29.Основні положення про взаємозамінність та система допусків і посадок.

Взаємозамі́нність — придатність об'єкта (машини, приладу, механізму, деталі та ін.) до використання замість іншого без змінення для виконання однакових вимог[1] при складанні, ремонті чи заміні.

Повністю взаємозамінними називаються деталі і вузли, що встановлюються при складанні без додаткових операцій по обробці, без регулювання та підбору.

Повна взаємозамінність можлива тільки коли розміри, форма, механічні, електричні й інші якісні і кількісні характеристики деталей і складальних одиниць після виготовлення знаходяться в заданих межах і зібрані вироби задовольняють технічним вимогам.

При повній взаємозамінності спрощується процес складання, а також ремонт виробів, тому що будь-яка зношена чи поламана деталь або складальна одиниця може бути замінена новою (запасною). Повну взаємозамінність економічно доцільно застосовувати для деталей, виготовлених з допусками квалітетів не вище 6-го.

Іноді для задоволення експлуатаційних вимог необхідно виготовляти деталі і складальні одиниці з економічно не прийнятими чи технологічно важко досяжними допусками. Такий випадок називаютьнеповною (обмеженою) взаємозамінністю.

У разі неповної взаємозамінності для одержання необхідної точності складання застосовують:

груповий підбір деталей (селективне складання) — метод складання машин і механізмів, при якому здійснюють відповідний підбір деталей, що працюють у парі. Деталі, які поступають на складання сортують за розмірними групами, всередині яких деталі, що сполучаються (охоплювана і охоплювальна) мають найсприятливіші для з'єднання дійсні розміри;

регулювання положення деяких частин виробів — необхідні характеристики досягаються регулюванням спеціального елемента шляхом зміни місця, положення або введення додаткового елементу;

припасування деталей — для досягнення заданих властивостей конструкції змінюють параметри елемента (заздалегідь призначеного), до необхідних значень для успішного збирання.

По відношенню до об'єкта розрізняють взаємозамінність зовнішню і внутрішню.

Зовнішня взаємозамінність — це взаємозамінність покупного виробу:

розмірна — мається на увазі взаємозамінність за розмірами і формою приєднувальних поверхонь;

параметрична — мається на увазі взаємозамінність виробу за експлуатаційними показниками.

Наприклад, в електродвигунах зовнішню взаємозамінність забезпечують за розмірами приєднувальних поверхонь (розмірна), а також, за частотою обертання вала і потужністю (параметрична).

Внутрішня взаємозамінність поширюється на деталь, складальні одиниці і механізми, що входять в об'єкт. Наприклад, кулькові підшипники мають повну зовнішню взаємозамінність, оскільки за своїм призначенням і монтажними розмірами взаємозамінні, але разом з тим окремі їхні частини (внутрішні і зовнішні кільця, кульки) не взаємозамінні між собою, оскільки подаються на складання тільки селективно підібраними комплектами, тобто не мають внутрішньої взаємозамінності (окремі частини кулькового чи роликового підшипників не взаємозамінні).

Основні переваги здійснення принципу взаємозамінності у сфері виробництва, експлуатації і ремонту полягають у наступному:

Спрощуються, прискорюються і здешевлюються проектно-конструкторські роботи із створення нових машин і механізмів, оскільки конфігурація, точність і технічні вимоги до основних елементів стандартизовані (різі, шліци, зубчасті передачі, шпонки, підшипники тощо).

Завдяки відсутності припасувальних робіт і обробки по місцю складання машин значно спрощується і створюється певний ритм складального процесу, що дає можливість підвищити продуктивність складальних робіт шляхом організації конвеєрного потокового виробництва.

Спрощується і здешевлюється виготовлення машини в результаті регламентації точності заготовок на всіх стадіях механічної обробки, застосування досконаліших методів контролю і здешевлення складання. Якість продукції стає стабільною, підвищується її надійність.

Незалежне виготовлення деталей машин створює широкі можливості для кооперації різних виробників, а отже, створює передумови високої спеціалізації виробництва та випуску уніфікованоїпродукції.

Здешевлюється експлуатація машин за рахунок прискорення ремонту і підвищення його якості.

Допуском називається різниця між найбільшим та найменшим граничними розмірами або алгебраїчна різниця між верхнім та нижнім граничним відхиленням.

Найбільший граничний розмір отвору (валу) дорівнює алгебраїчній сумі номінального розміру та верхнього граничного відхилення

Найменший граничний розмір отвору (валу) дорівнює алгебраїчній сумі номінального розміру та нижнього граничного відхилення.

D(d) – номінальний розмір отвору (валу), визначений виходячи з функціонального призначення деталі та служить відліком граничних відхилень розміри якого проставляються на кресленні.

Dr(dr) – реальний або дійсний розмір, отриманий вимірюванням з відповідною похибкою.

Поле допуску – це поле обмежене найбільшим та найменшим граничними розмірами або верхнім та нижнім граничним відхиленням.

Поле допуску – це поле обмежене найбільшим та найменшим граничними розмірами або верхнім та нижнім граничним відхиленням.

“Отвір” – це поверхня, що охоплює

“Вал” – це поверхня, що охоплюється.

Посадка – характер з’єднання двох деталей. Посадки бувають: - з зазором; -з натягом; -перехідна.

Посадки з натягом утворюються, якщо розмір вала більший розміру отвора.

Перехідна посадка. Характеризується найбільшим зазором та найбільшим натягом.  При перехідних посадках поля допусків отвору та вала перетинаються повністю або частково.

Посадки в системі отвору – зазори та натяги утворюються шляхом з’єднання основного отвору з різними валами

30. Скло, його основні частини. Одержання і властивості

Скло (неорганічне скло) — тверда аморфна речовина, прозора, в тій чи іншій частині оптичного діапазону (в залежності від складу), отримана під час застигання розплаву, що має склотвірні компоненти[1].

Склотвірний компонент — речовина (оксид, сульфід, селенід, телурид чи фторид елементу), яка в процесі застигання розплавленої маси утворює скло[1].

Під склом розуміють сплави різних силікатів з надлишком діоксиду силіцію. Розплавлене скло не відразу твердне при охолодженні, а поступово збільшує свою в'язкість, аж поки не перетвориться в однорідну тверду речовину. Скло при твердінні не кристалізується, тому воно не має різко вираженої точки плавлення. На відміну від кристалічних матеріалів скло, при нагріванні у відповідному температурному інтервалі розм'якшується поступово, переходячи з твердого крихкого стану у тягучий високов'язкий і далі — у текучий стан — скломасу

Походження та застосування

У природі скло зустрічається у складі вулканічних порід, які швидко охололи з рідкої магми при взаємодії з холодним повітрям чи водою. Іноді скло зустрічається у складі метеоритів, розплавлених при проходженні атмосфери.

Коли встановили ідентичність будови, складу і властивостей звичайного силікатного скла низці мінералів, останні стали кваліфікуватись як різновиди його природні аналоги, отримуючи назви відповідно до умов формування: вулканічне скло (пемза, обсидіани, пехштейн та ін.), скло метеоритного походження — тектит (молдавіти, лівіти та ін.).

Скло, що використовується у промислових масштабах — матеріал штучного походження, якому властиві такі основні характеристики, як прозорість, твердість, хімічна стійкість, термостійкість. Крім того, скло має властивості, які обумовлюються його прозорістю, електричними та термомеханічними параметрами. Завдяки цьому скло широко використовують майже у всіх галузях техніки,медицині, у наукових дослідженнях та у побуті.

Отримання

При виробництві скла використовують:

головні або склотвірні матеріали, до яких належать кварцовий пісок, сода, вапняк, доломіт, поташ, бура, каолін, пегматит, свинцевий сурик тощо;

допоміжні матеріали, до яких належать сульфат натрію, селітра, триоксид миш'яку і сурми (для просвітлення скла), фториди, перекис марганцю, селен та інші речовини (для знебарвлювання скла), оксиди хрому, міді, кобальту, заліза (барвники).

За видом основних склотвірних матеріалів розрізняють такі класи скла[5]: елементарні, оксидні, галогенідні, халькогенідні, металеві, сульфатні, нітратні, карбонатні та ін.

скло елементарне — здатні утворювати лише невелике число елементів: сірка, селен, миш'як, фосфор, вуглець. Склоподібні сірку і селен вдається отримати при швидкому переохолодженні розплаву; миш'як — методом сублімації у вакуумі; фосфор — при нагріванні до 250 °C під тиском понад 100 МПа; вуглець — в результаті тривалого піролізу органічних смол. Промислове застосування знаходить скловуглець, що має унікальні властивості, котрі перевершують властивості кристалічних модифікацій вуглецю: він здатний залишатися в твердому стані аж до 3700 °C, має низьку густину (близько 1500 кг/м3, має високу механічну міцність, електропровідність та хімічну стійкість.

скло оксидне (наприклад, скло силікатне та його різновиди), являють собою великий клас сполук. Найлегше утворюють скло оксиди SiO2, CeO2, B2O3, P2O5, As2O3. Велика група оксидів — TeO2, TiO2, SeO2 WO3 MoO3, Bi2O3, А12O3, Ga2O3, V2O5 — утворює скло при сплавленні з іншими оксидами або сумішами оксидів. Наприклад, легко утворюється скло в системах СаО—Al2O3, СаО—А12O3—В2O3, Р2O5—V2O2, MemOn—P2O5—V2O5, де MemOn — різні модифікуючі оксиди.

скло галогенідне (фторберилатне), яке отримують на основі склотвірного BeF2 компонента. Багатокомпонентні склади фторберилатних видів скла містять також фториди алюмінію, кальцію, магнію, стронцію, барію. Фторберилатние скло знаходить практичне застосування завдяки високій стійкості до дії жорстких випромінювань, включаючи рентгенівські промені, і до таких агресивних середовищ, як фтор і фтористий водень;

скло халькогенідне, яке отримують в безкисневих системах типу As—X, Ge—As—X, Ge—Sb—X, Ge—P—X (де X: S, Se, Te) та ін. Халькогенідне скло має високу прозорість в інфрачервоній області спектру, має електронну провідність, проявляє внутрішній фотоефект.

Види скла, отримані на основі нітратних, сульфатних і карбонатних сполук представляють науковий інтерес, але практичного застосування поки не знайшли.

Кожен із склотвірних оксидів може утворювати скло в комбінації з проміжними або модифікувальними оксидами. Скло отримує назву за видом склотвірного оксиду: силікатне, боратне, фосфатне, германатне і т.д. Практичне значення мають види скла простих і складних складів, що належать до силікатної, боратної, боросилікатної, фосфатної, германатної, алюмінатної, молібдатної, вольфраматної та інших систем.

Виробництво скла полягає у підготовці (просіюванні, сушінні, змішуванні) сировинних матеріалів, плавленні їх у скловарних печах з одержанням скломаси, формуванні з неї (пресуванням,прокаткою, видуванням та іншими способами) скляних виробів, відпалі їх (при нагріванні до температури 450...600 °C і поступовому охолодженні), щоб запобігти розтріскуванню, а також у механічній, хімічній, термічній або термохімічній обробці. Скло буває прозорим і непрозорим, забарвленим і безбарвним.

Фізико-механічні властивості скла

Густина скла залежить від його хімічного складу. Вважається, що мінімальну густину має кварцове скло — 2203 кг/м3. Найменшу густину має боросилікатне скло, і, навпаки, густина скла, що містять оксиди свинцю, вісмуту, танталу сягає 7500 кг/м3. Збільшення густини при введення модифікаторів викликано заповненням порожнин просторового метало-силікатного каркасу, в результаті чого збільшується величина маси одиниці об'єму. Густина звичайних натрій-кальцій-силікатних видів скла, в тому числі віконних, коливається в межах 2500…2600 кг/м3. При підвищенні температури з кімнатної до 1300 °C густина більшості видів скла зменшується на 6…12 %, тобто в середньому на кожні 100 °C густина зменшується на 15 кг/м3. Табличні значення густини скла знаходяться у діапазоні від 2400 до 2800 кг/м3. Значення густини загартованих і відпалених зразків скла розрізняються на 0,08…0,09 кг/м3 одиниць другого знака після коми. В загартованому склі зафіксовано структуру розплаву, котра має більший об'єм у порівнянні із структурою відпаленого скла.

Пружність скла також залежить від його хімічного складу і модуль Юнга для силікатного скла може змінюватися від 48 ГПа до 83 ГПа, модуль зсуву — 22…32 ГПа, коефіцієнт Пуассона — 0,17…0,3. Наприклад, у кварцового прозорого скла модуль Юнга становить 71,4 ГПа. Залежність модулів пружності від хімічного складу скла є неоднозначною. При збільшенні у складі скла вмісту оксидів лужних металів модулі пружності зменшуються, так як міцність зв'язків MeO значно менша від міцності зв'язку SiO. Уведення у склад до 12 % CaO чи B2O3, а також оксидів лужноземельних елементів Al2O3 та PbO сприяє зростанню модуля Юнга. Модуль пружності скла після гартування зростає на 8…10 %.

Міцність. Вироби зі скла здатні витримувати набагато вищі напруження на стиск, ніж на розтяг. Для звичайного скла границя міцності на стиск становить у залежності від складу від 500 до 2500 МПа (у віконного скла близько 1000 МПа), на згин — 0,03…0,12 МПа. Шляхом загартовування скла вдається підвищити його міцність у 3 — 4 рази. Також значно підвищує міцність скла обробка його поверхні хімічними реагентами з метою видалення дефектів поверхні (найдрібніших тріщин, подряпин і т. д.).

Твердість скла, як і багато інших властивостей, залежать від виду та вмісту домішок. За шкалою Мооса твердість скла становить 6-7 од., що знаходиться між твердістю апатиту і кварцу. Найтвердішими є кварцове скло, малолужне боросилікатне скло із вмістом Al2O3 до 10…12 % та алюмосилікатне скло з високим вмістом Al2O3. Зі збільшенням вмісту лужних оксидів твердість скла зменшується. Найм'якішими буде свинцеве скло.

Крихкість. В діапазоні відносно низьких температур (нижче температури плавлення) скло руйнується від механічного впливу без помітної пластичної деформації і, тому належить до ідеально крихких матеріалів (поряд з алмазом та кварцом). Дана властивість може бути охарактеризована питомою ударною в'язкістю. Як і у попередніх випадках, зміна хімічного складу дозволяє регулювати і цю властивість: наприклад, введення брому підвищує міцність на удар майже удвічі. Силікатні види скла мають ударну в'язкість в межах 1,5…2,0 кН/м, чим у 100 разів поступаються залізу.

Теплопровідність скла досить незначна і становить 0,0017…0,032 кал/(см·с·град) або від 0,711 до 13,39 Вт /(м·К). У віконного скла ця цифра дорівнює 0,0023 кал/(см·с·град) чи 0,96 Вт /(м·К).

Електро-фізичні властивості

Залежно від складу і від температури навколишнього середовища скло можуть бути ізолятором (діелектриком), напівпровідником і провідником струму.

Електропровідність]

Велика група оксидних видів скла (силікатні, боратні, фосфатні та ін.) належить до класу ізоляторів, що обумовлено високими значеннями ширини забороненої зони. При кімнатній температурі питома об'ємна електропровідність силікатного скла лежить в межах 10-7...10-15 Ом-1 м-1.

Встановлено, що носіями струму в оксидних видах скла є катіони лужних або лужноземельних металів. Низька електропровідність оксидного скла обумовлена малою рухливістю катіонів. Підвищення температури супроводжується зниженням в'язкості, збільшенням рухливості носіїв струму, в результаті чого електропровідність зростає на декілька порядків.

Кварцове скло є майже ідеальним ізолятором серед силікатних видів скла. Його електропровідність при кімнатній температурі становить 10-18 Ом-1·м-1, а при 800 °C 10-4 Ом-1·м-1.

В результаті адсорбції вологи, а також продуктів хімічної взаємодії поверхні з вологою повітря на поверхні виробів створюється електропровідний шар. У багатьох випадках цей процес є небажаним, оскільки негативно позначається на ізоляційних властивостях скла. Підвищення вмісту в склі оксидів лужних металів прискорює реакцію гідролізу поверхневого шару скла. Введення у склад скла оксидів BaO, MgO, ZnO, PbO до 10...15 % замість SiO2 або спеціальна обробка поверхні парою кремнійорганічних сполук сприяє зниженню поверхневої провідності.

Діелектричні властивості скла

Силікатні види скла при температурах нижчих за температуру склування (Tg) належить до класу діелектриків.

Діелектрична проникність скла залежить від його складу, змінюючись для силікатного скла від 3,8 (для кварцового) до 16,2 (для скла з високим вмістом оксидів важких металів) і мало залежить від температури аж до 400...500 °С.

З підвищенням частоти поля діелектрична проникність зменшується. Найінтенсивніше цей ефект спостерігається в області низьких частот від 0 до 103 Гц, в той час як в інтервалі 103...1010 Гц це зменшення (при нормальній температурі) не перевищує 10%. З підвищенням температури діелектричні втрати інтенсивно збільшуються і, як наслідок, діелектрик розігрівається.

Електрична міцність

Електрична міцність скла при тепловому пробої зменшується зі збільшенням товщини зразка внаслідок погіршення відводу тепла від внутрішніх шарів виробу.

У змінному електричному полі розігрівання діелектрика здійснюється інтенсивніше (додаються діелектричні втрати), в результаті чого електрична міцність скла в змінному полі нижча, ніж у постійному. Тепловий механізм пробою характерний як для діелектриків, що мають при звичайних умовах досить високе значення електропровідності. Електрична міцність скла при тепловому пробої становить 104...105 кВ·м-1.

Гігієнічні характеристики

Скло не виділяє шкідливих речовин, не має запаху, забезпечує тривале зберігання продуктів, добре миється та дезінфікується, легко утилізується, має добрі декоративні можливості. Крім того скляна промисловість забезпечена найбагатшими сировинними ресурсами.

Природні властивості скла та його аморфність наділяють цей матеріал крихкістю, але в той же самий час відсутність кристалічної ґратки надає унікальну можливість використати скло в медицині.

Скло надзвичайно стійке до різноманітних реагентів (за винятком плавикової кислоти), а також до дій атмосферних явищ. Дуже високі санітарно-гігієнічні властивості скла дають можливість використовувати його не тільки для приготування їжі, але й для довготермінового зберігання продуктів — соління, маринади, компоти, варення, джеми, прянощі тощо. Закорковані у скляних пляшках вина зберігаються багато років, навіть століття, не втрачаючи своїх властивостей. Парфуми ж виготовляють виключно у скляному посуді, бо скло нейтральне хімічно й енергетично, що дає можливість зберегти повний букет ароматів, закладений виробником, а нам — скористатися вишуканим парфумом без будь-яких сторонніх домішок. До речі, знайдені археологами пахощі в скляних пляшечках також зберегли свої властивості, не зважаючи на тисячоліття проведені здебільшого під землею. Скляний посуд використовується багаторазово, адже він добре миється, його можна мити як рідкими, так і абразивними мийними засобами, обробляти парою, кип'ятити (дотримуючись обережності) для повного винищення бактерій і будь-яких небажаних запахів.