1. Принципы построения Международной системы единиц. Основные понятия и определения допусков и посадок
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
В метрологии решаются следующие основные задачи: разработка общей теории измерений единиц физических величин и их систем, разработка методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства и единообразия средств измерений, эталонов и образцовых средств измерений, методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений.
Решение многих задач метрологии является важной государственной задачей. Например, во многих странах мира мероприятия по обеспечению единства и требуемой точности измерений установлены законодательно; узаконены единицы измерений; регламентировано проведение регулярной проверки мер и измерительных приборов, находящихся в эксплуатации; порядок испытаний и аттестации вновь выпускаемых средств измерений.
Стандартизация – это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения: безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни и имущества; технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; единства измерений; экономии всех видов ресурсов; безопасности хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; обороноспособности и мобилизационной готовности страны.
Стандартизация направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.
Начало формирования Государственной системы сертификации Российской Федерации относится к 1992 году.
Сертификация является инструментом, гарантирующим соответствие показателей качества продукции требованиям нормативно-технической документации и стандартам. В переводе с латинского языка слово «сертификация» можно перевести как «верно сделано» (certum – верно, facere – сделано, sertifico - удостоверяю).
В настоящее время под сертификацией соответствия понимается действие третьей стороны, доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция, процесс или услуга соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу.
Круг величин, подлежащих измерению, определяется разнообразием явлений, с которыми приходится сталкиваться человеку. Если «Теория механизмов машин», «Детали машин и основы конструирования», «Технология металлов» и др. служат теоретической основой проектирования машин и механизмов, то курс «Метрология, стандартизация, сертификация» рассматривает вопросы обеспечения точности геометрических параметров как необходимого условия взаимозаменяемости и таких важнейших показателей качества, как надежность и долговечность.
С учетом необходимости охвата Международной системой единиц (System International) всех областей науки и техники в ней в качестве основных выбраны семь единиц.
В механике такими являются единицы длины, массы и времени, в электричестве добавляется единица силы электрического тока, в тепловых процессах - единица термодинамической температуры, в оптике - единица силы света, в молекулярной физике, термодинамике и химии – единица количества вещества. Эти семь единиц соответственно: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела и моль - и выбраны в качестве основных единиц СИ.
Единица длины (метр) – длина пути проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Единицы массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма.
Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Единица силы электрического тока (ампер) – сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2×10-7 Н на каждый метр длины.
Единица термодинамической температуры (Кельвин) – 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия.
Единица силы света (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматические излучения частотой 540×1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Единица количества вещества (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде – 12 массой 0,012 кг.
Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: для плоского угла – радиан и для телесного угла – стерадиан.
Радиан (рад) – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57017'44,8''.
Стерадиан (ср) – единица, равная телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Телесный угол Ω измеряют косвенно – путем измерения плоского угла α при вершине конуса с последующим вычислением по формуле
Ω = 2π[1 - cos α/2].
В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхности соединения. В цилиндрических соединениях охватывающая поверхность носит общее название “отверстие”, а охватываемая - “вал”. Названия “отверстие” и “вал” условно применимы также и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям. Обозначают:
D – номинальный размер отверстия, d – номинальный размер вала. Эти размеры одинаковы.
Предельными называются два предельных значения размера, между которыми должен находиться действительный размер. Большее из них называется наибольшим предельным размером, меньшее - наименьшим предельным размером. Они для отверстия обозначаются Dmax и Dmin, а для вала dmax и dmin.
Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным. Обозначают:
ES – верхнее предельное отклонение отверстия, es – верхнее предельное отклонение вала.
ES = Dmax - D;
es = dmax - d.
ES – начальные буквы французских слов, Ecart – отклонение,
Superieur – верхнее.
Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным размером и номинальным. Обозначают:
EI – нижнее предельное отклонение отверстия, ei – нижнее предельное отклонение вала.
EI = Dmin - D;
ei = dmin - d.
EI – начальные буквы французских слов, Ecart – отклонение,
Inferieur – нижнее.
Допуск размера – это разность между наибольшим и наименьшим предельным размером. Обозначают:
TD – допуск отверстия, Td – допуск вала. Допуск всегда положительное число.
TD = Dmax - Dmin = ES – EI;
Td = dmax - dmin = es - ei.
Линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок, называется нулевой линией. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные – вниз (рис. 1).
Рис. 1. Графическое изображение деталей соединения:
а) схема деталей соединения; б) схема расположения полей допусков деталей соединения
Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.
Поле допуска – интервал значений размеров, ограниченный предельными размерами; оно определяется величиной допуска и его расположением относительно номинального размера.
На схеме поле допуска изображается зоной между линиями, соответствующими верхнему и нижнему предельным отклонениям. Верхняя граница поля допуска соответствует наибольшему предельному размеру, нижняя – наименьшему предельному размеру.
Зазор S – положительная разность между размерами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала).
Натяг N – положительная разность между размерами вала и отверстия до сборки деталей (размер вала больше, чем размер отверстия).
Наибольший зазор Smax – положительная разность между наибольшим предельным размером отверстия Dmax и наименьшим предельным размером вала dmin.
Smax = Dmax – dmin = ES – ei.
Наименьший зазор Smin – положительная разность между наименьшим предельным размером отверстия Dmin и наибольшим предельным размером вала dmax.
Smin = Dmin – dmax = EI – es.
Наибольший натяг Nmax – положительная разность между наибольшим предельным размером вала dmax и наименьшим предельным размером отверстия Dmin.
Nmax = dmax – Dmin =es – EI.
Наименьший натяг Nmin – положительная разность между наименьшим предельным размером вала dmin и наибольшим предельным размером отверстия Dmax.
Nmin = dmin- Dmax = ei – ES.
Посадка – это характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения соединяемых деталей в случае зазора или степень сопротивления их взаимному смещению (в случае натяга).