 4 в трубке. Верхний торец поплавка является указателем для отсчета по шкале 5, градуированной в микрометрах. При
128
бор имеет ряд регулировочных устройств для установки поплавка при определении зазора в требуемом положении и для обеспечения требуемой цены деления шкалы 5.
Выпускаются модели ротаметров с ценой деления шкалы 0,2; 0,5; 1; 2; 5 и 10 мкм.
В большинстве случаев приборы используют для измерения внутренних размеров. На рис. 6.21, в приведены варианты применения ротаметра для определения различных диаметров отверстий. В малых отверстиях (диаметром 0,1—2 мм) измеряется не диаметр, а площадь поперечного сечения.
Отверстия диаметром 2—6 мм измеряют с помощью точно изготовленного аттестованного валика, который вставляют в отверстие с небольшим зазором. Величину этого зазора и определяет прибор, после чего рассчитывается диаметр отверстия. Так измеряют, например, отверстия жиклеров в карбюраторах, диаметры сопел и т. п. Отверстия большого диаметра контролируют калибром-пробкой с двумя соплами одинакового диаметра.
Пневматические приборы обычно служат для измерения малых отклонений — до 106—250 мкм. К недостаткам их следует отнести малый диапазон измерений (до 0,2 .мм) и ограниченность применения. Они эффективны лишь в условиях серийного и массового производства, так как для измерения не только каждого номинального размера, но в большинстве случаев и каждого поля допуска требуется своя оригинальная оснастка, прежде всего пневматические калибры-пробки.
5 Зак. А' 210
ГЛАВА
ДОПУСКИ И СРЕДСТВА
ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ И КОНУСОВ
7.1. Нормальные углы и нормальные конусности
Б машиностроении нередко приходится иметь дело с угловыми размерами и допусками на них, коническими соединениями и их взаимозаменяемостью.
Угловые размеры могут быть как независимыми, так и зависимыми, производными от других размеров. Примерами первых, не связанных расчетными зависимостями с другими линейными или угловыми размерами, заданными чертежом, могут быть размеры, определяющие положение наклонных плоскостей, скосов, фасок, штамповочных и литейных уклонов и т. п. Зависимые угловые размеры детали связаны с другими ее параметрами. Так, угол подъема резьбы определяется ее диаметром и шагом.
С целью обеспечения взаимозаменяемости установлены ряды нормальных углов и ряды нормальных конусностей.
Для независимых угловых размеров ГОСТ 8908—81 устанавливает три ряда нормальных углов (табл. 7.1), причем при их назначении 1-й ряд следует предпочитать 2-му, а 2-й —3-му. Угловые размеры могут быть заданы по-разному. Наиболее часто применяемая система счисления — градусная. Градусом называют плоский угол, равный 1/360 части центрального угла, опирающегося на полную окружность. Градус равен 60 угловым минутам (1° = 60'), а минута — 60 угловым секундам (Г = 60"). На практике встречается также задание углов в радианах. Углом в 1 радиан называют плоский угол между двумя радиусами круга, вырезающий из окружности дугу, длина которой равна радиусу. Радианная система очень удобна при расчетах, однако применение ее на производстве затруднено из-за отсутствия
130
Таблица 7.1. Ряды нормальных углов по ГОСТ 8908—S1
W-
Ряд 1 Ряд 2 Ряд 3 1 1 Ряд 1 Ряд 2 Ряд 3
оэ 30"
15' 35°
30' 40’
45' 45° 1
1° » 50"
1°30' । 55°
2’ 60° .
2°30' ; - 65°
3’ 70°
4° 75°
5° 80°
6° 85°
7° 90°
8° 100*
9° 110°
10° 120°
12° 135э
15° 150"
18° 165°
20° 1 180®
22° 270°
25° 360’
Таблица 7.2. Значения нормальных углов в радианах
Значения углов
в град. в рад в град. в рад в град. и ряд
0? 0,0000000 10 0,1745329 70 1,2217305
15' 0,0043633 12 0,2094395 75 1,3089970
30' 0,0087266 15 0,2617994 80 1,3962633
45' 0,0130899 18 0,3141593 85 1,4835299
1° 0,0174533 20 0,3490658 90 1,5707961
1°30' 0,0261799 22 0,3839724 100 1,7453292
2° 0,0349066 25 0,4363323 НО 1,9198622
2'39' 0,0436332 30 0,5235988 120 2,0943952
3' 0,0523599 35 0,6108652 135 2,3561945
4° 0,0698132 40 0,6981317 150 2,6179939
5° 0,0872665 45 0,7853982 165 2,8797933
6° 0,1047198 50 0,8726646 180 3,1415927
7® 0,1221730 55 0,95993(1 270 4,7123890
8Э 0,1396263 60 1,047’976 360 6,2831853
9* 0,1570796 65 1,1314640 - . —1
131
Основная плоскость <f
Рис. 7 1. Коническое соединение: и — внутренний конус; б —наружный конус; в — коническое соединение.
приборов, проградуированных в радианах. Г = =л/180 рад = 0,01745329 рад; 1 рад = 36072л = = 5747'44,8". Значения нормальных углов в радианах даны в табл. 7.2.
Конус (наружный, внутренний) характеризуется диаметром большого основания D, диаметром малого основания d, длиной конуса £, углом конуса а, углом уклона а/2. Параметры наружного конуса обычно помечают индексом е, а внутреннего — i (рис. 7.1,а, б). Часто используют соотношения:
C = ^-/=2tg-|: j = 4=tg-i-, (7.1)
где С—конусность; i— уклон.
В технической документации конусность обозначается равнобедренным треугольником, острый угол которого направлен в сторону вершины конуса, а ее числовое значение задается отношением 1 : L, где L—длина, на которой разность диаметров конуса равна 1 мм. Так, обозначение 1:5 означает, что разность диаметров, измеренных в двух поперечных сечениях конуса, отстоящих на 5 мм друг от друга, равна 1 мм. Уклон обозначается острым углом в сочетании с отношением 1 : £], где Li — длина, на которой разность радиусов конуса равна 1 мм. Например, конусность £> 1:5 может быть задана и уклоном >1:10.
Плоскость поперечного сечения конуса, в котором задают его номинальный диаметр, называют основной плоскостью. Плоскость, перпендикулярную оси конуса и служащую для определения осевого положения основной плоскости, называют базовой. В качестве
132
Таблица 7,3. Нормальные конусности и углы конусов но ГОСТ 8593—81
Обозначение конуса Конусность С Угол конуса а
Ряд 1 Ряд 2 Угл. ел. Рад
1:509 1:500 0,0020000 6'52,5" 0,0020000
1:200 1:200 0,0050000 17'11,3" 0,0050000
1:100 1: 100 0,0100000 34'22,6" 0,0100000
1-50 1 :50 0,0200000 1с8'45,2" 0,0199996
1:30 1: 30 0,0333333 1°54'34,9" 0,0333304
1 .20 1:20 0,0500000 2и5Г51,1" 0,0499896
1:15 1: 15 0,0666667 3’49'5,9" 0,0666420
1:12 Г 12 0,0833333 446'18,8" 0,0832852
1 :10 1. 10 0,1000000 5’43'29,3" 0,0999168
1:8 1:8 0,1250000 7°9'9,6" 0,1248376
1 :7 1:7 0,1428571 8°10'16,4" 0,1426148
1:6 1 :6 0,1666667 9°31'38,2" 0,1662824
1:5 1:5 0,2000000 11'25'16,3" 0,1993374
1:4 1:4 0,2500000 14’15'0, Г 0.2487100
1 :3 1:3 0,3333333 18°55'28,7" 0,3302972
30° 1:1,866025 0,5358985 30° 0,5235988
45° 1: 1,207107 0,8284269 45° 0,7853982
60’ 1:0,866025 1,1547010 60’ 1,0471976
75° 1:0,651613 1,5346532 75° 1,3089970
90J 1:0,500000 2,0000000 90° 1,5707964
120’ 1: 0,288675 3,4641032 120° 2,0943952
базовой часто принимают плоскость заплечика, буртика и пр обычно со стороны большого основания. Расстояние между основной и базовой плоскостями называют б а з о р а с ст о я н и е м Zs или Zi конуса (см. рис. 7,1).
Нормальные конусности и углы конусов общего назначения установлены стандартом (табл. 7.3). При назначении углов конусов или величины конусности 1-й ряд следует предпочитать 2-му.
Малые конусности (1:500— 1:50) применяют для неразъемных соединений (конических штифтов и оправок, клиновых шпонок, установочных шпилек), работающих в тяжелых условиях — при наличии вибраций, ударной и знакопеременной нагрузок.
Конусности 1:30—1:7 обеспечивают сравнительную легкость сборки и разборки, гарантируют хорошее центрирование соединяемых деталей (конических шеек шпинделей станков, конусных болтов, соединительных муфт валов). Конусность 1:6 —1:3 используют в лег-коразъсмных соединениях (конических фрикционных
133
муфтах, предохранительных муфтах и аналогичных конструкциях) .
Конусы с большими углами (а = 30° и более) служат для конструктивного оформления разнообразных деталей.
Пример. Определить значение С конусности детали, изображенной на рис. 7.1, а, если Pi = 60; Д = 50 и Ц=200 мм.
По формуле (7.1) находим конусность:
00—50 /•, лг* ч лл
С = —т— = - — 0,05 или О 1: 20.
.z VV
Из табл. 7.3 устанавливаем, что конусность нормальная, 1-го ряда.
7.2. Точность угловых размеров
Допуски углов призматических элементов деталей и углов конусов регламентированы ГОСТ 8908—81. Он не распространяется на конусы, для которых задан допуск диаметра в каждом сечении по длине конуса и отклонение его угла допускается в пределах всего поля допуска диаметра конуса.
Величина допуска устанавливается в зависимости от номинальной длины L конуса, если конусность не более 1:3, или в зависимости от длины Ц его образующей, если конусность больше 1:3 (рис. 7.2,а, б). Допуски углов призматических элементов деталей назначаются в зависимости от номинальной длины меньшей стороны угла (рис. 7.2, е).
Допуск угла АТ представляет собой разность наибольшего и наименьшего его предельных значений. В стандарте приведены допуски углов в микрорадианах, а также скругленное значение допуска угла АТ'а в градусах, минутах и секундах. Те же допуски даны в виде линейных величин АТЛ — для конических поверхностей, если конусность не превышает 1:3, и АТь — для конических поверхностей с конусностью большей 1:3 и призматических эле ментов.
Стандарт устанавливает 17 степеней точности обработки, обозначаемых цифрами 1, 2, 3, ..., 17 в порядке ее снижения. В технической документации номер степени точности проставляют сразу после условного обозначения допуска угла, например: АТ7. Величина допуска при переходе от одной степени точности к другой изме-
134
Рис. 7.2. Углы; а, б — конусов; в — призматических деталей.
няется по закону геометрической прогрессии со знаменателем ф=1Д
Числовое значение допусков углов назначают в зависимости от длины Л1 меньшей стороны угла а, а для углов конусов — в зависимости от номинальной длины L конуса, причем с увеличением длины угловые допуски одной и той же степени точности уменьшаются. Это объясняется тем, что увеличение длины поверхности облегчает установку и выверку детали на станке, что приводит к уменьшению погрешности обработки.
Наивысшей точностью выполнения угловых размеров, реально достижимой в настоящее время в серийном и массовом производстве, является 5—6-я ее степень. С такой точностью обрабатывают главным образом конус-ные калибры. Детали высокой точности (конусы инструмента, центрирующие концы валов под зубчатые колеса высокой точности и т. п.) изготовляют по 7—8-й, а детали нормальной точности (конусы фрикционных деталей, центры и центровые гнезда, направляющие планки и др.) —по 10—12-й степени точности. Угловые размеры, к точности которых не предъявляется высоких требований (свободные размеры), имеют допуски по 16—17-й степени точности.
Допуски углов могут быть заданы в плюс (+ЛГ), в минус (—АТ) или симметрично относительно номинального размера угла (±AT/2)f как показано на
135
Таблица 7,4- Степени точности
Интервал длин L, L„ мм 5-я 6-я
л АГЬ’ AJD' мкм АТ'а ЛГЛ, лго, МИМ
До 10 Св. 10 до 16 . 16 , 25 . 25 „ 40 . 40 , 63 . 63 „ 100 . 100 . 160 , 160 , 250 . 250 „ 400 „ 400 , 630 „ 630 , 1000 „ 1000 я 1600 в 1600 „ 2500 г 50" 40" 32" 26" 20" 16" 12" 10" 8" 6" 5" 4" До 3,2 2,5—4 3,2-5 4-6,3 5-8 6,3-10 8-12,5 10-16 12,5-20 16-25 20—32 25—40 32-50 1'40" 1'20" 1' 50" 40" 32" 26" 20" 16" 12" 10" 8" 6" До 5 4-6,3 5-8 6,3-10 8-12,5 10-16 12,5—20 16—25 20-32 25-40 32-50 40-63 50-80
Интервал длин L, Llf мм
1(]-я 1Ья 12-я -
Д7 ' Л7Й’Л7£Г мкм 4 Л 7" ATh’ATD’ мкм дг; Л7Л,ЛГЙ, МКМ
До 10 Св. 10 до 16 16 „ 25 . 25 , 40 » 40 . 63 , 63 , 100 , 100 . 160 „ 160 . 250 „ 250 . 400 , 400 „ 630 . 630 „ 1000 я 1000 . 1600 » 1600 „ 2500 10' 8' 6' 5' 4' 3' 2'30" 2' 140" 1 '20" Г 50" 40" До 32 25-40 32-50 40-63 50-80 63-100 80-125 100-160 125-200 160-250 200—320 250-400 320—о00 16' 12' 10' 8' 6' 5' 4' 3' 2'30" 2' 1'40" 1 '20" 1' До 50 40-63 50-80 63-100 80-125 100-160 125—200 160—250 200-320 250-400 320-500 400-630 500-800 26' 20' 16' 12' 10' 8' 6' 5' 4' 3' 2'30" 2' 1'40" До 80 63—100 80-125 100-160 125-200 160-250 200-320 250-400 320—500 400-630 500-800 630-1000 800—1250
136
и допуски углов по ГОСТ 8908—81
:« >
Степени точности
И 1 » • 7-я S-я 5-я
л г; ЛГЛ’ atd, мкм АГ'а Л7\, АТ, ft D мкм л т'а ЛГЛ, ATd, мкм
1 • 2'30" До 8 4' До 12,5 6' До 20
2' 6,3-10 3' 10-16 5' 16-25
Г 40" 8-12,5 2'30" 12,5—20 4' 20-32
• Г 20" 10-16 2' 16-25 3' 25-40
Г 12,5-20 1'40" 20-32 2'30" 32—50
50" 16-25 1'20" 25—40 2' 40-63
40" 20-32 Г 32—50 1'40" 50-80
32" 25-40 50" 40-63 1'20" 63-100
26" 32-50 40" 50-80 1' 80-125
20" 40-63 32" 63-100 50" 100-160
16" 50-80 26" 80—125 40" 125-200
12" 63-100 20" 100-160 32" 160-250
10" 80-125 16" 125—200 26" 200-320
'Степени точности
13-я 14-я 15-я
л?-; АГЛ-ЛГО-мкм л?; АГп'АТо- МКМ ' л?; л7лгА7л’ мкм
40' До 125 г До 200 Г40' До 320
32' 100-160 50' 160-250 Г 20' 250—400
26' 125-200 40' 200—320 1° 320-500
20' 160-250 32' 250-400 50' 400-630
16' 200—320 26' 320—500 40' 500-800
12' 250-400 20' 400-630 32' 630-1000
10' 320-500 16' 500-800 26' 800—1250
8' 400-630 12' 630-1000 20' 1000-1600
6' 500—800 ос о 800-1250 16' 1250—2000
5' 630-1000 1000-1600 12' 1600-2500
4' 800-1250 б' 1250-2000 10' 2000-3200
3' 1000—1600 5' 1600-2500 8' 2500—4000
2'30" 1250—2000 4' 2000-3200 6' 3200-5000
137
ot+AT ot-AT a - номинальный угол
Рис. 7.3. Расположение допусков углов.
рис. 7.3. В отдельных обоснованных случаях разрешается применять и иное расположение допуска угла.
Неуказанные предельные отклонения углов приведены в ГОСТ 25670—83 (см. с. 74). Численное значение предельных отклонений углов соответствуют ±4716/2 и ±4717/2.
Допуски углов представлены в табл. 7.4.
73. Допуски и посадки конических соединений
Распространение конических соединений объясняется их специфическими свойствами: они обеспечивают самоцентрируемость деталей, позволяют регулировать характер их соединения путем относительного осевого перемещения, в них достаточно просто достигается герметичность— притиркой деталей по коническим поверхностям, после чего они становятся невзаимозаменяемы.
Рассматриваемые соединения характеризуются конической посадкой и базорасстоянием Zp — осевым расстоянием между базовыми поверхностями наружного и внутреннего сопряженных конусов (см. рис. 7.1,а).
Имеется три способа получения конических посадок: путем совмещения конструктивных элементов сопрягаемых конусов, когда детали при сборке продвигаются до соприкосновения базовых плоскостей (рис. 7.4,а); по заданному базорасстоянию Zp сопрягаемых конусов (рис. 7.4,6); по заданному осевому смещению Еа сопря-
138
Рис. 7.4 Различные способы получения конических посадок: а—.совмещением конструктивных элементов сопрягаемых конусов; б — по заданному базорасстоя-лвю сопрягаехМых конусов; в, г — по заданному осевому смещению Еа сопрягаемых конусов от их начального положения.
гаемых конусов от их начального положения, за которое принимается их положение в момент фактического соприкосновения сопряженных конических поверхностей. Последующее раздвижение конусов образует посадку с зазором (рис. 7.4,в), а дополнительное сближение с помощью какого-либо приспособления — посадку с натягом (рис. 7.4,а). Два первых способа позволяют получать все три разновидности посадок: с зазором, переходные, с натягом. Третий — посадки либо с зазором, либо с натягом. Иногда получают посадки с натягом по заданному усилию запрессовки. После соединения положение сопряженных конусов фиксируется.
Стандарт разрешает задавать допуски на конусы двумя способами. При первом задается допуск TD диаметра конуса в любом сечении. Он определяет поле допуска, ограниченное двумя предельными конусами, между которыми должны находиться все точки реальной поверхности конуса (рис. 7.5). Тем самым ограничиваются отклонения размеров угла и конуса, а также формы. При втором допуски на параметры конуса задаются раздельно.
Первый способ рекомендуется применять в тех случаях, когда конические посадки получают путем совме-
139
Рис. 7.5. Поле допуска конуса.
щения конструктивных элементов или выдерживанием заданного базорасстояния.
Допуски на сопрягаемые конусы могут быть односторонними или симметричными. Чтобы уменьшить неизбежное колебание базорасстояния, допуски на оба конуса рекомендуют задавать одинаково: либо симметрично (±Т^/2; ±Гп«/2), либо односторонне (Ч-ТЪе и 4“77)ь —Т ое И —7 £),-) .
Для образования конических посадок ГОСТ 25307— 82 предусматривает ряд полей допусков наружных и внутренних конусов. В соединениях с фиксацией конусов по конструктивным элементам или заданному базо-расстоянию посадки образуют в системе отверстия, точность определяется функциональным назначением соединения и выбирается в пределах 4—9-го квалитетов. Рекомендуется сочетать поля допусков диаметров наружного и внутреннего конусов одного квалитета. В обоснованных случаях допускается сочетание полей допусков разных квалитетов. При этом больший допуск следует назначать для внутренних конусов, а допуски наружного и внутреннего конусов не должны отличаться более чем на два квалитета.
На чертежах величину и форму конуса определяют нанесением трех размеров. В качестве справочных допускается указывать дополнительные размеры. Предельные отклонения утла конуса ставят непосредственно под обозначением конусности (рис. 7.6). Если задан допуск То диаметра конуса в любом сечении, то значение конусности (пли угла конуса) заключают в прямоугольную рамку (рис. 7.7, п).
При посадке путем совмещения конструктивных элементов сопрягаемых конусов размеры, определяющие характер соединения, на сборочном чертеже указываются как справочные (рис. 7.7,6).
При посадке с фиксацией по заданному осевому расстоянию Zp на чертеже между базовыми плоскостями сопряженных конусов указывается его размер, заключенный в прямоугольную рамку, а размер, определяющий характер соединения, приводится как справочный (рис. 7.7,в).
При посадке с фиксацией
Рис. 7 6. Чертеж детали.
по заданному взаимному осевому смещению сопрягаемых конусов от их начального положения указывают размер осевого смещения, а начальное положение конусов обозначают штрихпунктирной линией с двумя точками. Размеры, определяющие начальное базорасстоя-ние соединения и сочетание полей допусков сопрягаемых конусов, могут быть указаны как справочные (рис. 7,7, а).
Пример. Определить годность конической детали, изображенной на рис. 7.6, если измерением установлено, что De = 39,982, a de —33,712 мм.
По табл. 4.2 устанавливаем, что допуск на размер 40 мм по 8-му квалитету равен 39 мкм, и, следовательно, диаметр большого основания может быть записан как 0 40-0,039 мм. Измерение показало, что размер выдержан. По формуле (7.1) определяем диаметр малого основания при допущении, что конусность строго равна заданной:
dc = De — CLe = 39,982- — = 33,682 мм.
Действительное отклонение этого размера будет составлять:
Ряс. 7.7, Нанесение размеров, допусков л посадок конусов.
141
Ме= ^изм-de =33,712-33,682 = 4-0,030мм ^+30 мкм.
Так как результат получен в линейных величинах, а допуск задан в угловых, следует сделать пересчет. При пересчете угловых отклонений в линейные или обратно учитывают, что отклонение угла в 1" на длине приближенно 200 мм (точно — 206 мм) дает линейное отклонение в 1 мкм. Следовательно, в нашем случае на длине конуса Л?=63 мм линейному отклонению +30 мкм соответствует угловое:
Да = ~ -30 =95’=1'35".
Из табл. 7.4 для L = 63 находим Д7’в7=Г'. Деталь негодная.
7.4. Инструментальные конусы
Конусы, применяемые для конических хвостовиков режущего инструмента, отверстий шпинделей станков, переходных втулок, разнообразных оправок и т. п., называют инструментальными конусами. В соответствии с ГОСТ 25557—82 их подразделяют на метрические и конусы Морзе.
Ale три чес кие конусы имеют постоянную конусность С=1:20 и различаются по размеру большего диаметра соединения — большого диаметра конического отверстия, выраженного в миллиметрах. В качестве инструментальных применяют конусы, обозначаемые цифрами 4, 6, 80, 100, 120, 160, 200/
Конусы Морзе широко распространены во многих странах. Они были разработаны еще в применявшейся ранее дюймовой системе. Их используют в станкостроении, инструментальном производстве, приспособлениях. Их конусность составляет около С = 1:20. Обозначаются они цифрами 0, 1, 2, ..., 6. Кроме основных имеются укороченные конусы Морзе (ГОСТ 9953—82), обозначаемые В7, В10, В12, ..., В45, где цифра — округленное значение большого диаметра конического соединения. Основные параметры инструментальных конусов приведены в табл. 7.5.
Допуски инструментальных конусов установлены ГОСТ 2848—75. Предусмотрено пять степеней точности— от АТ4 до ЛТ8. Для каждой степени задаются предельные отклонения угла конуса, а также отклонения от прямолинейности образующей и от круглости
142
Таблица 7. 5. Конусы инструментальные
143
в любом сечении по длине конуса. Степени точности АТ4 и Л 75 применяют только для наружных конусов. На чертежах и в другой технической документации инструментальные конусы обозначаются:
метрический: Метр. 160 АТ7 ГОСТ 25557—82;
Морзе: Морзе 3 ATS ГОСТ 2557—82.
7.5, Измерения и контроль углов и конусов
Измерение и контроль угловых размеров осуществляют в зависимости от требуемой точности различными способами — с помощью угловых мер и шаблонов, угольников, конусных калибров.
Угловые меры выпускаются наборами с градацией значений углов через 2°, 1°, 1', 15" при разных номинальных значениях угла. Их изготовляют четырех классов точности — 00, 0, 1 и 2 — и аттестуют па разряды. С помощью особых струбцин их можно собирать в блоки.
При измерениях меры обычно используют двумя способами.
Блок угловых мер с углом, равным номинальному, прикладывают к одной стороне проверяемого угла и по просвету устанавливают его отклонение от номинального. Величину просвета обычно оценивают визуально, на глаз, в микрометрах, а затем переводят в угловые меры (на длине 206 мм линейное отклонение в 1 мкм равно угловому в 1").
Блок пли одна угловая мера иногда используется как установочная мера, а величина линейной погрешности при измерении детали определяется с помощью измерительной головки.
К о и у с и ы с к а л и б р ы служат для контроля по базорасстояншо и окраске: наружных конусов — калибрами-втулками, внутренних — пробками. Торец контролируемых конусов при сопряжении с калибром не должен выходить за пределы его рисок или уступа (рис. 7.8). При контроле по краске на калибр наносят слой специальной краски, после чего сопрягают с деталью и поворачивают на 3/4 оборота. После удаления калибра на проверяемой поверхности остйеотся пятна краски, по количеству которых судят о степени прилегания. Нормы точности обычно задаются в процентах от площади поверхности. Толщина слоя краски должна быть 1—5 мкм.
Угловые и линейные размеры конусов в зависимо-
Рис. 7.8, Конусные калибры: а, б — втулки; a -— пробке.
сти от требуемой точности измеряют как универсальными, так и специальными приборами и устройствами.
С н н у с н о й называют специальную линейку прямоугольной формы, имеющую на концах две опоры в виде роликов (шариков) одинакового диаметра. При установке на поверочную плиту линейка опирается на нее роликами и ее рабочая поверхность строго параллельна поверхности плиты. Для настройки на заданный угол под один из роликов помещают блок концевых мер длины, размер которого определяется по формуле:
h = £*sina, (7.2)
где L — расстояние между осями роликов линейки — базовая длина обычно в пределах 100—500 мм в зависимости от необходимой точности измерений.
После настройки линейки на ее рабочую поверхность устанавливают деталь вершиной конуса к приподнятому опорному ролику. Схема измерения угла а конусного калибра-пробки приведена на рис. 7.9. О погрешности определяемого угла судят по разности показаний в двух позициях измерительной головки, укрепленной на стойке и перемещаемой по плите вдоль калибра.
Линейку называют синусной из-за использования функции синуса для определения размера блока концевых мер длины. Она служит для измерения точных конусов.
Измерение углов с точностью отсчета 2' и грубее производят угломерами разных конструкций: универ-
145
Рис. 7.9. Синусная линейка.
сальным, с нониусом, сп-тическим. Центральные углы, образованные двумя радиусами, определяют с. помощью оптической делительной головки с ценой деления 5, 10, и 60". Углы между гранями металлических деталей измеряют гониометром, а малые угловые отклонения от горизонтали или вертикали — уровнями.
Часто применяют кос-
венные методы измерения конусов. Диаметр малого основания и угол наружного конуса определяют с помощью двух роликов одинакового диаметра и двух блоков концевых мер длины (рис. 7.10). Сначала микрометром, рычажной скобой или другим прибором измеряют размер /|, а затем, установив ролики на блоки высотой Л,—/2. Угол конуса ц находят из зависимости:
1g= (1. - а = 2 arctg (^1) .
(7.3)
Диаметр малого основания рассчитывают так: ^==Л-^р(1г ctg|3), (7.4)
где dp — диаметр ролика, мм; ^90-------.
Для определения угла наружного конуса иногда используют два кольца, внутренние диаметры которых D и d точно аттестованы (рис. 7.11, а). В этом случае
। а D — d lg "2"^2(£-й)
и
. D — d
a = 2arctg2-(r=-;ij,(7.5) где h — толщина колец.
Внутренние конусы из меря ют с помощыо двух шариков извест-
Piic. 7.10. Измерение параметров наружного конуса с помощью двух роликов.
146
Рис. 7.11. Измерение угла конуса: а — наружного конуса; б — внутреннего конуса.
ных диаметров D и d (рис. 7.11,6). Их поочередно закладывают во втулку и измеряют размеры /j и /2, например, глубиномером. Синус половины угла конуса рассчитывают по формуле:
s,n“2=_2(~' (7-6)
где I — расстояние между центрами шариков:
П р и мер. Конический калибр-пробка для контроля внутреннего конуса [>• 1:10 контролируется на синусной линейке (см. рис. 7.9). Определить высоту h блока концевых мер длины, если базовая длина линейки L=200 мм.
Из табл. 7.3 находим, что для конусности С=1:10 угол конуса а = 5°43'29,3". Из формулы (7.2) следует: h = 200-sin х
Из таблиц устанавливаем, что sin 5°43 29 3"^0,0998 и h =19,960 мм.
Пример. При проверке конусного калибра-пробки на синусной линейке (см. рис. 7.9) разность показаний измерительной головки на длине L = 63 мм составила АЯ=8 мкм. Определить годность калибра по углу конуса, если чертежом задано [>1 :10 Л7Ъ6.
Из табл. 7.4 находим, что для А—63 мм 4Ти6= = 12,5 мкм. По углу конуса калибр годен.
ГЛАВА
ДОПУСКИ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
8
8.1. Основные понятия об отклонениях формы
Выполняя чертеж, конструктор ограничивает деталь поверхностями, как правило, простой формы. Наиболее часто применяют цилиндрические—наружные и внутренние— поверхности, затем — плоские, реже —конические и поверхности сложной формы. В процессе изготовления детали не только ее размеры, но и форма ограничивающих поверхностей не может быть выполнена идеально. Из-за погрешностей станка, износа инструмента, деформации упругой системы «станок — приспособление — инструмент — деталь», неравномерности снимаемого с заготовки припуска и многих других причин заданная форма детали искажается. Такое искажение формы очень нежелательно, так как в процессе эксплуатации детали по этой причине возникают ее интенсивный износ, неопределенность базирования, изменение характера посадки, быстрый выход из строя сопряженных узлов, например подшипников качения. Оно вызывает много трудностей и в процессе изготовления детали: оказывается недостоверным контроль ее линейных размеров, затрудняется установка в приспособлении и на станке, увеличивается трудоемкость сборки, а иногда становится необходимой и пригонка.
Как видим, очень важно выдержать заданную конструктором форму детали, а уж если избежать ее искажения невозможно, то необходимо задавать определенный допуск на это искажение. Другими словами, отклонения формы необходимо регламентировать.
Отклонением формы поверхности или и р о ф п л я называют отклонение их реальной формы от поминальной. Реальной называют поверхность, ограничивающую деталь. Профилем — линию пересечения
118
поверхности с плоскостью, которая обычно располагается перпендикулярно к поверхности. Следовательно, реальный профиль — это линия пересечения реальной поверхности плоскостью. Номинальной называют идеальную поверхность, геометрическая форма которой задана чертежом или другой технической документацией. Профиль такой поверхности называют номинальным.
Отклонения формы отсчитываются от прилегающих поверхностей. В соответствии с ГОСТ 24642—81 прилегающей называют поверхность, касательную к реальной поверхности, имеющую форму номинальной и расположенную вне материала детали таким образом, чтобы наибольшее расстояние до нее точек реальной поверхности— в пределах нормируемого участка — было минимальным. Так же определяются прилегающая плоскость и аналогично — прилегающий профиль (например, прилегающая прямая).
Несколько иначе —прилегающая цилиндрическая поверхность. Прилегающим называют цилиндр минимального диаметра, описанный вокруг реальной наружной цилиндрической поверхности, или цилиндр максимального диаметра, вписанный в реальную внутреннюю ци-л индр и чес кую лове р хн ость.
Шероховатость поверхности (за некоторыми исключениями), как правило, не включается в отклонения формы.
Отклонения формы обозначаются на чертежах по ГОСТ 2.308—79. Условный знак я числовое значение допуска формы вписываются в рамку, разделенную на два поля: в первом размещают знак, а во втором — числовое значение допуска в миллиметрах. Рамку соединяют линией, оканчивающейся стрелкой, с контурной или выносной линией, продолжающей контурную линию элемента, ограниченного допуском (см. рис. 8 1,6; 8.2,6 и 8.4,6, з, з). Если такое обозначение отсутствует, значит, отклонение формы может быть допущено в пределах допуска размера.
8.2. Отклонения от прямолинейности и плоскостности
Степень искажения реальной поверхности, ее отклонение от номинальной, предусмотренной чертежом формы, может быть задана допустимой величиной искажения профиля. При сечении плоскостью номинально плоских поверхностей и осевом сечении цилиндрической получающийся профиль представляет собой прямую
149
\
Реальный профиль
Рис. 8.1. Отклонение от прямолинейности.
Прилегающая прямая
линию. Реальная поверхность отличается от номинальной, и реальный профиль не похож на прямую. Отклонением от прямолинейности называют наибольшее расстояние А от точек реального профиля до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка (рис. 8.1,а).
Условное обозначение отклонения от прямолинейности показано на рис. 8.1,6. Знак «—» в первом поле рамки допуска — условное обозначение допуска прямолинейности. Запись во втором поле рамки означает, что отклонение от прямолинейности верхней грани детали в поперечном направлении должно быть не более 0,012 мм, а в продольном —не более 0,012 мм на длине 100 мм и не более 0,020 мм на всей длине детали.
На практике используют и частные виды отклонения от прямолинейности — выпуклость и вогнутость (рис. 8.1, в), что обычно связано с ограничением или недопущением отклонений такого вида. Эти частные отклонения не имеют своих условных обозначений, поэтому требования к ним записываются текстом на чертеже или в технических условиях. Например «Выпуклость не разрешается», «Допуск вогнутости 0,020 мм» и т. д.
Допустимая степень искажения формы номинально плоской поверхности более полно задается отклонением от плоскостности. Это наибольшее расстояние А от течек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка (рис. 8.2,а). И здесь иногда регламентируются частные виды отклонения: выпуклость и вогнутость (рис. 8.2,в). Чертеж ограничивает эти виды отклонения формы или не допускает их вовсе. Так, в ряде случаев не допускается выпуклость для установочных поверхностей и вогнутость— для измерительных. Условное обозначение отклонения от плоскостности показано на рис. 8.2, б.
Величина отклонения от прямолинейности пли от плоскостности определяется степенью точности выполнено
Рис. 8.2. Отклонение от плоскостности: а — отклонение А; б — условное обозначение на чертеже; в — частные виды отклонения— выпуклость и вогнутость.
ния заданной формы детали. Стандарт (ГОСТ 24643— 81) предусматривает 16 степеней точности, обозначаемых арабскими цифрами: 1, 2, 3, ...» 16, из которых 1-я самая точная. Числовое значение допуска формы зависит от длины L нормируемого участка. При назначении допуска плоскостности (или прямолинейности) его обычно связывают с допуском размера, координирующего эту плоскость. В зависимости от величины отношения допуска формы и допуска размера 7ф/Гр различают нормальную, повышенную и высокую относительную геометрическую точность поверхности (7$ составляет соответственно 60, 40 и 25% от 7,р).
Рекомендации по назначению степеней точности приводятся в справочниках [1]. Для ориентации скажем, что степени точности- 1—4-я применяются редко — для измерительных поверхностей средств измерения, направляющих высокоточного станочного оборудования; 5— 6-я — для направляющих станков, приборов и машин обычной точности; 7—8-я—для деталей общего машиностроения.
Контроль прямолинейности и плоскостности производят различными методами в зависимости от заданной точности и размеров детали. На деталях средних размеров прямолинейность обычно контролируют с помощью лекальной линейки: ее рабочую поверхность прикладывают к измеряемой поверхности и визуально оценивают величину просвета. Точность такого субъективного метода контроля зависит от опытности оператора. Погрешность оценки обычно составляет 15—20% от измеряемой величины. Измерение прямолинейности протяженных поверхностей значительно сложнее и требует
151
использования в этом случае специальных приборов, например, автоколлиматоров.
Применение того или иного метода определения отклонения от плоскостности также зависит от заданной точности и размеров контролируемой поверхности. Детали средних и малых размеров и средней точности обработки обычно контролируются с использованием поверочных плит. По ГОСТ 10905—75 поверочные и разметочные плиты выпускаются размерами от 160X160 до 2500X1600 мм классов точности 00 (самый точный), 0, 1, 2 и 3. Обычно их изготовляют из серого чугуна и — в небольшом количестве — из твердого камня — диабаза, гранита. Плиты из камня отличаются высокой коррозионной стойкостью, твердостью, не изменяют формы со временем (из-за отсутствия внутренних напряжений), не намагничиваются и служат значительно дольше чугунных.
Плоскостность поверхностей деталей малых и средних размеров обычно оценивают методом «на краску»: участок рабочей поверхности плиты смазывают тонким равномерным слоем интенсивного красителя (синькой или сажей, разведенной на машинном масле) и накладывают на него контролируемой поверхностью деталь, слегка прижимая и перемещая ее относительно плиты. Выступающие участки контролируемой поверхности при этом окрашиваются красителем. Оценку плоскостности производят но числу пятен на определенной площади (обычно на квадрате 25X25 мм). Отметим, что отклонение от плоскостности и число пятен пе одно и то же: первое характеризует высоту неровностей, а второе — опорную площадь. Однако между этими величинами существует определенная связь, установленная экспериментально. Так, для 3—4-й степени точности число пятен на квадрате 25X25 мм должно быть в пределах 20—30, для 5—6-й—12—20 н для 7—8-й —5—12.
Численное определение отклонения от плоскостности для деталей средних размеров производят следующим образом. Деталь устанавливают на поверочную плиту и выверяют так, чтобы три наиболее разнесенные точки поверхности, не лежащие на одной прямой, находились на одинаковом расстоянии от поверхности плиты (рис. 8.3). Считается, что прилегающая к контролируемой поверхности плоскость параллельна плоскости поверочной плиты. С помощью закрепленной в штативе измерительной головки находят высоту точек контролируемой поверхности. За отклонение от плоскостности
152
Рис. 8.3. Контроль отклонения от плоскостности.
собой как сообщающиеся
принимают разность наибольшего и наименьшего показаний измерительной головки.
Отклонения от плоскостности протяженных плоскостей крупногабаритных деталей устанавливают с использованием специфических измерительных
средств. Распространение получил метод с применением ряда гидростатических уровней, соединенных межд
сосуды. Они наполнены ртутью или водой и снабжены микрометрическими устройствами, определяющими положение уровня жидкости по контакту ее с концом микровинта (в этот момент загорается лампочка). Точность метода — до ±0,01 мм.
Отклонение от плоскостности очень точно обработанных поверхностей, например измерительных поверхностей микрометра, устанавливают интерференционным методом с использованием специальных стеклянных пластин и приборов — интерферометров.
8.3. Отклонения формы цилиндрических поверхностей
Неизбежное в процессе изготовления детали искажение формы наружных и внутренних цилиндрических поверхностей вызывает такие же негативные последствия, как и искажение формы плоских поверхностей. И в этом случае необходимо регламентировать отклонения формы. Допуски формы назначаются только тогда, когда их величина меньше допуска диаметрального размера.
Наиболее полно искажение поверхности характеризуется отклонением от цил индричност и — наибольшим расстоянием Д от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка (рис. 8.4,а). Условное обозначение этого отклонения приведено на рис. 8.4,6. На практике, однако, им пользуются редко, так как в производственных условиях сложно установить его величину, а главное, отклонение позволяет оценить лишь работоспособность детали и нс дает никакой информации о причинах брака, что затрудняет корректировку технологического процесса с целью повышения качества продукции.
153
Рис. 8.4. Отклонения формы цилиндрических поверхностей и обозначения на чертежах: а, б — отклонение от цилиндричности; в, г—отклонение от круглости; д — овальность; е — огранка, ж, з — отклонение профиля продольного сечения; w — конусообразность; к — бочкообразность; л — сед сообразность.
Конструкторы обычно задают допуск формы в поперечном или продольном осевом сечении номинально цилиндрической поверхности, а иногда — в обоих сечениях одновременно. В поперечном сечении — отклонение от круглости, а в продольном — отклонение профиля продольного сечения.
Отклонением от круглости (рис. 8.4,в и г) называют наибольшее расстояние Д от точек реального профиля до прилегающей окружности. Частные его виды — овальность и огранка.
При овальности (рис. 8.4,д) реальный профиль поперечного сечения представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой перпендикулярны. Контроль овальности не вызывает затруднений. Ее легко устанавливают путем неоднократного измерения диаметра в одном поперечном и в разных осевых сечениях, т. е. при повороте детали. В зависимости от точности диаметрального размера или величины допуска формы применяют тот или иной при
154
бор с двухточечной схемой измерения — штангенциркуль, микрометр, рычажный микрометр и др.
Основная причина появления овальности — неудовлетворительное состояние опор шпинделя станка. Если нежесткая заготовка имеет первоначальную овальность, то при обработке происходит копирование этой погрешности. При использовании люнета овальность шейки приводит к овальности детали, обрабатываемой на токарном или шлифовальном станке.
Огранка (рис. 8.4, е)—отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру. Различают огранку с четным и нечетным числом граней, что существенно при контроле, Когда число граней четное, приборами с двухточечной схемой измерения легко устанавливают дефект при неоднократном измерении диаметра в одном поперечном сечении с поворотом детали и отклонение от круглости рассчитывают по формуле:
* _ <Лпвх — ^min
а — 2 -.
При нечетном числе граней измерения диаметра в поперечном сечении во всех направлениях дают один и тот же результат. Такая огранка относится к классу так называемых псевдоокружностей. Контроль обычно производят измерительной головкой с помощью призмы, на которую помещают деталь. Разность показаний прибора дает величину огранки. Рассматриваемая погрешность обычно возникает при таком высокопроизводительном методе обработки, как бесцентровое шлифование, при плохом состоянии поверхности опорного ножа или при неправильной заправке подающего круга.
Отклонение профиля продольного сечения (рис. 8.4, ж, з)—это наибольшее расстояние А ст точек образующих реальной поверхности, лежащих в плоскости, проходящей через ее ось, до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка. Практический интерес представляют частные виды этого отклонения — конусообразность, бочкообразность и седлообразность (рис. 8.4,и, к, л). Они легко выявляются при измерении диаметра детали в нескольких сечениях по длине — обычно в трех поперечных: в середине и вблизи от краев нормируемого участка.
Конусообразность обычно возникает из-за смещения центра задней бабки в горизонтальной плоскости
155
и исчезает после соответствующей наладки станка. Бочкообразность появляется при обработке нежестких деталей на токарном или шлифовальном станке из-за упругих радиальных отжатий их усилием резания. Наибольшее отжатие происходит посредине детали, где ее жесткость минимальна. С дефектом борются путем повышения жесткости детали (установкой люнета) или уменьшения усилия резания введением специального чистового прохода с малой глубиной резания. Седло-образ кость наблюдается при обработке жестких деталей на изношенном станке, когда недостаточна жесткость передней и задней бабок.
Величину отклонения профиля продольного сечения для каждого из его частных видов определяют по формуле:
А _ <Лпах — rfmln ~ 2 *
Частные виды отклонений пе имеют специальных условных обозначений. Необходимые требования записывают текстом на чертеже или в технических условиях.
Числовые значения допусков формы цилиндрических поверхностей приведены в ГОСТ 24643—81. Стандарт предусматривает для цилиндричнссти, круглости, профиля продольного сечения 16 степеней точности, из них самая точная 1-я. При назначении допуска формы стандарт рекомендует придерживаться определенного соотношения его с допуском размера. Как и при отклонении формы плоских поверхностей, предусмотрены нормальная (уровень Л), повышенная (5) и высокая (С) относительная геометрическая точность поверхности. Допуск формы Тф для этих уровней принимается равным соответственно 30, 20 и 12% от допуска размера Гр. Различие объясняется тем, что допуск размера ограничивает отклонения диаметра поверхности, а допуск формы — отклонения радиуса.
8.4. Отклонения расположения поверхностей
На работоспособность узла и изделия в целом сильное влияние оказывают отклонения расположения поверхностей деталей. При чрезмерно большой величине этих отклонений не только ухудшается работоспособность изделий, но иногда делается невозможной даже их сборка.
Отклонение расположения поверхностей— это отклонение их реального расположения от
156
номинального, заданного номинальными линейными и угловыми координирующими размерами между рассматриваемой поверхностью и базами. Базой является элемент детали, по отношению к которому задается допуск расположения. Базами могут быть плоские поверхности детали, оси цилиндрических или конических поверхностей вращения, плоскости симметрии. В отдельных случаях координирующие размеры не задаются. Так, для отклонения от соосности или симметричности координирующий размер равен нулю.
Отклонения расположения поверхностей определяются в пределах нормируемого участка, длина которого, в миллиметрах, указана в условном обозначении допуска — она вписывается в рамку после его числового значения и отделяется наклонной линией. Если такое указание отсутствует, значит, отклонение расположения устанавливается на всей длине нормируемого элемента. При оценке отклонений расположения отклонения формы рассматриваемой и базовой поверхностей учитываться не должны. Для выполнения этого требования реальные поверхности заменяются прилегающими.
Перечень отклонений расположения поверхностей и их определения приведены в ГОСТ 24642—81 (СТ СЭВ 301—76), а их условные обозначения на чертежах—в ГОСТ 2.308—79 (СТ СЭВ 368—76).
Рассмотрим основные виды отклонений расположения поверхностей.
Отклонение от параллельности плоскостей (рис. 8.5, а) —это разность А наибольшего и наименьшего расстояния между плоскостями в пределах нормируемого участка. На рис. 8.5, б показано обозначение такого отклонения на чертеже; нижняя плоскость принята за базу. Иногда в зависимости от условий работы детали допуски параллельности плоской поверхности могут назначаться разными, например в продольном и поперечном направлениях.
Отклонение от параллельности оси относительно плоскости — разность А наибольшего и наименьшего расстояний между осью и плоскостью на длине нормируемого участка (рис. 8.5, в, е).
Отклонения расположения номинально параллельных осей (или прямых) могут быть заданы отклонением от параллельности в общей плоскости или перекосом осей (рис. 8.5, д). Отклонение от параллельности осей в общей плоскости — это разность Дх наибольшего и наименьшего расстояний между проекциями осей на их об-
157
Рис. 8.5. Отклонения от параллельности и обозначения на чертежах: а. б — плоскостей; в, г — оси н плоскости; д, е — отклонение от параллельности и перекос осей.
щую плоскость на длине нормируемого участка. Общей плоскостью осей в пространстве называют плоскость, проходящую через базовую ось и точку другой оси. Перекос осей — это разность наибольшего и наименьшего расстояний между проекциями осей на плоскость, перпендикулярную к общей плоскости осей и проходящую через базовую ось. В некоторых конструкциях отклонения от параллельности осей и их перекос по-разному влияют на работоспособность изделия, в связи с чем численные значения их допусков назначаются различными. Так, па рис. 8.5, е допуск параллельности в общей плоскости равен 0,10 мм, а допуск перекоса осей— 0,25 мм.
Если на чертеже не указана длина нормируемого участка, то определение отклонения от параллельности производится на всей длине рассматриваемых поверхностей.
Отклонение от перпендикулярности— это отклонение от прямого угла (90°). Выражается оно в линейных величинах А на длине нормируемого участка. На рис. 8.6, а, б показано отклонение от перпендикулярности плоскостей и обозначение его на чертежах, а на рис. 8.6, в, г — отклонение от перпендикулярности оси и плоскости. К этой же группе отклонений может быть отнесено и торцевое биение — разность Д наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального
158
Рис. 8.6. Отклонения от перпендикулярности и обозначения на чертежах: а, б — плоскостей; в, г — оси и плоскости; д, е — торцевое биение
профиля торцевой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси (рис. 8.6, д, е).
При изготовлении поверхностей с номинально совпадающими осями погрешности ограничиваются отклонением от соосности или радиальным биением.
Отклонение от соосности может быть задано относительно оси базовой поверхности (рис. 8.7, а) — это наибольшее расстояние Д между осями рассматриваемой поверхности вращения и базовой на длине нормируемого участка. Отклонение от соосности относи
Рне. 8.7. Отклонение or соосности и радиальное биение, обозначения на чертежах: а, б — отклонение от соосности от оси базовой поверхности; в, г — отклонение от соосности от общей оси; О, ё — радиальное биение.
159
тельно общей оси (рис. 8.7, в)—наибольшее расстояние А между осью рассматриваемой поверхности вращения и общей осью двух или нескольких поверхностей на длине нормируемого участка. На рис. 8.7,6, г приведено обозначение отклонений на чертежах. Допуск соосности может быть задан в радиусном или диаметральном выражении. Допуск в радиусном выражении — это наибольшее допустимое значение отклонения от соосности. При его использовании перед числовым значением допуска ставят знак Допуск в диаметральном выражении— удвоенное наибольшее значение отклонения от соосности; обозначается знаком 0 перед числовым значением допуска; этот способ задания допуска предпочтителен.
Обозначения и предусматривают
одну и ту же точность изготовления.
Необходимо иметь в виду, что до утверждения ГОСТ 24642—81 применялись иные знаки отклонений расположения поверхностей, а главное, использовалась только одна, радиусная, форма задания допуска, поэтому перед его числовым значением никаких знаков не ставилось.
Радиальным биением (рис. 8.7, д, е) называют разность А наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля поверхности до базовой оси в сечении плоскостью, перпендикулярной базовой оси. Радиальное биение определяется не только расположением оси нормируемой поверхности, но и отклонением ее формы.
Симметричность и соосность — понятия сходные. Но первое применяют для характеристики точности совпадения плоскостей симметрии двух или нескольких групп призматических элементов или плоскости симметрии призматического элемента с осью поверхности вращения. Отклонение от симметричности относительно базового элемента (рис. 8.8, а) —это наибольшее расстояние А между плоскостью симметрии (или осью) рассматриваемого и плоскостью симметрии базового элементов в пределах нормируемого участка. Иногда задают отклонение от симметричности относительно общей плоскости симметрии (рис. 8.8, в), оцениваемое наибольшим расстоянием А между плоскостью симметрии или осью рассматриваемого элемента и общей плоскостью симметрии двух или нескольких элементов в пределах нормируемого участка.
160
л) ЬазоЬм пюсюсюь д) д)
Рис. 8.8. Отклонения от симметричности и пересечения осей и их обозначения на чертежах: а, б — отклонение от симметричности относительно базового элемента; в, г — отклонение от симметричности относительно общей плоскости симметрии; 0, е — отклонение от пересечения осей.
Отклонение от переселения осей (рис. 8.8, д) назначают для осей поверхностей вращения, номинально расположенных в одной плоскости, которые должны пересекаться под заданным углом, например прямым. Оно оценивается наименьшим расстоянием Д между осями реальных поверхностей.
На рис. 8.8,6, г, е приведены условные обозначения этих отклонений на чертежах. Как и при нормировании соосности, допуски симметричности и пересечения осей задаются как в диаметральном, так и в радиусном выражении, при этом задание в диаметральном выражении считается предпочтительным. Однако есть и отличие: допуск в диаметральном выражении условно обозначается буквой Т перед числовым значением, а в радиусном — знаком 772.
Взаимное расположение нескольких поверхностей детали задается координирующими размерами. Требуемая точность может нормироваться назначением предельных отклонений координирующих размеров или по-зяционных отклонений. Позиционное отклонение — это наибольшее расстояние Д между реальным расположением поверхности (оси, плоскости симметрии) и номинальным в пределах нормируемого участка (рис. 8.9,а). Координирующие размеры на чертежах указываются номинальными значениями без предельных
6
Зак. № Й16
161
Рис. 8.9. Позиционное отклонение и обозначения на чертеже.
отклонений и заключаются в прямоугольные рамки. Позиционные допуски чаще всего применяют для нормирования расположения нескольких осей отверстий под крепежные детали.
Позиционный допуск может быть задан как в радиусном выражении, так и в диаметральном, что предпочтительнее. Если координирующие размеры определяют номинальное положение оси, то перед числовым значением позиционного допуска указываются символы 0 или А\ а если номинальное расположение плоскостей, то Т и Т/2. На рис. 8.9,6, в показаны оба варианта задания позиционного допуска.
На чертежах наряду с раздельными отклонениями формы и расположения поверхностей могут указываться и суммарные отклонения — результат их совместного проявления. Так, могут быть заданы суммарные отклонения параллельности и плоскостности, перпендикулярности и плоскостности, полное радиальное или торцевое биение.
Числовые значения допусков расположения поверхностен приведены в ГОСТ 24643—81. Предусмотрено 16 степеней точности, из них 1-я самая точная. При их назначении следует пользоваться рекомендациями, приведенными в справочниках.
162
8.5. Независимые и зависимые допуски расположения поверхностей
Точность взаимного расположения поверхностей конструктор задает, исходя из функционального назначения детали, условий ее работы. Увеличение отклонения расположения за пределы заданного допуска иногда приводит к ухудшению работы узла или изделия в целом. Так, повышение допуска соосности наружной цилиндрической поверхности маховика относительно базы— посадочного отверстия — приводит к возрастанию нагрузок на опоры из-за дисбаланса маховика, а увеличение радиального биения наружной поверхности заготовки зубчатого колеса относительно посадочного отверстия— к неудовлетворительной работе зубчатой передачи. В этих случаях действительное отклонение расположения не должно выходить за пределы, указанные на чертеже детали.
Однако во многих случаях допуск расположения задается конструктором только для того, чтобы обеспечить собираемость детали с гарантированным зазором с сопряженным узлом или деталью. Естественно, при назначении такого допуска конструктор исходит из наиболее неблагоприятной ситуации, когда сборка осложнена. Это наблюдается в тех случаях, когда охватывающие поверхности детали (отверстия, пазы) имеют минимальный размер в пределах допуска, а охватываемые (диаметр вала, ширина выступа)—максимальные. У большинства деталей в партии, изготовленных по одному чертежу, действительные размеры не имеют таких неудобных для сборки экстремальных значений. И для них без ущерба для собираемости действительные значения отклонений расположения могут быть допущены большими, чем указано на чертежах. А это позволяет применять менее точные, но более производительные технологические процессы обработки.
Допуски расположения охватывающих и охватываемых поверхностей могут быть независимыми или зависимыми.
Независимым называют допуск расположения, числовое значение которого постоянно для всех деталей, изготовляемых по данному чертежу, и не зависит от действительных размеров рассматриваемой или базовой поверхности.
Зависимым называют допуск расположения, минимальное значение которого указано на чертеже и ко-
163
Рис. 8.10. Зависимый допуск расположения: а — чертеж детали; б — сопряженная деталь; в, г — эскиз втулки с отверстиями наименьших и наибольших размеров.
торое можно превышать на величину, соответствующую отклонению действительного размера рассматриваемой или базовой поверхности от проходного предела — наибольшего предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия.
Зависимые допуски применяют для нормирования расположения наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, пазов, выступов и т. д. такими характеристиками, как позиционный допуск, соосность, симметричность, пересечение осей, перпендикулярность осей или оси и плоскости. Зависимый допуск условно обозначается символом, показанным на рис. 8.10, а, который вписывается во второе и третье поля рамкй допуска, если отклонения размеров обеих поверхностей определяют величину зависимого допуска. Отсутствие символа означает, что допуск независимый
Использование зависимых допусков во многих случаях позволяет значительно снизить требования к точности изготовления детали. Рассмотрим пример. На рис. 8.10, а допуск несоосности отверстий D\ и D? принят зависимым. Это означает, что при наиболее неблагоприятном для сборки случае — наименьших в пределах допуска диаметрах обоих отверстий — несоосность
164
к гарантирует собираемость с сопряженной деталью — ступенчатым валом проходного предела, т. е. с наибольшими диаметральными размерами двух ступеней (рис. 8.10,6).
Из рис. 8.10, в ясно, что собираемость ступенчатой втулки определяется взаимным расположением образующих 1 — 1 и 2 — 2, причем в изображенном на схеме случае, когда оба отверстия выполнены по минимальному в пределах допуска диаметру, а отклонение от соосности равно А, гарантирована собираемость с самым неблагоприятным для сборки валом, у которого диаметры обеих ступеней максимальны в пределах допуска и наибольшая несоосность.
Представим, что диаметры отверстий втулки увеличены до максимально возможных, причем увеличение Di происходит вверх по схеме рисунка, a D2— вниз от первоначального положения (рис. 8.10,в). Такая новая схема показана на рис. 8.10, а. Из него следует, что ось меньшего отверстия поднялась на 0,5 TDit а ось большего опустилась на 0,5 TD2 и действительная несоос-ность такой втулки
АПред = A +0,57'D1 +0,577) 2 = Д 4-0,5 (Т'£)1 + ТТ)2).
. , Из рисунка видно, что положение образующих /—J и 2—2, определяющее собираемость, не изменилось. Следовательно, втулка с максимальными размерами обоих отверстий может быть признана годной, несмотря на увеличенную несоосность.
Пример. Определить максимально допустимую несоосность отверстий для втулки, изображенной на рис. 8.10,«, если /+ = 35/78; Р2=55/78 и Л=30 мкм. Допуск зависимый.
Из табл. 4.2 находим, что 77)1 = 39 и 77)2 = 46 мкм. Следовательно, максимальная несоосность, при которой еще возможна сборка, равна:
Дпрсд = д -5-0.5 (TDl 4- TD2) =30+0,5 (39+46) =72,5 мкм, что почти в 2,5 раза больше величины, указанной на чертеже.
Данные примера означают, что в партии деталей, изготовленных по чертежу рис. 8.10, а, все втулки, имеющие несоосность не более 30 мкм, будут годны независимо от действительных размеров обоих отверстий (конечно, если они в пределах допуска), а втулки с не-соосностью 73 мкм и более придется забраковать. Если
165
же действительная несоосность отверстий находится в пределах 30 мкм<Ддейств<72,5 мкм, то по одной этой информации судить о годности детали нельзя. Втулка может быть годной, если возросшая несоосность скомпенсирована соответствующим увеличением размеров отверстий, а может быть и забракована, если такой компенсации нет. Поэтому контроль расположения поверхностей универсальными измерительными приборами может производиться лишь в том случае, если допуск расположения независимый. При зависимом допуске одновременно с измерением несоосности нужно было бы определять действительные диаметральные размеры обеих поверхностей, что в производственных условиях выполнить с требуемой точностью практически невозможно. Поэтому детали с зависимыми допусками расположения контролируются так называемыми комплексными калибрами, которые одновременно оценивают и действительное отклонение расположения, и компенсацию его увеличения соответствующим изменением размеров рассматриваемых поверхностей, т.. е. увеличением охватывающих, если контролируется расположение отверстий, пазов и т. п., или уменьшением охватываемых, если задано расположение ступеней валов, выступов, шпонок и пр.
Конфигурация комплексного калибра для контроля детали с зависимым допуском расположения совпадает с конфигурацией сопряженной детали. Так, ступенчатую втулку (рис. 8.10, с) контролируют комплексным калибром, выполненным в виде ступенчатой пробки точно такой же формы, как валик на рис. 8.10,6, а ступенчатые валики — калибром-кольцом со ступенчатой расточкой, как на рис. 8.10, а.
Каждая конкретная деталь контролируется «своим» комплексным калибром. Поэтому централизованно калибры изготовляются лишь для деталей, выпускаемых крупными сериями. Это калибры для контроля шлицевых валов и втулок, цоколей радиоламп и некоторые другие. В большинстве же случаев предприятия-изготовители деталей для их контроля сами проектируют и выпускают комплексные калибры.
Перед контролем комплексными калибрами линейные размеры рассматриваемых поверхностей должны быть проверены гладкими предельными калибрами.
Разовые затраты на создание комплексных калибров в полной мере компенсируются значительным снижением необходимой точности изготовления деталей. Приме
166
нение зависимых допусков расположения экономически целесообразно всюду, где при этом не снижается качество изделий.
8.5. Контроль независимых и зависимых допусков расположения
Независимый допуск расположения имеет постоянное численное значение для всех деталей, выполняемых по данному чертежу. Его значение не зависит от действительных размеров поверхностей, расположение которых регламентируется. В связи с этим независимые допуски контролируются универсальными измерительными приборами, позволяющими определить численное значение отклонения расположения и таким образом судить о годности детали.
Схемы контроля некоторых допусков расположения, а также их условные обозначения на чертежах приведены на рис. 8.11.
Рис. 8.11. Измерение отклонений расположения поверхностей: а— параллельность плоскостей; б — параллельность оси и плос-kovth; с — перпендикулярность плоскостей; г — торцевое биение; д — радиальное биение,
167
•Отклонения от параллельности 'Двух плоских поверхностей деталей средних размеров контролируют на поверочной плите. Деталь устанавливают базовой плоскостью на плиту, и закрепленной на штативе измерительной головкой, например индикатором часового типа, определяют высоту точек измеряемой поверхности. Разность наибольшего и наименьшего показаний головки и есть величина действительного отклонения от параллельности (рис. 8.11, а);
Допуск параллельности оси и плоскости (рис. 8.11,6) контролируют также на поверочной плите с помощью оправки. Однако разность показаний головки не является отклонением от параллельности — необходим соответствующий пересчет.
Пример. Установить годность изображенной на рис. 8.11,б детали, если Д=0,04 и /=150 мм. При измерении на длине оправки Е = 250 мм зафиксирована разность показаний индикатора 0,05 мм.
Находим отклонение от параллельности из соотношения:
A = -?-•/ *150=0,03 мм.
Деталь годная.
Отклонение от перпендикулярности плоскостей может быть измерено с помощью угольника по схеме рис. 8.11, в. Разность показаний индикатора после пересчета сравнивают с заданным допуском перпендикулярности.
Для контроля торцевого биения (рис. 8.11,г) используется призма, на которую устанавливают деталь базовой поверхностью. При измерении деталь поворачивают, все время прижимая к укрепленному на призме центру. Торцевое биение измеряют на заданном диаметре, определяя его как разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора за один оборот детали.
Для определения радиального биения деталь, изображенную на рис. 8.11, с?, закрепляют в горизонтальных центрах. Если центровые отверстия не сохранились, ее устанавливают базовыми поверхностями на две призмы. При измерении деталь медленно вращают. Радиальное биение равно разности показаний индикатора за полный оборот детали.
При серийном производстве с целью сокращения времени на контроль применяют специальные приспособления разных конструкций, описанные в литературе.
168
Отклонения расположения поверхностей сложных и точных корпусных деталей иногда измеряют на корди-натно-измерительных машинах.
8.7. Волнистость и шероховатость поверхности
Совместное действие многих факторов, таких, как погрешности станка, недостаточная жесткость системы «станок — приспособление — инструмент — деталь», затупление и неровности режущих кромок инструмента, пластическая деформация поверхности обрабатываемой детали при стружкообразовании и др., приводит к тому, что на ее реальной поверхности образуются дефекты — неровности самой различной формы и размеров. Эти дефекты поверхности подразделяют на три основных вида (рис. 8.12): отклонения формы, волнистость поверхности, шероховатость поверхности. Условно их различают по величине отношения шага неровностей Sw к их высоте 1Гг. Отклонения формы, рассмотренные выше, характеризуются большим значением шага неровностей 5ц/, для них Sw/W2> 1000. Для волнистости это отношение находится в пределах 1 000>SIVZ2>40, а для шероховатости Sr/№2<40.
Волнистостью называют совокупность периодически повторяющихся неровностей со сравнительно большим шагом. Причиной ее чаще всего являются вибрации, возникающие при обработке резанием на металлорежущих станках. Как и остальные виды дефектов, волнистость самым отрицательным образом влияет на работоспособность деталей и узлов. Однако в настоящее время она еще не стандартизована, что объясняется ее недостаточной изученностью.
Рекомендацией СЭВ (PC 3951—73) установлены следующие параметры волнистости. Высота (рис. 8.13, а)—среднее арифметическое из ее пяти значений, определенных на участке содержащем не менее пяти шагов волнистости. Отдельно измеряется волнистость на длине Лп, равной пятой части длины Lw\
Номинальная Волнистость Отклонение
Рис. 8.12. Дефекты обработанной поверхности.
169
Рис. 8.13. Параметры волнистости поверхности: а — высота; б — шаг.
w,=4<r> +г*+ •• +
Наибольшая высота волнистости Wzmax—расстояние между наивысшей и наинизшей точками профиля в пре-делах длины Lw, измеренное на одной полной волне. Средний шаг волнистости 5ip-—среднее арифметическое значение длин отрезков средней линии ограниченных точками их пересечения с соседними участками профиля волнистости (рис. 8.13,6):
== (5 ip, + Sipa + • • + SirH)-
Положение средней линии волнистости mw определяется так же, как и средней линии т профиля шероховатости, о чем будет сказано ниже. Предельные числовые значения 1FZ рекомендуется выбирать из ряда ОД; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100 и 200 мкм.
Шероховатостью поверхности называют совокупность ее неровностей с относительно малыми шагами. Этот дефект — следствие пластических деформаций поверхностного слоя детали в процессе стружкообразо-вания, трения задней поверхности режущего инструмента о деталь, копирования неровностей режущих кромок инструмента и многих других факторов.
Шероховатость поверхности сильно и весьма отрицательно сказывается на эксплуатационной пригодности деталей и узлов. При посадках с зазором действительный контакт сопряженных трущихся поверхностей происходит в отдельных выступающих точках при давлении, во много раз превышающем среднюю расчетную
170
величину. В результате смазка выдавливается и жидкостное трение заменяется полусухим и даже сухим. Происходит интенсивный износ поверхностей, увеличивающий зазор в соединениях и часто искажающий форму контактирующих поверхностей (процесс приработки). Из-за шероховатости искажается и характер посадки с натягом, так как смятие вершин неровностей при запрессовке уменьшает величину натяга, снижая прочность соединения. При знакопеременных нагрузках шероховатость поверхности приводит к снижению усталостной прочности, так как впадины неровностей являются концентраторами напряжений, именно там образуются микротрещины, приводящие к разрушению детали. Шероховатость отрицательно сказывается на коррозионной стойкости детали, уменьшает контактную жесткость ее стыковых поверхностей, герметичность соединений. Все это вызывает необходимость нормировать и измерять шероховатость отдельно от точности размеров и погрешности формы.
Определение шероховатости конкретной поверхности начинают с того, что выбирают направление измерения неровностей. Оно может быть задано чертежом. При отсутствии такого указания измерение осуществляют в направлении наибольших неровностей, чаще всего перпендикулярно рискам обработки. Поверхность как бы рассекают перпендикулярной плоскостью, получая реальный профиль. Относительно этого профиля проводят так называемую базовую линию заданной геометрической формы. При оценке шероховатости плоских поверхностей (или цилиндрических в осевом сечении) базовая линия будет прямая. На определенном участке этой липни, называемом базовой длиной / (рис, 8.14), выделяют неровности, характеризующие шероховатость поверхности. Оценка шероховатости на строго определенной длине вызвана необходимостью уменьшить влияние на результаты измерений отклонений формы поверхности и, главное, волнистости. В зависимости от вида л высоты неровностей базовая длина выбирается из перечня, установленного стандартом.
В большинстве промышленно развитых стран параметры шероховатости оценивают в так называемой системе средней линии (системе М). Средней линией профиля т называют базовую линию, имеющую форму номинального профиля и проведенную так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально. Допускается, что-
171
Рис. 8.14. Профилограмма и основные параметры шерокош-гости поверхности.
бы в пределах базовой длины суммы площадей, расположенных по обеим сторонам от этой линии до контура профиля, были равны между собой.
Стандарт (ГОСТ 2789—73) устанавливает шесть параметров шероховатости, из них три характеризуют высоту неровностей (так называемые вертикальные параметры), а три остальных — их шаг и форму (горизонтальные параметры).
Вертикальные параметры, мкм:
‘ Ra — среднее арифметическое отклонение профиля;
Rz— высота неровностей профиля по 10 точкам;
Rmax ~ наибольшая высота профиля.
Горизонтальные параметры:
Sm — средний шаг неровностей профиля, мм;
5 — средний шаг местных выступов профиля, мм;
/р — относительная опорная длина профиля.
Рассмотрим подробнее каждый параметр.
‘ Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — это среднее арифметическое абсолютных значений отклонения профиля в пределах базовой длины:
I I I п
Ra — ~Г JIУIили приближенно Ra = — Si У<|» где / — базовая длина; п — число выбранных на ней точек профиля; t/t — расстояние между любой точкой профиля и средней линией.
Высота неровностей профиля по 10-ти точкам Rz — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших его впадин в пределах базовой длины:
2 I УрН 4- S I yvi I Rz = -------’
172
где yPi — высота i-того наибольшего выступа профиля; /Ли’—глубина /той наибольшей впадины профиля.
Линии, эквидистантные средней линии и проходящие через высшую и низшую точки профиля в пределах базовой длины, называют соответственно линией выступов и линией впадин профиля (см. рис. 8.14).
Наибольшая высота профиля — это расстояние между линиями выступов и впадин.
Средний шаг неровностей профиля Sm — среднее значение отрезков его средней линии, ограничивающих неровность профиля, в пределах базовой длины:
1 "
*->ГД “ п 2
' J=1 •
где п — число шагов в пределах базовой длины; Smt— шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками.
Средний шаг местных выступов профиля S -т- среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины:
1 й
i=l
где п—число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины; 5, — шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних выступов профиля.
Опорная длина профиля ^р —сумма длин отрезков bi, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней линии т в пределах базовой длины (см. рис. 8.14):
п
г 1^1
Относительная опорная длина профиля tP — отношение опорной длины профиля к базовой длине:
fp=ъ„11.
Опорную длину профиля т]р определяют на уровне сечения профиля линией, параллельной средней линии
173
Рис. 8.15, Профили неровностей, имеющие одинаковые высотные параметры шероховатости, но разную форму.
и отстоящей ст линии выступов на р, где р назначается в процентах от /?тах и выбирается из ряда 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%.
Из перечисленных параметров Ra характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля, Rz — среднюю высоту наибольших неровностей, а /?тах — наибольшую высоту профиля. Однако одни высотные параметры не могут оценить такие важнейшие характеристики поверхностей, как износостойкость. Обработанные различными методами и инструментами поверхности могут иметь одинаковые высотные параметры, но весьма разную износостойкость (рис. 8.15). Поэтому часто целесообразно нормировать не только высоту, но и форму неровностей, используя горизонтальные параметры SM, S или ip.
В табл. 8.1 приведены параметры шероховатости, определяющие важнейшие эксплуатационные свойства поверхности.
При назначении высотных параметров Ra и Rz cjiq-дует учитывать, что Ra дает более полную оценку шероховатости, так как для его определения измеряют расстояние до средней линии большего числа точек профиля, в то время как для Rz измеряют расстояние только
Таблица 8.1. Параметры шероховатости, определяющие эксплуатационные свойства поверхности
Эксплуатационные свойства поверхности Параметры шероховатости
Износоустойчивость при всех видах трения Внброустойчнвость Контактная жесткость Прочность соединений Прочность конструкций при циклических нагрузках Герметичность соединений Ra (ЯД ip, направление неровностей Ra (Rz)' 5, направление не- ровностей ip Ra (Rz) /?[Пах> 8, направление неров- ностей Ra (Rz\ ^tnax> ip
174
Таблица 8.2. Минимальные требования и шероховатости поверхности в зависимости от допуска размера к формы
Допуск размера Гр по квялнтетам Допуск формы Гл, в % от Гр Номинальные размеры, мм
До 18 Си. 18 до 50 Сп. 50 до 120 Св. 120 до 500
Значения мхм, не более
100 0,4 0,8 1,6 1,6
/75 60 0,2 0,4 0,8 0,8
40 0,1 0,2 0,4 0,4
100 0,8 1,6 1,6 3,2
/76 60 0,4 0,8 ’ 0,8 1.6
- 40 0,2 0,4 0,4 0,8
100 1,6 3,2 3,2 3,2
IT7 60 0,8 1,6 1.6 3,2
40 0,4 0,8 0,8 1,6
100 1,6 3,2 3,2 3,2
т 60 0,8 1,6 3,2 3,2
40 0,4 0,8 1,6 1,6
100 и 60 3,2 3,2 6,3 6,3
IT9 40 1,6 3,2 3,2 6,3
25 0,8 1,6 1,6 3,2
- 100 и 60 3,2 6,3 6,3 6,3
/по 40 1,6 3,2 3,2 6,3
25 0,8 1,6 1.6 3,2
100 и 60 6,3 6,3 12,5 12,5
/711 40 3,2 3,2 6,3 6,3
25 1,6 1.6 3,2 3,2
/712 и /713 100 и 60 40 12,5 6,3 12,5 6,3 25 12,5 25 12,5
между пятью вершинами и пятью впадинами неровностей.
Численные значения параметров шероховатости выбирают из рядов, приведенных в ГОСТ 2789—73. Для параметра Ra рекомендуется использовать предпочти-
175
Таблица 8.3. Соотношения значений параметров Дд, Rz и Ятах и базовой длины /
/?й, мкм = /?так, мкм 1, мм
До 0,025 Со. 0,025 до 0.4 До 0,10 Св. 0,10 ДО 1.6 0,08 0,25
. 0,4 . 3.2 . 1,6 . 12,5 0.8
. 3,2 , 12.5 . 12,5 , 50 2.5
. 12,5 , 100 . 50 . 400 8
тёльные значения/ так как образцы сравнения шероховатости поверхности по ГОСТ 9378—75 изготовлены именно с этими значениями Ra. Конкретные указания по выбору значений параметров шероховатости приведены в справочной литературе [1].
Допуски размера и формы поверхности требуют оп-. ределенной минимальной величины параметров шероховатости, так как последняя в’процессе сборки и эксплуатации изделия приводит к дополнительным отклонениям размера и формы в результате смятия вершин неровностей при сборке и интенсивного износа в процессе приработки подвижных соединений. Кроме того, поверхность со значительной шероховатостью невозможно точно измерить. В табл. 8.2 приведены наибольшие допускаемые значения параметра Ra в зависимости от допуска размера формы.
Данными табл. 8.2 пользуются в тех случаях, когда по условиям эксплуатации изделия более высоких требований к шероховатости поверхности не предъявляется.
При назначении базовой длины ее числовое значение обычно выбирают в зависимости от значений Ra, Rz или Аллах (табл. 8.3). Это отражает стабильную связь между значениями высоты и шагов неровностей для наиболее часто применяемых технологических процессов обработки, однако не препятствует выбору иного значения базовой длины I из ряда, приведенного в стандарте.
8.8. Обозначение шероховатости поверхности на чертежах
На чертежах шероховатость поверхности обозначается в соответствии с ГОСТ 2.309—73 (рис. 8.16,а). Если указывают только значение параметра (параметров), то применяют знак без полки. Для обозначения шерохова-
176
a)
Параметр
(параметры) шероховатости
Вид обработки поверхности и (или) другие дополнительные / указания
Полка знака
1 /
Базовая длина
^УслоБное обозначение направления народностей
Рис. 8.16. Обозначение шероховатости поверхности: а — структура обозначения; б, о — примеры обозначения.
тости используют три знака, представляющих собой усол в 60°, направленный вершиной к регламентируемой поверхности. Чаще применяют знак \/ , обозначаю-
щий шероховатость поверхности, вид обработки которой не устанавливается. Если поверхность должна быть обработана со снятием слоя материала, например шлифованием, травлением и т. п., то ставят знак . Если поверхность должна быть обработана без удаления слоя материала, например литьем, прокатом, штамповкой и т. п., то используют знак \/ . Этим же знаком обозначают поверхности, не выполняемые по данному чертежу. В этом случае состояние поверхности должно удовлетворять требованиям стандарта или технических условий, на которые должна быть ссылка.
В обозначениях числовое значение параметра шероховатости указывается следующим образом: Ra — без символа, например 3,2 (рис. 8.16,6); остальных — после соответствующего символа, например ₽г0,32 (рис. 8.16, в). Это означает, что неровности поверхности но критерию Ra должны быть не более 3,2 мкм, а во втором случае по критерию R*— не более 0,32 мкм.
При указании нескольких параметров шероховатости они приводятся в поле против вершины угла (рис. 8.16,41) в определенной последовательности: сначала высотные, затем шага неровностей профиля и после этого — относительной опорной длины профиля. Запись ^5о8О означает, что относительная опорная длина профиля /р=80% при уровне сечения профиля р=50%. Вид обработки указывается только в тех случаях, когда он является единственным для получения, поверхности
177
требуемого качества. Базовая длина в обозначении шероховатости дается только тогда, когда ее величина по каким-либо соображениям не соответствует рекомендациям табл. 8.3.
Стандарт предусматривает возможность указывать направление неровностей шестью условными знаками, однако ими пользуются очень редко. При их отсутствии шероховатость измеряют в направлении максимальных значений неровностей.
Обозначения шероховатости располагают на контурных и выносных линиях или на полках линий-выносок.
При одинаковой шероховатости части поверхностей изделия в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости, например /?240, и условное обозначение ( \/ ) (рис. 8 16, б). Это означает, что все поверхности, на которых нет обозначения шероховатости или знака , должны иметь шероховатость, указанную перед обозначением ( \J ) ,— в нашем случае параметр У?2 не должен быть больше 40 мкм.
Если отдельные участки одной и той же поверхности имеют различную шероховатость, то они разграничиваются тонкой сплошной линией с нанесением соответствующих размеров и обозначением шероховатости (рис. 8.16, в).
8.9. Контроль и измерение шероховатости поверхности
На производстве широко используется контроль шероховатости путем сравнения визуально или на ощупь изделий с образцами или образцовыми деталями. Образцы шероховатости (ГОСТ 9378—75) имеют размеры 30X20 мм и более, их получают механической обработкой, нанесением покрытий на пластмассовые отпечатки и другими способами. На каждом образце указано значение Ra в микрометрах и вид обработки. При оценке шероховатости поверхности методом сравнения изделие и образец должны иметь одинаковые вид обработки и материал. Визуально удовлетворительно оценивается шероховатость поверхности с /?я=0,4 — 50 мкм. Облегчает контроль применение микроскопов сравнения.
Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами с использованием двойных микроскопов и интерферометров, а также
178
контактными с помощью щуповых приборов — профилографов и профилометров.
Действие двойных микроскопов основано на принципе светового сечения, заключающегося в том, что на измеряемую поверхность проецируется узкая световая щель. Неровности поверхности искривляют прямолинейные границы щели пропорционально своей высоте (рис. 8.17,а).
Двойной микроскоп МИС-11 (рис. 8.17,а) состоит из двух микроскопов — осветительного / и наблюдения //, оси которых составляют угол 90°, Пучок света от источника через узкую щель 1 и объектив 2 направляется на контролируемую поверхность детали 3t установленной на столике прибора. Неровности поверхности деформируют щель. Изображение ее проектируется объективом 4 в фокальную плоскость окулярми-крометра, состоящего из окуляра 6 и сетки 5, В поле зрения микроскопа наблюдается деформированная криволинейная щель и перекрестье, перемещение которого оценивается по шкале микровинта. Визируя последова-
179
7777.
Рис. 8.18. Схема участка интерферограммы поверхности
тельно выступ и впадину каждой неровности, по разно-сти показаний шкалы определяют высоту R неровности.
Параметр R2 находится как среднее арифметическое из пяти значений R на длине участка измерений, включающего одну или несколько базовых длин в зависимости от поля зрения микроскопа.
Микроскоп МИС-11 служит для измерения параметров Rz н 7?m;ix в пределах 0,8—80 мкм. Аналогичен принцип работы прибора ПСС-2.
Шероховатость грубо обработанных поверхностей контролируют прибором теневого сечения ПТС-1 с пределами измерения Rz и 7?тах— 40—320 мкм.
Принцип действия интерферометров основан па использовании интерференции света, отраженного от контролируемой поверхности п эталонной поверхности образца. Из-за неровностей поверхности интерференционные полосы искривляются в соответствии с профилем и высотой неровностей. Эти искаженные интерференционные полосы (схема участка интерферограммы показана на рис. 8.18) рассматривают через окуляр. С помощью окулярного микрометра определяют величину искривления полосы f и ширину интервала полос Ь. Высоту неровности находят по формуле:
где X —длина световой волны, величина, зависящая от источника света.
Для прибора МИИ-4 1^0,550 мкм. С помощью этого прибора можно измерять параметры шероховатости Rz и 'Яшах в пределах 0,1—0,8 мкм. Микроинтерферометры МИИ-10, II, 12 и 15 имеют несколько другие пределы измерений.
Профилографы и профилометры — контактные щуповые приборы. При измерении по контролируемой поверхности перемещается алмазная игла с очень малым радиусом закругления (Т?=0,002— — 0,010 мм). Неровности поверхности вызывают осевое перемещение иглы, которое с помощью различных датчиков (индуктивных, механотронных и др.) преобразуется в колебания напряжения электрического тока.
180
Профилограф снабжен записывающим устройством, выдающим профилограмму — изображение реального профиля контролируемой поверхности в определенном масштабе (см. рис. 8.14). Предпочтительные значения вертикального увеличения в 100, 200, 500, 1000 раз и т. д„ а горизонтального —10, 20, 50, 100 раз и т. д. Вертикальное увеличение много больше горизонтального.
На производстве распространены профилографы-профилометры завода «Калибр». Мод. 201 предназначена для измерения шероховатости наружной и внутренней поверхностей, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию. Мод. 202 — для контроля шероховатости поверхности, сечение которой представляет прямую и кривую линии. Мод, 252 снабжена цифровым отсчетным устройством. Принципиальная схема этой модели приведена на рис. 8.19, а.
Магнитная система индуктивного датчика включает сдвоенный ЯЛобразный сердечник 3 с двумя катушками 4. Катушки датчика и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора включены по мостовой схеме, питающейся от генераторов 2 с частотой 10 кГц. При перемещении по контролируемой поверхности алмазная игла 1 вместе с якорем 5, подвешенным на опоре 8, из-за неровностей поверхности совершает колебания. Повороты якоря изменяют индуктивность катушек и напряжение на выходе дифференциального трансформатора. Изменения напряжения характеризуют высоту неровностей, а частоты — их шаг. Числовые значения параметров шероховатости определяют с помощью электронного блока 5 и цифрового показывающего устройства 6. При работе в режиме профилографа изменения напряжения после усиления подаются на записывающее устройство 7. Общий вид прибора показан на рис. 8.19,6. Работая в режиме профилометра, он измеряет: Ra в пределах 0,02— 100 мкм; 7?П1ах — 0,1—200 мкм и tp — от 0 до 100%. При работе в режиме профилографа — все параметры шероховатости.
Профилографы-профилометры удобны тем, что позволяют не только быстро и с высокой точностью определять один или несколько параметров шероховатости, но и получить документ — профилограмму поверхности. К недостаткам относятся сложность и высокая стоимость приборов.
В производственных условиях применяют цеховые
182
профилометры мод. 253 и 283, обеспечивающие быструю сценку основного параметра шероховатости в достаточно широких пределах.
Все перечисленные приборы предназначены для измерения шероховатости поверхностей образца пли небольшой детали. В труднодоступных местах, у крупногабаритных деталей шероховатость поверхностей определяют с помощью слепков-реплик. Материалом для них служат растворенная в ацетоне кинопленка, восковой сплав, масляно-гуттаперчевая масса.
В заключение отметим, что некоторые щуповые приборы имеют наибольшую длину трассы, значительно превышающую максимальное значение базовой длины. Они могут использоваться для измерения волнистости.
ГЛАВА
ДОПУСКИ И ПОСАДКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ. КОНТРОЛЬ РЕЗЬБ
9,1. Назначение и классификация резьбовых соединений
Резьбовые соединения широко используются в конструкциях машин, агрегатов, приборов, приспособлений и других изделий различных отраслей промышленности.
Резьбовая поверхность образуется при винтовом перемещении плоского контура определенной формы по цилиндрической или конической поверхности, при этом получается цилиндрическая или коническая резьба. Она может быть получена как на наружной, так и на внутренней цилиндрической или конической поверхности детали. Наружную резьбу часто для краткости -называют болтом, а внутреннюю — гайкой.
Разнообразно и назначение, и конструктивное оформление этого соединения. На рис. 9.! приведена классификация резьб по различным признакам.
Самое широкое распространение получила крепежная резьба. Ее применяют для разъемного соединения деталей и узлов. От этой резьбы требуется главным образом прочность, а иногда и другие качества: гарантия от самоотвинчивания, плотность соединения и т. п. Профиль крепежной резьбы треугольный, с углом 60° у метрической пли 55° у некоторых дюймовых резьб.
Вторая группа резьб — кинематические резьбы — используется в подвижных соединениях, служит для передачи движения, преобразуя вращательное движение в поступательное. От этих резьб наряду с прочностью требуются точность перемещения и минимальные потери на трение с целью повышения износостойкости. Профиль этих резьб трапецеидальный, треугольный (в микрометрических парах микрометров и других' измерительных приборов) и прямоугольный. Наименьшие по-
Рис. 9.1. Классификация резьб.
Г85
тери на трение — у прямоугольной резьбы. Она приме*
няется редко и даже не
стандартизована из-за сложно
сти изготовления и эксплуатации.
К резьбам специального назначения могут быть отнесены упорные резьбы, применяемые, например, в домкратах. От них требуются высокая нагрузочная способность и плавность в работе. В связи с односторонним приложением усилия профиль резьбы асимметричный, неравнобочно трапецеидальный с углом рабочей стороны 3° и нерабочей 30°.
При всем разнообразии требований к резьбовым соединениям различных типов главным для всех является требование собираемости: резьбовые детали без всякой пригонки должны свинчиваться свободно или с
применением нормируемого крутящего момента.
Линейные размеры наиболее распространенных крепежных резьб выражаются обычно в миллиметрах. Такая резьба называется метрической. У дюймовой резьбы линейные размеры измеряются в дюймах. В связи с повсеместным распространением Международной системы единиц (СИ) дюймовая резьба применяется редко как в СССР, так и в других промышленно развитых странах.
9.2. Основные параметры метрической резьбы
Если собираемость и работоспособность гладкого цилиндрического сопряжения характеризуются одним параметром — диаметром соединения, то конструктивно более сложное резьбовое соединение — пятью.
Номинальный профиль цилиндрической метрической резьбы диаметром до 600 мм, установленный ГОСТ 9150—81, приведен на рис. 9.2. Он общий для наружной и внутренней резьб. Получен из исходного равностороннего треугольника с углом профиля а=60° и высотой Н путем среза вершин витков, в связи с чем рабочая высота Hi профиля меньше теоретической. Такое решение существенно облегчает технологию изготовления резьбовых деталей при незначительном уменьшении их прочности.
Наружные и внутренние резьбы имеют одинаковые номинальные размеры параметров. Диаметры внутренней резьбы обозначаются прописными буквами, а наружной — строчными.
Наружный диаметр резьбы d (D) (рис. 9.2) —диаметр воображаемого цилиндра, каса-
186
Ось резьбы
р
8
^=О,МР
u i
Рис, 9.2. Профиль метрической резьбы.
тельного к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней. Для большинства резьб наружный диаметр принимается за номинальный.
Внутренний диаметр резьбы di (D\) — диаметр воображаемого цилиндра, касательного к вершинам внутренней резьбы или впадинам наружной.
Средний диаметр резьбы d2 (Д2) — диаметр воображаемого цилиндра, соосного с резьбой, образующая которого пересекает профиль витков в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага Р для одиозаходной резьбы и половине номинального хода поделенного на число заходов,— для многозаход-ной. Средний диаметр оказывает определяющее влияние па свинчиваемость резьбовых деталей.
Шагом резьбы Р называют расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренное в направлении, параллельном оси резьбы. У многозаходных резьб различают понятия «шаг» п «ход». Ходом резьбы называют величину относительного осевого перемещения гайки (болта) за один полный оборот; ход равен произведению шага на число заходов. У однозаходной резьбы ход равен шагу.
Угол профиля а — это угол между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости. Для метрических резьб а=60°. Для обеспечения свинчивания важна
187
симметричность углов профиля, поэтому обычно измеряют половину его угла как на правой, так и на левой стороне.
Форма впадины резьбы у болта не регламентирована и может быть как закругленной, так и плоскосрезан-ной. Однако при закругленной форме меньшая концентрация напряжения, да и режущий инструмент обладает в этом случае более высокой стойкостью. Форма впадины гайки не регламентируется и обычно делается закругленной.
Метрические резьбы подразделяют на резьбы с крупным шагом (для диаметров от 0,25 до 68 мм) и мелким (для диаметров от 1 до 600 мм). У первых каждому диаметру резьбы соответствует один определенный шаг, а у вторых у каждого диаметра может быть несколько значений шага. Поэтому обозначение метрической резьбы с крупным шагом включает букву М и номинальный диаметр, а величина шага не указывается, например М10. В обозначении резьбы с мелким шагом обязательно указывается величина шага, так как резьба определенного номинального диаметра может иметь несколько значений шага. Так, резьба номинальным диаметром 10 мм с крупным шагом в 1,5 мм может иметь четыре значения мелкого шага: 1,25; 1; 0,75; и 0,5 мм. Пример обозначения резьбы с мелким шагом: M10XI-
Все диаметры резьбы стандарт подразделяет на три ряда. При назначении диаметра следует предпочитать первый ряд второму, а второй — третьему.
Основные размеры метрической резьбы с крупным шагом диаметром от 1 до 68 мм приведены в табл. 9.1, ' Пример. Определить средний диаметр резьбы болта М24.
Как видно из обозначения, резьба болта с крупным шагом, поэтому по табл. 9.1 находим: с?2=22,051 мкм.
9.3. Влияние погрешностей параметров резьбы на свинчиваемость резьбового соединения
При изготовлении резьбовых деталей неизбежны погрешности как линейных размеров, так и профиля резьбы. Эти погрешности по-разному влияют на свинчиваемость резьбового соединения.
Если болт и гайка имеют одинаковый средний диаметр (d2—D2)t равные шаги Р и половины углов профиля d/2, то они будут свободно свинчиваться. При
188
Таблица 9.1. Резьба метрическая с крупным шагом . диаметром от 1 до 68 мм. Основные размеры
(по ГОСТ 8724—81 и ГОСТ 24705—81), мм
Номинал} ный диаметр Шаг Р Диаметры
1-й ряд 2-й рил З-Й ряд d = D d2 = tf, = Г,
1 0,25 1,000 0,838 0,729
-— 1.1 — 0,25 1,100 0,938 0,829
1.2 0,25 1,200 1,038 0.929
а 1,4 -— 0,3 1,400 1.205 1,075
1.6 — 0,35 1,600 1,373 1,221
1.8 Ж 0,35 1,800 1,573 1,421
2 — —- 0,4 2,000 1,740 1.567
— 2.2 — 0,45 2,200 1,908 1,713
2.5 аж .. 0,45 2,500 2,208 2,013
3 t •ШЛ-~ — 0,5 3,000 2,675 2,459
3,5 — (0,6) 3,500 3,110 2.850
4' ж жж- — 0,7 4,000 3,545 3,242
.— 4,5 (0,75) 4,500 4,013 3,688
5 — 0,8 5,000 4,480 4.134
6 ,— — 1 6,000 5,350 4,917
7 1 7,000 6,350 5.917
8 * .ж — 1,25 8,000 7,188 6,647
-L . 9 <1.25) 9,000 8,188 7,647
10 — 1,5 10,000 9,026 8,376
w-r^w и (1.5) 11,000 10,026 9,376
12 —— — 1,75 12,000 10,863 10,106
14 — 2 14,000 12,701 11,835
И) — —- 2 16,000 14,701 13,835
18 а а 2,5 18,000 16,376 15,294
20 — 2,5 20,000 18,376 17,294
22 — 2,5 22,000 20,376 19,294
24 — 3 24,000 22,051 ' 20,752
27 — 3 27,000 25,051 23,752
30 ^»-^ж — 3,5 30,000 27,727 26,211
33 — 3,5 33,000 30,727 29,211
36 ' 4 36,000 33,102 31,670
39 — 4 39,000 36,402 34,670
42 - - 4,5 42,000 39,077 37.129
45 4,5 45,000 42,077 40.129
48 — 5 48,000 44,752 42,587
52 5 52,000 48,752 46,587
56 -- - — 56,000 52,428 50,046
60 — (5.5) 60,000 56,428 54,046
64 ж » 6 64,000 60,103 57,505
— 68 — 6 68.000 64,103 61,505
Примечания: 1. При выборе диаметров резьб следует предпочитать 1 11 ряд 2-му, а 2-й — 3-му 2. Диаметры и шаги резьб, заключенные в скоб-к,>- применять не рекомендуется.
;489
Рис. 9.3. Влияние погрешностей параметров резьбы па свишш-ваемость: а, б — шага; в> г — угла профиля.
этом будет наблюдаться полное прилегание резьбы болта и гайки по всем виткам на длине свинчивания.
Если у одной из соединяемых деталей, например у болта, при изготовлении возникнет ошибка шага, то свинчивание будет невозможным (рис. 9.3,я), так как одна деталь будет врезаться в другую. Ошибка шага прогрессирующая, она возрастает пропорционально числу витков и принимает наибольшее значение &Рп на п-м витке длины свинчивания. Для обеспечения свинчивания изменяют средний диаметр резьбы детали: увеличивают £>2 внутренней резьбы или уменьшают d2 наружной (рис. 9.3,6). Такая диаметральная компенсация погрешности шага резьбы fp рассчитывается по формуле:
fp - etg ~ = 1,732 ДРП, если ~ = 30°. (9. t)
Прилегание резьбы при этом будет неполным—только на крайних витках длины свинчивания.
Если у одной из резьбовых деталей, например болта, будет наблюдаться погрешность угла профиля (рис. 9.3,в), то свинчивание также будет невозможным. Погрешность угла профиля оценивают отклонениями не угла а, а половины угла профиля -5“,равной 30° для метрической резьбы. Эта погрешность может быть вызвана отклонениями полного угла профиля при его симметричности, перекосом профиля относительно оси детали, а также сочетанием обоих этих факторов. При симметричном профиле погрешность Д -^--находят как
среднее арифметическое абсолютных значений отклоне-а V
инн при измерении "2" на правой и левой сторонах профиля:
Л-^=4-Пдтг +1д5у? )• (9-2)
JU Zi I | х X.' /
Для обеспечения свинчивания и в этом случае ошибку компенсируют изменением среднего диаметра резьбы: увеличением D2 или уменьшением d2. Диаметральную компенсацию в этом случае определяют по формуле:
/« = 0,29-РД^-, (9.3)
где Р — в мм; fa—-в мкм; Д^----в угловых минутах.
Наконец, для свинчивания необходимо, чтобы все три диаметра наружной резьбы были не больше своих номинальных значений, а диаметры внутренней — не меньше их.
Для упрощения контроля резьб и расчета допусков введено понятие о приведенном среднехМ диаметре резьбы. Его определяют по следующим формулам, для болта:
^Иприз ~ ^2изм Ч- fр "Г (^-^)
для гайки:
^2прив = £>2изм fp fa- (9-5)
Ошибка шага и погрешность угла профиля оказывают на свинчивание такое же влияние, как увеличение d2 или уменьшение DZt т. е. затрудняют его. Конкретная резьбовая деталь, имеющая действительный средний диаметр d;„3M (-О2113л1) и погрешности шага ДРП
в угла профиля Дтрпри сборке будет вести себя точно так же, как воображаемая, у которой нет погрешностей шага и угла профиля, но средний диаметр определен по формулам (9.4) и (9.5).
Пример. Определить возможность сборки без натяга резьбового соединения М12ХК если у резьбы гайки Р211ЭМ= 11,420 мм; ДРП = +32 мкм; -30°20';
=29°10', а у резьбы болта £/2изм = ^>255 мкм; ДРП = = -|-25 мкм (на длине свинчивания);=28°50';-у-= = 30°10'.
191
Первоначально по формуле (9.2) определяем погрешность угла профиля. Для болта:
дтН4(1-70'|-н + 1°'|)=«'; ;
для гайки:
д ~4 = 4 (I +20' I + I -50' I) =35'. X
Теперь по формуле (9.4) находим приведенный диаметр болта:
ds„?m = d2KM + f +fa =11,265+ (1,732-25+ +0,29-1 -40) 10~3 =11,320 мм;
Аналогично по формуле (9.5) приведенный диаметр гайки:
= А.13М = 11,420— (1,732-32+
’ +0,29-1-35) 10’3 =11,354 мм.
Посадка с зазором по среднему диаметру величиной
£ = £>2прнв “ ^2ариа =11,354—11,320 =0,034 мм =34 мкм.
9.4. Схема расположения попей допусков метрической резьбы
Взаимозаменяемость и свинчиваемосгь резьбовых деталей могут быть обеспечены лишь при выполнении всех основных параметров резьбы с определенной погрешностью. Недостаточная точность хотя бы одного из них может или не обеспечить свинчивания, или ухудшить качество резьбового соединения. Однако стандарт регламентирует допуски только для двух диаметров резьбы, а для третьего предусматривает лишь одно предельное отклонение. Допуски на шаг и угол профиля ГОСТ не регламентирует. Это вовсе не означает, что при изготовлении резьбы на точность выполнения шага или угла профиля можно не обращать внимания. Выше было показано, что любая погрешность шага или угла профиля делает свинчивание невозможным и для компенсации ее приходится изменять средний диаметр резьбы, а на него допуск всегда задается. Поэтому при недостаточной точности выполнения, например, шага, деталь будет забракована из-за невозможности свинчивания или потому, что измененный для компенсации ДР размер среднего диаметра выйдет за пределы допуска.
192
Рис. 9 4. Расположение полей допусков наружной и внутренней резьб. Резьба метрическая, посадка H/h.
Допуск на резьбу отсчитывается от ее номинального профиля в направлении, перпендикулярном оси. Расположение поля допуска определяется основным отклонением, а величина допуска — степенью точности. Стандарт предусматривает ряд основных отклонений и степеней точности резьбы в зависимости от характера соединения. Наиболее распространены крепежные резьбы с зазором по среднему диаметру. В
этом случае поле допуска резьбы располагается не выше номинального профиля.
На рис. 9.4 изображена схема взаимного расположения полей допусков наружной и внутренней резьб при посадке типа H/h, т. е. с зазором, когда 51П1П=0. На рисунке представлено характерное для этой посадки предельное одностороннее расположение полей допусков сопряженных деталей относительно номинального профиля резьбы. Из схемы видно, что стандарт задает допуски на средний Td2 и наружный Td диаметры наружной резьбы. Форма впадины резьбы болта может быть как плоскосрезанной, так и закругленной. Оговорен наибольший размер внутреннего диаметра его нижнее отклонение не ограничено, оно не выходит за определенный, вполне допустимый предел при нарезании резьбы стандартным режущим инструментом. Это значительно облегчает контроль резьб. Для внутренней резьбы задаются допуски на средний TD2 и внутренний TD{ диаметры. Форма впадины произвольная. Предусмотрено наименьшее значение наружного диаметра Dm!n без ограничения его верхнего отклонения.
Отметим, что допуски на средний диаметр Td2 и TD2 суммарные. Они включают как погрешность среднего диаметра, так и компенсацию погрешностей шага ЛРП и угла профиля уменьшением d2 (увеличением Дг). Другими словами, за пределы допуска не должны выходить ни собственно средний диаметр, ни приведенный.
7
Зак. № 214
193
9.5. Посадки резьбы. Степени точности. Обозначения на чертежах
Наружная и внутренняя резьбы при свинчивании контактируют только по боковым сторонам профиля. Контакт по вершинам резьбы и впадинам исключается установленным расположением полей допусков. Характер соединения резьбовых деталей определяется назначением резьбового сопряжения, а вид посадки по среднему диаметру — расположением полей допусков па наружную и внутреннюю резьбы.
Как .и для гладких цилиндрических соединений, расположение поля допуска на резьбу задается двумя координатами: основным отклонением и степенью точности. Условное обозначение поля допуска диаметра резьбы содержит оба этих параметра, но в отличие от обо
значения гладкого соединения сначала указывают но
мер степени точности, а затем — основное отклонение, например 5//, 6g. Такая форма записи показывает, что оба регламентируемых диаметра резьбы имеют одинаковый по величине и расположению допуск. Иногда считают целесообразным назначать для среднего и второго диаметров резьбы допуски различной величины. В этом случае сначала записывают условное обозначение допуска среднего диаметра, а далее—второго диаметра. Например, запись 7g6g означает, что допуск среднего диаметра болта назначен по 7-й степени точности
и имеет основное отклонение g, а допуск наружного диаметра Td имеет то же основное отклонение g, но по 6-й степени точности. Аналогично обозначение допуска 4/75// для внутренней резьбы показывает, что допуски среднего D2 и внутреннего диаметров имеют одно и то же основное отклонение Н с допуском для среднего диаметра по 4-й, а для внутреннего —по 5-й степени
точности.
Наиболее распространены посадки с зазором. ГОСТ 16093—81 предусматривает систему допусков и посадок для резьб с шагом 0,2—6 мм и диаметрами 1—600 мм, а также 3, 4, 5, ..., 9-ю (в порядке уменьшения) степень точности, назначаемую в зависимости от класса точности и длины свинчивания. По длине свинчивания все резьбы подразделяют на три группы — короткие S, нормальные W и длинные Г. Значения граничных длин, определяющих группу, приведены в стан*
дарте
Рекомендуемые поля допусков наружных и внутрен*
194
Таблица 9.2. Обозначения полей допусков наружных и внутренних резьб (по ГОСТ 16093—81)
Классы точности Наружная резьба Внутренняя резьба
Длина свинчивания Длина свинчивания
S 7/ L 5 N L
Точный (ЗЛ4Л) 4g, 4Я (5МЛ) 4/7 4/75/7, 5/7
Средний (5Л6Л) бй 6/, WI 6Л (7^бг) 7g6g (7Л6й) (50), 5Н 6G, |б//( (70), 7/7
Грубый 8g (8Л)1 (9g8A) —— 7G, 7Н (8G), 8//
Примечания: 1. Поля допусков, заключенные в рамку, предпочтя-Т'-чьные. 2. Поля допусков, заключенные в скобки, ограниченного применения. 3. При длинах свинчивания S и L допускается использовать поля допусков, предназначенные для длин свинчивания К.
: Только для резьбы с шагом Р> 0,8 мм. Для резьб с шагом Р<0,8 мм применяется поле допуска 8Л(5Л.
пих резьб образованы в трех классах точности: точном, среднем и грубом (табл. 9.2). Поля допусков точного класса используют для ответственных статически нагруженных соединений, при высоких требованиях к соосности соединяемых деталей. Для резьб общего примепе-^ иия основным является средний класс точности^Он включает поля предпочтительного применения 16g | и
, Грубый класс точности используют редко, для йГе-огвётственных соединений или при неблагоприятных условиях обработки (нарезании резьб на горячекатаных заготовках, в глухих глубоких отверстиях и т. д.).
Гайка
Рис. 9.5. Расположение полей допусков резьбы Для посадки с зазором.
195
Таблица 9.3, Предельные отклонения диаметров наружи
(по ГО<
Номинальный диаметр резьбы, мм Шаг Р, мм
Предельн
£5 ei es ei
й d; d,: d, d
От 1 ДО 1,4 0,25 — —— —— —_ -
0,3 — —=Т — —- — —
Св. 1,4 до 2,5 0,35 — — —
0,4 — — — — —•
0,45 — — —
Св. 2,5 до 5
0.5
0,6
0,7
0,75
0,8
—50
—53
—56
—56
—60
-178
-196
-210
-141
-15
Св, 5 до 11
1
1,25
1,5
—95
-95
-270
—307
-331
202
-227
—60
—63
-67
—240
-275
-303
-172
-181
—19S
Св. 11 до 22
1,75
2
2,5
-100
-100
—106
-365
—380
—441
—250
—260
-276
-71
-80
—336
-351
-415
-221
-231
Св. 22 до 45 3 3,5 4 4,5 04 » tQ 04 r-r 04 CO 1 ' И 1 1 b- co 004 co-v Ort Ю CD CD Illi -312 -330 —349 -368 1111 ГС; се*, Qf, О Сл О Сл О 1111 Ф Сл СЛ л. со •-j со ОО ело L со <L ю । с5«-‘Осс
Св. 45 до 68 5 5,5 6 111 СП иЪ co С CO 4-0 1 1 1 *-j co ся c co о о к 1 1 1 Л. иЬ. CO С: о w О Сл го -106 -112 -118 -636 -672 —718 -35 -33 —39
Расположение полей допусков резьбы для посадок с зазором показано на рис, 9.5. Предельные отклонения диаметров резьб с крупным шагом приведены в табл. 9.3 и 9.4.
Положение полей допусков резьб относительно номи-
196
резьбы с крупным шагом. Класс точности средний, длина свинчивания N I6093—81)
j-j'ic допуска наружной резьбы
6/ 6g 1 6ft
(1. к лонен ня диаметров резьбы, мкм
£1 es ei es ei
i!t d-S, d. d 1 d; dr, dt d di d; d.t; dt d dt
-33 — 100 —86 -18 -85 -71 0 -67 -53
-33 -108 -89 -18 -93 -74 0 -75 —56
-34 —119 -97 —19 -104 -82 0 -85 —63
-34 —Г29 -101 -19 —114 -86 0 -95 —67
-35 -135 -106 -20 -120 -91 0 — 100 -71
-36 -142 -111 -20 —126 —93 0 -106 -75
—36 -161 -121 -21 -116 -106 0 — 125 -85
-38 —178 -128 -22 —162 -112 0 —140 -90
-38 —178 -128 —22 -162 -112 0 -140 -90
-38 -188 -133 -24 -174 —119 0 -150 -95
-40 -220 —152 -26 —206 -138 0 -180 . -112
-12 -254 —160 -28 -240 -146 0 -212 -118
-45 —281 -177 -32 -268 -164 0 -236 -132
-18 -313 -198 -34 -299 -184 0 -265 —150
—52 -332 —212 —38 —318 -198 0 —280 —160
—58 -393 —228 —42 -377 —2’2 0 —335 —170
- 63 —438 —263 —48 -4'23 -248 0 -375 -200
— —53 -478 —265 0 -425 -212
— — — -60 -535 -284 0 —475 —224
— — — -63 -563 -299 0 -500 —236
—— — -71 —601 —321 0 -530 -250
— — —• -75 —635 -340 0 —569 -265
— 1 — —80 —68-3 —360 0 -600 -280
нального профиля, а следовательно, и величина зазора в соединении определяются основным отклонением. Сочетание отклонений Н и h образует посадку, в которой минимальный зазор равен нулю. Сочетание отклонений е, f, g резьбы болта и G, Н внутренней резьбы обес-
197
Таблица 9.4. Предельные отклонения диаметров внутренней резьбы с крупным шагом Класс точности средний, длина свинчивания N (по ГОСТ 16093—81)
Н п м и 11 а л 1 ы и л и а не тп Шаг Р, мм Поле допуска внутренней резьбы
6G 6/7
Предельные отклонения диаметров резьбы, мкм
резьбы, мм Ei ES Ei £5
D О2; Pi D, D; D.a Di D-1 D.
От 1 до 1,4 0,25 - [-18 +89 4-89 0 d H71 4-71
0,3 [-18 +93 +103 0 +75 +85
Св. 1,4 до 2,5 0,35 4-19 +104 +119 0 r85 +100
0,4 4-19 + 109 +131 0 "7 L90 + 112
0.45 +20 + 115 + 145 0 [-95 -j-125
Св. 2,5 до 5 0,5 +20 +120 +160 0 + 100 +140
0.6 +21 +133 +181 0 d rl 12 + 160
07 +22 +140 +202 0 d r118 4-180
0,75 +22 +140 +212 0 - -118 +190
0,8 н г24 -1-149 +224 0 -125 +200
Св. 5 до 11 1 |-26 +176 +262 0 Pl 50 +236 +265
1,25 - -28 +188 +293 +332 0 +160
1,5 - |~32 +212 0 [180 +300
Св Н до 22 1,75 - -34 +234 +369 0 - 4200 +335
2 4 -38 -[-250 +413 0 -212 +375
2,5 - -42 -[-266 +492 0 d -224 +150
Св. 22 до 45 3 |-48 +313 +548 0 +265 +500
3,5 • [-53 +333 +613 0 +280 +.560
4 - [-60 +360 +660 0 +300 +600
4.5 1-63 +378 +733 0 [-315 +630
Сз. 45 до 68 5 +71 4-406 +781 0 +335 +710
5.5 4-75 +430 4-825 0 +355 + 750
6 4 -Si) +455 +880 0 +375 +800
печпвает гарантированный ненулевой зазор в резьбовом соединении, иногда значительный. Посадки с большим гарантированным зазором служат для компенсации температурных деформаций ври работе резьб в условие
198
ях высоких температур, при ис- 2г ,
пользовании антикоррозионных
покрытий, для облегчения сборки Г/Й]
п разборки.
Крупный недостаток посадок 17 - --------- -
с зазором — возможность само-произвольного развинчивания соединения, особенно при воздей-
степи динамических знакопере- рис. 9.6. Схема посадок ыенных нагрузок. Во избежание резьбы с натягом, этого усложняют конструкции
резьбовых соединений, применяют посадки с натягом по среднему диаметру.
Посадки с натягом, установленные ГОСТ 4608—81, используются главным образом для соединения наружной резьбы шпилек с внутренней резьбой в корпусных деталях. Шпильку необходимо ввинчивать в корпус так туго, чтобы при затяжке и отвинчивании гайки опа нс проворачивалась в гнезде.
Схема посадок с натягом по среднему диаметру резьбы показана на рис. 9.6. Посадки с гарантированным натягом требуют очень точного изготовления резьб, например наружных по 2-й степени точности. При больших допусках на средний диаметр наибольший натяг а соединении может привести при сборке к разрушению резьбовых деталей. С целью удешевления производства и исключения поломок применяют селективную сборку (табл. 9.5). При этом
Рис. 9.7. Схема резьбового соединения: а—без селективной сборки; б — при селективной сборке — сортировка на две группы.
допуск на наружную резьбу расширяют, назначая его по 3-й степени точности, резьбовые детали сортируют на группы по действительной величине среднего диаметра, а затем собирают узлы пз деталей одноименных групп. При такой сборке колебания натяга значительно уменьшаются (рис. 9.7). Однако появляются организационные проблемы —• усложняется замена шпилек при ремонте, в
m
Таблица 9.5. Посадки с натягом для резьб
Материал детали с внутренней резьбой Посадки при шагах Р Дополнительные условия сборки
до 1,25 мм св. 1 25 мм
Чугун и алюминиевые сплавы Чугун, алюминиевые и магниевые спла-BJ Сталь, высокопрочные и титановые сплавы 4HbDl2r 2f/4D(3)/3/i(3) 2//4С(3)/Зл(3) Сортировка на две группы Сортировка на три группы
сборочном цехе может создаваться незавершенное про изводство— шпильки и корпуса из разных групп. Поэтому иногда вместо посадок с натягом применяют переходные посадки.
Назначение переходных посадок то же, что и посадок с натягом: обеспечивать сохранность неподвижного резьбового соединения при эксплуатации изделия, предохранять резьбу от самоотвинчивания без создания большого натяга, который может привести к разрушению деталей при их свинчивании. ГОСТ 24834—81 распространяется на наружную резьбу стальных шпилек и внутреннюю в корпусных деталях, изготовленных из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов. Для сопряженных резьбовых деталей из других материалов необходима дополнительная проверка посадок.
Переходные посадки организованы в системе отверстия. Стандартом предусмотрено три поля допуска сред-
Таблица 9.6. Переходные посадки резьб
Номинальный диаметр резьбы, мм
Материал детали с внутренней резьбой От 5 до 15 Oi 1В до 30 От 33 до 4S
Посадки
Сталь Чугун, алюминиевые и магниевые сплавы 4HbH>4jk-, ЗНЬН;'2т 5/76/7/4 3/Z6/7 т 4776/7/4./; 3/76/7,2т 5Z-/6/7/4 J; ЗНЬНЯт Wc/7/4j/l
200
Рис. 9.8. Схема расположения полей допусков средних диаметров резьбы в случае переходных посадок.
него диаметра внутренней резьбы — 3/7, 4/7, 5/7 и четыре наружной резьбы на шпильках — 4/Л, 4/, 4/Л, 2ш. Схема расположения полей допусков средних диаметров наружной и внутренней резьб дана на рис. 9.8. В табл. 9.6 приведены посадки для резьб разных размеров в деталях из различных материалов.
Переходные посадки свободны от недостатков, свойственных посадкам с натягом. Нет опасности разрушения детален при свинчивании, исключены селективная сборка и сопровождающие ее негативные явления. Однако они не устраняют возможность самоотвинчивания резьбы, так как получающиеся в них натяги слишком малы, а иногда возникают и зазоры по среднему диаметру. Поэтому при использовании переходных посадок обычно дополнительно применяют так называемые элементы заклинивания. Конструктивно они выполняются в виде конического сбега резьбы, плоского бурта после нее или цилиндрической цапфы на шпильке перед резьбой (рис. 9.9).
На чертежах в обозначении метрической резьбы с крупным шагом указывают букву М и номинальный диаметр, например М24. В обозначении резьбы с мел
Рис. 9.9. Элементы заклинивания переходных резьб: й — конический сбег резьбы; б — плоский бурт; в — цилиндрическая цапфа.
201
ким шагом указывают букву М, номинальный диаметр и шаг, например М24Х2. Для левой резьбы после обо-значения ставят буквы LH, например М24 L/7; М64Х хз LH. Обозначение многозаходной резьбы состоит из буквы М, величины номинального диаметра, числового значения хода и в скобках буквы Р с числовым значением шага. Например, М24ХЗ(Р1) LH — трехзаходная резьба с шагом 1 мм и ходом 3 мм, левая. За обозначением резьбы следует обозначение поля допуска, состоящее из цифры, указывающей степень точности, и буквы, строчной для наружной и прописной для внутренней резьбы, обозначающей основное отклонение. Если в обозначении приводятся поля допусков двух диаметров резьбы, то сначала указывается допуск среднего диаметра, а потом допуск наружного диаметра для болта или внутреннего для гайки, например М12Х1— 7g6g; М24 — 4Я6Я. Если же приведено только одно поле допуска, значит, допуски обоих диаметров (d2 и d— для болта, D2 и Di — для гайки) обозначаются одинаково: Ml2—6g; М24—6Я. Для резьб с натягом в скобках дополнительно указывается число сортировочных групп, например М12—3п(3). В условном обозначении болтов, винтов, шпилек, гаек поля допусков 8g и 7Н не указываются, как и длина свинчивания N в условном обозначении резьбы. Если же длина свинчивания относится к группам S или L, то она должна быть указана, например М12—6g—30.
Посадку резьбовых деталей обозначают дробью, в числителе которой указано поле допуска внутренней резьбы (гайки), а в знаменателе — наружной (болта). Например, М12Х1 — ЪН/fig- М12
Пример. Нанести на чертеже условное обозначение метрической резьбы, у которой: номинальный диаметр— 20 мм, шаг — 2 мм, основное отклонение Я, степень точности 6-я, направление винтовой линии левое.
Из табл. 9.1 устанавливаем, что для резьбы с номинальным диаметром 20 мм крупный шаг равен 2,5 мм. Следовательно, в нашем примере резьба с мелким шагом, который должен быть указан в обозначении. Левая резьба обозначается LH, поле допуска — 6Н. Так как отклонение обозначено прописной буквой, значит, резьба внутренняя.
Таким образом, условное обозначение резьбы будет иметь следующий вид: М20Х27.Я— 6Я.
202
9.6. Контроль резьбы калибрами
В производственных условиях контроль резьб осуществляют комплектом рабочих калибров. Внутренние резьбы контролируют проходной и непроходной резьбовыми пробками и двумя гладкими калибрами-пробками, применяемыми для проверки внутреннего диаметра резьбы Dz. Наружные резьбы контролируют проходной и непроходной гладкими скобами, которыми проверяют наружный диаметр резьбы d, и двумя резьбовыми калибрами — проходным и непроход-лым,— выполненными в виде резьбовых колец или скоб.
Проходные калибры изготовляют с резьбой полного профиля и длиной не менее 0,8 диаметра контролируемой резьбы, с которой они должны свободно свинчиваться по всей длине.
Если проходная резьбовая пробка свободно свинтится с проверяемой внутренней резьбой, значит, ее средний £>2 и наружный D диаметры не меньше своих минимальных значений и погрешности шага и угла профиля скомпенсированы соответствующим увеличением диаметра D2. Если проходной калибр-кольцо свободно навинтится на проверяемую наружную резьбу, значит, ее средний d2 и внутренний диаметры не больше своих максимальных значений и погрешности шага и угла профиля скомпенсированы соответствующим уменьшением диаметра d2.
Проходной резьбовой калибр комплексный, он одновременно контролирует четыре параметра резьбы. Будучи прототипом сопряженной резьбовой детали, он определяет собираемость проверяемых элементов.
Качество резьбовых деталей устанавливают непроходным резьбовым калибром, проверяющим только один параметр резьбы — ее средний диаметр — с целью установить, не стал ли диаметр d2 наружной резьбы меньше наименьшего допустимого значения, и не стал ли диаметр В2 внутренней резьбы больше максимально разрешенной величины.
Для уменьшения влияния на результат проверки погрешности шага непроходные калибры имеют сокращенное число витков (например, три), а для уменьшения влияния погрешности угла профиля — укороченную высоту профиля (рис. 9.10,6), вследствие чего соприкосновение боковых сторон витков калибра с витками контролируемой резьбы происходит лишь на узкой полоске около среднего диаметра.
203
Рис. 9.10. Резьбовые калибры; я-— калибры для контроля внутренней и наружной резьбы; б — укороченный профиль непрокодного калибра.
Если контролируемая резьба качественная, то непроходной калибр не должен с ней свинчиваться. Однако в связи с особенностями работы некоторых резьбонарезных инструментов (плашек, метчиков, резьбонарезных головок) правила использования калибров допускают свинчивание непроходного калибра с контролируемой резьбой до двух оборотов.
Размеры рабочих калибров-пробок контролируют с помощью измерительных приборов, обычно на инструментальных микроскопах. Измерить размеры внутренней резьбы у калибров-колец или скоб с необходимой точностью невозможно. Их проверяют специальными контрольными калибрами — контркалибрами, выпускаемыми в виде резьбовых пробок. Два рабочих резьбовых калибра-кольца или скобы — проходной ПР и непроходной НЕ — контролируются комплектом контр калибров, состоящим из шести резьбовых пробок. Размеры контркалибров измеряют на инструментальных микроскопах.
9.7. Измерение параметров резьбы
Контроль резьбовых деталей с помощью комплекта калибров широко распространен в промышленности, так как позволяет быстро и надежно определить их эксплуатационную пригодность и выявить брак. Однако этот метод только устанавливает наличие брака, но не указывает его причину, поэтому невозможно определить, какой параметр резьбы выполнен недостаточно точно. Приходится измерять каждый из них .в отдельности, что-
204
Рис. 9 11. микрометр.
Резьбовой
бы дать обоснованное заключение по корректировке технологического процесса изготовления контролируемой детали. Измерение параметров резьбы необходимо и при контроле высокоточных деталей, таких, как резьбовые калибры-пробки, метчики и пр.
Параметры наружной резьбы контролируют с помощью универсальных измерительных приборов, назначение которых определяется точностью контролируемой резьбы. Наружный диаметр d болта измеряют теми же приборами, что и диаметры гладких валов (см. с. 101). Контроль остальных параметров наружной резьбы имеет свою специфику.
Средний диаметр d2 болта может определяться различными методами в зависимости от требуемой точности. Наиболее простой и наименее точный — измерение резьбовым микрометром (рис. 9.11). От гладкого он отличается наличием в пятке 1 и стержне 4 микрометрического винта отверстий, в которые вставляют вставки — измерительные наконечники: в отверстие пятки — призматическую вставку 2, а в отверстие стержня — коническую 5. Углы вставок равны углу профиля измеряемой резьбы, а размеры определяются шагом. К микрометру прилагается набор сменных вставок.
Установка микрометра на нуль производится сведением вставок до упора, если диапазон его измерений — 0—25 мм, или с помощью специальной установочной меры 5 при диапазоне 25—50 мм. При измерении призматическая вставка охватывает выступ резьбы, а коническая входит в ее впадину. Таким образом обеспечивается измерение среднего диаметра резьбы в направлю !jnnf перпендикулярном ее оси, с погрешностью 0,1— 0,3 мм.
Значительно большей точностью отличается метод трех проволочек, при котором средний диаметр d2 резьбы определяется измерением расстояния между образующими проволочек, изготовленных с высокой точностью. Эти проволочки закладывают во впадины резьбы
205
таким образом, чтобы касание их с профилем резьбы происходило на уровне среднего диаметра. Во избежание перекоса, снижающего точность измерения, с одной стороны резьбы закладывают две проволочки, а с противоположной — одну. В зависимости от шага резьбы выбирают проволочки соответствующего диаметра. При измерении проволочки могут подвешиваться на кронштейне прибора (рис. 9.12, а, г) или закрепляться в так называемых башмаках, устанавливаемых на его измерительных наконечниках (рис. 9.12,6 и в). В зависимости от требуемой точности расстояние между образующими проволочек (размер М) определяют гладким микрометром или горизонтальным оптиметром. Размер М однозначно связан со средним диаметром резьбы:
= M — 3^4-0,866Р,
где d— диаметр проволочек; Р — шаг резьбы.
Погрешность измерения среднего диаметра резьбы di горизонтальным оптиметром составляет 1,5—2 мкм.
Быстро определить шаг резьбы можно с помощью резьбовых шаблонов. Их последовательно прикладывают к контролируемой резьбе и находят тот, который обеспечивает минимальный просвет или его отсутствие. На каждом шаблоне указан шаг резьбы. В комплект для метрической резьбы входит 20 шаблонов.
Все параметры наружной резьбы могут быть измерены проекционным методом с помощью инструментального или универсального микроскопа (см. с. 125).
Измеряемую деталь, например резьбовой калибр-пробку, устанавливают на столе инструментального микроскопа (см. рис. 6.20) в центрах специального приспособления. Измерения осуществляют окулярной головкой,. показанной на рис. 9.13, а. Увеличенное изображение профиля резьбового изделия наблюдают через окуляр 2, на который накладывается штриховая сетка, расположенная в корпусе 1 головки (рис. 9.13,6). Вращением маховичка 5 она может поворачиваться. Угол ее поворота через отсчетный микроскоп 3 оценивают по угловой шкале с ценой деления Г (рис. 9.13,в). Шкала имеет зеркальце 4 (для освещения).
Перед началом измерений вращением маховичка 5 устанавливают на нуль градусную и минутную шкалы. При этом горизонтальная штриховая линия сетки параллельна направлению продольного перемещения стола микроскопа. Поворотом стола измеряемую деталь располагают так, чтобы вершины резьбы совпали с гори-
206
&
Рис. 9.12. Измерение среднего проволочек: а, б — проволочки; щенный проволочками.
диаметра резьбы методом трех в, г — гладкий микрометр, осна-
Рис. 9.13. Окулярная головка инструментального мнкроскопаз а— общий вид; б — штриховая сетка; в — угловая шкала.
зоцтальной пунктирной линией сетки, после чего стол закрепляют винтом 11 (см. рис. 6.20).
При измерении наружного диаметра d вершины резьбы совмещают с горизонтальной пунктирной линией штриховой сетки и записывают показание микрометрического устройства 10. Далее, вращая микровинт, перемещают салазки в поперечном направлении до тех пор, пока вершины витков с другой стороны резьбы не совпадут с горизонтальной пунктирной линией, и вновь фиксируют показание микрометрического устройства. Разность показаний и есть значение наружного диаметра резьбы.
Аналогично измеряют внутренний диаметр резьбы, только с горизонтальной штриховой линией сетки совмещают впадины резьбы.
Средний диаметр резьбы измеряют исходя из определения, что — это расстояние между двумя противоположными боковыми сторонами профиля-, измеренное в осевом сечении в направлении, перпендикулярном оси. Для измерения линию окулярной сетки микроскопа совмещают с боковой стороной профиля резьбы так, чтобы точка перекрестия ее нитей располагалась примерно посредине этой стороны профиля, и записывают показание микрометрического устройства. Затем салазки с изделием перемещают в поперечном направлении до тех пор, пока линия штриховой сетки не совпадет с боковой стороной витка на другой стороне детали. Разность показаний и будет величиной среднего диаметра резьбы.
Такое измерение неточно, оно имеет два источника погрешностей. Во-первых, деталь устанавливают на столе микроскопа с определенным перекосом, устранить который никогда не удается, поэтому измерения ведутся не строго перпендикулярно оси детали. Погрешности установки практически устраняют, осуществляя два измерения среднего диаметра —на левой и на правой сторонах профиля резьбы — и определяя среднее арифметическое полученных значений.
Второй источник погрешности — то, что видимое в окуляр контурное изображение профиля резьбы не является точным изображением ее осевого сечения — выступающие части контура перекрывают осевое сечение. Для уменьшения искажения последнего стойку микроскопа наклоняют на угол подъема витков резьбы. Полное устранение этой погрешности возможно лишь при использовании специальных измерительных ножей —
208
призматических деталей, высота которых такова, что при установке на микроскопе их лезвия располагаются на уровне осевого сечения изделия, закрепленного в центрах. При измерении ножи придвигают к сторонам профиля вплотную, без заметного просвета. На их верхней доведенной поверхности параллельно лезвию нанесена тонкая риска. В процессе измерения риска ножа рассматривается как соответствующая сторона профиля
J ^ЗПпав 4" ^2лев
резьбы. В результате я2 =-----------'
Шаг резьбы Р определяется без использования ножей, так как искажения осевого сечения на левых и правых гранях обеих сторон контура резьбы одинаковы. Линию окулярной сетки совмещают с боковой стороной профиля резьбы и микровинтом продольного перемещения смещают измеряемую деталь на 3—5 шагов. Разность показаний микрометрического устройства, разделенная на число шагов, и даст значение шага резьбы. Для устранения влияния погрешности установки детали измерение производится на левых и на правых сторонах профиля резьбы. В результате Р= п?ап
Угол а профиля резьбы не определяют. Измеряют половины угла профиля, так как при эксплуатации важно не только значение угла а, но и симметричность профиля. Измерения осуществляют по угломерной шкале окулярной головки. Центральную пунктирную линию шкалы совмещают вначале с одной, а затем с другой стороной профиля резьбы. Показания отсчетного микроскопа 3 (см. рис. 9.13) в одном случае будут равны половине угла профиля, а в другом — дополнительному углу 360° — п. Погрешности установки детали устрани-
“пр “лев
ют измерением углов -у и -у как в верхней, так и в нижней части контура резьбы. В расчет принимают полусумму полученных значений.
Параметры внутренней резьбы измерить значительно сложнее. Часто это выполняют методом слепков: внутреннюю резьбу заливают специальным сплавом с низкой температурой плавления и на инструментальном или универсальном микроскопе по слепку определяют ее параметры. Метод очень трудоемкий и не обеспечивает достаточной точности.
лев
ГЛАВА
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И КОНТРОЛЬ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ
10
10.1. Разновидности зубчатых передач. Эвольвеитная цилиндрическая зубчатая передача
Зубчатые передачи представляют собой механизм для передачи движения посредством зубчатых колес и реек. Во всех отраслях машино- и приборостроения они широко применяются для передачи вращательного движения с понижением (редукторы) или повышением (мультипликаторы) чисел оборотов, для передачи крутящего момента от двигателя к рабочим органам машины, для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот, а также в отсчетных устройствах.
Зубчатые передачи выполняют в виде двух зубчатых колес, червяка и червячного колеса, зубчатого колеса и рейки. В зависимости от формы колес и расположения их осей различают цилиндрические (оси колес параллельны), конические (осн пересекаются), винтовые, гипоидные и червячные (оси скрещиваются) виды передач.
Наибольшее распространение получили цилиндрические зубчатые передачи. Они состоят из двух цилиндрических колес с параллельными осями с внешним или внутренним зацеплением. По форме зуба различают прямозубые (рис. 10.1, а), косозубые (рис, 10.1,6) и шевронные (рис. ЮЛ,в) колеса. В прямозубых направление зуба параллельно оси вращения колеса. В косозубых зубья расположены под постоянным углом к оси колеса, поэтому пара сопряженных зубьев вступает в контакт постепенно в продольном направлении. Эти колеса обеспечивают более плавную и бесшумную работу, что особенно заметно при высоких скоростях. Их недостаток — возникающая при работе из-за наклона зубьев осевая сила. Шевронные колеса
210
имеют косые зубья с противоположным, правым и левым, наклоном. Они обладают всеми преимуществами косозубых колес и к тому же лишены их главного недостатка: из-за противоположно направленных зубьев осевая сила при работе не возникает. Шевронные колеса могут передавать большую мощность по сравнению с прямозубыми.
Профиль зубьев зубчатых колес может быть очерчен эвольвентой, циклоидой,
Рис. 10.1. Разновидности цилиндрических зубчатых колес: а — прямозубые; б — косозубые; в — шевронные.
дугами окружности и другими кривыми. Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным зацеплением. -В этом случае профиль зуба очерчивается эвольвентой — плоской кривой, которая описывается любой точкой прямой линии при перекатывании этой линии без скольжения по окружности, называемой основной.
Основные параметры э вол ьвент н о го цилиндрического зацепления показаны на рис. 10.2. Прямая О)соединяющая оси двух сопряженных зубчатых колес, называется линией центров. При вращении колес точка касания сопряженных эвольвентных профилей перемещается по линии, касательной к основным окружностям колес. Это линия зацепления. Л точка Р пересечения линии центров и линии зацепления — полюс зацепления. Окружности, описанные вокруг центров Oi и О2 сопряженных колес и проходящие через полюс зацепления, называют начальными окружностями. Их диаметры d гр, и dwt соответствуют диаметрам воображаемых фрикционных дисков, которые работают без проскальзывания и обеспечивают то же передаточное отношение, что и зубчатая передача.
Делительная окружность зубчатого колеса— одна из концентрических окружностей. Она является базовой для определения элементов зубьев и их размеров. Основная характеристика зубчатого зацепления — модуль — определяется размером диаметра делительной окружности:
m = d[zt (10.1)
211
Рис. 10.2. Основные параметры эвольвентного зацепления.
здесь т — модуль, мм; d — диаметр делительной окружности, мм; z — число зубьев колеса.
Делительная окружность представляет собой как бы начальную окружность при нарезании колес на зуборезном станке методом обката. При отсутствии коррекции начальная и делительная окружности совпадают: d^ —d.
По эксплуатационному назначению все зубчатые передачи подразделяются на четыре группы: отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.
К отсчетным относят зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов приспособлений, формообразующих цепей металлорежущих станков. Эти передачи обычно работают при низких скоростях и малых нагрузках, имеют малый модуль и небольшую длину зуба. Основное требование к ним — высокая кинематическая точность, т. е. строгая согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес.
Скоростные передачи работают при высоких скоростях (до 120 м/с) и передают достаточно большую
212
мощность. Это передачи редукторов турбин, двигателей турбовинтовых самолетов, быстроходных коробок передач н т. п. От них требуется плавность работы, т. е. бесшумность, отсутствие вибраций. При передаче значительной мощности важна полнота контакта зубьев. Колеса таких передач обычно имеют средние модули.
Силовые передачи передают большие усилия при малой скорости вращения. Это передачи прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов, строительных и дорожных машин и т. д. От них требуется полнота контакта зубьев как по высоте,-так и по длине 'зуба. Колеса этих передач имеют обычно большой модуль и значительную длину зуба.
Отдельную группу образуют передачи общего назначения, к которым не предъявляют повышенных требований к точности.
10.2. Допуски на цилиндрические зубчатые передачи
Система допусков на цилиндрические зубчатые передачи с модулями от 1 до 55 мм приведена в ГОСТ 1643—81. Стандарт соответствует стандартам СЭВ и дает числовые значения допусков всех важнейших элементов зубчатых колес и передач.
ГОСТ устанавливает 12 степеней точности зубчатых колес и передач, обозначаемых в порядке убывания точности цифрами 1, 2, 3, ..., 11, 12. 1-я и 2-я степени пока не имеют установленных допусков и являются резервными. В каждой степени точности установлены и раздельно контролируются независимые нормы допускаемых отклонений параметров, определяющих кинематическую точность колес и передачи, плавность работы и полноту контакта зубьев. Под кинематической точностью понимают степень согласованности углов поворота ведущего и ведомого колес передачи. Плавность работы характеризуется величиной циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса и приводящих к возникновению вибраций и шума. Нормы контакта зубьев определяют относительные размеры их суммарного пятна в передаче, обеспечивающего равномерное распределение нагрузки как по высоте, так и по длине зуба.
Наличие независимых норм точности позволяет конструктору комбинировать степени точности для определенной передачи: назначать более жесткие допуски для
213
тех норм, которые наиболее важны для работы передачи, и снижать требования к точности других. Например, для высокоскоростных передач наиболее важна плавность работы, и степень точности для параметров этой нормы должна быть выше, чем для кинематической точности; тяжело нагруженные тихоходные передачи должны иметь хороший контакт зубьев, поэтому степень точности этой нормы всегда выше, чем норм плавности и кинематической точности. Такое дифференцированное назначение допусков упрощает изготовление зубчатых колес без снижения их качества. Отметим, что применение распространенных чистовых операций значительно повышает точность показателей только одного вида норм. Так, шлифование зубьев повышает главным образом кинематическую точность, шевингование — плавность работы, а для улучшения полноты контакта зубьев применяют притирку или приработку на специальных стендах.
Назначение степени точности зубчатой передачи — сложная и ответственная задача, определяющая как качество, так и стоимость изделия. В одних случаях она рассчитывается, в других назначается такой же, как у аналогичных передач, положительно зарекомендовавших себя в процессе эксплуатации.
3—5-я степень точности применяется редко, в основном для измерительных колес, а также для передач, работающих при особо высоких скоростях вращения. 6—7-я назначается для колес делительных механизмов и устройств, а также для особо ответственных передач. 8—9-я используется для зубчатых колес средней точности, а 10— 12-я—для неответственных передач. Более подробные рекомендации по назначению степеней точности приведены в справочной литературе [1].
Теоретически зубчатая передача является двухпрофильной. Это означает, что контакт зубьев колес происходит одновременно по их правым и левым боковым сторонам. Однако в реальных передачах для устранения возможности заклинивания зубьев при нагреве или вследствие погрешностей изготовления и монтажа колес, а также для размещения смазки необходим боковой зазор между нерабочими профилями зубьев сопряженных колес. Реальная зубчатая передача является однопрофильной—контакт зубьев колес происходит только по рабочей стороне профиля (рис. 10.3).
Стандарт устанавливает наименьший гарантируемый боков ой зазор /пплп и допуски на не-.
214
го Т/и. Величина его назначается в соответствии с условиями работы передачи независимо от степени точности колес. Точная зубчатая передача вовсе не обязательно должна иметь малые зазоры. Например, высокоточные передачи скоростных редукторов турбин имеют весьма большие боковые зазоры, необходимые для компенсации температурных деформаций и свободного размещения смазки.
Установлено шесть видов
сопряжения зубчатых колес в
передаче, определяющих значение гарантированного бокового зазора /nroin- Они обозначаются буквами А, В, С, D, Е, Н (рис. 104). Сопряжение вида Н характеризуется нулевой величиной гарантированного бокового зазора; для вида А он наибольший. Виды допуска на боковой зазор Tin обозначаются в порядке возрастания буквами ft, d, с, Ь, а, х, у, z. Соответствие видов сопря-
жения, степени точности и видов допуска
видно из сле-
дующих данных:
Вид сопряжения...................А В
Вад допуска..................... а b
Степени точности...............3—12 3—11
Класс отклонения межоееного расстояния......................VI V
С D Е Н с d h h 3-9 3-8 3-7 3-7
IV III II II
Рис. 10.4. Виды сопряжений и гарантированные боковые зазоры: 1 — гярантнроваииые зазо« ры .Д 2 — допуски на лтш
боковые зазоры,
215
На величину гарантированного бокового зазора влияет допуск на межосевое расстояние. Установлено шесть классов отклонения межосевого расстояния, обозначаемых римскими цифрами I, II, III, ..., VI в порядке убывания точности. В обоснованных случаях стандарт разрешает изменять приведенное соответствие между видом сопряжения, видом допуска и классом отклонения межосевого расстояния.
В условное обозначение зубчатой передачи входят данные о точности изготовления, видах сопряжения и допуска, классе отклонения межосевого расстояния. Например, если по всем трем нормам назначена 7-я степень точности, вид сопряжения В и осуществлено соответствие между видами сопряжения и допуска, классом отклонения межосевою расстояния, то условное обозначение записывают следующим образом; 7 — В ГОСТ 1643—81.
При комбинировании норм разных степеней точности, а также изменении соответствия между видом сопряжения и видом допуска на боковой зазор, но при сохранении соответствия между видом сопряжения и классом отклонения межосевого расстояния условное обозначение включает три цифры и две буквы: первая цифра — степень точности по нормам кинематической точности, вторая — по нормам плавности работы, третья— по нормам контакта зубьев; первая б^ква — вид сопряжения, вторая—вид допуска на боковой зазор. Например: 8—7—6—Ва ГОСТ 1643—81.
Если назначается более грубый класс отклонений мсжоссвого расстояния, чем предусмотрено для данного вида сопряжения, то гарантированный боковой зазор уменьшается. Его рассчитывают по формуле:
У/1П11П —/пл In —0,68 ( \f а | — |/ri | )» О0-2) .
где Ьтяп и fft — табличные значения гарантированного бокового зазора и предельное отклонение межосевого расстояния для данного вида сопряжения;/', — отклонение межосевого расстояния для более грубого класса; Лтп—рассчитанный гарантированный боковой зазор.
В условном обозначении указывается принятый класс и определенный по формуле (10.2) гарантированный боковой зазор. Так, если по всем трем нормам назначена 7-я степень точности, вид сопряжения С, вид допуска на боковой зазор а и класс отклонений межосе-г вого расстояния не IV, а V, то для межосевого расстоя-216
ния Gw=300 мм; fo=±60 мкм; fa=100 мкм; /nmin = = 130 мкм и
Лпяп - 130—0,68(100—60) = 103 мкм.
Условное обозначение будет записано: 7 — Ca/V-—103 ГОСТ 1643—81.
10.3. Принципы контроля зубчатых передач
Контроль зубчатых колес и передач имеет ряд особенностей. Это объясняется, во-первых, сложностью геометрической формы зубчатого колеса, а во-вторых, тем, что для оценки зубчатых колес и передачи в целом применяется большое количество геометрических и кинематических параметров. ГОСТ 1643—81 нормирует 27 параметров, определяющих кинематическую точность, плавность работы, контакт зубьев и боковой зазор. Группы этих параметров оценивают один и те же эксплуатационные свойства колес. Явно избыточное разнообразие показателей точности объясняется многообразием технологических процессов нарезания и чистовой обработки зубчатых колес. Они могут быть изготовлены на зубофрезерных, зубодолбежпых, зубострогальных станках, затем обрабатываться на зубошлифовальных, шевинговальных станках и т. п. Каждый вариант технологического процесса обеспечивает повышенную точность выполнения лишь одного (или группы) параметров зубчатого колеса. Поэтому на различных предприятиях эксплуатационные показатели колеса, например нормы кинематической точности, контролируют путем измерения различных параметров с помощью разных приборов и приспособлений. Стандарт устанавливает допустимые отклонения на каждый параметр с таким расчетом, чтобы измерение любого из них могло однозначно установить соответствие нормы заданной степени точности. Выбор контролируемого показателя точности осуществляет предприятие-изготовитель в соответствии с заданной степенью точности, применяемым технологическим процессом, наличием измерительных средств. На этот выбор не могут влиять потребители или представители государственной приемки, так же как и требовать измерения у готового колеса других параметров, не предусмотренных в соответствующих стандартам рабочих чертежах.
217
10.4. Нормирование и контроль кинематической точности
Кинематическая точность регламентирует степень согласованности углов поворота ведущего и ведомого колес передачи. На практике всегда имеет место отклонение действительного угла поворота ведомого колеса от теоретической, расчетной величины. Причинами таких отклонений могут быть погрешности цепи обката зуборезного станка, возникающие, например, из-за недостаточной точности подбора колес гитары обката, а также погрешности установки заготовки колеса относительно оси стола зуборезного станка (радиального биения).
Кинематическая точность колеса может быть оценена любым из четырех показателей точности или пяти комплексов, состоящих из двух параметров. Предусмотрены также показатели кинематической точности передачи, приведенные в табл. 10.1, где указаны диапазоны степеней точности нормируемых показателей.
Самым наглядным образом кинематическая точность характеризуется наибольшей кинематической по-
Таблица 10.1. Показатели кинематической точности
Нормируемые показатели точности или комплекс У слозные обозначения Степени точности
Наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса Fir 3-8
Накопленные по1решности шага и К шагов зубчатого колеса Fpr И Fpkr 3-6
Накопленная погрешность шага зубчатого колеса Ррг 7-8
Погрешность обката и радиальное биение сг и гт 3-8
зубчатого венца
Колебания длины общей нормали и измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса FVWr И Fir 5-8
Колебание длины общей нормали и ра- Fvwr и Frr 3-8
диальное биение зубчатого венца
Погрешность обката и колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса Fcr и Fir 5—7
Колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса Fir 9-12
Радиальное биение зубчатого колеса Frr 7—12’
Наибольшая кинематическая погрешность передачи Fior 3-8
218
Рис. 10.5. Кинематическая погрешность зубчатого колеса: а — график кинематической погрешности; б — принципиальная схема прибора для измерения кинематической погрешности.
грешностью Fir зубчатого колеса (рис. 10.5, а), которая представляет собой наибольшую алгебраическую разность значений погрешности угла поворота колеса в пределах его полного оборота. Принципиальная схема прибора для ее измерения представлена на рис. 10.5,6. Контролируемые колеса 1 и 2 (или одно контролируемое и одно измерительное — образцовое) находятся в зацеплении. Измерительные зубчатые колеса, используемые при контроле в качестве парного колеса, должны быть не менее чем на 2—3 степени точнее контролируемого. При измерениях их погрешностями обычно пренебрегают. Датчики 3 н 4 углов поворота при вращении передачи подают сигналы на устройство 5, которое путем сравнения сигналов устанавливает рассогласование углов поворота, фиксируемое регистрирующим устройством 6.
Имеется несколько моделей приборов для контроля кинематической погрешности: БВ-5033, 5053, 936, 6()8 и др.
На рис. 10.6 показана схема прибора БВ-5058, предназначенного для измерения кинематической погрешности цилиндрических и конических зубчатых колес. Электродвигатель 1 через червячную пару 2—3 приводит во вращение измеряемые колеса 4 и 5, закрепленные на шпинделях / и II. Необходимое межосевое расстояние устанавливается с помощью микровинта 6, угол поворота которого оценивается по лимбу 7. На обоих шпинделях укреплены стеклянные лимбы 9 и 16, каждый из которых имеет 10 800 штрихов, цена деления — 2'. Свет от ламп 10 и 14 через фокусирующие линзы Пн 15 и сетки 12 и 17 направляется на фотодиоды 13 и 18. Прохождение прозрачных рисок лимбов через осветп-
219
Рис. 10.6 Схема прибора БВ-5058 для измерения кинематической погрешности зубчатых колес.
тельную систему вызывает пульсирующий ток в фотодиодах. При передаточном отношении 1 : 1 колес 4 и 5 пульсирующий ток от обоих датчиков имеет одинаковую частоту, и фазометр 21 определяет сдвиг фазы сигналов, характеризующий погрешность передачи. Если передаточное отношение отлично от 1 : 1, то меньшее колесо устанавливают на место колеса 5, и поступающие с фотодиода 13 сигналы с частотой f2 в умножителе 19 умножаются на число зубьев меньшего колеса, а затем в делителе 20 делятся на число зубьев z2 большего колеса 4.. Этим частота сигналов уравнивается, и фазометр 21 вновь показывает сдвиг фаз обоих сигналов, определяя тем самым кинематическую погрешность передачи Fior или контролируемого колеса Рir.
Постоянный контакт зубьев контролируемой передачи обеспечивается с помощью тормоза 8, состоящего из обода и тормозных колодок. Усилие торможения регулируется с помощью винта и пружины. При проверке конических зубчатых колес оси шпинделей / и II поворачивают на необходимый угол. На приборе могут бьпь,
220
Рис. 10.7. Накопленная погрешность шага: а — схема измерения; б —обработка результатов измерения.
измерены колеса с наружным' диаметром в диапазоне 20—320 мм, а также колеса внутреннего зацепления. Погрешность прибора зависит от диапазона измерения и составляет 4—12 мкм.
Отклонение шага представляет собой кинематическую погрешность зубчатого колеса при его повороте на один номинальный угловой шаг. Для определения накопленной погрешности шага Frr и накопленной погрешности К шагов зубчатого колеса FpkT измеряют кинематическую погрешность при повороте колеса на 1, 2, z зубьев (рис. 10.7,6). Это измерение может быть выполнено, например, с помощью делительной головки,
Рис. 10.8. Накладной шагомер: с — общий вид; б — схема базирования.
221
обеспечивающей поворот колеса на строго определенный 0"^ f и уТ
угол <р— — •«, и измерительного устройства. Изме
рительный наконечник подводят до соприкосновения с профилем зуба вблизи делительной окружности и устанавливают индикатор на нуль. Затем его отводят, колесо поворачивают точно на один зуб, после чего наконечник вновь подводят к профилю и по индикатору определяют знак и величину отклонения (рис. 10.7,а).
Накопленную погрешность шага можно установить по результатам измерения его неравномерности шагомером для окружного шага— расстояния между одноименными профилями двух соседних зубьев, измеренного по дуге делительной окружности. На рис. 10.8, а показан шагомер типа ЗШР, а на рис. 10.8, б — схема его работы. Прибор накладной, базируется на три точки — /, 2, 3 по окружности выступов или по внутреннему диаметру. Буртики на наконечниках обеспечивают установку его по торцу колеса. Шагомер имеет два кромочных измерительных наконечника—неподвижный и подвижный, перемещение которого оценивается индикатором. При измерении первого шага индикатор устанавливают на нуль, затем шагомер последовательно переносят с одной пары зубьев на другую — соседнюю, фиксируя при этом отклонения. Движение измерительного наконечника передается индикатору через рычаг с отношением плеч 2:1. Индикатор с ценой деления 0,01 мм обеспечивает цену деления шагомера 0,005 мм.
Для определения накопленной погрешности шага Fpr результаты измерения шагов необходимо обрабог тать. При значительном числе зубьев такая обработка достаточно трудоемка. Иногда ее выполняют на ЭВМ.
Погрешность обката Fcr находят путем измерения кинематической точности формообразующей цепи зуборезного станка — цепи деления или обката — с помощью специальных приборов — кинематомеров. Принцип их работы примерно такой же, как и прибора, представленного на рис. 10.6. Определяется согласованность вращения двух валов зуборезного станка: стола, на котором закреплена заготовка колеса, и шпинделя с режущим инструментом — червячной модульной фрезой (на зубофрезерном станке) или зуборезным долбяком (на зубодолбежном).
Радиальное биение Frr зубчатого венца изме* ряют так называемыми биениемерами. На рис. 10.9 изО-1 бражек биениемер модели 25002, выпускаемый ЛИПСЬ'
222
Рис. 10.9. Бненпемер.
Контролируемое зубчатое колесо 1 устанавливают на оправке в центра. Перемещая бабку 2 с измерительной головкой 3, вводят измерительный наконечник 4 во впадину зубчатого колеса 1 и устанавливают индикатор на нуль. Затем наконечник отводят арретиром, колесо поворачивают на один зуб, наконечник опускают и записывают показания индикатора. Разность наибольшего и наименьшего показаний в пределах одного оборота колеса составляет величину радиального биения зубчатого венца.
Контроль колебания длины общей нормали Fvwr сводится к измерению длины общей нормали ДО7-кратчайшего расстояния между параллельными плоскостями, касательными к двум разноименным профилям зубьев. Измерительный прибор должен иметь две губки г параллельными плоскостями и отсчетное устройство для определения положения подвижной губки. На рис. 10.10,42 представлен зубомерный микрометр типа М3 с ценой деления 0,01 мм. Приборы выпускаются с пределами измерения 0—25, 25—50, 50—75 и 75—100 мм. Большую точность измерения обеспечивают зубомерные рычажные микрометры типа MP3 с ценой деления 0,002 мм. Эта группа приборов позволяет контролировать длину общей нормали методом непосредственной > >ценки. Нормалсмерами типа НЦ (рис. 10.10,6) определяют значение, а также колебания длины общей нормали методом сравнения. Прибор устанавливают на гуль по блоку концевых мер длины путем перемещения па штанге 2 и последующей фиксации переставной губ-;<и 4. Измерение обеспечивается перемещением губки 3, которая связана в корпусе / прибора с наконечником ‘'тенетного устройства 5. Применяют нормалемеры с цепок деления 0,002; 0,005 и 0,01 мм.
Колебания меж осевого расстояния за обо-
223
Рис. 10.10. Приборы для измерения длины общей нормали: а — зубомерчый микрометр; б — нормалсмер
рот зубчатого колеса F'/f контролируют так называемыми межцентромерами. Они определяют разность между наибольшим и наименьшим действительными межосевыми расстояниями при беззазорном зацеплении измерительного колеса с контролируемым за полный оборот последнего. Конструкции всех межцентромеров аналогичны, схема прибора дана на рис. , 10.11.
Рис. 10.11. Схема межцентромера.
224
На станине прибора установлены две каретки. На каретке 2 закрепляется измерительное колесо, а на каретке 1 — контролируемое. Перед измерением каретка 2 перемещается на необходимое межцентровое расстояние и фиксируется зажимом 3. Каретка 1 находится под действием пружины 4 и перемещается по направляющим качения, выбирая боковой зазор в зацеплении. При вращении пары колес неточности контролируемого колеса вызывают смещение каретки 1 и изменение меж-осезого расстояния, которое может быть определено с помощью индикатора 5. Приборы снабжены записывающими устройствами. Различные модели межцентромеров отличаются главным образом предельными значениями межосевого расстояния.
10.5 Нормирование и контроль плавности работы
Плавность работы — одна из основных эксплуатационных характеристик зубчатой передачи. Она определяется параметрами, влияющими и на кинематическую точность, но их влияние сказывается многократно за один оборот колеса. Неплавность работы колес проявляется на графике кинематической погрешности (см. рис. 10.5, а) волнообразным характером кривой. Эти волнообразные колебания со сравнительно небольшой амплитудой имеют частоту, равную (или кратную) частоте вхождения зубьев в зацепление, поэтому ее называют зубцовой частотой. Основной источник возникновения этих погрешностей — неточности выполнения червячной передачи, и особенно червяка цепи обката зуборезного станка. С целью уменьшения величины такой циклической погрешности применяют точные зуборезные станки с очень малым передаточным отношением делительной червячной пары: 1:200—1:500 и менее. Повышение плавности работы достигается также чистовой обработкой колес, прежде всего шевингованием. Плавность работы — необходимое условие нормальной эксплуатации зубчатой передачи при повышенных и высоких скоростях. Ее нарушения приводят к возникновению вибраций и шума.
Соответствие нормы плавности работы заданной степени точности оценивают измерением одного выбранного параметра или комплекса из двух параметров. В табл. 10.2 приведены нормируемые показатели точно-с'ти и два комплекса параметров, а также указаны сте-а
Зак. .V> 216
225
Таблица 10.2. Показатели плавности работы
Нормируемые показатели точности или комплексы Условные обозначения Степени точности
Местная кинематическая погрешность колеса fir 3-8
Циклическая погрешность зубцовой частоты колеса f zzr 3-8
Отклонение шага зацепления и погрешность профиля зуба fpbr и ffr 3-8
Отклонение шага зацепления и отклонение шага fpbr и fptr 3—8
Отклонение шага зацепления fpbr 9-12
Отклонение шага fpjr 9—12
Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе 5-12
Местная кинематическая погрешность передачи fior w i oo
Циклическая погрешность зубцовой частоты в передаче fzzor 3-8
лени точности, в которых допускается использование параметров или комплексов.
Ряд нормируемых показателей точности — м е с т -йую кинематическую погрешность колеса fir и передачи f'iOr, циклическую погрешность зубцовой частоты колеса fггг и передачи fZZor — получают путем обработки кривой кинематической погрешности зубчатого колеса или передачи, снятой с помощью приборов типа, указанного на рис. 10.6. К сожалению, недостаточная оснащенность предприятий электронными приборами этого типа затрудняет использование указанных параметров для оценки нормы плавности работы.
Шагом зацепления называют расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум одноименным боковым поверхностям соседних зубьев зубчатого колеса. Отклонения шага зацепления fpbr обычно измеряют накладными шагомерами. На рис. 10.12, а приведена схема шагомера с тангенциальными измерительными наконечниками 3 и 4. Наконечник 3 жестко связан с корпусом прибора, а 2 закрепляется на определенном расстоянии от него (в зависимости от модуля контролируемого колеса). Наконечник 4 через рычажную передачу связан с отсчетный 226
Рис. 10.12. Контроль шага зацепления: а — схема шагомера; б—j общий вид шагомера ЛИПО.
устройством /. Цена деления шагомера ЛИПО (рис. 10.12,6)—0,001 мм.
Погрешность профиля зуба колеса f/r контролируется специальными приборами — эвольвенто-мсрами. Они непрерывно сравнивают профиль зуба контролируемого колеса, ощупываемый точечным измерительным наконечником, с воспроизводимой эвольвентой теоретической основной окружности. Отклонение действительного профиля от теоретического вызывает перемещение наконечника, которое фиксируется показывающим или записывающим устройством. Различают индивидуально-дисковые и универсальные эвольвенто-меры. Первые работают с использованием дисков диаметром, равным диаметру основной окружности контролируемого колеса. Высокая точность изготовления этих дисков и, следовательно, их высокая стоимость делает нецелесообразным применение приборов на предприятиях с единичным и мелкосерийным производством.
10.6. Нормирование и контроль полноты контакта зубьев
Стандарт предусматривает ряд нормируемых показателей точности, характеризующих нормы полноты контакта зубьев. Наиболее часто применяют контроль отклонений от параллельности осей колес и перекос осей fxr и fyr на длине, равной рабочей ширине венца, а также суммарного и мгновенного пятна контакта.
Отклонения расположения осей колес определяются точностью изготовления корпусной детали редуктора.
227
Рис. 10.13. Пятно контакта.
Номинальное положение исходного контура
Рис. 10.14. Смещение исходного контура.
Способы измерения таких отклонений были рассмотрены па с. 167.
Пятно контакта позволяет установить наличие прилегания поверхностей зубьев сопряженных колес по всей длине для равномерного распределения нагрузки по длине зуба и повышения прочности и долговечности передачи. Стандарт различает суммарное и мгновенное пятно контакта. Суммарным называют часть активной боковой поверхности зуба зубчатого колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев сопряженного колеса в собранной передаче после вращения с установленной чертежом нагрузкой. Такое пятно получается в процессе приработки, после некоторого периода действия передачи. Так контролиру
ют ответственные передачи.
Мгновенным пятном контакта называют часть активной боковой поверхности зуба большего зубчатого колеса передачи, на которой располагаются следы его прилегания к зубьям меньшего колеса собранной передачи за один оборот при легком торможении. Мгновенное пятно контакта определяется с помощью краски — берлинской лазури, голландской сажи, сурика и др. Перед проверкой боковые поверхности зубьев сопрягаемых колес обезжиривают. Толщина слоя краски—4—6 мкм. Ее цвет должен быть контрастным по отношению к цвету поверхности колеса.
Пятно контакта определяют в процентах (рис. 10.13): по длине зуба b — отношением расстояния а между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов с (если они больше т) к длине зуба:
cos Е 1 оо°/0, Где р — угол наклона зуба косозубого колеса; по высоте зуба — отношением средней по всей
228
длине зуба высоты следов прилегания hm к высоте зуба соответствующей активной боковой поверхности: -’-100%.
10.7. Нормирование и контроль бокового зазора
Боковым зазором называют измеренное по нормали расстояние между нерабочими профилями зубьев колес, находящихся в зацеплении. Боковой зазор необходим для нормальных условий эксплуатации зубчатой передачи: он компенсирует температурные деформации, погрешности монтажа передачи, в нем размещается смазка.
Наличие бокового зазора и его величина определяются толщиной зуба, которая зависит от положения режущего инструмента (в виде рейки) относительно оси нарезаемого колеса на зуборезном станке. При сближении рейки с колесом толщина зуба уменьшается, при ее отводе — увеличивается. Относительное положение рейки и нарезаемого колеса называют смещением исходного контура.
229
На рис. 10.14 показано номинальное положение 1 исходного контура, его наименьшее смещение Ehs и допуск на это смещение Ти, а также профиль зубьев при наименьшем (2) и наибольшем (3) смещении исходного контура.
Измерение Ен и Тн часто осуществляют с помощью так называемого тангенциального зубомера, Исходный контур рейки в этом приборе реализуется двумя губками со скосом в 20°, расположенными симметрично относительно оси измерительной головки. По специальным роликам прибор настраивают на нуль, после чего устанавливают на зубчатое колесо. По индикатору определяют величину смещения исходного контура.
Нормируемая величина бокового зазора зависит от толщины зуба. Измерение толщины Ес и определение допуска Тс осуществляют с помощью штангензубомера (рис. 10.15) или индикаторного кромочного зубомера, принцип работы которых одинаков. Измерительные губки приборов измеряют толщину зуба по хорде на заданном расстоянии от окружности выступов. Высота сечения устанавливается специальным упором, перемещение которого оценивается по линейке с нониусом (у штангензубомера) или по обычным микрометрическим шкалам (у кромочного индикаторного зубомера).
В смонтированной передаче величину бокового зазора определяют с помощью щупов или свинцовой пластинки, которую пропускают через передачу. Пластинка деформируется (сплющивается) зубьями находящихся: в зацеплении колес, и ее толщина соответствует боковому зазору в соединении.
ГЛАВА
ДОПУСКИ И ПОСАДКИ шпоночных И ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ КОНТРОЛЬ
11.1 Призматическое шпоночное соединение
Как шпоночные, так и шлицевые соединения предназначены для получения разъемных неподвижных соединений, передающих крутящие моменты. Они допускают также осевое перемещение сопряженных деталей, например блока зубчатых колес вдоль вала коробки скоростей станка, и при этом сохраняется возможность передачи крутящего момента.
Шпоночные соединения применяют в тех случаях, когда к точности центрирования сопрягаемых деталей не предъявляется высоких требований: для соединения с валами зубчатых колес, шкивов ременных передач, маховиков, эксцентриков, рукояток и т. п.
Стандартные шпонки подразделяют на призматические, клиновые, сегментные и тангенциальные. Наиболее распространено шпоночное соединение с призматическими шпонками (ГОСТ 23360—78). Его основные размеры приведены на рис. 11.1. Сечение шпонки b\h назначают в зависимости от диаметра цилиндрического соединения. Оно представляет собой соединение трех деталей, характер которого определяется сопряжениями шпонки по ширине b с пазами вала и втулки. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки.
Соединение шпонки с пазом вала назначают с таким расчетом, чтобы при сборке узла шпонка не выпадала из паза. Сопряжение шпонки с пазом втулки обычно свободнее. Следует отметить, что на характер соединения влияют не только предельные отклонения размеров сопрягаемых поверхностей, но и погрешности формы и Расположения пазов.
231
Рис. ILL Размеры шпоночного соединения с призматическими шпонками.
Стандартом установлено три вида шпоночного соединения: нормальное, свободное и плотное (рис. 11.2). Все они образованы в системе вала. Это обеспечивает постоянство размеров шпонок, возможность их стандартизации, централизованного производства. Стандартные шпонки изготовляются из чистотянутой стали с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа (60 кГ/мм2).
Наиболее часто применяется нормальное шпоночное соединение (рис. 11.2,6). С пазом вала шпонка соединяется посадкой Л9/Л9 обычно с помощью медного молотка средней массы, а с пазом втулки — по переходной посадке Js9/h9, обеспечивающей теоретически около 99% зазора. Однако на характер этой посадки влияют неизбежные отклонения расположения пазов вала и
втулки, в результате зазор оказывается недостаточным для компенсации этих погрешностей и втулка надевается на вал со шпонкой с определенным усилием. Для облегчения сборки, что особенно важно в условиях мас
сового производства, а также для возможности перемещения втулки вдоль вала со шпонкой при эксплуатации узла применяют свободное соединение со «скользящей шпонкой» (рис. 11.2, а). Оно должно быть продумано конструктивно, чтобы исключить случаи выпадения шпонки из паза вала в процессе работы. При передаче
максимальных крутящих моментов и реверсивном вра
щении иногда используют плотное соединение (рис. 11.2,в), сборка которого осуществляется с помощью тяжелого (свинцового) молотка, струбцин или
пресса.
Размеры шпонки и пазов по высоте и длине назна-
чают с таким расчетом, чтобы не затруднять сборку и эксплуатацию соединения. По размерам h и I (см. рис. 11.1) гарантирован зазор. Предельные отклонения
232
размеров шпонки и пазов по ширине b приведены в табл. 11.1.
Пример. Определить предельные значения зазоров и натягов в шпоночном соединении при ширине: шпонки 8/z9, паза вал^. 8/V9 и паза втулки <8 С9
Из табл. 11.1 уста-
Е&-паза6ш
И -лаза втулки
навливаем предельные рис ц д Виды шпоночных соеднне-отклокения сопряжен- ний.
пых размеров:
8/?9(-0,025); 87V9 (-о’о2о); 8Д9 (-0’012)* Определяем
характер сопряжения шпонки с пазом вала. Наибольший зазор в этом соединении:
5тях = ES — el = (—4) — (—25) = 21 мкм.
Наименьший зазор находим из зависимости: Smin = El — es = (—29) — 0=—29 мкм.
Знак — показывает, что в соединении имеет место натяг, причем
А^гпях “ •Sfnhi — 29 мкм.
Шпонка соединяется с пазом вала по переходной посадке.
Определяем характер сопряжения шпонки с пазом во втулке. В этом случае наибольший зазор
Smax = ES— ei — 12— (—25) =37 мкм,
а наименьший
Smm — £7 — es = (—12) — 0=—12 мкм.
Сопряжение шпонки с пазом во втулке также происходит по переходной посадке; ее характеристики: •$тах = 37 МКМ; Англах”—*^inin=12 МКМ.
Пример. Чертежом задана ширина: шпонки 10Л9; паза вала 10/79; паза во втулке 10D10. Измерением установлено, что ширина шпонки, паза вала и втулки соответственно равна, мм: 9,98; 9,99; 10,05. Установить годность деталей.
233
Таблица 11.1. Предельные отклонения размеров шпонок и пазов шпоночного соединения по ширине b (ГОСТ 23360—78)
Диаметр вала d, мм Сечение шпонки йХЛ, мм Предельные отклонения ширины Ь, мкм
шпонки паза вала паза втулки лаза вала и втулки
J79 W9 D10 М РЭ
От 6 ДО 8 Св 8 » 10 2X2 зхз 0 -25 +25 0 -4 -29 +60 +20 + 12 —12 -6 -31
Св. 10 до 12 > 12 » 17 > 17 > 22 4X4 5x5 6X6 0 —30 +30 0 0 -30 +78 +30 +15 -15 -12 -42
Св. 22 до 30 » 30 » 38 8X7 10X8 0 —36 +36 0 0 -36 4-9S +40 +18 —18 -15 —51
Св. 38 до 44 » 44 > 50 » 50 » 58 » 58 » 65 12X8 14X9 16ХЮ 18X11 0 -43 -1-43 0 0 -43 +120 + 50 +21 -21 -18 -61
Св. 65 до 75 > 75 » 85 » 85 » 95 > 95 » 110 20X12 22x14 25X14 28X16 0 -52 +52 0 0 -52 +149 +65 +26 —26 -22 -74
Св. НО до 130 » 130 » 150 > 150 » 170 > 170 » 200 » 200 » 230 32x18 36x20 40X22 45x25 50x28 0 -62 4-62 0 0 -62 4-180 4-80 4 31 -31 —26 —88
Св’. 230 до 260 > 260 » 290 » 290 > 330 > 330 » 380 56X32 63X32 70X36 80X40 0 -74 -4-74 0 0 -74 +220 +100 +37 -37 -32 -106
Св. 380 до 440 » 440 > 500 90x45 100X50 0 -87 +87 0 0 -87 +260 +120 +43 —43 -37 -124
234
Из табл. 11.1 выписываем предельные отклонения размеров шпонки и пазов: 10/г9(_0,озб); 10Я9(+°’036); 1 OP 10(+о$4о) Находим предельные значения сопрягаемых размеров, мм:
ширина шпонки: frmax=10; bmin=9,964;
ширина паза вала: 6щах= 10,036; &min^l0;
ширина паза втулки: &тах = 10,098; bmin—10,040.
Сравнивая с ними результаты измерений, устанавливаем, что размеры шпонки и паза во втулке выполнены в пределах допуска, а ширина паза вала меньше допустимой величины. Брак исправимый.
11.2. Контроль шпоночного соединения
В единичном производстве размеры шпонки и пазов определяют универсальными измерительными средствами. В серийном производстве шпоночные соединения обычно контролируются комплектом калибров: ширина пазов вала и втулки — пластинками типа приведенных на рис. 11.3, в; глубина Л паза на валу — калибром-глубиномером (рис. 11.3,г); глубина паза во втулке (размер d-^-ts)—глубиномером (рис. 11.3,6). Отклонения от симметричности паза втулки и паза вала проверяют комплексными калибрами, выполненными в виде пробки со шпонкой—для втулки, и призмы со стержнем— для вала (рис. 11.3, а и 6). Комплексными калибрами контролируют расположение пазов после то-
Рис. 11.3. Калибры для контроля шпоночных соединений: а —шпоночный калибр-пробка; б, г — глубиномеры; в — калибр пазовый; с?— шпоночный калибр-призма.
235
го, как определят, что их ширина находится в пределах допуска. Оба комплексных калибра проходящие.
Достоинством шпоночного соединения является простота конструкции и возможность изготовления пазов на валу и во втулке на универсальных станках общедоступным режущим инструментом. Однако оно имеет и ряд недостатков. Сравнительно глубокие пазы ослабляют сечение вала и втулки, наблюдаются смятие шпонки, концентрация напряжений, соединение характеризуется невысокой точностью центрирования деталей. Шпоночные соединения обычно применяют в тихоходных, слабо нагруженных передачах, а также в опытных машинах и агрегатах.
11.3. Шлицевое соединение
Шлицевое соединение обладает рядом преимуществ по сравнению со шпоночным. При одном и том же диаметре вала оно передает 'значительно больший крутящий момент, обеспечивает улучшение центрирования соединяемых деталей, в нем нет съемных деталей (шпонок), следовательно, облегчаются сборка и эксплуатация.
Широко используются шлицевые соединения прямо-бочного и эвольвентного профилей и изредка треугольного профиля, размеры которого не стандартизованы.
Прямобочное шлицевое соединение (ГОСТ 1139—80) может быть как неподвижным, так и подвижным, когда в процессе эксплуатации узла детали могут перемещаться относительно друг друга в осевом направлении. В зависимости от величины передаваемого крутящего момента и условий работы установлено три типа соединений: легкой, средней и тяжелой серии.
В шлицевых прямобочных соединениях применяют три способа центрирования: по наружному диаметру D, внутреннему d и по ширине шлицев Ь. При назначении способа центрирования следует иметь в виду, что точность выполнения центрирующих элементов должна быть достаточно высокой, а на остальные два параметра соединения задается значительно более широкий допуск. Посадка по нецентрирующим элементам должна быть с гарантированным зазором. В табл. 11.2 приведены некоторые посадки шлицевого соединения по трем параметрам для всех трех вариантов центрирования.
Наиболее технологичным является центрирование по наружному диаметру D (рис. 11.4,а).
236
237
Рис. 11.4. Способы центрирования шлицевых соединений с пря-ыобочным профилем.
Требуемая точность получения наружного диаметра обеспечивается шлифованием шлицевого вала на обычном кругл ошлифов а льном станке и обработкой шлицевой втулки протягиванием.
Иногда, и прежде всего при подвижном шлицевом соединении, для повышения его износостойкости и долговечности приходится применять термообработку предварительно протянутых и отфрезерованных сопрягаемых деталей. При этом происходит их деформация, и точность выполнения размеров соединения резко уменьшается. Точно обработать по наружному диаметру шлицы в закаленной до высокой твердости втулке невозможно. Приходится осуществлять центрирование по внутреннему диаметру d. Точная обработка по d шлицев в закаленной втулке обеспечивается внутренним шлифованием, а шлицевого вала — обработкой на специальном шлицешлифовальном станке. Обе чистовые операции весьма трудоемки, поэтому способ центрирования по d менее технологичен (рис. 11.4,6).
Центрирование по ширине шлица b (рис. 11.4, в) не обеспечивает точного совмещения осей вала и втулки при сборке, однако позволяет наиболее равномерно распределить нагрузку между шлицами. Этот способ применяют при передаче больших крутящих моментов, особенно при знакопеременных нагрузках.
В условном обозначении прямобочного шлицевого соединения указываются центрирующий размер, число шлицев, номинальные размеры d, D и b и после каждого из них — посадки. В обозначении допускается не указывать посадки нецентрирующих диаметров. На чертежах шлицевого вала или втулки вместо посадок обозначаются поля допусков.
238
Рис. 11.5. Способы центрирования шлицевого соединения с эвольвентным профилем: а —по боковым сторонам; б — по наружному диаметру.
Например, прямобочное шлицевое соединение с числом зубьев 2—8, внутренним диаметром d~46 мм, наружным центрирующим диаметром Р=50 мм с посадкой H7/f7t шириной зуба 6 = 9 мм с посадкой F8/J7 обозначается: D — 8X46 //11/а11Х50 7/7//7Х9 F8!f7; шлицевая втулка этого же соединения: D — 8X46 Hl 1X Х50 //7X9 F&, а шлицевой вал: D — 8X46л 11 X50f7X X9f7.
Шлицевое эвольвентное соединение (ГОСТ 6033—80) отличается от прямобочного профилем зуба и представляет собой как бы зубчатую передачу с наружными (у вала) и внутренними (у втулки) зубьями. При этом у вала и втудки одинаковое число зубьев, н зацепление происходит одновременно по всем зубьям. Оно превосходит прямобочное как с конструктивной, так и с технологической точки зрения: может передать больший крутящий момент из-за высокой прочности зуба, толщина которого увеличивается к основанию; благодаря плавным переходам профиля характеризуется меньшей концентрацией напряжений у основания зуба; обеспечивает более точное центрирование деталей вследствие самоустановки под нагрузкой; все шлицевые валы одного модуля могут обрабатываться на зубофрезерных станках одним инструментом; могут использоваться отделочные операции, применяемые для зубчатых колес (зубошлифование, шевингование и др.).
В шлицевом эвольвентном соединении три способа центрирования: по наружному и внутреннему диаметрам и по боковым сторонам зубьев (рис. 11.5). Стандарт рекомендует посадки по боковым поверхностям зубьев и наружному диаметру, а также поля допусков при центрировании по внутреннему диаметру (применяется реже). Обозначения полей допусков ширины впадины и
239
Рис. 11.6. Схема контроля шлицевого вала и втулки калибрами,
толщины зуба отличаются от таковых на диаметральные размеры тем, что сначала указывается номер степени точности, а затем основное отклонение, например 9g, ЭЯ.
В условном обозначении эвольвентного шлицевого соединения указываются номинальный диаметр 7), модуль т, посадки после размеров центрирующего элемента и номер стандарта. На чертежах деталей обозначаются поля допусков. Например, соединение с номинальным диаметром D=50 мм и модулем т^2 мм при центрировании по боковым сторонам зубьев (по ширине Ь) с посадкой по их боковым поверхностям 9/7/9£ обозначается: 50x2x9///9g ГОСТ 6033—80; шлицевой вал того же соединения: 50 x2x9g ГОСТ 6033— 80; а шлицевая втулка: 50X2X9// ГОСТ 6033—80.
Если принято центрирование по наружному диаметру с посадкой H7/g6, то соединение обозначают: 50 X X//7/g6x2 ГОСТ 6033—80; шлицевой вал: 50Х&6Х2 ГОСТ 6033—80 и втулку: 50X//7X2 ГОСТ 6033—80.
При центрировании по внутреннему диаметру с посадкой /77/g6 шлицевое соединение обозначается: i50X X2x//7fe6 ГОСТ 6033—80.
11.4. Контроль шлицевого соединения
Рассматриваемое соединение имеет весьма сложную форму, поэтому для определения его параметров уни-
240
нереальные измерительные средства обычно не применяются, Точность выполнения элементов соединения, как и его собираемость, контролируют калибрами. Основная проверка — на собираемость — выполняется с помощью комплексных калибров. Это так называемые проходящие калибры (должны проходить через годную деталь), имеющие конфигурацию сопряженной шлицевой детали. Так, вал контролируется комплексным калибром, выполненным в виде шлицевой втулки, а втулка — калибром-пробкой, сходной со шлицевым валом. Прохождение калибра гарантирует собираемость как по размерам элементов, так и по их расположению. Перед, проверкой комплексными калибрами размеры отдельных элементов соединения контролируют обычными предельными калибрами-—в этом случае только непроходными. Такая проверка гарантирует качество контролируемой детали.
На рис. 11.6 схематично показаны предельные и комплексные калибры для контроля шлицевого соединения с прямобочпым профилем. Конструкция и размеры этих калибров определены стандартами. Контроль шлицевого вала осуществляется тремя скобами. Толщина каждого шлица проверяется на всей длине, наружный диаметр — в нескольких сечениях по длине, внутренний диаметр — с торца вала в нескольких продольных сечениях.
При контроле шлицевой втулки калибром-пластиной проверяют ширину пазов, а гладкой и листовой пробками— внутренний и наружный диаметры.
Заключительная контрольная операция — проверка шлицевых деталей комплексными калибрами.
ГЛАВА
РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ
12
12.1. Основные понятия
В машиностроении нередки случаи, когда работоспособность узла или изделия, а иногда даже возможность их сборки зависит от действительных значений размеров, определяющих расположение взаимодействующих поверхностей и составляющих так называемую размерную цепь.
Размерная цепь — это совокупность размеров, образующих замкнутый контур. Они определяют взаимное расположение поверхностей одной или нескольких деталей, входящих в сборку. В первом случае размерную цепь называют детальной, во втором — сборочной.
В общем случае размеры, образующие размерную цепь, могут располагаться в пространстве произвольно. Тогда говорят о пространственной размерной цепи. Когда все размеры, составляющие цепь, указаны в одной или в параллельных плоскостях, ее называют плоской. При расчетах пространственную цепь приводят к плоской путем проектирования всех размеров на одну плоскость. Размеры в плоских цепях могут быть расположены произвольно, но при расчетах их обычно проектируют на одну линию. В технической литературе рассматривается расчет размерных цепей с параллельно расположенными размерами.
Размеры, образующие размерную цепь, называют звеньями и обозначают прописными буквами русского алфавита с индексами в виде порядкового номера, например Бь Б2... В число звеньев могут вхо-
дить и зазоры. На рис. 12.1 приведены примеры детальной и сборочной размерных цепей.
В каждой цепи особо выделяется замыкающее или исходное звено, имеющее индекс Л. Согласно
242
Рис. 12.1. Размерные цепи: а — детальная; б — сборочная.
ГОСТ 16319—80 замыкающим называют звено размерной цепи, получаемое последним в результате изготовления (для детальной цепи) или сборки (для сборочной цепи). Так, замыкающее звено Ла в детальной размерной цепи на рис. 12.1, а получается при обтачивании ступенчатого вала после того, как подрезаны его торцы в размер Л1 и обточен участок Л2.
В сборочной размерной цепи (рис. 12.1,6) функцию замыкающего звена выполняет зазор, получаемый в результате сборки этого узла.
Таким образом, замыкающее звено-размер получается независимо от оператора — в результате выполнения (изготовления) всех остальных звеньев цепи.
По отношению к замыкающему звену все размеры разделяют на увеличивающие и уменьшающие. Увеличивающим называют размер цепи, с возрастанием которого замыкающее звено увеличивается, а уменьшающим — размер, с возрастанием которого замыкающее звено уменьшается.
Величина замыкающего звена определяется действительными значениями размеров-звеньев цепи, а предельные -отклонения — величиной допусков на них. При проектировании узла требования к точности именно замыкающего звена, например к колебанию величины зазора в узле, являются основанием для назначения допусков составляющих звеньев, поэтому его иногда называют исходным.
Для назначения допусков размеров, входящих в цепь, необходимо проведение предварительных расчетов. На рабочих чертежах — сборочных нли детальных, в
243
зависимости от вида размерной цепи,— проставляют все звенья, кроме замыкающего. Его или не указывают совсем, или проставляют только поминальную величину для справок.
При расчете размерных цепей решают два вида задач — прямую и обратную. В первом случае задаются номинальные размеры составляющих звеньев, номинальный размер и предельные отклонения исходного (замыкающего) звена и определяются предельные отклонения составляющих звеньев. При решении обратной задачи считаются заданными номинальные размеры и предельные отклонения составляющих звеньев, а определяются номинальный размер и предельные отклонения замыкающего звена.
При проектировании решается прямая задача, а обратная—только тогда, когда есть сомнение в правильности назначения предельных отклонений составляющих звеньев.
Задачи решаются методами полной взаимозаменяемости (максимума — минимума), вероятностным и неполной вз а и моз а меня емости.
12.2. Составление размерных цепей
Решение прямой или обратной задачи всегда начинают с составления размерной цели. Для этого в первую очередь изучают сборочный чертеж узла или изделия в целом и выявляют исходные звенья, определяющие его собираемость или нормальные условия эксплуатации. Исходя из действующих стандартов или опыта работы аналогичных машин назначают номинальный размер и предельные отклонения исходного звена. Затем устанавливают размеры, влияющие на ве-'. личину замыкающего звена. После того как звенья выявлены и получен замкнутый контур размеров, составляют схему цепи, позволяющую в дальнейшем осуществлять расчеты без обращения к исходной технической документации.
Рассмотрим конкретный пример. Из схематического чертежа редуктора на рис. 12.2 видно, что замыкающим звеном размерной цепи является зазор Вл, величина которого должна быть достаточной для свободного вращения вала 5 с зубчатым колесом, но не чрезмерной во избежание значительных осевых смещений. Очевидно, на величину зазора влияют размеры В2 и Вг двух половин 2 и 3 корпуса, толщина буртов втулок 1 и 4 244
Рис. 12.2. Сборочная размерная цепь: а — эскиз узла; б — схема размерной цепи
(размеры и В4) и длина средней ступени вала 5. Эти размеры образуют замкнутый контур, т. е. имеет место размерная цепь.
При составлений схемы цепи входящие в нее звенья представляются отрезками произвольной длины, но определенного направления — векторами, которые откладываются на двух параллельных линиях. Для этого осуществляют обход по контуру размерной цепи, начиная от любой поверхности, например от ограничивающей замыкающее звено. Направление обхода произвольное, оно указывается стрелками на отрезках. Так, при обходе размеров по часовой стрелке схема примет вид, показанный на рис. 12.2,6. А при обходе против часовой стрелки направление всех звеньев изменится на обратное, но схема останется той же. Таким образом, с какой бы поверхности, ограничивающей одно из звеньев цепи, мы ни начали обход, схема цепи всегда будет одной и той же.
Легко заметить, что звенья и В3 увеличивающие, a Bi, В4 и В5 уменьшающие. Вообще все звенья, направленные в ту же сторону, что и замыкающее звено, являются уменьшающими, а в противоположную — увеличивающими.
12.3. Расчет размерных цепей методом полной взаимозаменяемости
Рассмотрим этот метод расчета на примере размерной цепи редуктора, изображенного на рис. 12.2. Рас
245
чет начнем с решения обратной задачи. Предположим, ! что нам заданы предельные отклонения всех размеров, 1 составляющих размерную цепь, например, рабочими! чертежами деталей, входящих в сборку. Найдем пре- | дельные отклонения замыкающего звена.
Из рис. 12.2,6 следует, что размер замыкающего ^ звена равен:
в, = №+ад - № + #4+ад. (is-1 >
В общем виде уравнение для определения номиналь-| ного размера замыкающего звена можно записать так: я
(12.2) ]
где k и т — соответственно число увеличивающих и ' уменьшающих звеньев.
Из равенства (12.1) очевидно, что
и
Вычитая почленно из первого равенства второе, по-j лучим:
(/?Дтах ^Amin ) — (^1 max -Sjnilii) + (^2тах ^2Ш1ч) + • • * 4” j
*4* (^5 max ^5in1n)* -ч
Но разность предельных размеров звена есть его до- j пуск, тогда
ТВ± - TBt + тв2 + ... + твъ
и в общем виде
Г5л - 3 ТВЬ (12.4)1
где n—k-\-m— число звеньев в цепи.
Предельные отклонения замыкающего звена полу-! чим, вычитая из предельных значений размера его но*| минальное значение, определенное из выражения (12,1) я
$Amax В& /12 5га
— Z^Amln — В&, 1
Таким образом, при расчете размерных цепей мето-| дом полной взаимозаменяемости допуск замыкающего| звена равен сумме допусков всех составляющих звеньев.!
При определении предельных размеров замыкающе-1 го звена исходят из наиболее неблагоприятных условий
246
сборки, когда все увеличивающие звенья принимают максимальные значения в пределах допуска, а все уменьшающие звенья имеют минимальный размер (и наоборот). Вот почему этот метод расчета иногда называют расчетом на максимум — минимум.
В производственных условиях при сборке иногда бывает брак: узел не собирается или величина зазора, регламентированная техническими условиями, не выдерживается. Причиной может быть случайно поставленная на сборочный участок бракованная деталь. Однако бывает и так, что все детали годные, выполнены в соответствии с рабочими чертежами, а узел не собирается. Это случается в тех редких случаях, когда конструктор-деталировщик не рассчитывал размерную цепь и проставил допуски на составляющие звенья на глаз, исходя из так называемых конструктивных соображений. Такая причина брака выявляется сразу после несложных расчетов по формулам (12.3) — (12.5).
Теперь рассмотрим прямую задачу. Она решается на стадии проектирования, когда конструктор, задавшись поминальными размерами всех звеньев размерной цепи и определив из условий нормальной эксплуатации узла или изделия допуск исходного звена, рассчитывает допуски составляющих звеньев.
На практике прямая задача решается несколькими способами.
Способ проб заключается в том, что на составляющие звенья назначают экономически обоснованные допуски, увязанные с технологическими возможностями оборудования того предприятия, где предполагается изготовлять проектируемые детали. После этого по формуле (12.4) определяют допуск замыкающего звена и сравнивают с назначенным допуском исходного. Как правило, приходится неоднократно изменять назначенные таким образом допуски, прежде чем зависимость (12.4) будет выполнена. Способ трудоемкий, требует расчетчика высокой квалификации.
Способ равных допусков состоит в том, что Допуски всех составляющих звеньев принимают равными
77?! = ТВ2 = ... = Гс.
Из равенства (12.4) имеем:
Тс = ТВ^п.
Полученный таким образом средний допуск корректируют для каждого звена в зависимости от номииаль-
247
кого размера, изменяя до ближайшего стандартного 1 значения.
Крупным недостатком этого способа является воз- ! ннкновение технологических трудностей при обработке i деталей с большими номинальными размерами. Как из- . вестно, при любом технологическом процессе погрешности обработки увеличиваются с ростом номинального размера детали.
Способ равной точности наиболее обосно- 4 ван с технологической точки зрения. Он предполагает, 4 что все составляющие размеры выполняются с одинаковой точностью, в одном квалитете.
Выразим допуски составляющих звеньев через еди- : вицу допуска — см. формулы (4.1) и (4.2):
ТВ{ — (0,45/^4-0,001-Л),); j
ТВ2 = й2г2 = а2 (0,45 /D2 4- 0,001 - j
TBi = = ai (0,45 /Dt 4-0,001 |
где i — единица допуска, зависимая от номинального 1 размера составляющего звена (табл. 12.1); а — число ] единиц допуска, характеризующее квалитет. ;
Раз мы предполагаем, что все размеры выполняют- | ся с одинаковой точностью, значит
at = а2 = ... = = а.
Тогда равенство (12.4) будет иметь вид:
ТВ^а^1ве Я
откуда
а = (12.6)1
Sb,
Полученное таким образом число единиц допуская,
сравнивают с числом единиц по квалитетам (см. |' табл. 4.1) для назначения необходимой точности. Обыч-1 но вычисленная величина а не соответствует определен-! ному квалитету, располагаясь между двумя соседними.^ Тогда часть размеров выполняют по более точному ква- я литету, а часть—-по более грубому. Однако при этом я равенство (12.4), как правило, не выдерживается. Вот j почему стандартные допуски назначают для всех со-1 ставляющих звеньев, кроме одного —так называемого J
248
увязочного. Допуск для него определяют из формулы (12.4):
п—1
ТВ1тв = ТВ, - 2 TBt. (12.7)
Нестандартный допуск увязочного размера не может контролироваться стандартными калибрами, для этого используются универсальные измерительные приборы.
Наибольшее и наименьшее значения увязочного звена находят из уравнений типа (12.3), после чего определяют его предельные отклонения.
При оформлении рабочих чертежей допуски на размеры составляющих звеньев принято назначать «в тело», т. е. в минус для охватываемых размеров типа вала и в плюс для охватывающих типа отверстия. Если размер не может быть отнесен ни к тем, ни к другим, как, например, размер расстояния между осями крепежных отверстий, то допуск располагается симметрично относительно номинального размера.
Пример. Назначить предельные отклонения звеньев размерной цепи редуктора (см. рис. 12.2,а), если заданы предельные отклонения исходного звена: Zhmax= 1,250 мм; ВдйПп— 1 мм и номинальные размеры составляющих звеньев: Bi = 5 мм; В2=Ю мм; Вз=21 мм; Д| = 5 мм; В5 = 20 мм.
Допуск исходного звена
ТВь == Ядтах — ^Atnln =0,250 мм = 250 мкм.
Задачу решаем способом равной точности, предполагая, что допуски всех размеров, входящих в размерную цепь, соответствуют одному квалитету. По формуле (12.6) находим число единиц допуска, соответствующее этому общему квалитету. Значения единиц допуска для заданных номинальных размеров берем из табл. 12.1:
Т аблица 12.1. Значения единицы допуска для различных интервалов размеров
Интервалы размеров, мм До 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св, 10 до 18 Св. 18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Со. 120 до 180 Св. 180 до 250 Св. 250 ДО 315 Св. 315 до 400
Единица
Допуска, мкм —-—•— 0,6 0,75 0,90 1,10 1,30 1,60 1,90 2,20 2,50 2,90 3,20 3,60
249
а « 0,75+0,90+1,304-0,75+1,30 “50’2’
1^.
Из табл. 4.1 устанавливаем, что полученное значение лежит между 9-м и 10-м квалитетами. На размеры Bt, #4, В$ назначаем допуск по 9-му квалитету, а на размер В3 — по 10-му, за увязочный принимаем размер В2. Допуск назначаем «в тело», т. е. в минус для охватываемых размеров Вь Вл, В5 и в плюс для охватывающего В3. Тогда Bi = 5й9=5-0>озо; В3=2Ш10=21+0-084; 54 = 5^9—5—0,030; В5 = 20Л9 = 20_о,о52-
По формуле (12.7) находим допуск увязочного звена:
л—1
ТВ2 = ТВ, =250- (30+844-30+ 52) =54 мкм.
Наибольшее значение увязочного звена определяем из формулы (12.3):
B?max — (Barnin Ф B^mln Ф B;,mfn Ф Вйтак) — Bjtnax — = (4,970Ф 4,970ф 19,948Ф 1,250) —21,084-10,054 мм.
Тогда наименьшее значение этого размера будет:
B2mln = Ватах Т'В2= 10,054—0,054=10,000 мм.
Находим предельные отклонения увязочного размера:
= Bjmax В2 == ф0,054 MMJ А/#, — В2т1п — Bq = = 10-10=0.
Окончательно
В2=10+°‘°54 мм.
Пример. На чертеже редуктора (см. рис. 12.2) указаны предельные размеры замыкающего звена: Вдш1п = 0,50 мм; Вдшах=1,44 мм. На рабочих чертежах деталей даны размеры, входящие в размерную цепь: Bj= 10А12; В2=15Н12; В3=35В12; В4=10А12; B5=30ftl2. Проверить правильность рабочих чертежей деталей.
Из табл. 4.2 выписываем значения стандартных допусков. Имеем Bj = 1ОЛ12=1О-о,15; В2= 15В 12 = 15+°х8; Bs=35B12=35+°>25; В4= 10А12= 10_0JS; В3 =30ft 12 = 3O_o,2i.
Находим допуск замыкающего звена:
7"Вд = Вдтах — Bsmin =1,44—0,50=0,94 мм.
Определяем сумму допусков составляющих звеньев:
250
^TBt =0,154-0,18+0,25+0,15+0,21=0,94 мм, что соответствует допуску замыкающего звена.
Рассчитываем предельные значения замыкающего звена по формулам (12.3):
$Дтах = (Т^тах 4“ ^зтах) — (^imln + -^4 mtn 4" ^mln) = - (15,18+35,25) — (9,85+9,85+29,79) =0,94 мм;
$Amin = (^2mln + Jasmin) ~~' (-вцпах + $4 tn ах + Z^max) = = (15+35) - (10+10+30) =0.
Требования к замыкающему звену не выполнены; размеры, составляющие размерную цепь, назначены неверно.
12.4. Понятие о вероятностном расчете размерных цепей
При расчете размерных цепей методом полной взаимозаменяемости часто получают слишком малые значения допусков составляющих звеньев, что приводит к серьезным трудностям на производстве. Такие высокие требования к точности обусловлены тем, что в основу расчета положено предположение, что на сборку конкретного узла одновременно поступят детали с минимальными в пределах допуска увеличивающими размерами и наибольшими уменьшающими или наоборот. Такой случай может быть, но расчеты показывают, что вероятность его очень мала. Поэтому во многих случаях метод максимума — минимума рассматривается как необоснованно перестраховочный, экономически нецелесообразный, и размерные цепи рассчитываются вероятностным методом — с использованием теории вероятностей.
Идея вероятностного расчета в том, что из рассмотрения исключаются маловероятные сочетания действительных значений размеров, входящих в размерную цепь. Это позволяет заметно расширить допуск составляющих звеньев при неизменных требованиях к точности исходного или замыкающего звена. Снижение требований к точности изготовления деталей, входящих в сборку, естественно, удешевляет производство.
Не вдаваясь в подробности выводов, скажем, что при решении обратной задачи в большинстве случаев пользуются зависимостью
= (12-8>
251
где t — коэффициент, зависящий от принятой величины так называемого процента риска р.
О проценте риска следует сказать подробнее. Выше указывалось, что при расчетах не рассматривались маловероятные сочетания размеров, входящих в размерную цепь, например когда на сборке все увеличивающие звенья имеют минимальные в пределах допуска размеры, а все уменьшающие — наибольшие. Однако такой случай хоть и редко, но может случиться. Тогда величина замыкающего размера выйдет за допустимые пределы и узел будет забракован, хотя все детали, поступившие на сборку, выполнены в соответствии с чертежом. Причина брака — неблагоприятное сочетание размеров собираемых деталей. Если хотя бы один увеличивающий размер не был минимален или хотя бы один уменьшающий размер не был самым большим, то действительное значение замыкающего размера было бы в пределах допуска. Значит, для устранения брака узел надо разобрать и заменить несколько деталей другими^ ‘ у которых размеры не будут иметь экстремальных зна- ченнй.
Величиной такого заранее планируемого исправимо-| го брака задаются при расчете размерных цепей. Обыч-1 но принимают процент риска р=0,27. Это означает, что ? из каждых 10000 собранных узлов придется частично^ разобрать, заменить несколько деталей и снова собрать! в среднем 27 узлов. В этом случае 1 = 3 и формула! (12.8) примет вид: -1
При другом выбранном значении р коэффициент t оп-1 ределяется по таблицам, помещаемым в справочни-.'| ках [1].
При решении прямой задачи сначала находят числсЯ единиц допуска по формуле:
а = —, (12.10)1
r Zi Bi
а затем по табл. 4.1 соответствующий квалитет. Если! найденное значение а не соответствует определенному] квалитету, а находится между двумя соседними, то до*| пуски одних размеров берут по более точному квалите-| ту, а других — по более грубому. Допуск увязочного J размера назначают нестандартным, таким, чтобы равен-* $ 252
ство (12.8) не нарушалось. Величину его определяют по формуле:
“ У (12.11)
Вероятностный метод расчета размерных цепей позволяет снизить требования к точности составляющих размеров. В большинстве случаев допуски на них назначают по квалитетам на 1—2 единицы грубее, чем при расчете методом максимума — минимума. Такие экономические преимущества вероятностного метода обусловливают его широкое применение на практике. Расчет размерных цепей методом полной взаимозаменяемости иногда используется лишь в единичном и мелкосерийном производстве.
12.5. Расчет размерных цепей методами неполной взаимозаменяемости
В некоторых случаях рассчитанная точность размеров цепи либо невыполнима по условиям производства, либо экономически нецелесообразна. Требования к точности размеров можно резко снизить, если отказаться от полной взаимозаменяемости.
Существует несколько способов расчета размерных цепей методом неполной взаимозаменяемости. Чаще других используют способы групповой взаимозаменяемости, регулирования и пригонки.
Способ групповой взаимозаменяемости заключается в применении селективной сборки, когда изготовленные по одному чертежу детали сортируют на несколько групп по действительным значениям размеров, входящих в размерную цепь. Сборка осуществляется без какой-либо пригонки или регулировки, соединяются детали одинаковых групп. Этот способ обеспечивает достижение высокой точности замыкающего звена при широких, экономически обоснованных допусках составляющих звеньев.
' Есть у него и недостатки. Во-первых, требуется высокая точность выполнения формы деталей, иначе сортировка их на группы по действительным размерам будет невозможна. Во-вторых, при использовании этого способа появляется незавершенное производство, т. е. не использованные на сборке детали. Поэтому селективная сборка эффективна только в массовом или крупно-
253
серийном производстве. Так собирают шарики и кольца шарикоподшипников, поршни и поршневые кольца и т. п.
При способе регулирования допуски составляющих звеньев цепи расширяют до требуемой величины, а заданная точность замыкающего звена достигается изменением компенсирующего звена — компенсатора. Применяют подвижные и неподвижные компенсаторы. Подвижные выполняются в виде деталей и устройств (резьбовых соединений, эксцентриков и т. д.), за счет перемещения которых и обеспечивается необходимая величина замыкающего звена. Подвижные компенсаторы усложняют конструкцию. Неподвижные компенсаторы— это набор (комплект) сменных колец, шайб, прокладок и т. п. Расчетом определяют необходимое количество сменных деталей, их размеры и точность изготовления.
В единичном и мелкосерийном производстве получил распространение способ пригонки. Цель его — обеспечить изменение замыкающего (исходного) размера в заданных достаточно жестких пределах при изготовлении составляющих звеньев с широкими, экономически целесообразными для данных условий производства допусками. При сборке деталей со столь большими колебаниями размеров действительное значение замыкающего звена может значительно выходить за допустимые пределы. Чтобы оно вошло в пределы допуска, размер одного из звеньев — компенсатора — изменяют пригонкой: подрезкой торца, шлифованием, шабрением и т. п. При этом точность выполнения требуемого размера при пригонке не должна быть ниже допуска замыкающего звена, т. е. должен применяться достаточно точный технологический процесс. Необходимо также, чтобы размеры звена-компенсатора допускали пригонку при любых сочетаниях действительных размеров де-' талей при сборке.
Расчет размерной цепи ведется в следующей последовательности. Назначают номинальные размеры составляющих звеньев и предельные размеры исходного звена на основании условий эксплуатации узла. Затем на каждое составляющее звено назначают допуск исходя из технологических возможностей производства и с учетом стоимости продукции. После этого, решая методом максимума — минимума обратную задачу, определяют допуск замыкающего звена. Обычно он намного больше допуска исходного звена. Далее выбирают зве-554
Рис. 12.3. Пример сборочной размерной цепи: л — эскиз узла; б — схема размерной цели.
но-компенсатор и технологический процесс обработки этой детали при сборке с целью пригонки. Необходимо, чтобы погрешности размера компенсатора при пригонке были не больше заданного допуска исходного звена. Размеры заготовки компенсатора определяют расчетом.
Рассмотрим последовательность расчета на примере узла, представленного на рис. 12.3. За звено-компенсатор примем толщину бурта втулки 1. При подрезке торца размер звена-компенсатора уменьшается, что приводит к увеличению замыкающего звена Дд. Размер заготовки втулки должен гарантировать наличие припуска под пригонку при самом неблагоприятном случае сборки, когда замыкающее звено принимает наибольшее значение, превышающее разрешенное предельное. Уменьшить его можно только использованием втулки 1 с увеличенным размером Исходя из этого и определяется размер заготовки.
На рис. 12.3, б приведена схема размерной цепи. Примем, что на все составляющие звенья, в том числе и звено-компенсатор, назначены достаточно большие, экономически обоснованные допуски. Тогда максимальная величина замыкающего звена определится из равенства:
Датах —
- ^агоах ’ (^atuin “Ь •Ддпйп) ^nnhi-
(12.12)
V в общем виде
т
лАдтах ~ 2
п-т-1
у в. max *
ум. min ' ^Airnhi*
(12.13)
Размер звена-компенсатора, при котором максимальная величина замыкающего звена равна допустимому наибольшему размеру исходного, находим из зависимости:
255
Лдщ ах
/п п-т —1
2 Лу8. шах 2 Лум. mln. * Л3_ к» (12.14) j
В уравнениях (12.13) и (12.14) приняты следующие обозначения: Лд— исходное звено размерной цепи; Лд— замыкающее звено размерной цепи, включающей звено-компенсатор; Лк — составляющее звено, выбранное в качестве компенсатора; Л3.к — размер заготовки ; звена-компенсатора.
Преобразуем уравнение (12.14):
т я—/тг-1
Лдщах — 2j Лув. max 2 Лум, mln 4“ ЛКП1!п " * Лкпйп т п—т
Лз. к = 2 Лув. max 2 Лум. ntin “4 Лкш1п Л3, ц. =
— Лдтах Н- Л sent (а Лз. к»
Отсюда
Лз. к ~ Лцп1!п 4“ Лдтак “ Лдтах* (12.15)
Обозначив допуск размера звена-компенсатора ТАК и расположив его «в тело», т. е. в минус, получим окончательную формулу для расчета размера заготовки компенсирующего звена:
Лз. к = [ЛкпНп 4“ (Лдтак Лдтзк) h ^Лк{ — ТАК< (12.16)
Пример. Рассчитать размерную цепь, схема которой приведена на рис. 12.3,6, если заданы предельные
Л л+о.259
отклонения исходного звена Лд = 0+о,озои номинальные размеры составляющих звеньев, мм: Л1 = 10, Л2=60, Л3 —40; Л4= 10.
При расчете размерной цепи методом полной взаимозаменяемости используем способ равной точности.
По формуле (12.6) находим число единиц допуска:
ТЛ\ а =
Ц 4- <2 4- «3 + U ’
где ГЛ д —допуск исходного звена; ц, /2... — единицы допуска, определяемые интервалом размеров, в который ! входит рассматриваемое звено (см. табл. 12.1).
Имеем:
_ 200 — 47 7
а~~ 0,904-1,904-1,60+0,90
По табл. 4.1 устанавливаем, что полученная величина находится между 8-м и 9-м квалитетами. Считаем, что ; такая точность выполнения составляющих звеньев чрез
256
мерно высока. Расширяем допуск, назначая его по 13-му квалитету и располагая «в тело». Величину допуска берем из табл. 4.2.
В качестве технологического процесса обработки торца втулки 1 принимаем подрезку, обеспечивающую выполнение размера Ai (компенсатора) с допуском ТАК—0,050 мм, что меньше допуска исходного звена:
ТАК < ТАь = 0,200 мм.
Результаты расчета сведем в табл. 12.2.
Т аблица 12.2. Данные для расчета размерной цепи способом пригонки
Обозначения звеньев Размеры и отклонения, мм Условное обозначение размера звена
предварительные окончательные
= Лк 10—0,22 1 л+1,04 iU+0,82 60+046
А 60+046 60Я13
А 40-0,39 40-0,39 40Л13
А 10-0,22 Ю-0,22 10А13
Лд л+0,25 и-0,05 л+0,25 и-0,05 —
По формуле (12.12) находим максимальное значение замыкающего звена размерной цепи; куда входит компенсирующее звено с предварительно назначенным размером:
-Адтах = -А-^тах (Дзт!п 4“ -Amin) -^irntn = =60,46—(39,61+9,78+9,78) =1,29 мм.
По формуле (12.16) определяем размер заготовки звена-компенсатора:
Л1з. к = [9,78+ (1,29—0,25)+0,22]-о,22 —11,04-0,22, или, сохраняя заданный номинальный размер,
Л-i л\+ 1+04
1з.к =Ю+0р82 ММ.
Проверим расчет. Наибольшее расстояние от торца зубчатого колеса 3 до правого торца корпуса 2 будет равно
Агтах-(Апйп + Аш1п) = 60,46-(39,61+9,78) =11,07 мм.
Минимальный размер заготовки звена-компенсатора Д13. к mln =10,82 мм,
9
Зак. № 216
257
при этом размер замыкающего звена будет составлять: Ад =11,07—10,82=0,25 мм,
что допустимо.
Сходным образом рассчитываются размеры заготовок компенсаторов, когда выбранное звено-компенсатор является увеличивающим.
Из примера видно, что применение при расчете размерных цепей методов неполной взаимозаменяемости позволяет резко снизить требования к точности составляющих звеньев при сохранении жестких допусков размера исходного звена.
ГЛАВА
АВТОМАТИЗАЦИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ
13
13.1. Измерительные преобразователи
При автоматизации технологических процессов автоматизация контрольных операций — одна из самых сложных задач производства. Для повышения производительности, точности и надежности контроля, уменьшения потребности в контролерах применяют разнообразные технические средства: механизированные приспособления, полуавтоматические устройства и контрольные автоматы.
Механизированные приспособления служат для одновременного или последовательного контроля нескольких размеров сложных деталей в серийном или крупносерийном производстве. Установка контролируемой детали, перемещение ее с одной позиции на другую и съем — все это выполняется оператором, автоматизированы лишь процедура измерения и выдача результатов в удобном виде — на экранах, крупных шкалах, сигнальных светофорных табло и т. п.
Полуавтоматы и автоматы различаются лишь степенью автоматизации загрузки. В полуавтоматах она выполняется вручную, все остальные операции по измерению и контролю автоматизированы. В автоматах автоматизирована и загрузка.
Различают два вида контроля: пассивный и активный.
При послеоперационном контроле принимаемые детали разделяются на годные и бракованные. Осуществляющие такой контроль устройства не воздействуют на технологический процесс, они только фиксируют наличие или отсутствие брака. Такой контроль называют пассивным. Некоторые измерительные устройства одновременно с разбраковкой сортируют детали на группы
259
по их действительным размерам, что важно для селективной сборки.
Измерение деталейв процессе их обработки или сразу же после нее на станке позволяет получить информацию о необходимости изменения того или иного параметра — взаимного расположения заготовки и режущего инструмента, режима обработки и др. с целью профилактики брака. Такой контроль, активно воздействующий на технологический процесс, называют активным.
Автоматизируются оба вида контроля.
Во всех измерительных устройствах применяются так называемые преобразователи-датчики. Они предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Конструкции этих устройств весьма многообразны. Получили распространение электроконтактные, индуктивные, емкостные, пневмоэлектроконтактные, фотоэлектрические, электронные (механотроны), радиоизотопные и некоторые другие преобразователи.
Предварительно настроенные электроконтактные датчики реагируют на предельные отклонения контролируемого размера замыканием определенных электрических цепей. При этом могут включаться сигнальные устройства типа светофоров, подаваться сигнал на транспортное устройство контрольных автоматов с целью перемещения деталей в группу годных, группы исправимого и неисправимого брака и т. д. Различают двух-, трехпредельные и амплитудные электроконтактные датчики.
На рис. 13.1 приведен малогабаритный предельный электроконтактный датчик модели 233. В зависимости от размера контролируемой детали его измерительный стержень 1 перемещается в осевом направлении и воздействует на рычаг 4, который установлен на ножевой опоре. На рычаге расположены контакты 2—3 и 6—5. При положении измерительного стержня, соответствующем допустимому размеру контролируемой детали, обе пары контактов разомкнуты. Если контролируемый размер меньше или больше предельных значений, то замыкаются соответственно контакты 2—3 или 6—5. Положение контактов 3 и 5 регулируется поворотом МИ" кровинтов с отсчетом величины установочного перемещения по их шкалам.
260
Рис. 13.1, Трехпредельный электроконтактный датчик.
Датчик мод. 228, также трехпредельный, удобнее тем, что оператор может наблюдать величину размера контролируемой детали. Для этого используется измерительная головка 7, закрепляемая в корпус датчика так, что ее стержень находится в контакте со стержнем 1 датчика (рис. 13.2,а). При контроле детали стержень головки показывает перемещение стержня 1 датчика, позволяя тем самым установить величину измеряемого размера. Перемещаясь, стержень 1 одновременно поворачивает рычаг 4, замыкая при выходе размера за допустимые пределы контакты 2—3, 5—6.
На рис. 13.2,6 приведена схема электроконтактного датчика мод. 248. Это так называемый амплитудный датчик, предназначенный для измерения не собственно размера, а величины его изменения, что важно, например, при контроле биения. Измерительный стержень / жестко связан с фрикционной пластиной 2, которая плоской пружиной (на схеме не показана) всегда прижата к наружной обойме шарикоподшипника, где установлен рычаг 6 с двумя контактами — 3 и Р. При перемещении стержня 1 вниз пластина 2 поворачивает подшипник и рычаг 6 по часовой стрелке до тех пор, пока контакт 3 не будет остановлен нерегулируемым контактом 4. При дальнейшем перемещении стержня вниз пластина 2 будет проскальзывать по обойме подшипника. Когда стержень 1 пойдет вверх, рычаг 7 будет поворачиваться против часовой стрелки. Если изменение раз-
261
Рис. 13.2. Электроконтактные датчики; а — предельный с отсчетом размера; б — амплитудный.
мера, например величина биения, будет больше допу- . стимого значения, замкнутся контакты 8 и 9, Положе- j ние контакта 8 перед началом работы регулируется вращением микровинта настройки в зависимости от допустимой амплитуды изменения контролируемого размера. Винт 5 выполняет функцию арретира, а измерительная головка 10— ту же функцию, что и на рис. 13.2, а.
Электроконтактные датчики применяются главным образом в контрольных автоматах. Серийно выпускают- | ся датчики с пределами измерения 0,1—1,0 мм, свобод-. ным ходом 1,4—3 мм и ценой деления микровинтов настройки 1—2 мкм. К недостаткам их относятся невысо-1 кая чувствительность, малое число команд, низкая надежность контактных пар. В большинстве серийно вы- пускаемых датчиков контакты изготовляются из воль-| фрама, в некоторых — из палладиево-серебряного сплава ПдСр-40 и других сплавов на основе серебра, золо-j та, платины, иридия.
Для автоматизации контрольных операций используют и пневмоэлектроконтактные преобразователи.
На рис. 13.3 представлена схема пневматического отсчетно-командного устройства БВ-6060. Прибор осно^' ван на применении дифференциальной пневматической схемы, при которой чувствительный элемент реагирует на разность давления воздуха в двух ветвях системы» питаемых от одного стабилизатора давления. Чувствительным элементом устройства являются сильфоны 3 Я 262
Рис. 13.3, Схема пневматического отсчетно-командного устройства.
17 — гофрированные трубки, у которых один конец запаян. Из сети давлением 0,32—0,6 МПа через фильтр-стабилизатор /, входные сопла 19 и 20 и дроссель 18 в трубки поступает сжатый воздух. Сильфон 17 соединен с измерительным соплом 21, а сильфон 3 — с настроечным соплом 2, и в нем давление постоянное. Запаянные концы сильфонов связаны с жесткой рамкой 15, подвешенной на плоских пружинах 4 и 16. При измерении в зависимости от размера детали изменяется зазор между ее поверхностью и измерительным соплом 21, в связи с чем изменяется давление в сильфоне 17. Это вызывает смещение рамки 15 и изменение показаний стрелки 9 отсчетного устройства с рычажнозубчатым механизмом, первый рычаг которого жестко связан с рамкой. Когда измеряемый размер достигает своих предельных значений, смещение рамки 15 становится достаточным для замыкания контактов 5—6 или 13—14. Подвешенные на пружинах 12 контакты 6 и 13 настраиваются с помощью сменных кулачков 11. С ку-
263
Рис. 13.4. Схемы индуктивных преобразователей: а, в — простые; б, г — дифференциальные.
лачками связаны указатели 7 и 10, по положению которых на шкале определяют интервал настройки. Чтобы при снятии сопла 21 устройство не выдало ложный сигнал, предусмотрены контакты 8.
Устройство может использоваться с разным числом команд: с двумя (рис. 13.3) и с четырьмя, для чего устанавливают 4 пары контактов. В по-
следнем случае соответственно усложняется и электрическая схема прибора. Цена деления шкалы прибора— 0,5; 1 или 2 мкм.
Достоинство дифференциальной схемы — малая зависимость показаний от колебаний рабочего давления.
Компактность измерительного сопла, надежность, высокая точность отсчета, нечувствительность к вибрациям-— несомненные достоинства пневматических преобразователей. К недостаткам их следует отнести сложность подготовительных операций, небольшой диапазон измерений, необходимость очистки воздуха, значительную инерционность, что снижает производительность процесса измерений.
В машиностроении широкое распространение получили индуктивные преобразователи, в которых перемещение измерительного стержня изменяет индуктивность электрической цепи. Обязательной частью таких датчиков являются катушка индукции с сердечником и связанная с измерительным стержнем подвижная часть сердечника—так называемый якорь. Перемещение стержня с якорем изменяет индукцию катушки. Величину этого линейного перемещения можно определить, из
мерив индукцию катушки.
Изменение индукции может быть получено колебанием длины I немагнитных зазоров в сердечнике (рис. 13.4, а, б) или изменением площади S их сечения (рис. 13.4,
Различают простые и дифференциальные преобразователи. Простой состоит из одной катушки с сердечником и подвижного якоря, связанного с измерительным
264
стержнем (см. рис. 13.4,а,в). У дифференциального две катушки, при перемещении якоря изменение индуктивности этих катушек одинаково по величине и противоположно по знаку (см. рис. 13.4,б,г). Дифференциальный преобразователь обеспечивает большую точность измерений, чем простой, так как он менее чувствителен к изменению питающего напряжения и частоты тока, колебаниям температуры.
В измерительный комплекс входят индуктивный преобразователь и электронный блок, включающий стрелочный показывающий прибор, кнопочные переключатели диапазона показаний, переключатели датчиков и т. п. Имеются устройства с цифровым отсчетом, выдающие сигналы в двоичном коде на цифропечатающее устройство или на управляющую ЭВМ. Цена деления индуктивных преобразователей — 0,1—50 мкм; диапазон показаний — 40—100 делений.
Недостатками измерительных систем с индуктивными преобразователями являются их сложность и сравнительно высокая стоимость.
13.2. Устройства для активного контроля
Цель активного контроля — управление технологическим процессом обработки детали для получения ее размеров в заданных допусках, т. е. предупреждения брака. По командам, формируемым устройствами активного контроля, могут осуществляться перемещение узлов станка для компенсации размерного износа инструмента, переключение его на другой режим работы для достижения определенного значения размеров обрабатываемой детали и т. д. Размеры контролируемой детали могут измеряться в процессе ее обработки непрерывно или после каждого рабочего хода инструмента, а также после ее окончательной обработки, например при бесцентровом шлифовании, плоском шлифовании за один проход и т. д.
Устройства для активного контроля широко применяются на шлифовальных станках. На рис. 13.5 приведена схема универсальной измерительной системы БЕМ 100, предназначенной для управления автоматическим циклом обработки детали на центровых круглошлифовальных станках.
Ее измерительным средством является двухконтактная скоба 1 (типа БВ-3152) с индуктивным преобразователем. Скоба установлена на штанге гидравлического
265
Рис. 13.5. Схема измерительной системы БВ-4100 для управления автоматическим циклом обработки деталей на центровых круглошлнфовальных станках.
цилиндра 5 (типа БВ-3102), закрепленного на верхнем столе станка (поэтому ее иногда называют настольной). Такой вариант крепления исключает перемещение скобы вдоль оси детали. Диаметр детали определяется в одном сечении, что повышает точность измерений.
В начале цикла шлифовальная бабка и настольная скоба занимают исходные позиции на максимальном удалении от зоны обработки. После установки заготовки и включения станка происходит черновая обработка без участия измерительной системы. В момент ее окончания гидросистема станка обеспечивает подачу масла в гпдроцплиндр 5, и скоба плавно надвигается на заготовку. Перемещение измерительных кареток скобы воспринимает индуктивный преобразователь 2. Его выходной сигнал усиливается электронной схемой отсчетнокомандного устройства 3 и преобразуется в аналоговый (непрерывный) сигнал для показывающего прибора 4 и
266
затем в зависимости от величины размера детали в те или иные дискретные команды для исполнительных органов станка. При шлифовании методом продольной подачи эти команды в конце хода стола воспринимаются системой электроавтоматики станка. Так может изменяться величина подачи, происходить переключение станка на режим выхаживания, т. е. обработки при выключенной поперечной подаче шлифовального круга и т. д. В момент достижения заданного размера формируется окончательная команда для ускоренного отвода шлифовальной бабки и измерительной скобы в исходную позицию и останова станка.
При шлифовании методом врезания измерительная система оснащается трехконтактной скобой с индуктивным преобразователем типа БВ-3154. Скоба навесная, крепится обычно на кожухе шлифовального круга, что удобно для установки и съема детали, так как бабка шлифовального круга отводится достаточно далеко. Установка навесной скобы в измерительную позицию и возврат в исходное положение производятся вручную. Настройка системы осуществляется по образцовой детали, действительный размер которой соответствует середине поля допуска.
Устройства аналогичного назначения используются и на внутришлифовальных станках.
От рассмотренных устройств, измеряющих размеры детали в процессе ее обработки и выдающих соответствующие команды для управления станком, принципиально отличаются так называемые подналадчики. Они измеряют размер детали после обработки и на основании полученных результатов выдают команду на подналадку станка, т. е на изменение относительного расположения рабочего инструмента и детали, от чего зависит величина размера. Так осуществляются круглое и плоское шлифование за один проход, бесцентровое шлифование, обтачивание, растачивание и т. д.
На плоскошлифовальных станках чувствительный элемент устройства обычно располагается на станине и периодически выполняет измерение толщины обработанных деталей. На рис. 13.6 представлена схема подналадчика БВ-4102 на двухшпиндельном плоскошлифовальном станке. Подналадчик состоит из двух измерительных устройств 3 и 5 (рис. 13.6, й), установленных после каждого шлифовального круга, и электронного блока. Измерение деталей / производится как после
267
Рис. 13.6, Подналадчик для плоскошлифовального станка: а — охе-ма станка с измерительным устройством; б — схема работы станка с подналадчиком.
черновой обработки кругом 2, так и после чистового шлифования кругом 4.
Схема автоматической подналадки станка приведена на рис. 13.6,6. Детали 1, обработанные кругом 2, проходят под измерительным наконечником 10 головки 9. По "мере износа круга толщина деталей увеличивается, и при достижении размером заранее установленной критической величины измерительная головка выдает сигнал на подналадку. Этот сигнал через усилитель 8 и реле времени 7 подается на электродвигатель 6, который через редуктор 5 поворачивает ходовой винт 4 шлифовальной бабки 3. Реле времени 7 следит, чтобы сигналы на подналадку передавались двигателю не раньше, чем измерительная головка измерит деталь, обработанную после предшествовавшей подналадки.
Кроме сложных систем с высокой степенью автоматизации на производстве находят применение новые модели универсальных измерительных приборов, где облегчен отсует показаний, повышена надежность измерений, упрощена обработка их результатов для возможности подналадки станков. Так, ЛИПО выпускает штан
генциркули и микрометры с отсчетом показаний по встроенной измерительной головке. Ряд предприятий производит штангенциркули, микрометры, индикаторы с устройством цифровой индикации на жидких Кристал-лах. С помощью электронных блоков эти приборы подключаются к ЭВМ для статистической обработки (см. с. 288) и регистрации на дисплее результатов измерений.
Применение средств активного контроля дает значительный экономический эффект. Повышение производительности достигается за счет работы на оптимальных режимах и исключения потерь времени на остановку станка и выполнение пробных измерений. Но главный эффект— это снижение, а часто и полное исключение брака, повышение качества выпускаемой продукции. Устройства для активного контроля используются главным образом на финишных операциях обработки деталей, особенно при шлифовании и хонинговании. Это объясняется высокими требованиями к точности обработки, малой размерной стойкостью абразивного инструмента, сравнительно небольшим значением коэффициента технологической точности (см. с. 291).
13.3. Контрольные автоматы
Контрольные автоматы — наиболее производительные и наиболее сложные измерительные устройства. Все операции измерения, включая ориентацию детали относительно чувствительного элемента, транспортировку и др., выполняются автоматически. Автоматы измеряют детали после обработки, осуществляя так называемый приемочный контроль. Они характеризуются очень высокой производительностью и используются в крупносерийном и массовом производстве для стопроцентной проверки изделий обычно простой конфигурации — шариков, роликов, колец, втулок и пр. Они имеют ограниченное применение, так как во многих случаях при достаточно стабильном технологическом процессе сплошной, 100%-ный, контроль просто не нужен.
Они служат для проверки ответственных деталей, а также для контроля и одновременной сортировки деталей на группы по действительным значениям контролируемого размера. Такая сортировка необходима для селективной сборки, которая, как указывалось выше, позволяет значительно снизить требования к точности обработки без ущерба для качества соединения.
269
Рис. 13.7. Принципиальная схема контрольно-сортировочного автомата.
В промышленности используются контрольные автоматы разнообразных моделей. Их компоновка, конструкция загрузочных и транспортных устройств, вид измерительного преобразователя и схема измерительного устройства определяются конструкцией, а часто и размерами контролируемой детали. Однако принципиальные схемы большинства автоматов имеют незначительные различия.
На рис. 13.7 приведена принципиальная схема одного из контрольно-сортировочных автоматов завода «Калибр». Его назначение — контролировать диаметральный размер шариков и сортировать их по действительному размеру на группы. Автомат приводится в действие электродвигателем 7. Шарики засыпаются в бункер 10, откуда через вращающуюся трубку поодиночке поступают в гнезда транспортного устройства—-диска 9 — и подаются к измерительному устройству, состоящему из твердосплавной доведенной площадки 14 и подпружиненного штока 15 с твердосплавным наконечником. Шток находится в контакте с измерительным наконечником индуктивного преобразователя 8 диффе
270
ренциального типа, величина сигнала которого определяется значением диаметра измеряемого шарика. Сигнал датчика после усиления подается на ряд реле, число которых равно числу групп сортировки. Каждое реле настроено на определенную величину сигнала. Измерение производится за время прохождения деталью измерительной позиции. В зависимости от величины сигнала индуктивного преобразователя, а следовательно, от размера измеряемой детали, включается соответствующее реле и замыкается обмотка электромагнита 4, поднимающего заслонку 3. Измеренный шарик через отверстие в плите 12 попадает на быстро вращающийся диск 13 и сбрасывается в желоб 2, заслонка которого поднята. Число электромагнитов с заслонками и желобов равно числу групп сортировки.
Автоматы такого типа сортируют шарики диаметром от 2 до 30 мм на группы через интервалы 0,25—1 мкм с погрешностью 0,1—0,5 мкм. Точность их работы повышает контур самонастройки. Через установленное время, например через каждый час работы, на измерительную позицию подается образцовый шарик определенного, заранее известного размера. При смещении настройки индуктивного преобразователя включается электродвигатель 5, который вращением винта 6 перемещает клин 7, изменяя настройку.
13.4. Измерительные приспособления. Координатно-измерительные машины
Меньшей степенью автоматизации характеризуются разнообразные механизированные и автоматизированные измерительные приспособления. Их применяют в серийном производстве для измерения и контроля деталей сложной формы — ступенчатых валов и втулок, корпусных деталей, турбинных лопаток и др. Эти приспособления позволяют одновременно или последовательно измерять несколько размеров детали, в связи с чем они называются многомерными. Распространение получили переналаживаемые унифицированные приспособления с широким использованием нормализованных типовых деталей.
Применение измерительных преобразователей вместо универсальных головок облегчает работу оператора, повышает надежность контроля, результаты которого могут быть выведены на светофорное табло. Многие при-
271
способления обладают высокой степенью автоматизации и без участия оператора осуществляют все контрольные операции после установки детали.
В последние годы получают распространение координатно-измерительные машины (КИМ)—устройства для определения линейных и угловых размеров деталей различной формы и габаритов. На КИМ измеряют корпусные детали, валы, рычаги, втулки и другие изделия, поверхности которых образованы плоскостями, цилиндрами, конусами, сферами, а также геометрическими элементами пересечения различных поверхностей. Определяются не только линейные размеры поверхностей, но и расстояния между ними, отклонения их расположения, погрешности формы. Высокоточная КИМ — мощное метрологическое средство, позволяющее оценить как качество выпускаемых изделий, так и технологическую точ- ность и стабильность применяемых процессов обработки.
Измерения выполняются с помощью измерительного наконечника, расположенного в подвижном узле машины, Деталь устанавливается на стол поверхностью, не подлежащей измерению, и закрепляется. Кинематика j машины обеспечивает относительное перемещение измерительного наконечника и детали по трем взаимно перпендикулярным направлениям, и координаты точек контролируемой детали определяются в прямоугольной системе X—Y — Z, причем направление координатных осей совпадает с направлением перемещений подвижных узлов КИМ, несущих измерительную головку или деталь. В некоторых машинах используются поворотные столы, что увеличивает число координатных перемещений.
Перемещения в КИМ осуществляются электромеханическим приводом, а автоматическое считывание их значений — измерительными преобразователями индукционного или фотоэлектрического типа.
Измерения могут выполняться при движении узлов или после их остановки. В первом случае с помощью головок касания или головок отклонения устанавливается момент контакта измерительного наконечника с точкой реальной поверхности изделия, после чего отсчитывается положение этой точки по всем координатам относительно принятой базы. Во втором случае измерительный наконечник перемещается в точку с координатами номинальной поверхности изделия, и преобразователь показывает отклонения реального расположения 272
Рис. 13.8. Координатно-измерительная машина*
этой точки поверхности от номинального. На практике чаще используют первый вариант измерения.
Разнообразные конструкции КИМ различаются по точности измерений, размерам проверяемых деталей, степени автоматизации. Первоначально они создавались на основе точных приборов или координатно-расточных станков и лишь позже получили оригинальное конструктивное оформление.
Для высокоточных измерений деталей небольших размеров (массой до 75—150 кг) предназначены КИМ. мод. ТИП-1 и ТИП-2 — трехкоординатный измерительный прибор. Они созданы на основе универсального микроскопа УИМ с дискретностью отсчета 0,5 мкм. Работают в режимах автоматического и ручного управления. При автоматическом режиме — от микроЭВМ «Электроника Д2-28» по программе на магнитной ленте, при ручном — от специального пульта на панели КИМ.
Для точных измерений деталей средних размеров массой до 800 кг с наибольшими перемещениями по осям X— Y — Z 1000—630—400 мм служит КИМ модели BE 155 (рис. 13.8) с дискретностью отсчета по каж-
Ю Зак. Из 216
273
дом координате 1 мкм и наибольшей координатной погрешностью 6 мкм.
Машина имеет портальную компоновку с порталом замкнутого типа. Предметный стол 2 жестко закреплен на /7-образном основании 1. Деталь 3 устанавливается на стол 2 нсизмеряемой поверхностью и закрепляется. При измерении она неподвижна. Измерительная головка 8 получает перемещение по трем координатам: вместе с порталом 4 по направляющим стола, с кареткой 6 по направляющим траверсы 5 портала и с выдвижной пинолью 7 — вертикальное по направляющим каретки. Система ощупывания состоит из держателя и нескольких (до пяти) расположенных в различных направлениях одношиповых электроконтактных измерительных головок с удлинителями и шарнирами. Такая система обеспечивает доступ к измеряемым деталям со всех пяти сторон без ее разворота. Машина управляет ся мини-ЭВМ СМ-1 по разработанным программам: определения отклонений формы, расположения поверхностей и др.
Аналогичное устройство КИМ мод. BE 154.
13.5. Измерительные устройства для гибких производственных систем
Измерение линейных размеров деталей, обрабатываемых на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), объединенных в гибкие производственные системы (ГПС), имеет целью не только установить пригодность деталей, но главным образом обеспечить заданную точность их обработки. Для этого используются измерительные устройства, которые монтируются непосредственно на станках или располагаются рядом и связаны с ним общей системой управления. Особенностью таких устройств является выдача ими информации о результатах измерений на дисплей, печатающее устройство или управляющую ЭВЛ4, для чего непрерывный сигнал от измерительного преобразователя видоизменяется в последовательность дискретных значений в двоичном коде.
На токарных станках с ЧПУ измерения осуществляются с помощью датчиков, обычно устанавливаемых в одно из гнезд револьверной головки и реже — на специальный суппорт с независимым приводом. Величину, размера определяют одноточечным измерением, используя датчики отклонения или касания. Первые регистри
274
руют отклонение действительного положения измеряемой поверхности от номинального, запрограммированного. В роли таких датчиков применяют аналоговые преобразователи малых перемещений с рабочим ходом 0,5—1,0 мм и погрешностью ±1—3 мкм, а также дискретные преобразователи растрового типа с рабочим ходом до 60 мм п дискретностью отсчета 1 мкм.
Датчики касания регистрируют разность величин условной базы и измеряемой поверхности. Серийно выпускаемые ЛИПО датчики мод. БВ-4271 и БВ-4272 устанавливают размер заготовки после ее закрепления на станке, и на основе этой информации управляющая ЭВМ назначает режимы резания и определяет число проходов. Эти же датчики устанавливают положение режущих кромок инструмента, измеряют действительные размеры детали после чернового и чистового обтачивания. ЭВМ по заложенной программе отрабатывает результаты измерений, определяет коррекцию положения инструмента или принимает решение о его замене вследствие предельного износа.
Разработанные ЛИПО измерительные средства мод. 19000—19002 на основе фоторастровых преобразователей обеспечивают измерение в диапазоне 0—60 мм с погрешностью 2—5 мкм.
В ГПС для обработки корпусных деталей измерения выполняются на координатно-измерительных машинах. Для измерения деталей средних и крупных размеров предназначены отечественные КИМ мод. BE 140К и ЛР 356К с управлением от мини-ЭВМ СМ-1.
Получает распространение новый класс КИМ — измерительные роботы, надежно и с высокой точностью работающие в условиях автоматических линий и производств.
Оснащение КИМ развитыми системами программноматематического обеспечения значительно расширяет их возможности и повышает их производительность. Такие машины не только дают значительный экономический эффект, но и реально обеспечивают управление точностью обработки на станках, повышение качества выпускаемой продукции.
।
।
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЕДИНСТВЕ ИЗМЕРЕНИИ
14
14.1. Понятие о единстве измерений
Как уже указывалось, для обеспечения взаимозаменяемости измерение размеров деталей необходимо осу-. гцествлять с определенной, заданной точностью. Собираемость и работоспособность узла определяются действительными размерами сопряженных поверхностей, а не теми, которые могут быть им приписаны в результате недостаточно точных измерений. В связи с этим установлен определенный порядок измерений, обеспечивающий примерно одинаковую их точность вне зависимости от того, где и когда они выполнялись. Многочисленные правила, изложенные в стандартах и других нормативных документах, устанавливают единство измерений, при котором их результаты выражены в принятых единицах и имеют определенную нормируемую точность.
При изготовлении новых приборов учитывают их метрологические характеристики, в том числе и погрешности средств измерения. Эти погрешности непостоянны по величине и со временем увеличиваются по разным причинам. Некоторые из них, такие, как погрешности установки прибора на нуль, температурные, должны быть установлены и устранены еще до начала измерений. Установить другие очень трудно. Эти так называемые прогрессирующие погрешности возрастают медленно и связаны со старением деталей прибора — их деформацией, износом трущихся поверхностей, изменением характеристик элементов электронных схем, разрядкой источников питания и т. п. Такие погрешности можно выявить и скорректировать только на данный момент, а затем они будут вновь возрастать.
Все приборы периодически проверяют, сравнивая их
276
показания с показаниями более точных по определенной методике. Для обеспечения единства измерений конкретной детали необходимо пользоваться проверенными, исправными приборами, наибольшая погрешность измерения которыми не должна превышать допустимую величину.
14,2. Позерка средств измерений.
Поверочная схема
Под поверкой средства измерений понимают экспериментальное определение его погрешности и установление пригодности к применению. Различают первичную поверку — после изготовления или ремонта средства измерения— и периодическую — во время эксплуатации. 1рсерке подлежат все средства измерений, независимо от их точности, назначения, принадлежности. Качество ее определяется как назначенным образцовым средством измерения, так и методикой выполнения поверки.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) с помощью многочисленных стандартов предусматривает передачу единицы измерений от государственного эталона к образцовым, а затем и к рабочим средствам измерений согласно поверочной схеме.
Поверочная схема — это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам.
Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы. Государственная предусматривает полный путь передачи размера единицы физической величины от государственного эталона до рабочих средств измерений с указанием видов вторичных эталонов, числа разрядов образцовых средств измерений и т. д. Ее разрабатывают как государственный стандарт. Пример компоновки государственной поверочной схемы приведен на рис. 14.1.
Ведомственные схемы разрабатываются метрологическими службами министерств и представляют собой ведомственный норхмативный документ или отраслевой стандарт (ОСТ).
Локальная поверочная схема составляется на средства измерений, поверяемые в территориальном органе государственной метрологической службы или на пред-
277
средства измерения
Рис. 14.1. Пример компоновки государственной поверочной схемы.
приятии. В пей указываются конкретные типы (экземпляры) средств измерений, а также методы их поверки. Она не должна противоречить государственной поверочной схеме.
Если некоторые эксплуатируемые средства измерений не входят в локальную поверочную схему предприятия, их поверку осуществляют государственные поверители на самом предприятии или в территориальном ор- t гане государственной метрологической службы.
14.3. Выбор средств измерений
Выбор конкретных средств измерений определяется многими факторами: числовым значением определяемой
278
Рис. 14.2. Варианты приемочных границ.
величины, требуемой точностью измерений, масштабами производства, стоимостью прибора и др. •
В серийном и массовом производстве для измерения деталей в процессе изготовления (активный контроль) широко используют механизированные и автоматические контрольно-измерительные средства. Приемный контроль обычно производят предельными калибрами или с помощью контрольно-сортировочных автоматов. При стабильных технологических процессах применяют статистический (выборочный) контроль. В единичном и мелкосерийном производстве распространены в основном универсальные средства измерения.
Решающее влияние на выбор прибора оказывает величина погрешности измерения. ГОСТ 8.051—81 устанавливает величину допускаемой погрешности как функции номинальных размеров и допуска на изготовление. Величина погрешности может составлять от 20 (для 1Т10 и грубее) до 35% (для IT2—IT5) от величины допуска на измеряемый размер.
Допускаемые погрешности включают случайные и неучтенные систематические погрешности измерения. Достаточно большие допустимые погрешности измерения могут привести к забраковке годных деталей или к приемке их с размерами, выходящими за пределы допуска. В связи с этим возникает проблема приемочных границ.
Приемочные границы — это значения размеров, по которым принимают изделия. Существует несколько вариантов приемочных границ.
В варианте, представленном на рис. 14.2, а, приемочные границы совпадают с предельными значениями контролируемого размера. ГОСТ 8.051—81 содержит графики и таблицы, которые позволяют определять процент неправильно принимаемых и неправильно бракуе-
279
Таблица 14.1. Допускаемые погреши
Интервалы размеров, мм
2 3 4 5 6 7 R
Допускаемая-^
До 3 1,2 2,0 3 4 6 10 14 !
0,4 0,8 1,0 1,4 1,8 3 3 1
Св. 3 до 6 1,5 2,5 4 5 8 12 18
0,6 1.0 1,4 1,6 2,0 3 4] 1
Св. 6 до 10 1,5 2,5 4 6 9 15 22 '
0,6 1,0 1,4 2,0 2,0 4 5 1
Св. 10 до 18 2,0 3,0 5 8 11 18 27 j
0,8 1,2 1,6 2,8 3 5 7 1
Св. 18 до 30 2,5 4,0 6 9 13 21 33
1,0 1,4 2 3 4 6 8 1
Св 30 до 50 2.5 4,0 7 11 16 25 39
1,0 1,4 2,4 4 5 7 ю ;
Св 50 до 80 3,0 1,2 5,0 8 13 19 30 46
1,8 2,8 4 5 9 12 |
Св. 80 до 120 4 6 10 15 22 35 54 |
1,6 2 3 6 6 10 12
Св. 120 до 180 5 8 12 18 25 40 63
2,0 2,8 4 6 7 12 161
Св. 180 до 250 7 10 14 20 29 46 72 j ~ПГ| 1 1
2,8 4 5 6 8 12
Св, 250 до 315 8 12 16 1 23 32 52 81 20 j
3 4 5 8 10 14
Св. 315 до 400 9 13 18 25 36 57 89 _
3 5 6 9 10 16 24
Св. 400 до 500 10 15 20 27 40 63 97 _
4 5 6 9 12 18 26
* 280
сти измерения линейных размеров
Квалитеты
9 10 11 12 13 14 15 16 17
Допуск 1Т, мкм
погрешность измерения й, мкм
— 25 40 60 100 140’ 250 400 600 1000 200
6 8 12 20 30 50 80 120
30 48 75 120 180 300 480 750 1250 240
8 Ю 16 1 30 40 60 100 160
- - 30 | 58 90 150 220 360 580 900 1500 300
g 12 18 30 50 80 120 200
43 70 110 180 270 430 700 1100 240 1800 380
10 14 30 10 60 90 140
52 84 130 210 330 520 1 840 ! 1300 j 280 2100 440
12 18 30 50 70 120 180
62 100 160 250 390 620 1000 1600 :* 320 2500 500
16 20 40 50 80 140 200
74 120 190 300 460 740 ' 1200 240 1900 400 3000 600
18 30 40 60 100 160
87 140 220 350 540 870 1400 280 2200 440 3500 700
20 30 50 70 120 180
i 100 160 250 400 630 1000 200 1600 320 2500 500 4000 800
30 40 50 80 140
115 185 290 460 720 1150 240 1850 380 2900 600 4600 1000
30 40 60 100 160
i 130 210 320 520 810 1300 260 2100 440 3200 700 5200 1100
30 50 70 120 180
140 230 360 570 890 1400 280 2300 460 3600 800 5700 1200
40 50 80 i 120 180
155 250 400 | 630 970 1550 320 2500 500 4000 800 6300 1400
40 50 80 j 140 200
281
мых деталей в этом случае, а также возможный выход размера за предел допуска у неправильно принятых деталей. По этим данным конструктор может оценить возможное искажение характера посадки и ухудшение в связи с этим эксплуатационных свойств изделия и учесть их при назначении квалитета и вида посадки.
Остальные варианты расположения приемочных границ предусматривают введение так называемого производственного допуска, при котором нормируемые предельные значения размера смещены внутрь допуска с учетом влияния погрешности измерения. Максимальное смещение устанавливается равным половине допускаемой погрешности (рис. 14.2,в). Этот вариант менее предпочтителен, так как приводит к повышению требований к точности обработки и к забраковкс части годной продукции. Стандарт рекомендует вводить производственный допуск, смещая приемочные границы на величину С (рис. 14.2,6), зависящую от точности технологического процесса и погрешности измерений. Значения этих величин можно определить по графикам, приведенным в ГОСТе.
В стандарте в качестве предпочтительного принят вариант установления приемочных границ без введения производственного допуска. Это означает, что конструктору следует назначить такой квалитет и выбрать такую посадку, чтобы предельно возможные значения размера принятых деталей были приемлемы.
Числовые значения допускаемых погрешностей измерений линейных размеров приведены в табл. 14.1.
Для обеспечения взаимозаменяемости и выполнения требований чертежа необходимо выбрать измерительное средство с погрешностью измерения, не превышающей указанную в табл. 14.1. Предельные погрешности измерений универсальными средствами приведены в руководящем документе РД 50-98-86 и некоторых справочниках [2]. При этом следует иметь в виду, что предельная погрешность измерения и цена деления прибора — величины разные. Распространенное суждение, что погрешность измерения соответствует половине или целому делению шкалы, совершенно неправильное. Погрешность измерения определяется вариантом использования прибора и значением измеряемого г размера. Так, предельная погрешность измерения размера в диапазоне 0—25 мм гладким микрометром с ценой деления 0,01 мм составляет 5 мкм, а в диапазоне 400—500 мкм микрометром с той же ценой деления — уже 50 мкм.
ГЛАВА
КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ
15.1. Показатели качества продукции
Вопросы качества продукции жизненно важны для народного хозяйства страны. Высокое качество машин, приборов, оборудования — залог успешной эксплуатации, получения большого экономического эффекта, конкурен-тоспособности на мировом рынке. Низкое их качество, брак—бесполезная растрата материальных ресурсов и труда.
Качество продукции — совокупность ее свойств, обусловливающих пригодность удовлетворить определенным потребностям в соответствии с ее назначением. Следовательно, оценивать качество конкретного изделия нужно по таким свойствам, которые определяются его назначением и в которых заинтересованы потребители.
Качество машин зависит от технического уровня машиностроения в целом и его отдельных отраслей. Состояние оборудования и рабочего инструмента, совершенство применяемых технологических процессов, точность промежуточного и окончательного контроля, квалификация рабочих — все это и еще многое другое самым непосредственным образом сказывается на качестве выпускаемой продукции.
Чтобы повысить качество, необходимо прежде всего его оценивать. Для этого нужна четкая система определенных показателей. Методы количественной оценки качества продукции разрабатываются сравнительно повой наукой, называемой квалиметрией. Ее основные задачи— установить перечень показателей качества, разработать методики определения их значений, а также методики количественной оценки качества продукции.
283
Для любых видов продукции предусмотрены показатели назначения изделий, характеризующие их эксплуатационные функции, показатели надежности, технологичности, стандартизации и унификации, экономичности, эргономичности и некоторые другие.
Под надежностью понимают свойство изделия сохранять значения своих параметров в определенных пределах в течение установленного времени. Надежность включает свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности. Показателями надежности изделия являются средняя выработка до отказа, интенсивность отказов, вероятность безотказной работы и т. п.
Важной характеристикой является долговечность изделия — сохранение работоспособности с установленными значениями параметров до предельного состояния, когда дальнейшая его эксплуатация невозможна. Показателем долговечности является, в частности, назначенный срок службы, т. е. время использования изделия по назначению.
Эргономика определяет взаимодействие человека с машиной в процессе ее эксплуатации. Эта отрасль науки разрабатывает оптимальные условия — гигиенические, технические, психологические — для удобного, производительного труда. Оцениваются легкость и удобство управления, простота эксплуатации, уровень шума и вибраций, освещенность и др. Так, удобная конструкция кресла водителя транспортного средства уменьшает его утомляемость, облегчает управление и в конечном итоге положительно сказывается на безопасности движения и производительности труда.
Кроме показателей качества, общих для любой продукции, конкретное изделие характеризуется многими другими параметрами. Так, для двигателя показателями качества могут быть число цилиндров, мощность, коэффициент полезного действия и др.
15.2. Оценка уровня качества продукции
При сравнительной оценке показателя качества продукции Pi за основу принимают базовое значение показателя качества Рщ эталонного, или базового, образца. Уровень качества конкретной продукции определяется путехМ сравнения совокупности показателей качества этой продукции и базового образца. Отсюда ясно, что выбор базовых образцов — важнейший элемент оценки уровня качества продукции. Согласно ГОСТ
284
2.116—84 базовым называется образец продукции, соответствующий передовым научно-техническим достижениям в установленном периоде как в нашей стране, так . и в других промышленно развитых странах.
При оценке уровня качества разрабатываемой и проектируемой продукции за базовые принимают перспективные образцы, характеризующиеся прогнозируемой совокупностью реально достижимых показателей качества в будущем периоде.
При оценке выпускаемой продукции за базовый образец принимают продукцию, показатели качества которой соответствуют мировому уровню или лучшим отечественным образцам. Относительные показатели для оценки уровня качества определяют по формулам:
Kt = Р^РЫ (15.1)
ИЛИ
= (15.2)
Если увеличение показателя свидетельствует об улучшении качества, например повышении производительности, долговечности и т. д., то расчет ведут по формуле (15.1). Когда улучшение качества наблюдается при уменьшении показателя, например материалоемкости, себестоимости, трудоемкости, для расчетов используют формулу (15.2).
Оценку уровня качества продукции в машиностроении осуществляют несколькими методами.
Дифференциальный метод заключается в раздельном сопоставлении единичных показателей качества оцениваемой продукции и базового образца. Для этого определяют относительные показатели качества по формулам (15.1) и (15.2). Если /G>1, значит, уровень качества изделия соответствует или превышает базовый. Также очевидно, что при /С<1 уровень качества оцениваемой продукции ниже базового.
Если часть относительных показателей качества менее единицы, то применяют комплексный или сме-ш а н и ы й метод оценки. Эти методы описаны в нормативно-технической документации.
Номенклатуру показателей качества продукции назначают в соответствии с ГОСТ 22851—77 и РД 50-64-84, а показатели качества базового образца — по РД 50-451-84.
Срок действия базового образца устанавливается ве-j дущей организацией по данному виду продукции. При 285
этом учитываются планируемые сроки ее изготовления, повторной аттестации, замена новым видом на внутрен-нем и внешнем рынках.
В ряде случаев расчетные методы определения уровня качества продукции невозможны или затруднительны. Тогда используют экспертные методы, основанные на знаниях и опыте многих специалистов-экспертов. В экспертную группу (обычно из 7—20 человек) включают высококвалифицированных специалистов по разработке и эксплуатации продукции — конструкторов, технологов, товароведов, дизайнеров и т. п. В нее не должны входить работники, имеющие отношение к изготовлению или проектированию продукции.
Эта группа устанавливает номенклатуру показателей качества продукции, определяет коэффициент весомости каждого из них, выбирает базовый образец и значения его показателей, дает оценку параметрам качества органолептическим методом, если инструментальным или расчетным их установить невозможно. Оценки экспертов соответствующим образом обрабатываются, после чего заполняется документ — карта технического уровня и качества продукции по ГОСТ 2.116—84.
45.3. Аттестация продукции
Аттестация продукции — это объективная оценка ее качества путем сравнения с качеством наилучшего образца. Цель аттестации — стимулировать выпуск продукции высшего качества для нужд народного хозяйства, населения, экспорта.
Государственная аттестация промышленной продукции введена в нашей стране в 1965 г. В настоящее время она осуществляется по двум категориям качества: высшей и первой.
Разработанный Госстандартом, ГКНТ, Госпланом и Госкомцен СССР «Порядок аттестации промышленной продукции» предусматривает, что:
аттестацию продукции обеих категорий качества проводят государственные аттестационные комиссии;
осуществляют эту работу по годовым планам, увязанным с планами освоения и выпуска новой техники и планами производства;
устаревшая продукция снимается с производства.
Аттестации подлежит промышленная продукция, содержащаяся в Общесоюзном классификаторе и включенная в утвержденные Госстандартом и Госстроем
286
Рис. 15.1. Государственный Знак качества.
СССР Перечни. Аттестацию продукции следует проводить не позднее чем через год после ее разработки, а сложной — не позднее чем через два года с начала серийного производства.
Аттестации не подлежит продукция: не прошедшая промышленной переработки (нефть, газ, руда и т. д.); поставляемая только для нужд обороны страны; поставляемая только для внутризаводского потребления; пищевые продукты; медикаменты; ювелирные изделия; произведения искусства, в том числе изделия художественных промыслов; ядохимикаты.
Государственная аттестационная комиссия образуется министерством — изготовителем продукции. В ее состав входят представители: министерства потребителя продукции (обычно он назначается председателем комиссии), ГКНТ СССР (при аттестации важнейшей продукции, в этом случае он назначается председателем), Госстандарта или Госстроя СССР (по номенклатуре), Минвнешторга (для экспортных товаров или продукции, перспективной для экспорта) и Минторга СССР (по товарам народного потребления), министерства-изготовителя, ВЦСПС и других организаций. Представитель предприятия-изготовителя в состав комиссии не включается.
К высшей категории качества относят продукцию, которая по показателям технического уровня и качества соответствует лучшим отечественным и зарубежным достижениям и образцам или превосходит их. Она должна иметь стабильные высокие показатели качества, основанные на соответствующей культуре производства, строгом выполнении технологической дисциплины. Намечаемая к аттестации по высшей категории качества продукция подлежит обязательной демонстрации на ВДНХ СССР с целью ее объективной оценки.
К первой категории качества относится продукция, отвечающая требованиям стандартов или технических условий, удовлетворяющая потребностям народного хозяйства и населения страны и имеющая стабильные показатели технического уровня и качества.
287
При аттестации предприятие-изготовитель представляет Государственной аттестационной комиссии ряд документов, в том числе стандарты, по которым выпускается аттестуемая продукция, карту ее технического уровня и качества по ГОСТ 2.116—84, данные о рекламациях, а на продукцию, аттестуемую по высшей категории качества,— и заключение Главвыставкома ВДНХ СССР.
Решения Государственной аттестационной комиссии об отнесении продукции к высшей категории качества регистрируются в Госстандарте СССР, а к первой — в министерствах-изготовителях. Продукции высшей категории качества присваивают государственный Знак качества (рис. 15.1) на срок от 1 года до 3 лет, для продукции легкой промышленности — от 1 года до 2 лет, а особо сложной с длительным сроком изготовления — на срок до 5 лет. К первой категории качества продукцию относят на срок до 3 лет, а продукцию легкой промышленности— до 2 лет. Продление срока действия категории качества без проведения аттестации не разрешается.
Продукцию, подлежащую аттестации, но не аттестованную по высшей или первой категориям качества, снимают с производства. До прекращения ее фактического выпуска к предприятию применяют санкции в виде скидки с оптовой цены на эту продукцию. Госплан СССР по представлению министерств, согласованному с ГКНТ СССР, имеет право в виде исключения разрешить производство неаттестованной продукции на срок не более 2 лет.
15.4. Понятие о статистическом контроле качества продукции
Для получения продукции надлежащего качества большое значение имеет эффективность ее технического контроля.
Технологические процессы изготовления деталей, особенно высокой точности и сложной формы, предусматривают значительное количество контрольных операций. Обычно проводимая сплошная проверка выпускаемой продукции приводит к необходимости иметь на производстве разветвленную сеть контролеров ОТК. Такая система контроля качества отличается крупными недостатками как организационного, так и технического характера. Технические недостатки сплошного метода
288
контроля заключаются в том, что он обеспечивает лишь изъятие бракованных деталей и не в состоянии предупредить брак, предусмотреть его профилактику.
Статистический контроль качества продукции принципиально отличается от сплошного. Его теоретической основой являются сложные разделы математики — теория вероятностей и математическая статистика. Однако практическое осуществление такого контроля не требует каких-либо сложных расчетов и вполне доступно квалифицированному оператору.
Статистический контроль эффективен в серийном и массовом производстве с отлаженными, стабильными технологическими процессами. На производстве наибольшее распространение получили приемочный и текущий статистический контроль.
Приемочный статистический контроль выборочный. В простейшем случае суть его состоит в том, что решение о качестве контролируемой партии продукции принимается по результатам проверки одной выборки определенного объема, случайно отобранной из партии или потока продукции. Детали этой выборки подвергают сплошной проверке. Если количество дефектных единиц не превышает установленной! величины, то вся партия принимается. Если же число дефектных единиц больше установленной нормы, вся партия бракуется или подвергается сплошному контролю. Применяются и более сложные планы контроля, предусмотренные стандартами (ГОСТ 18242—72, ГОСТ 20736—75 и др.).
При двухступенчатом статистическом контроле решение относительно приемки партии продукции принимают по результатам контроля не более двух выборок или проб, причем необходимость второй выборки зависит от результатов контроля первой.
На рис. 15.2 представлен план двухступенчатого контроля. Из партии N произвольно делается выборка из «I изделий, причем щ много меньше N. Все изделия в выборке подвергаются контролю, при этом выявляется Zi дефектных единиц. Если это число меньше или равно приемочному числу Лс1, т. е. Zi<4ci, то вся партия считается годной и принимается. Если же число дефектных изделий больше или равно браковочному числу Rei> т. е. то вся партия из N изделий бра-
куется. Если выявленное число дефектных изделий в первой выборке находится между приемочным и браковочным числами, т. е. ЛС1 <Zi<7?е13 то для определения пригодности партии делается вторая выборка из Пг
289
I 4 I
Рис. 15.2. План двухступенчатого статистического приемочного контроля.
изделий, причем обычно п2<Мь Изделия второй выборки контролируют, определяя число дефектных изделий 2г. В дальнейшем, сравнивая общее число дефектных изделий в обеих выборках с приемочным и браковочным числами Лс2 и принимают окончательное решение — считают всю партию годной или бракуют ее.
Значения объемов выборок, а также приемочных и браковочных чисел берут из таблиц стандартов. Стандарт предусматривает три разновидности дефектов: критические, значительные и малозначительные. При критических дефектах /1с^0 и 7?е=1, т. е. наличие в выборке одного дефектного изделия является достаточным основанием для того, чтобы забраковать всю партию.
Статистический приемочный контроль резко снижает затраты времени на проверку качества продукции, 290
уменьшает число контролеров и в результате дает значительный экономический эффект. Он незаменим при разрушающем контроле, когда 100%-ная проверка невозможна в принципе.
Статистические методы контроля нашли применение и в процессах производства. Они активно содействуют повышению точности обработки деталей и могут рассматриваться как факторы управления качеством продукции.
Известно, что для выполнения заданных конструктором требований к точности размеров детали технолог назначает определенный технологический процесс ее обработки, причем с таким расчетом, чтобы наблюдающееся при этом неизбежное рассеяние размеров, величина которого характеризуется так называемым технологическим допуском, было меньше заданного допуска размера: Гг<7. Коэффициент технологического запаса точности Кт.т=у для ответственных деталей назначается не меньше 1,2 (Кт.т>1,2).
Статистическое регулирование технологических процессов эффективно лишь тогда, когда они отлажены к стабильны, что характерно для серийного и массового производства. Используемые методы регулирования основаны на выборочном методе контроля с применением специальных карт-документов для систематической записи данных контроля уровня настройки или точности процесса. Когда проверка осуществляется по количественному признаку, например измеряется размер детали, применяются контрольные карты средних арифметических значений (х-карта), медиан (х-карта),.средних квадратических отклонений (s-карта) и размахов (/?-карта).
Для назначения метода регулирования и установления числовых значений его параметров предварительно производят статистический анализ технологического процесса. Работу эту выполняют квалифицированные специалисты.
Средние арифметические значения х и медианы х (медиана — это центральное значение вариационного ряда Xi выборки, записанного в порядке возрастания размера) характеризуют центр рассеивания значений размера. Они описывают настроенность процесса и состояние инструмента.
Средние квадратические отклонения s и размах R (разность между наибольшим и наименьшим значения
291
ми размера в выборке, 7?=хгтах — xifnin) характеризуют разброс значений контролируемого размера. Они описывают точность процесса и состояние оборудования и приспособлений.
Контрольная кар^а имеет среднюю линию с границами регулирования. По оси абсцисс откладывают порядковые номера выборок, а по оси ординат — значения соответствующих выборочных статистических характеристик. Карты средних квадратических отклонений и размахов имеют одну границу регулирования, так как эти параметры распределения могут только увеличиваться, а карты средних арифметических значений и медиан— две границы регулирования — верхнюю и нижнюю.
Статистическое регулирование технологического процесса заключается в том, что через установленные промежутки времени, например через каждые 30 мин, или через определенное количество изготовленных деталей осуществляют выборку деталей заданного объема п. Детали измеряют, устанавливают значение соответствующей выборочной характеристики, проставляют его на контрольную карту и для наглядности отмеченные точки соединяют прямыми линиями. Сигналом о разладке технологического процесса служит появление точки за границей регулирования. Процесс останавливают для наладки.
На рис. 15.3 показала контрольная карта средних арифметических значений х. Контролируется изготовление валиков на прецизионном токарном автомате. Через установленный промежуток времени берется выборка н = 3 шт. Размеры валиков измеряют прибором с ценой деления 0,001 мм, результаты заносят в карту, где также выполняются необходимые расчеты для определения средних арифметических значений. Из рисунка следует, что определенное в 8-й выборке среднее арифметическое вышло за пределы регулирования: х8=5,654 мм> >5,653 мм. Появляется опасность возникновения брака. Необходимо произвести подналадку автомата.
Применяемый в производстве метод статистического регулирования технологических процессов дает большой экономический эффект в результате сокращения брака, повышения точности обработки, более рационального использования оборудования.
В последние годы получают распространение устройства, обеспечивающие автоматический выборочный контроль изделий, обработку результатов измерений и
292
BblOGf/KU
IX / 2 J 4 5 6 7 8
£
§ 5,ess
^3 ES ~
5,650
Qj сз 5,647
- - — — — . - *
хг X 5,654 5,647 5,649 16,950 5,650 5,648 5,653 5,652 16,953 5,651 5,647 5,646 5.651 16,944 5,648 5,651 5,646 5,653 16 950 5,650 5,652 5,654 5,650 16,956 5,652 5,647 5,648 5,652 16,947 5,649 5,650 5,653 5,654 16,957 5,652 5,653 5,654 5,656 16,963 5,654
Рис. 15.3. Контрольная карта средних арифметических значений для статистического регулирования технологического процесса.
при необходимости подналадку оборудования. ЭВМ, в том числе персональные компьютеры, получают информацию от датчиков о результатах выборочного контроля, производят по программе необходимые вычисления и по требованию оператора выдают на дисплей графическое изображение точности технологического процесса. При выходе контролируемого параметра за границу регулирования ЭВМ выдает команду на подналадку станка или его останов.
15.5. Системы управления качеством продукции
С повышением качества выпускаемой продукции непосредственно связано дальнейшее развитие народного хозяйства страны, удовлетворение растущих материальных и культурных потребностей населения. Именно поэтому одна из главных задач экономической политики КПСС на современном этапе — резкое повышение технического уровня и качества изготовляемой продукции.
На тысячах предприятий страны проводились работы по созданию и внедрению комплексных систем управления качеством продукции (КС УКП). Госстандарт СССР совместно с ГКНТ и Госпланом СССР, обобщив
293
накопленный положительный опыт, разработал и в 1978 г. утвердил «Основные принципы Единой системы государственного управления качеством продукции» (ЕС ГУКП). Главная цель этой системы — обеспечить эффективное использование научно-технических, производственных и социально-экономических возможностей для улучшения качества всех видов продукции с целью полного удовлетворения потребностей народного хозяйства и расширения экспорта. Для достижения этой цели предусматриваются создание и освоение новых видов продукции по качественным и технико-экономическим характеристикам, соответствующим последним достижениям мировой науки и техники или превосходящим их, увеличение в общем объеме производства удельного веса продукции высокого качества и т. д
Госстандарт СССР разработал рекомендации по построению и применению комплексной системы управления качеством {КС УКП) на всех уровнях — межотраслевом, отраслевом, в объединениях и на предприятиях. Система действует на всех стадиях создания продукции— от исследовательских работ до серийного производства и эксплуатации. Она органично связана с системой управления народным хозяйством в целом и сочетает государственные и общественные методы управления.
КС У КП предусматривает развитие производственной и общественной активности трудящихся в борьбе за улучшение качества продукции, создание материальных систем поощрения за достигнутые результаты па всех уровнях.
В настоящее время разработаны территориальные и отраслевые системы управления качеством продукции. Действуют Московская городская система управления качеством продукции (МГС УКП), Ленинградская территориальная система, Латвийская республиканская программа «Качество-90» и др. Созданы и функционируют отраслевые системы УКП в Минэлектропроме, Минприборе, Минэнергомаше СССР и в ряде других отраслей,
15.6. Государственная приемка продукции в машиностроении
Принципиально новый этап борьбы за высокое качество изготовляемой продукции был открыт постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 12 мая
294
1986 г. «О мерах по коренному повышению качества продукции». Среди предусмотренных мер было решение о создании государственной приемки — специального органа вневедомственного контроля, подчиненного Госстандарту СССР. Его основная обязанность — приемка готовых изделий и контроль за деятельностью предприятия по вопросам качества изготовления продукции.
Государственная приемка — самостоятельная организация, штаты которой утверждает Госстандарт СССР. В ее структуре группы и участки по контролю производства продукции, ее испытанию и приемке готовых изделий, а также ответственные за самостоятельные направления работ — по стандартизации, метрологическому обеспечению и т. д. (рис. 15.4). Перечни продукции, подлежащей приемке, утверждаются Госстандартом СССР и доводятся до сведения соответствующих министерств, предприятий и госприемок.
Контроль качества выпускаемой предприятием продукции-— основная деятельность государственной приемки. Она контролирует качество продукции на любой стадии ее производства и осуществляет приемку готовых изделий. Руководитель госприемки ежегодно разра-
Рис. 15.4. Примерная структурная схема государственной приемки средней численности.
295
батывает Перечень обязательного контроля и приемки как готовой продукции, так и ее составных частей (сборочных единиц, деталей), материалов, покупных изделий, а также операций технологического процесса, подлежащих обязательному 100%-му или выборочному контролю.
Работа приемки начинается с контроля технической документации. Она должна соответствовать действующим стандартам и условиям поставки продукции. В документацию должны вноситься все изменения по устранению конструктивных и производственных недостатков, а также оказывающие влияние на качество и надежность продукции. Особое внимание следует обращать на изменения в связи с пересмотром действующих или принятием новых стандартов и технических условий.
Следующая задача приемки — контроль производства продукции как постоянный, так и летучий. Постоянный контроль предусматривает активное наблюдение за ходом производства и выполнением всего технологического процесса или его отдельных операций, своевременное выявление отклонений от установленных норм, предотвращение появления дефектов продукции из-за нарушения технологической дисциплины. При летучем контроле проверяют те стороны деятельности предприятия по изготовлению контролируемой продукции, которые не входят в перечень обязательного контроля и приемки (входной контроль, состояние рабочих мест, хранение материалов, заготовок и покупных изделий и т. д.).
Если обнаружены нарушения утвержденного технологического процесса, госприемка принимает меры по исключению их в дальнейшем и решает, как использовать продукцию, изготовленную с нарушениями технологии и выполненную из некондиционных материалов. Если нарушения технологии продолжаются, она может приостановить приемку продукции и известить об этом вышестоящие органы.
Качество готовой продукции в значительной степени определяется качеством получаемых со стороны покупных изделий, материалов, полуфабрикатов. Госприемка проверяет правильность их входного контроля работниками ОТК предприятия. Если качество покупных изделий. или материалов неудовлетворительное, она сообщает об этом госприемке на предприятиях-поставщиках или в соответствующие территориальные органы Госстандарта. И руководители этих органов обязаны при
296
пять срочные меры по устранению недостатков и сообщить о них предприятию-потребителю.
Приемку готовой продукции осуществляют после того, как она полностью укомплектована, принята ОТК предприятия и подготовлена к предъявлению. При этом в зависимости от ее объема и специфики, требований заказчика и ряда других факторов проводят сплошной или выборочный контроль. При обнаружении несоответствия продукции требованиям технической документации вся партия возвращается ОТК. Разбраковка продукции в процессе приемки не разрешается.
Чтобы обеспечить высокое качество изделий, работники госприемки тщательно контролируют их надежность. Совместно с ОТК предприятия рассматривают каждую рекламацию, анализируют причины отказов изделий, следят за разработкой мероприятий по устранению недостатков, контролируют их выполнение. При выявлении у отгруженной потребителю продукции дефектов, вызывающих необходимость временного прекращения ее эксплуатации, госприемка принимает необходимые меры по их устранению и сообщает об этом в Госстандарт и соответствующее министерство.
Государственная приемка выполняет также функции территориального органа Госстандарта СССР по контролю за работами по стандартизации, состоянием и применением на предприятии средств измерений, участвует в аттестации продукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Допуски и посадки: Справочник. Части I и 2 / Под ред. В Д. Мягкова. 6-е изд.— Л.: Машиностроение, 1982—1983.
2. Кутай Д. К. Романов А £>., Рубинов А Д. Справочник контрольного мастера.—Л.: Лениздат, 1980.
3. Леонов И. Г., Аристов О В. Управление качеством продукции.— М.: Изд-во стандартов, 1986.
4. Марков Н. И. Взаимозаменяемость и технические измерения.— М.: Изд-во стандартов, 1983.
5. Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм (по применению ГОСТ 8.051—81). РД 50-98-86 —М.: Изд-во стандартов, 1987.
6. Якушев А. И., Воронцов Л. Н., Федотов И. М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. 6-е изд.—М.: Машиностроение, 1986,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Основные понятия о взаимозаменяемости .... 5
1.1. Что такое взаимозаменяемость........... 5
12. Преимущества взаимозаменяемости .... 6
1 3. Обеспечение взаимозаменяемости продукции . 8
1.4, Виды взаимозаменяемости................ 9
Глава 2 Основные сведения о стандартизации ..... 10
2.1, Понятие о стандартизации...............10
2.2. Государственная система стандартизации . . 12
2.3. Категории и виды стандартов............13
2.4. Стандартизация на предприятии..........15
Глава 3. Основные сведения о размерах и соединениях . . 17
3.1. Номинальный, действительный, предельный размеры........................................ 17
3.2. Предельные отклонения. Допуск размера . . 19
3.3. Графическое изображение размеров и отклонений ..........................................20
3.4. Понятия о посадках.........................23
3.5. Система отверстия и система вала...........27
Глава 4. Система допусков и посадок для гладких цилиндрических соединений...................................30
4 1. Понятия о системе допусков и посадок ... 30
4.2, ЕСДП СЭВ Основания для построения ... 31
4 3. Основные посадки в системе отверстия и си-
стеме вала. Обозначения на чертежах ... 40
4.4. Рекомендации по назначению " посадок ... 45
4.5. Допуски и посадки подшипников качения . . 56
4.6. Система ОСТ допусков п посадок.............65
4,7 Переход от посадок в системе ОСТ к посадкам в ЕСДП .....................................63
2$
4,8. Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками...................................74
4.9. Допуски и посадки деталей из пластмасс . * 77
Глава 5, Основы технических измерений.......................78
5,1. Понятие о метрологии.......................78
5.2. Методы и средства измерения................81
5.3. Погрешности измерений................ ... 83
п 5.4. Метрологические характеристики измерительных средств............................................86
5.5. Гладкие предельные калибры . . . . . 88
Глава 6. Универсальные средства для измерения линейных размеров............................................. 95
6.1. Плоскопараллельные концевые меры длины . 95
6.2. Штангспинструменты.........................97
6.3. Микрометрические инструменты .............101
6.4. Рычажко-механические приборы..............106
6.5. Оптико-механические приборы...............115
6.6. Пневматические приборы....................127
Глава 7. Допуски и средства измерения углов и конусов . . 130
7.1. Нормальные углы и нормальные конусности . 130
7.2. Точность угловых размеров.................134
7.3. Допуски и посадки комических соединений . . 138
7.4. Инструментальные конусы...................142
7.5. Измерения и контроль углов и конусов ... 144
Глава 8. Допуски формы и расположения поверхностей.
Волнистость и шероховатость поверхности . , . 148
8.1. Основные понятия об отклонениях формы . . 148
8.2. Отклонения от прямолинейности и плоскостности .......................................149
8.3. Отклонения формы цилиндрических поверхностей .... ..........................153
8.4. Отклонения расположения поверхностей ... 156
8.5. Независимые и зависимые допуски расположения поверхностей ............................ 163
8,6. Контроль независимых и зависимых допусков расположения ..................................167
8.7. Волнистость и шероховатость поверхности , . 169
300
8.8. Обозначение шероховатости поверхности на чертежах........................*..............176
8.9. Контроль и измерение шероховатости поверхности ....................................... 178
Глава 9. Допуски и посадки резьбовых соединений. Контроль резьб ........................................184
9.1. Назначение и классификация резьбовых соединений .... ........................184
9.2. Основные параметры метрической резьбы . 186
9.3. Влияние погрешностей параметров резьбы на свинчнваемость резьбового соединения . . . 188
9.4. Схема расположения полей допусков метрической резьбы..................................192
9.5. Посадки резьбы. Степени точности Обозначения на чертежах................................194
9.6. Контроль резьбы калибрами.................203
9.7. Измерение параметров резьбы...............204
Глава 10. Взаимозаменяемость и контроль зубчатых колес и передач............................................210
10.1 Разновидности зубчатых передач. Эвольвент-ная цилиндрическая зубчатая передача . . . 210
10.2. Допуски на цилиндрические зубчатые передачи ..........................................213
10.3. Принципы контроля зубчатых передач ... 217
10.4 Нормирование и контроль кинематической точности..................................... 218
10.5. Нормирование и контроль плавности работы . 225
10 6. Нормирование и контроль полноты контакта зубьев.........................................227
10.7. Нормирование и контроль бокового зазора . 229
Глава 11. Допуски и посадки шпоночных и шлицевых соединений и их контроль...............................231
11.1. Призматическое шпоночное соединение . , . 231
11.2. Контроль шпоночного соединения...........235
11.3. Шлицевое соединение......................236
11.4. Контроль шлицевого соединения............240
Глава 12. Размерные цепи............................ Л , 242
12.1. Основные понятия ........................242
301
12.2. Составление размерных цепей ...... 244
12.3. Расчет размерных цепей методом полной взаимозаменяемости .......... 245
12.4. Понятие о вероятностном расчете размерных цепей..........................................251
12.5. Расчет размерных цепей методами неполной взаимозаменяемости.............................253
Глава 13. Автоматизация и механизация контроля линейных размеров............................................., 259
13.1. Измерительные преобразователи . . . . tl 259
13 2. Устройства для активного контроля .... 265
13.3. Контрольные автоматы.....................269
13.4. Измерительные приспособления. Координатно-измерительные машины........................271
13.5. Измерительные устройства для гибких производственных систем...........................274
Глава 14. Основные сведения о единстве измерений . . . 276
14.1. Понятие о единстве измерений.............276
14.2. Поверка средств измерений. Поверочная схема..........................................277
14.3. Выбор средств измерений . ,..............278
Глава 15. Качество продукции .............................283
15.1. Показатели качества продукции............283
15.2, Оценка уровня качества продукции .... 284
15.3. Аттестация продукции ......... 286
15.4. Понятие о статистическом контроле качества продукции......................................288
15.5. Системы управления качеством продукции . 293
15 6. Государственная приемка продукции в машиностроении .................................. 294
Литература...............................................298
ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ЗАХАРОВ
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ, КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И КОНТРОЛЬ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Заведующий редакцией В. А. Кипрушев. Редактор М. С. Чернова. Младший редактор Л. Ю. Киреева. Художник серии В. И. Коломейцев. Художествен» ный редактор А. А. Власов. Технический редактор И. Г. Сидорова. Коррек» тер В. В. Безымянская
ИВ № 4796
Сдано в набор 04.09.69. Подписано к печати 08.02.90. М-19031. Формат ЫХ1081/а. Бумага тин. № 2. Гари, литсрат. Печать высокая. Уел. печ. л. 15,96. Усл. кр.-отт. 16,38. Уч.-изд. л. 15,61. Тираж 25 000 экз. Заказ К? 236. Цена 95 коп.
Леплздат, 19Ю23. Ленинград, Фонтанка, 59, Типография нм, Володарского Лсниздата, 191023, Ленинград, Фонтанна, 57,
Захаров В. И.
338 Взаимозаменяемость, качество продукции и контроль в машиностроении. — Л.: Леииздат, 1990. —302 с., ил.
ISBN 5-289-00352-5
В книге изложены основные вопросы взаимозаменяемости в машиностроении. Приведены сведения о Государственной системе стандартизации, качестве продукции, се аттестации, системе управления качеством Рассмотрены контроль линейно-угловых размеров, назначение измерительных средств в конкретных случаях. Изложена система контроля продукции ОТК. государственной приемкой.
Книга предназначена для молодых рабочих. Может быть использована учащимися среднетехнических учебных заведений.
; 2704090000—009
I---------------С 9 40
Ml 71 (03)-90
30.607