6.3.3 Вибір розмірів деталі та їх граничних відхилень

Выбор размеров. Размеры, наносимые на чертежи, должны выби­раться из рядов нормальных линейных размеров, предусмотренных в ГОСТ 6636—60. Соблюдение этого стандарта особенно важно для размеров, которые могут контролироваться нормальными предельными калиб­рами, так как этим ограничивается до минимума количество меритель­ного инструмента.

При разработке серии изделий параметры и числовые характери­стики (числа оборотов, мощности, скорости и т. д.), не являющиеся линейными размерами, должны образовать ряд, соответствующий ряду предпочтительных чисел по ГОСТ 8032—56.

Выбор предельных отклонений размеров. При разработке чертежей изделия конструктор обязан учитывать требования к взаимозаменяемости как изделия в целом, так и его составных частей.

Под полной взаимозаменяемостью изделия и его составных частей понимается возможность замены их другим изделием и другими ча­стями, изготовленными по тем же чертежам. Полная взаимозаменяе­мость является комплексным понятием, включающим размерную и функциональную взаимозаменяемость.

В частности размерная взаимозаменяемость характеризуется возможностью за­мены изделия или его части посредством разборки и сборки, не прибе­гая к какой-либо обработке, подбору или подгонке частей изделия, а также прибегая к замене других частей, сопряженных с заменяе­мой. При этом в собранном изделии должнь быть обеспечены необхо­димые зазоры и натяги в сопрягаемых деталях и правильные кинема­тические связи отдельных частей.

Изношенные (или поврежденные) в эксплуатации части изделия заменяются запасными. Запасные части должны быть полностью взаимозаменяемыми с соответствующими частями изделия. Взаимозаменяемость дает возможность организовать производство с использованием принципов разделения труда, специализации пред­приятий и широкого кооперирования.

Казалось бы, что взаимозаменяемость изделий и их частей должна получиться сама собой, поскольку нужные количества одноименных частей изготовляется по одним и тем же чертежам. Однако обеспечить такую взаимозаменяемость далеко не просто, так как при изготовле­нии деталей их нельзя получить абсолютно точными. Поэтому кон­структор должен указывать на чертеже величины допустимых погреш­ностей, при которых обеспечивается взаимозаменяемость составных ча­стей изделия и его качественная работа.

На основании этих указаний в производстве осуществляется выбор необходимого оборудования и режима работы, а также отбраковка непригодных для сборки деталей.

При назначении допустимых погрешностей конструктор, исходя из требований взаимозаменяемости, обязан выполнять следующие два условия:

1) на чертеже указывать наибольшие допустимые погрешности независимо от возможностей производства выполнить данную деталь с более высокой точностью;

2) требования точности изготовления не должны превышать воз­можностей производства.

На фиг. 143 показан характер изменения относительной величины стоимости обработки вала в зави­симости от требуемой точности изготовления. С повышением требуемой точности стоимость обработки может увеличиться в несколько раз. Конструктор обязан стремиться к тому, чтобы заданная им точность изготовления для большинства деталей не превышала экономической точности предполагаемого способа производства, т. е.

Хотя возможности увеличения допустимых погрешностей ограни­чены условиями взаимозаменяемости и требованиями качества изделий, в ряде случаев конструк­тор все же может путем выбора более удачного кон­структивного решения или только путем изменения на­несения размеров на чер­теже существенно увели­чить допустимые погрешно­сти и уменьшить, тем самым, стоимость изделия без сни­жения его качества и без потери взаимозаменяемо­сти. Правильно выбранными предельно допустимыми по­грешностями следует счи­тать самые большие погреш­ности, при которых обе­спечивается взаимозаменяе­мость и необходимое каче­ство.

При определении допустимых величин погрешностей размеров по­следние в зависимости от требований взаимозаменяемости делят на две категории: размеры функциональные и размеры свободные.

Предельно допустимые погрешности функциональных размеров рассчитываются исходя из условий собираемости или получения га­рантированных зазоров и натягов, а также условий выполнения дета­лями их основных функций (сюда относятся предельные отклонения длины болта, межосевого расстояния зубчатой передачи и др.). В неко­торых случаях этот расчет может сводиться к элементарно простым арифметическим действиям. В других, более сложных случаях расчет связан с анализом последствий всевозможных сочетаний различных предельных отклонений ряда размеров, образующих общую размер­ную цепь. Такой анализ при необходимости фиксируется в особом доку­менте, называемом расчетом размерных цепей.

Свободными называются размеры, не входящие в размерные цепи и не влияющие непосредственно на характер соединения деталей. Предельно допустимые погрешности таких размеров задаются исходя из минимальной экономической точности с учетом обеспечения необ­ходимой прочности, товарного вида и других заданных характеристик детали.

Предельно допустимые погрешности формы и расположения поверх­ностей в большинстве случаев определяются также условиями взаимо­заменяемости.

Стандартная система допусков и посадок предусматривает определенное расположение поля допуска в зависимости от вида посадки (с зазором, с натягом или промежуточная посадка).

Наиболее широкое распространение имеет система отверстия. Система вала применяется только в тех случаях, когда по сравнению с системой отверстия она имеет преимущества. В частности, система вала применяется при выборе предельных отклонений отверстия в кор­пусе детали под подшипник качения, где за счет выбора различных предельных отклонений отверстия при неизменном наружном диаметре подшипника конструктор имеет возможность изменять посадку в зависимости от условий работы подшипникового узла.

Посадка подшипника на вал осуще­ствляется по системе отверстия, так как изменение характера посадки может изменяться за счет изменения вала, при неизменных размерах внутреннего диаметра подшипника. При этом эффективно решается вопрос унификации подшипников, размеры которых не зависят от применения различных посадок. В некоторых случаях целесообразно применить вместо ступенчатого гладкий валик, а различные посадки этого валика во втулках получать за счет различных предельных от- . клонений втулок, — здесь также имеет смысл применение стандарт­ных допусков и посадок по системе вала.

Следует отметить следующее очень важное обстоятельство: как при системе отверстия, так и при системе вала, для подвижных поса­док стандартные предельные отклонения отверстия задаются со знаком плюс,а вала — со знаком минус. Это соответствует общему принципу выбора направления поля допуска «в тело» детали. Соблюдение такого принципа во всех случаях (в том числе и при назначении специальных предельных отклонений) дает гарантию собираемости изделия при одинаковых номинальных размерах сопрягаемых деталей, так как величина погрешности размера может влиять только на увеличение за­зора между сопрягаемыми поверхностями. Это обстоятельство суще­ственно упрощает размерные расчеты.

Выбор предельных отклонений для размеров радиусов должен производиться исходя из общих принципов направления поля до­пуска в тело детали (на фиг. 144 номинальный контур показан сплош­ными основными линиями, а контур, соответствующий предель­ным размерам радиусов — сплошными тонкими). Из сопоставления фиг. 144, айв видно, что в зависимости от того, какие поверхно­сти деталей сопрягаются при сборке и как нанесены размеры на чер­теже, знак предельного отклонения радиуса может быть разным.

Для сопряжения по типу фиг. 144, а радиус охватывающей по­верхности должен быть всегда меньше радиуса охватываемой, что в большинстве случаев обеспечивается не только за счет правильного выбора расположения полей допусков, но и за счет выбора разных номинальных размеров радиусов (фиг. 144, б).

Принцип направления поля допуска в тело применим также для размера уступа и размера, координирующего положение центра кривизны, если выбор знака предельного отклонения (+ или—) определяется исходя из условий собираемости (см. размеры 50⁺¹, 49_i, 30⁺¹ и 29_! на фиг. 144, в). Для свободных размеров уступов можно рекомендовать симметричное расположение поля допуска (см. размер 50±1 на фиг. 144, а).

Для расстояний между осями (отверстий, выступов и других по­добных элементов), между плоскостью и осью (отверстия, выступа или другого подобного элемента), а также для угловых размеров стандарт­ная система допусков и их условных обозначений, так же, как и общий принцип направления поля допуска в тело детали, неприменимы. Для таких размеров, как правило, допустимо симметричное располо­жение поля допуска (например, 50±0,2), обусловленное условиями собираемости.

Двухсторонние несимметричные предельные отклонения (напри­мер, 50-o'J) проставляются для размеров деталей, допуски на которые регламентированы особыми стандартами (отливки, фарфоровые детали и др.)» а также в случаях, когда это оправдано технологическими осо­бенностями (учет износа инструмента, усадки материала и т. п.).

Качество конструкции, ее техно­логичность и стоимость определяются не только конструктивными формами и размерами, но в значительной мере и правильно выбран­ными предельными отклонениями размеров. В ряде случаев конструк­ция, одобренная по своим эксплуатационным характеристикам, может оказаться совершенно неприемлемой для производства из-за непра­вильно назначенных предельных отклонений размеров.

Предельные отклонения размеров охватываемых и охватывающих поверхностей, как правило, должны выбираться из таблиц соответ­ствующих стандартов.

Для соединений с натягом или незначительным зазором выбираются одинаковые номинальные размеры для вала и отверстия, а необхо­димый натяг или зазор обеспечивается предельными отклонениями, соответствующими выбранной посадке (прессовой, скользящей, ходо­вой и др.). Для подобных посадок наибольшее распространение имеют 2—5-й классы точности (в исключительных случаях применяется 1-й класс точности).

Для соединений с большим зазором (например, для обычных бол­товых или заклепочных соединений) номинальный диаметр отверстия выбирается больше номинального диаметра вала, болта, заклепки, чем обеспечивается свободная сборка при относительно низкой, экономически целесообразной точности изготовления деталей. Для таких сборок отверстия обычно выполняются по 5-му, а иногда и по 7-му классу точности.

Предельные отклонения размеров, определяющих расположение отверстий, устанавливаются расчетным путем исходя из условий сво­бодной сборки.

Допуски размеров неохватывающих и нахватываемых поверхностей (уступы, глубины и т, п.), задаются с учетом значительных затрудне­ний в производстве, вызванных сложностью проверки таких размеров. Желательно допуски таких размеров задавать относительно более широкими. Правильность выбора предельных отклонений таких раз­меров проверяется расчетом размерных цепей.

В некоторых случаях допуски свободных размеров могут опреде­ляться технологическими требованиями, связанными с закреплением детали в приспособлении и т. п.

Специальные допуски (нестандартные) могут быть допущены только в случаях, обоснованных соответствующими расчетами или технической и экономической целесообразностью. Специальные до­пуски целесообразно, например, применять для деталей, точность изготовления которых может быть ниже самого низкого стандартного класса точности.

Стандартные предельные отклонения могут быть выбраны по системе отверстия или по системе вала, каждая из которых предусмат­ривает определенные предельные отклонения, дифференцированные в зависимости от класса точности, номинального размера и требуемой посадки (определенной величины зазора или натяга) сопрягаемых деталей.

Система отверстия характеризуется тем, что при заданном классе точности и заданном номинальном размере предельные отклонения отверстия остаются неизменными, а различные посадки получаются счет изменения предельных отклонений вала.

Система вала характеризуется тем, что при заданном классе точности и заданном номинальном размере неизменными остаются пре­дельные отклонения вала, а различные посадки получаются за счет изменения предельных отклонений отверстия.

В стандартных системах допусков исходят из сопряжения отверстия и вала, однако в понятие отверстия вкладывается любой охватываю­щий элемент детали (отверстие, ширина паза и т. п.), а в понятие вала - любой охватываемый элемент (вал, ширина выступа и т. п.).

При отсутствии особой оговорки подразумевается, что размеры деталей должны находиться в пределах заданных отклонений при температуре деталей +20°С. Это обстоятельство необходимо учиты­вать при контроле деталей и не производить измерений размеров высокой точности при большой разности температур детали и мери­тельного инструмента (например, при температуре вала +60°С и температуре калибра +20°С результат измерения Q) 180 дает по­грешность, в 2 раза превышающую допуск второго класса точности).

Иногда бывает необходимо некоторые размеры деталей, изготов­ляемых из войлока, резины и других подобных материалов, выпол­нять с относительно высокой точностью (например, внутренний диа­метр войлочного кольца для уплотнения вала должен быть выполнен достаточно точно, с тем чтобы кольцо плотно прилегало к поверхности вала). Однако даже легкая деформация этих деталей исключает воз­можность непосредственного контроля размеров с такой точностью. В таких случаях размер детали может быть проверен косвенно путем контроля точности инструмента, предназначенного для изготовле­ния этой детали, в соответствии с чем около соответствующих раз­меров можно рекомендовать делать приписку инстр. (например, ф 50⁺⁰¹¹ инстр,), а на поле чертежа дать указание типа Размеры с припиской шнстрл даны для инструмента.

Для легко-деформируемой детали сложной формы взамен предель­ных отклонений ее размеров допускается на поле чертежа давать указание о точности выполнения инструмента (прессформы и т. п.), предназначенного для изготовления этой детали.

Для сложного профиля недеформируемой детали, обработка и приемка которой производится с помощью контурных шаблонов (на­пример, профиль коллекторной меди, сложный контур фиксирующей зубчатки, конусная поверхность и др.), допускается размеры простав­лять также без предельных отклонений, а на поле чертежа указывать точность выполнения шаблона и метод контроля (без заметного про­света; с просветом, не превышающим определенной величины; без качки и т. п.).

Относительно предельных отклонений, которые могут быть про­контролированы только в процессе обработки детали, до снятия ее ^{Со ст}анка, на поле чертежа должна быть соответствующая оговорка типа Размер А контролируется только при обработке.

В таблицях 2—8 наведені приклади регламентації деяких технічних вимог на частку розмірів і поверхонь деталей. У таблиці 9 показано взаємозв'язок шорсткості із заданими відхиленнями форми і биття (радіального і торцевого).