Основные понятия о взаимозаменяемости.

На современных машиностроительных заводах детали изготавливаются независимо друг от друга в одних цехах, а собираются в узлы, агрегаты, установки в других. Кроме того, крепежные детали (болты, гайки), подшипники и др. получают по кооперации из других заводов.

Такая организация производства стала возможной потому, что конструкторы при разработке новых изделий стремятся к тому, чтобы детали и узлы при изготовлении получились взаимозаменяемыми, т.е. одинаковыми по всем функциональным показателям: размерам, форме, свойствами материалов и др.

Взаимозаменяемостью называют свойство, независимо изготовленных деталей и узлов изделий, обеспечивать возможность беспригоночной сборки (или замене при ремонте) сопрягаемых деталей в узел, узлов в изделие при соблюдении предъявленных к ним требований.

Иначе, признаками взаимозаменяемости является:

1. собираемость деталей, изготовленных независимо;

2. полученное в результате сборки соединение должно соответствовать техническим условиям, удовлетворять эксплуатационным требованиям (определенный зазор вал-втулка, обеспечивающий требуемую свободу перемещения, или натяг, обеспечивающий прочность соединения и его долговечность), подшипники качения собрать с валом любого узла и т.д.

Собираемость деталей будет обеспечена, если размеры выполнены в определенных пределах, соответствующих заданной точности.

Взаимозаменяемость – основное свойство совокупности изделий, определяющих качество продукции.

Свойствами изделий, определяющих качество отдельных деталей, изделий

является точность, надежность, долговечность.

В производстве для каждого конкретного случая назначаются отклонения с соответствующей точностью, которая обеспечит и взаимозаменяемость, и стабильность функциональных параметров машины. При этом качество изделий сохраняется, а производство их облегчается и повышается эффективность (экономичность) производства.

Функциональная взаимозаменяемость.

В современных условиях под взаимозаменяемостью понимают не только свойства продукции, определяющих успешное выполнение заданных функций (скорость, расход, производительность и т.д.), точность обработки, но и обеспечение заданных эксплуатационных показателей однотипных изделий путем установления допустимых отклонений на их функциональные параметры (размеры, зазоры, натяги), т.е. так называемая функциональная взаимозаменяемость.

Функциональной взаимозаменяемостью (ФВ) называется взаимозаменяемость, при которой в заданных пределах обеспечиваются экономически оптимальные эксплуатационные показатели изделий путем установления связей этих показателей с функциональными параметрами и определенной точностью, исходя из допустимых отклонений эксплуатационных характеристик изделий.

Типовыми функциональными параметрами могут быть:

1. геометрические (размеры, форма, расположение);

2. механические, физико-механические (твердость, упругость, пластичность);

3. электрофизические (I, U, C, магнитные свойства);

4. световые, акустические;

5. физические, химические (коррозия).

ФВ осуществляется на всех этапах проектирования, производства, эксплуатации.

С помощью принципов и методов ФВ обеспечивается рост качества продукции и повышается точность, надежность и долговечность изделий.

Например, от величины зазора между поршнем и цилиндром (функциональный параметр) зависит мощность двигателя (эксплуатационный параметр).

Достигается функциональная взаимозаменяемость (ФВ) при помощи соответствующих методов расчёта точности зазоров, натягов сопряжений и выполнении их при изготовлении деталей. Функциональная взаимозаменяемость

обеспечивает необходимый запас работоспособности машин и экономически оптимальные и стабильные во времени эксплуатационные показатели.

Например, определив характер воздействия на неровности поверхности трущихся пар можно изменить распределение вероятностей появления критических температур, приводящих к заеданию пар, уменьшится вероятность отказа, т.е. повышается надёжность.

Для достижения наибольшей эффективности функциональной взаимозаменяемости необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации следующих исходных положений.

При конструировании:

1. Для ответственных деталей необходимо соблюдать взаимозаменяемость по геометрическим параметрам, механическим свойствам материала, электрическим и, химическим и другим функциональным параметрам.

2. Однородность исходного материала по химическому составу, и стабильность химических свойств.

Для обеспечения ФВ на стадии проектирования необходимо:

- уточнить номиналы эксплуатационных показателей и определить их допустимые отклонения, исходя из требований надёжности, прочности и т.д.;

- выявить входные функциональные параметры, от которых зависят эти эксплуатационные показатели (ЭП) и их изменение по времени;

- установить связь и степень влияния функциональных параметров на ЭП.

Зная связь и допуски на ЭП, определить допустимые отклонения на функциональные параметры и рассчитать посадки для ответственных сопряжений с гарантированным запасом работоспособности изделий.

Например, при сопряжении конусных поверхностей для передачи максимального крутящего момента необходимо задать положительное отклонение угла как наружной, так и внутренней поверхности.

4.Широкое использование стандартизации, унификации и принципов предпочтительности, что повышает качество и экономичность.

5. Шероховатость, погрешности формы и расположения должны соответствовать оптимальным ЭП.

6. Технологичность изготовления и возможность измерения и контроля изделий.

Разработка чертежей с указанной точностью изготовления поверхностей детали - составная часть взаимозаменяемости.

Для соблюдения взаимозаменяемости необходима соответствующая точность средств измерений.

Основными принципами функциональной взаимозаменяемости являются:

1. принцип унификации и стандартизации,

2. принцип предпочтительности,

3. принцип выбора допусков и посадок, классов точности, обеспечение запаса точности,

4. принцип инверсии (преемственность погрешностей изготовления, контроля, эксплуатации).

Виды взаимозаменяемости

Различают внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость (ВЗ):

Внешняя ВЗ – это ВЗ покупных и кооперируемых изделий по ЭП, по размерам и форме присоединительных размеров, с помощью которых данное изделие присоединяется к проектируемому (например, электродвигатель к проектируемому редуктору).

Внутренняя ВЗ – это, когда все элементы, входящие в изделие взаимозаменяемы. Она делится на полную и неполную ВЗ.

Полная ВЗ – свойство собираемости и возможности равноценной замены любой детали изделия другой однотипной деталью, независимо изготовленной, с сохранением эксплуатационных свойств, т.е. с соблюдением технических требований по всем параметрам без дополнительной доработки.

При этом упрощается процесс сборки, и получают изделие требуемого качества. Это достигается тем, что все детали узла изготовляются в определённых пределах

Сборка их сводится к простому соединению деталей рабочими невысокой квалификации.

Функциональная взаимозаменяемость может быть только полной.

Достоинства полной ВЗ:

1. упрощение процесса сборки,

2. точное нормирование процесса сборки,

3. возможность организации поточного производства и его автоматизации,

4. Широкая специализация и кооперирование заводов способствует ограничению номенклатуры изделий и их унификации,

5. Упрощение ремонта изделий.

Недостатки полной ВЗ:

Полную ВЗ можно применять для изделий не точнее 6-го квалитета.

Если эксплуатационные требования приводят к необходимости изготовления детали с малыми экономически неприемлемыми или технологически трудно выполнимыми допусками, применяют неполную ВЗ. Она делится на групповую ВЗ и с применением компенсаторов, которые могут быть подвижными и неподвижными. С помощью подвижных компенсаторов можно регулировать эксплуатационный параметр. Неподвижные представляют собой кольца, планки и т.п., изменяя размеры и отклонения которых можно обеспечить необходимый эксплуатационный параметр.

Уровень ВЗ производства характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости:

К_вз = Т_вз / Т_о

Т_вз – трудоёмкость взаимозаменяемых деталей,

Т_о – Общая трудоёмкость изготовления деталей.

Степень приближения его к 1 , является показателем технического уровня производства.

Значение ВЗ в повышении качества продукции

Для обеспечения прогресса в машиностроении необходимо повышать технический уровень оборудования, улучшать конструкции машин, приборов и т.д., применять прогрессивную технологию, повышать качественные характеристики сырья и материалов, создавать системы машин для комплексной автоматизации и механизации важнейших производственных процессов, внедрять прогрессивные технологии, расширять специализацию и кооперирование производства. Важнейшей задачей является унификация, стандартизация машин, инструментов, типизация техпроцессов их изготовления, обеспечение полной взаимозаменяемости. Вновь осваиваемая продукция должна отвечать последним достижениям науки и техники.

Значение взаимозаменяемости для производства в следующем:

1. возможно кооперирование цехов, заводов,

2. возможна специализация,

3. изготовление большого количества однотипных деталей экономичнее,

4. возможно современные прогрессивные методы сборки,

5. эксплуатация машин, изготовленных из взаимозаменяемых деталей проще и экономичнее,

6. возможна централизованная система снабжения запчастями,

7. стабильность качества изделий.

Однако взаимозаменяемость не везде может быть применима по соображениям экономичности.

Экономические границы взаимозаменяемости заключаются в следующем:

1. При изготовлении крупногабаритных деталей в тяжёлой промышленности,

2. При изготовлении деталей весьма малых размеров,

3. При изготовлении сопряжений высокой точности.