Основы взаимозаменяемости

(взаимозаменяемость, точность, цена, точность форм и положения, допуски и посадки, практические рекомендации)

Взаимозаменяемостью изделий (машин приборов, их частей), называют их свойство равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным изделием.

Взаимозаменяемость бывает:

• полная – когда любая из обрабатываемых деталей соответствует всем требованиям (самый характерный пример – резьбовые соединительные детали: болты, гайки, шайбы и т.д.);

• неполная (частичная) – когда необходим предварительный подбор присоединяемых деталей (например, селективная сборка подшипников качения, с рассеиванием составных деталей подшипников по группам).

Кроме того принято различать взаимозаменяемость:

• внешнюю – взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (по габаритам, присоединительным размерам, эксплуатационным показателям, например, электродвигатели, электролампы, подшипники, шпонки, резьбовые детали, блоки электронных приборов и т. д.);

• внутреннюю – распространяемую на детали, сборочные единицы, механизмы, входящие в изделие (чаще всего это взаимозаменяемость внутри одного предприятия).

Уровень взаимозаменяемости характеризуется коэффициентов взаимозаменяемости к_в ,который должен быть максимально приближен к 1, и представляет собой отношение трудоемкости изготовления взаимозаменяемых деталей к суммарной трудоемкости изготовления изделия. В машиностроении этого достичь трудно, но к этому приближаются при массовом производстве машин и механизмов. Примером изделия с к_в=1 может служить компьютер, собираемый из полностью взаимозаменяемых узлов, причем с развитием техники эти узлы становятся все более крупными, а их количество уменьшается (блочный принцип сборки, ремонта и эксплуатации).

Принято считать, что впервые взаимозаменяемое производство возникло в 1761 году на Тульском, а затем Ижевском заводах при производстве ружей.

Понятие размера

Размеры бывают:

1. определяющие точность детали;

2. определяющие точность расположения поверхностей друг относительно друга;

3. координирующие и сборочные размеры;

4. габаритные и монтажные размеры;

5. технологические размеры.

Каждый из видов размеров важен на своем этапе жизненного цикла изделия от изготовления (технологические) до контроля, сборки и эксплуатации.

Кроме того принято различать следующие виды размеров, определяющих точность деталей:

Номинальный размер (обозначаемый D – внутренний диаметральный размер - отверстие, d – наружный диаметральный размер - вал, l – размер линейный и т.д.) – общий для деталей соединения основной размер полученный в результате расчета (на прочность, жесткость и т.д.) и округленный в соответствии с действующим стандартом (ряды R 40, 20,10, 5). Номинальный размер служит началом отсчета отклонений, относительно его определяют предельные размеры.

Действительный размер – это размер полученный в результате обработки и измеренный с допустимой погрешностью.

То есть если номинальный размер это всегда конкретное, стандартное число, то действительный размер мы никогда со 100% точностью узнать не можем, слишком от многого числа факторов он зависит (точность прибора, сноровка и квалификация и психофизическое состояние контролера, используемые приспособления, температура, положение измеряемой детали, время и т.д.). Таким образом действительный размер может быть определен лишь с какой-то вероятностью, а во всех используемых схемах измерения используются многократные повторные измерения, чтобы избежать ошибки.

Реальные детали образованы цилиндрическими, коническими, плоскими, сферическими и другими видами поверхностей. При этом также различают номинальные поверхности (идеальные) и действительные поверхности (изготовленные на каком либо оборудовании). Чем ближе действительная поверхность к номинальной - тем точнее деталь, тем большего количества переходов при обработке она требует, тем она дороже.

Предельные размеры детали – два предельно допускаемых размера между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали (D_max и d_max наибольшие предельные размеры отверстия и вала соответственно; D_min и d_min наименьшие предельные размеры отверстия и вала соответственно). То есть это размеры допускаемые требованиями чертежа. Но на чертежах неудобно показывать сразу три размера (номинальный, наибольший, наименьший), поэтому для упрощения чертежей введены понятия: верхнее предельное отклонение ES, es; нижнее предельное отклонение EI, ei (отверстие и вал соответственно).

ES=D_max – D; es=d_max – d

EI=D_min – D ei=d_min – d

На чертежах размеры и их отклонения проставляются в милиметрах по следующей схеме : D^ES_EI (например, 50^+0,005_-0,020). Возможно обозначение предельных отклонений в виде шифра (например, Ø50h8, Ø50H7 – вал и отверстие соответственно), или одновременно шифра и цифр (например, Ø50h8(-_0,42), Ø50H7(^+0,030)).

Предельные отклонения размеров и действительные размеры можно изображать графически в виде схемы полей допусков, где нулевая линия – линия соответствующая номинальному размеру, положительные отклонения – вверх, а отрицательные – вниз.

Д опуск (Т – toleranse, IT – international toleranse) – разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями размеров, или между верхним и нижним предельными отклонениями.

TD = D_max – D_min= ES – EI

Td = d_max – d_min= es – ei

Допуск всегда величина положительная.

Термин «вал» обозначает наружные (охватываемые) элементы поверхностей деталей. (Основной вал – верхнее отклонение es=0).

Термин «отверстие» - внутренние (охватывающие) элементы поверхностей деталей. (Основное отверстие – нижнее отклонение EI=0).

Две или несколько подвижно соединенных деталей называют – сопряженными. По характеру сопряженных деталей соединения бывают: цилиндрические, плоские, конические, сферические, сложные.

Посадка - характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов, характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления взаимному смещению. Пример записи посадок

Ø60 ; Ø60 ; Ø60 ; Ø60 ; Ø60 .

Преимущества полной взаимозаменяемости:

• упрощается процесс сборки;

• сборка точно нормируется во времени и может быть организована поточная, автоматическая сборка;

• обеспечивается широкая специализация и кооперация заводов;

• упрощается ремонт изделий.

Полную взаимозаменяемость целесообразно применять для деталей не точнее 5-6 квалитета, в условиях массового или крупносерийного производства для сравнительно несложных изделий.

Неполная взаимозаменяемость осуществляется не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам. В этом случае для получения требуемой точности сборки применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку и другие дополнительные технологические мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц или изделий. /Например – сборка подшипников качения/.

Под точностью понимают степень приближения размеров, формы, взаимного расположения поверхностей детали к номинальным, регламентированным. Под точностью измерения понимают степень приближения действительного измеренного размера к истинному их значению.

Для обеспечения взаимозаменяемости необходимо в пределах соответствующего поля допуска выдержать не только отклонения размеров но и отклонения формы (FT), волнистости, шероховатости, расположения поверхностей (осей) (РТ).

СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК ДЛЯ ГЛАДКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

Системой допусков и посадок (СДП) называют совокупность ядов допусков и посадок, закономерно построенных на основании опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов.

Ранее в стране применялись СДП, оформленные соответствующими ОСТ и ГОСТами. Наиболее распространенными в мире в настоящее время являются СДП, предусмотренное ИСО (International standart organization ).

В Украине в настоящее время применяется единая система допусков и посадок (ЕСДП). В ИСО и ЕСДП установлены допуски и посадки для диапазонов размеров:

менее 1 мм; свыше 1мм - 500 мм, свыше 500 мм - 3150 мм, дополнительно в ЕСДП - свыше 3150 мм -10000 мм.

Основными стандартами являются: ГОСТ 25346-82 - ГОСТ 25347-82 - ГОСТ 25348-82

Предусмотрены допуски и посадки для гладких, резьбовых соединений, зубчатых передач и т.д.

К основным принципам построения СДП ИСО относятся: