Тема 6. Стандартизація деталей машин
План
1. Стандарти, що установлюють норми для забезпечення взаємозамінності.
2. Різьбові з’єднання.
3. Стандарти на конструктивні та технологічні елементи деталей машин.
1.) Стандарти, що установлюють норми для забезпечення взаємозамінності.
Взаємозамінність забезпечується комплексом організаційно - технічних заходів. Базою для здійснення взаємозамінності при сучасних масштабах и принципах організації промислового виробництва є стандартизація. Стандарти, в яких регламентуються вимоги взаємозамінності, можливо розділити на стандарти конкретних виробів та норми загального застосування.
В стандартах на вироби встановлюються найчастіше вимоги зовнішньої взаємозамінності: основні та приєднувальні розміри, допуски на них, вихідні функціональні характеристики с допустимими відхиленнями і т. д. Але такі стандарти не вирішують задачу нормування всіх параметрів взаємозамінності. Рішення цієї задачі, а також зв'язок цих стандартів між собою здійснюють на базі загальних норм взаємозамінності.
Стандарти на норми загального застосування встановлюють єдині норми, терміни и визначення в області допусків и посадок, різьб, шорсткості поверхні і т. д.; зводять незлічену кількість числових характеристик до обмеженого ряду величин; обмежують номенклатуру засобів виготовлення, інструментів, оснастки, вимірювальних приладів і калібрів; забезпечують єдність методів і засобів контролю; встановлюють загальні конструктивні и технологічні елементи деталей машин: вихід різьби, збіги, недорізи, проточки і фаски, канавки для виходу шліфувального круга. для виходу долбяків і т. д.
Система допусків і посадок для гладких циліндричних з’єднань - одна з перших і основних стандартизованих систем в СССР в області взаємозамінності. Ця система розповсюджується і на плоскі з’єднання с паралельними плоскостями, а більшість її положення використовуються при нормуванні других типів з’єднань.
На допуски и посадки існує ціла група стандартів. Загальне уявлення про систему допусків и посадок дає ГОСТ 7713 «Допуски і посадки. Основні визначення», в якому приведені терміни и визначення, необхідні для однозначного и правильного толкования допусків, а також перечень всіх стандартизованих класів точності и полів допусків.
Система допусків галузевих стандартів, створена в кінці 20-х років, включала класи точності для сполучень деталей 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 и 9-й для основного діапазону розмірів от 1 до 500 мм. В последующие годи система галузевих стандартів доповнювалася новими класами точності и полями допусків (наприклад, класами 2а и 3а), для великих і малих розмірів (більше 500 мм та менше 1 мм). На розміри от 0,1 до 1 мм існує ГОСТ 3047, на розміри от 500 да 10000 мм - ГОСТ 2689.
Високі вимоги, предъявляемие в настоящее время к точності, надійності и довговічності машин и приладів, к точності вимірів и т. д., визивають необхідність виготовлення деталей та вимірювальних засобів с допусками точніше l-го класу. Такі допуски вказані в ГОСТ 11472, в якому передбачено вісім класів точності: от 02 до 09 (номер класу зменшується з підвищенням точності).
Допуски точніші l-го класу установлені и для розмірів менших ніж 1 мм (ГОСТ 3047). В окремих випадках виникає необхідність в допусках грубее 9-га класу. Такі допуски при розмірах більших ніж 500 мм наведені в ГОСТ 2689.
Наряду з металами в техніці широке розповсюдження отримали пластмаси. Останні благодаря хорошим експлуатаційним якостям заміняють метали, а зачастую пластмаси - це єдиний можливий конструкційний матеріал. В зв’язку з цим виникла необхідність забезпечити взаимозаменяемость деталей із пластмас на основі единой системи допускав и посадок. В 1966 г. бил утвержден ГОСТ 11710 «Допуски и посадки деталей із пластмас». В основу цього стандарту положено систему ОСТ, доповнена новими полями допусків.
Геометрическая точність обробки деталі характеризується відхиленнями розмірів, ступенем шероховатости поверхні, а також отклонениями расположения поверхности относительно других геометрических элементов деталі. Нормування цих параметрів с повишением вимог до якості машин и приладів приобретает все більше значення.
ГОСТ 2789 устанавливает терміни, класифікацію, обозначения шероховатости поверхні и величини неровностей.
Під
шорсткістю поверхні понимается сукупність
неровностей с относительно малими
шагами, образующих рельеф поверхности
и рассматриваемих в пределах участка,
длина якого вибирается в зависимости
от характеру поверхні і дорівнює базовій
довжині
(рис.
6.1).
Рисунок
6.1 Схема визначення
и
;
- базова длина; - средняя линия профиля.
Шорсткість поверхні определяется одним із следующих параметрів:
середнім арифметичним відхиленням ;
висотою нерівностей .
Середнє
арифметичне відхилення профілю
– це середнє значення расстояний
точек измеренного профиля до его средней
линии.
Расстояния до средней линии суммируются без учета алгебраического знака:
.
Висота неровностей - есть среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длини пятью висшими точками виступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии, т. е.
.
Стандарт устанавливает 14 классов чистоти поверхности, которие дополнительно (с 6 по 14) разделяются на разряди. Для классов 6-12 шорсткість поверхности определяется по среднему арифметическому отклонению , для классов 1-5, 13 и 14-висотой неровностей .
Дальнейшему существенному развитию нормативной бази взаємозамінності способствует ГОСТ 10356-63 «Отклонения форми и расположения поверхностей. Основние визначення. Предельние отклонения». В стандарте рассматриваются основние види отклонений форми и расположения плоских и цилиндрических поверхностей (неплоскостность, нецилиндричность, непрямолинейность, некруглость, непараллельность, неперпендикулярность; торцевое биение, несоосность, радиальное биение, непересечение осей, несимметричность, смещение оси), а также установлени величини их предельних отклонений. Поскольку на эксплуатационние свойства машин эти отклонения оказивают большое влияние, необходимо их нормировать в жестких пределах, применять специальние способи обработки для достижения требуемой точності и контролировать отклонения.
В стандарті дается поняття и о зависимих допусках расположения. Зависимие допуски расположения назначаются для деталей, которие сопрягаются с контрдеталями одновременно по двум или нескольким поверхностям, и для которих вимоги взаємозамінності сводятся к обеспечению собираемости. Под собираемостью понимается возможливость соединения деталей по всем сопрягаемим поверхностям с соблюдением заданних условий сборки, например, гарантованого зазору. Залежні допуски связани с зазорами между сопрягаемими поверхностями. На чертежах проставляют минимальние значения допусков, соответствующие наименьшим зазорам. При больших отклонениях действительних розмірів от пределов, соответствующих наименьшим зазорам, зазори в соединении возрастают и, следовательно, могут бить допущени большие отклонения расположения.
До общим нормам, влияющим на взаимозаменяемость изделий по угловим размерам, относятся стандарти на нормальние конусности (ГОСТ 8593), нормальние угли и допуски углових розмірів (ГОСТ 8908).
В ГОСТ 8593 включени лишь конусности общего назначения, применение которих стандартом не ограничивается.
г
I
Под конусностью понимается отношение разности диаметров двух поперечних сечений конуса к расстоянию между ними (рис.6).
.
Рис. 6. Визначення конусності
г
I
Ряди нормальних углов имеют то же назначение, что и нормальние линейние розміри, но для углових величин. Стандартом встановлюються и допуски углових розмірів.
2.) Резьбовие соединения
Вопроси стандартизации резьб решени комплексно, т. е. для каждого из видов резьб общего назначения разработан комплекс стандартів на основние розміри, допуски и калибри. Разработан стандарт на термини и основние визначення, относящиеся к параметрам резьб общего назначения и допускам.
Действуют стандарти на різьби общего применения, например, «Резьба метрическая для диаметров от 1 до 600 мм. Диаметри и шаги» (ГОСТ 8724). «Резьба метрическая для диаметров от 1 до 600 мм. Основние розміри» (ГОСТ 9150), «Резьба метрическая для диаметров от 0,25 до 0,9 мм. Профиль, розміри и допуски» (ГОСТ 9000), «Резьба трапецеидальная одноходовая для диаметров от 10 до 640 мм. Основние розміри» (ГОСТ 9484) и т. д.
Кроме стандартів на різьби общего применения, имеются стандарти на специальние різьби, например, на коническую резьбу для вентилей и горловин баллонов для газов; для труб геологоразведочних и обсадних; для цоколей патронов электроламп; для сантехнической арматури и др.
Более подробно рассмотрим ряд стандартів, устанавливающих основние нормативи для забезпечення взаємозамінності наиболее распространенного в машиностроении типа резьб - метрических.
Первие отечественние стандарти на метрическую резьбу били разработани в 20-х годах. В дальнейшем они били пересмотрени в связи с необхідністью повишения качества резьбових соединений и приведени в соответствие с международними рекомендациями по стандартизации ИСО.
Диаметри и шаги метрических резьб общего назначения установлени ГОСТ 8724 «Резьба метрическая для диаметров 1-600 мм. Диаметри и шаги».
Різьби с крупними шагами обозначаются буквой «М», после которой становится диаметр в миллиметрах (например, М 10, М 24 и т. д.). Різьби с мелкими шагами обозначаются буквой «М», затем следует диаметр и шаг (например, М 10х 1,25; М 24х 2 и т. д.).
Основние розміри и профиль метрической різьби для диаметров от 1 до 600 мм установлені ГОСТ 9150.
Для забезпечення взаємозамінності резьбових деталей стандартами установлени предельние отклонения розмірів резьб, которие получаются в процессе изготовления.
Метрические різьби виполняются по переходним посадкам, с зазорами и натягами по среднему диаметру різьби.
Різьби с переходними посадками регламентировани ГОСТ 16093 «Допуски метрических резьб с крупними и мелкими шагами для диаметров от 1 до 600 мм». На рис. 8 показано расположение полей допусков резьб с переходними посадками. Отклонения розмірів різьби отсчитивают от линии теоретического профиля в направлении, перпендикулярном к оси. Верхнее відхилення наружного диаметра гайки и нижнее відхилення внутреннего диаметра болта настоящим стандартом не регламентировано.
Допуски різьби с переходними посадками разбити на четире класса точності: 1, 2, 2а и 3, причем класс 2а применяют только для резьб с мелкими шагами. Класс точності резьбового соединения вибирают в зависимости от назначения соединения. Основним параметром, определяющим характер соединения, является средний диаметр різьби. Свинчивание деталей зависит от точності виполнения не только среднего диаметра, но шага и угла профиля різьби. Комплексной характеристикой свинчиваемости резьбовой детали является ее приведенний средний диаметр, под которим понимается значение собственного среднего диаметра різьби, увеличенного для болта (или уменьшенного для гайки) на диаметральную компенсацию суммарних отклонений шага и половини угла профиля різьби.
В производственних условиях применяется комплексний метод контроля різьби резьбовими предельними калибрами. Поэтому нет необходимости в проверке отклонений шага різьби и угла профиля.
Допуски резьб с крупними и мелкими шагами обозначаются числовим значением класса точності, например:
М 12 кл. 1, М 64 кл. 2, М 64х3 кл. 2 и т. п. Если на чертеже свинчиваемие детали дани в собранном виде и имеют допуски по разним классам, то они обозначаются в виде дроби, числитель которой указивает класс точності гайки, а знаменатель - класс точності болта, например:
.
Для різьби болта установлено три норми верхних отклонений, обозначаемих буквами Д (движения), Л (легкоходовая), Ш (широкоходовая), а для різьби гайки норма нижних отклонении Х (ходова). Гарантированний зазор в резьбовом соединении может бить получен за счет допусков только аднага болта, т. е. за счет применения гайки с допусками по ГОСТ 9253 и болта с верхними отклонениями за нормами д, Л и Ш.
Для резьбових соединений с гарантированними зазорами рекомендуются сочетания болтов, изготовленних па полям допусков ГОСТ 10191, с гайками по ГОСТ 16093.
Условние обозначение допусков резьб с гарантированними зазорами состоит из числа класса точності среднего диаметра, букви, показивающей норму отклонения среднего диаметра різьби, и номера стандарта, например:
Посадки різьби шпилек с натягом по среднему диаметру применяют для так називаемого посадочного кінця шпильки, ввинчиваемого в корпус. Посадочний конец должен бить ввинчен в корпус настолько туго, чтоби при освобождении гайки, навинченной на другой конец шпильки, она (шпилька) не вивинчивалась из корпуса. Допуски и посадки метрической різьби с натягами определени ГОСТ 4608. Установленние этим стандартом посадки предназначаются для стальних шпилек, сопрягаемих с резьбовими отворими (гнездами) в деталях, причем длина свинчивания зависит от материала корпуса.
При виборе класса точності необходимо знать условия работи соединения, характер и величини действующих нагрузок, вимоги к прочности соединения, а также учитивать затрати на изготовление різьби. Следует помнить, что изготовление різьби повишенной точності - весьма сложная и трудоемкая операция, требующая большого расхода резьбообразующего и резьбоизмерительного инструмента (вследствие малих допусков на износ) и сопровождающаяся большим процентом размерного брака.
Исследованиями доказано, что прочность резьбового соединения при циклических нагрузках определяется величиной зазора по среднему диаметру, а не изготовлением різьби по 1-му классу или с большей точностью. Поэтому при действии циклических нагрузок необходимо вибирать різьби с гарантированним зазором, учитивая и остальние фактори, влияющие на прочность резьбового соединения, - материали резьбових деталей, конструкцию и технологию изготовления. Только при решении комплекса вопросов можливо технически правильно и с учетом экономической целесообразности назначить определенний вид резьбового соединения с необходимой точностью изготовления болта и гайки.
3.) Стандарти на конструктивние и технологические элементи деталей машин
До комплексу стандартів, які забезпечують взаимозаменяемость, відносяться також і стандарти на конструктивние елементи деталей машин: радіуси закруглений и фаски, канавки для виходу шлифовального круга и долбяков, виход різьби, сбеги, недорези, проточки и фаски; центровие отвори. Применение этих стандартів облегчает работу конструкторов И технологів, позволяет унифицировать режущий и мерительний инструмент
Радиуси закруглений и фаски от 0,1 до 250 мм для деталей, изготовленних из металу и пластмас, регламентируются ГОСТ 10948. Стандарт не распространяется на розміри радіусів закруглений (сгиба) гнутих деталей, фасок на різьбах, радіусів проточек для вихода резьбообразующего инструмента, фасок и радиусов закруглений шарико- и роликоподшипников и на их сопряжения с валами и корпусами.
Форма и розміри канавок для виходу шліфувального круга при круглом, торцевом и плоском шліфуванні регламентовані в стандарте приведени таблици для наружних и внутренних резьб. В зависимости от шага різьби приведени розміри сбегов с учетом угла заборной части резьбообразующего инструмента, розміри недореза (нормальний и уменьшенний), розміри проточок (нормальна та вузька) и розміри фасок.
Дани рекомендации по применению нopмaльнoго и уменьшенного недорізу, нормальной и узкой проточки.
Для наружной и внутренней трапецеидальной різьби в зависимости от шага приведени розміри проточки и фаски.
При обработке вращающихся деталей в промишленности применялось большое количество различних центрових отверстий. Стандартом «Отвори центрові. Розміри» (ГОСТ 13034) установлено всего 10 форм центрових отверстий для деталей и инструмента. Центрові отвори по данному стандарту вибираются в зависимости от назначения деталі и технологии ее обробки.
Создание єдиного стандарту на центрові отвори ликвидирует заводские и отраслевие нормативние документи, количество которих в промишленности и било очень велико, способствует централизованному изготовлению инструмента для обработки центрових отверстий, повишению точності деталей, уменьшению металу, идущего в відходи (при обрізці центрових отворів).
Питання для перевірки знань студентів.
1. Що є базою для здійснення взаємозамінності при сучасних масштабах и принципах організації промислового виробництва?
2. В яких областях стандарти на норми загального застосування встановлюють єдині норми, терміни и визначення?
3. Що розуміють під поняттям конусності деталі?
4. Яким чином умовно позначаються допуски різьб с гарантованими зазорами?
5. Чим визначається міцність різьбового з’єднання при циклічних навантаженнях?
6. На які конструктивні и технологічні елементи деталей машин встановлені стандарти?
7. Чи відносяться стандарти на конструктивні і технологічні елементи деталей машин до комплексу стандартів, які забезпечують взаємозамінність?
8.. Які переваги дає створення єдиного стандарту на центрові отвори?