Глава 2. Взаимозаменяемость деталей, узлов и механизмов

2.1. Структурная модель детали

Машины и механизмы состоят из большого количества деталей, узлов и механизмов, взаимодействующих в процессе эксплуатации друг с другом. Каждая из деталей в узле имеет определенное назначение и должна обладать строго определенными размерами, характеристиками.

Деталь представляет собой определенные комбинации геометрических тел, ограниченных поверхностями простейших форм – плоскими, цилиндрическими, коническими, сферическими и т.п. (рис 2.1). Таких комбинаций может быть бесконечное множество, а если учесть, что они характеризуются еще и размерами, то можно представить сколь многообразна на практике гамма деталей (рис 2.2). К деталям относят изделия, которые изготовлены из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (например, втулка, изготовленная из одного куска металла, валик – из стального прутка, пластина – из медного листа и т.п.).

Простейшие геометрические тела, составляющие деталь, называются их элементами (рис.2.3).

Для выполнения определенных функций у деталей предусматриваются различные формы поверхностей. Они могут быть цилиндрическими, плоскими, коническими, резьбовыми, эвольвентными, шлицевыми и др. Кроме того, поверхности бывают сопрягаемые и несопрягаемые. Сопрягаемые – это поверхности, по которым детали соединяются в сборочные единицы, а сборочные единицы – в механизмы (поверхности 1,2,3 рис.2.4). Несопрягаемые или свободные – это конструктивно необходимые поверхности, не предназначенные для соединения с поверхностями других деталей (поверхности 4,5,6 рис.2.4).

При проектировании машин и механизмов конструкторы исходят из того, что каждая деталь должна иметь определенную форму, размеры и занимать определенное место в узле, исходя из служебного назначения этой машины или механизма. Это так называемые номинальные значения формы, размера и положения детали. И поверхности, которые определяют форму детали, в этом случае также являются номинальными. Другими словами: номинальные поверхности и их расположение задаются при проектировании исходя из функционального назначения детали.

Для того чтобы систематизировать многообразие форм деталей все возможные варианты поверхностей разделили на: внутренние (цилиндрические, конические, поверхности с параллельными и не параллельными поверхностями) и назвали их охватывающими, и наружные – охватываемыми.

В соответствии с этим были введены понятия: вал и отверстие.

Вал – это термин, применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей 1 и их обозначают строчными буквами d,a,c (рис.2.5).

Отверстие – это термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей 2 и их обозначают прописными буквами D,A,C (рис.2.5).

Как уже говорилось выше, машины и механизмы состоят из деталей, которые находятся во взаимодействии друг с другом. А это возможно, если они либо соприкасаются друг с другом, либо соединяются. Детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение. Такие детали называются сопрягаемыми деталями, а поверхности соединяемых элементов – сопрягаемыми поверхностями. В зависимости от формы сопрягаемых поверхностей соединения могут быть (рис.2.6): цилиндрическими (а), коническими (б), резьбовыми (в), шлицевыми (г), шпоночными (д), сварными (е), заклепочными (ж) и т.п.

Для числовой оценки значений линейных величин (диаметров, длин, высот и т.п.) необходимо их выразить в виде размера в определенных единицах измерения. В машиностроении и приборостроении все размеры в технической документации задают и указывают в миллиметрах.