- •Учебное пособие
- •Метрология и стандартизация
- •1.1. Основные понятия метрологии и стандартизации
- •1.2. Метрология и технические измерения
- •1.2.1. Основные понятия
- •1.2.2. Методы планирования измерений
- •1.2.3. Универсальные средства измерений
- •1.2.4. Критерии оценки погрешностей измерений
- •1.2.5. Эталоны. Меры длины и угловые меры.
- •1.3. Стандартизация
- •1.3.1. Организация работ по стандартизации
- •1.3.2. Категории стандартов
- •2. Взаимозаменяемость, допуски и посадки
- •2.1. Основные понятия о взаимозаменяемости
- •2.2. Номинальный, предельный и действительный
- •2.3. Допуск размера и посадки
- •2.4. Понятие о соединениях и сопряжениях
- •2.5. Интервалы размеров
- •2.6. Ряды точности (ряды допусков)
- •2.7. Поля допусков отверстий и валов
- •2.8. Посадки в системе отверстия и в системе вала
- •2.9. Нормирование, методы и средства контроля отклонений
- •2.9.1 Система нормирования отклонений формы
- •2.9.2.Обозначение на чертежах допусков формы
- •2.9.3. Система нормирования и обозначения
- •2.9.4. Волнистость поверхностей деталей
- •2.9.5. Влияние шероховатости, волнистости, отклонений
- •3. Нормирование точности
- •3.1. Нормирование точности подшипников качения
- •3.1.1. Основные положения
- •3.1.2. Ряды точности подшипников качения
- •3.1.3. Условные обозначения подшипников качения
- •3.1.4 Посадки подшипников качения
- •3.1.5. Поля допусков колец подшипников качения
- •3.1.6. Поля допусков для размеров посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов под подшипники качения
- •3.1.7. Посадки подшипников качения на валы
- •3.1.8. Требования к посадочным поверхностям валов
- •3.1.9. Выбор посадок для колец подшипников
- •3.2. Нормирование точности метрической резьбы
- •3.2.1. Резьбовые соединения, используемые в машиностроении
- •3.2.2. Номинальный профиль метрической резьбы
- •3.2.3. Нормируемые параметры метрической резьбы
- •3.2.4. Понятие о приведенном среднем диаметре резьбы
- •3.2.5. Поля допусков для нормирования точности элементов
- •3.2.6. Соединения (посадки) резьбовых элементов деталей
- •3.3. Нормирование точности цилиндрических зубчатых колес и передач
- •3.3.1. Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач
- •3.3.2. Степени и нормы точности, виды сопряжений
- •3.3.3. Условные обозначения требований к точности
- •3.3.4. Нормируемые параметры (показатели),
- •3.3.5. Нормируемые параметры (показатели),
- •3.3.6. Нормируемые параметры (показатели),
- •4. Основы сертификации
- •3.1.1. Основные положения 103
- •3.1.4 Посадки подшипников качения 112
- •3.2.6. Соединения (посадки) резьбовых элементов деталей 142
- •3.3.1. Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач 145
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2.5. Эталоны. Меры длины и угловые меры.
Для воспроизведения единиц физических величин в общегосударственном и международном масштабе служат эталоны. Эталон единицы физической величины воспроизводят с практически наивысшей достижимой точностью на основе физических принципов на специальных установках. В качестве эталона единицы длины утвержден метр, равный 1 650 763,73 длин световых волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона 86 (ГОСТ 8.417—81). На XVII Генеральной конференции мер и весов принято новое определение единицы длины: метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. За единицу времени принята секунда, равная 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Эталон единицы массы (1 кг) представляет собой цилиндр из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм). За эталон количества вещества принят моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12,000 г угдерода-12. В качестве эталона единицы силы света принята (кандела) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540-1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 В/ср. В качестве эталона единицы силы тока принят ампер — сила неизменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2-10 7 Н.
Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
1.3. Стандартизация
1.3.1. Организация работ по стандартизации
Высокое качество стандартов определяет высокое качество продукции. Опыт отечественной стандартизации и работ, про- j водимых в этой области в странах — членах СЭВ, показывает, что для обеспечения высокого качества и эффективности стандартов необходимо на стадии их разработки выполнять следующие обязательные принципы.
1. Принцип системности. Технический прогресс и повышение качества выпускаемой продукции вызвали объективную необходимость системного подхода к общественному процессу производства, включающему труд людей, обеспечивающих процесс производства, средства труда (совокупность применяемого оборудования, оснастки, инструмента, средств контроля и т. д.) и предметы труда (выпускаемую продукцию на всех стадиях ее создания и использования).
Под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов, функционирование которых приводит к выполнению поставленной цели с максимальной эффективностью и наименьшими затратами. Количественные связи элементов системы могут быть детерминированными или случайными. Совокупность взаимосвязанных элементов, входящих в систему, образует структуру, позволяющую строить иерархическую зависимость их на различных уровнях.
2. Принцип комплексности и оптимального ограничения. При разработке стандартов необходимо учитывать все основные элементы (факторы), влияющие на конечный объект стандартизации. Для сокращения трудоемкости работ по стандартизации элементы, незначительно влияющие на основной объект, не учитывают. При стандартизации рассматривают систему характеристик и требований к комплексу взаимосвязанных материальных и нематериальных элементов. При этом требования к элементам определяются исходя из требований к основному объекту стандартизации. Для создания условий получения продукции высокого качества и повышения эффективности производства необходима рациональная система стандартов, которая охватывала бы все ее жизненные циклы: проектирование, серийное производство и эксплуатацию готового изделия.
3. Принцип прогрессивности и оптимизации стандартов. Показатели, нормы, характеристики и требования, устанавливаемые стандартами, должны соответствовать мировому уровню науки, тех пики и производства. Они должны учитывать тенденцию развития стандартизуемых объектов. Необходимо устанавливать экономи-чески оптимальные показатели качества, учитывающие не только эффективность нового (повышенного) качества продукции, но и затраты на ее изготовление, материал и эксплуатацию, т. е. должен быть получен максимальный экономический эффект при минимальных затратах. Достижению этой цели способствуют методы опережающей и комплексной стандартизации.
4. Принцип обеспечения функциональной взаимозаменя-емости стандартизуемых изделий. Этот принцип, позволяющий обеспечить взаимозаменяемость изделий по эксплуатационным показателям, является главным при комплексной и опережающей стандартизации, а также при стандартизации изделий, технических условий на них и т. п.
5. Принцип взаимоувязки стандартов. При большом много-образии общетехнических и межотраслевых стандартов необходима их взаимная увязка. Метод комплексной стандартизации является наиболее убедительным примером важности и эффективности рассматриваемого принципа, относящегося ко всем видам стандартов. Важна также взаимная увязка терминов и определений в области стандартизации.
6. Научно-исследовательский принцип разработки стан-дартов. Для подготовки проектов стандартов и их успешного внедрения необходимо не только широкое обобщение практического опыта, но и проведение специальных теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ. Этот принцип относится ко всем видам стандартов.
7. Принцип предпочтительности. Обычно типоразмеры деталей и типовых соединений, ряды допусков, посадок и другие параметры стандартизуют одновременно для многих отраслей промышленности, поэтому такие стандарты охватывают большой диапазон значений параметров. Чтобы повысить уровень взаимозаменяемости и уменьшить номенклатуру изделий и типоразмеров заготовок, размерного режущего инструмента, оснастки и калибров, используемых в той или иной отрасли промышленности, а также чтобы создать условия для эффективной специализации и кооперирования заводов, удешевления продукции при унификации и разработке стандартов применяют принцип предпочтительности. Согласно этому принципу устанавливают несколько рядов (например, три) значений стандартизуемых параметров с тем, чтобы при их выборе первый ряд предпочитать второму, второй — третьему. По такому принципу построены ряды диаметров и шагов метрической резьбы, ряды нормальных углов, стандарты на допуски и посадки для гладких цилиндрических соединений и т. д. Кроме того, рекомендуется создать отраслевые ограничительные стандарты, сводящие к необходимому минимуму число допускаемых к применению параметров, типов и типоразмеров изделий.
Особо важное значение принцип предпочтительности имеет как принцип систематизации параметров и размеров машин, их частей и деталей, проводимой при унификации и стандартизации. Он основан на применении рядов предпочтительных чисел. Наиболее широко используют ряды предпочтительных чисел, построенные по геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел — знаменателем φ прогрессии. Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на φ. Например, при φ1 = 2 и φ2 == 1,6 прогрессии имеют вид: 1; 2; 4; 8; 16; 32; ... и 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; ... Соответственно их знаменатели φ1 = 2/1 = 4/2 = 32/16 = 2; φ2 = 1,6/1 = 2,5/1,6 = 4/2,5 = 6,3/4 =1,6.
Произведение или частное любых двух членов геометрической прогрессии всегда является ее членом: 2 · 4= 8; 8 · 4 = 32; 16 : 2= 8; 8 : 2 = 4; 32 : 4 = 8. Любой член такой прогрессии, возведенный в целую положительную или отрицательную степень, также является членом этой прогрессии: 22 = 4; 23 = 8; 24 = 16; = 2; = 2; = 4 и т.д.
В связи с перечисленными свойствами геометрической прогрессии зависимости, определяемые из произведений членов или их целых степеней, всегда подчиняются закономерности ряда. Например, если ряд определяет линейные размеры, то площади или объемы, образованные из этих линейных величин, также подчиняются его закономерности.
Наиболее удобными являются геометрические прогрессии, включающие число 1 и имеющие φn = . В соответствии с рекомендациями ИСО установлены четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел со знаменателями φ:
= 1,5849 ≈ 1,6 для ряда R5; = 1,2589 ≈ 1,25 для ряда R10; = 1,1220 ≈ 1,12 для ряда R20; = 1,0593 ≈ 1,06 для ряда R40. (9)
В отдельных обоснованных случаях допускается применять ряд R80 с φ = ≈ 1,03 и производные ряды, полученные из основных R5—R40 и дополнительного R80 отбором каждого второго, третьего или какого-либо другого члена ряда. Можно также составлять ряды, которые в различных диапазонах имеют неодинаковые φ. По рекомендации ИСО. Р497 в науке, технике и производстве применяют округленные значения предпочтительных чисел по сравнению с числами, полученными по формулам (9). При выборе ряда предпочтительных чисел для типоразмеров изделий целесообразно использовать ряды с большим значением φ, но выбор ряда необходимо технически и экономически обосновать.
Ряды предпочтительных чисел нужно применять не только при стандартизации, но и при выборе номинальных значений параметров в процессе проектирования любых не стандартизо-ванных машин, приборов и других изделий и их частей. Только при такой единой закономерности построения параметров и размеров изделий можно согласовать между собой параметры и размеры связанных с ними комплектующих изделий, а также полуфабрикатов и материалов.
Иногда при стандартизации применяют ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрес-сии, например 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... или 25, 50, 75, 100, 125, 150, ... Для арифметического ряда характерно то, что разность между любыми двумя соседними числами его всегда постоянна. Применяют также ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности между соседними членами различны, например ряды диаметров метрической резьбы: 1; 1,1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; ... 3; 3,5; 4; 4,5; ...; 145; 150; 155; 160 и т. д.
В радиотехнике часто применяют предпочтительные числа, построенные по рядам Е, установленным Международной электротехнической комиссией (МЭК):
ряд Е3 с φ = ≈ 2,2; ряд Е12 с φ = ≈ 1,2;
ряд Е6 φ = ≈ 1,5; ряд Е24 с φ = ≈ 1,1.
8. Принцип динамичности. Для повышения эффективности народного хозяйства необходимо периодически пересматривать требования к объектам стандартизации с целью приведения их в соответствие с требованиями технического прогресса.
9. Принцип минимального удельного расхода материалов. Стоимость материалов и полуфабрикатов в машиностроении составляет от 40 до 80 % общей себестоимости продукции. Поэтому снижение удельного расхода материала на единицу продукции имеет большое народнохозяйственное значение. Например, при снижении расхода проката на 1 % по стране экономится 600 тыс. т металла в год, что позволяет изготовить 200 тыс. тракторов или 450 тыс. легковых автомобилей «Москвич».
Крупным резервом экономии материалов является повышение срока службы машин и их составных частей, в том числе в результате защиты от коррозии.
В настоящее время в нашей стране широко применяют программно-целевой метод планирования и решения крупных народнохозяйственных задач. В области стандартизации разрабатывают и выполняют целевые программы комплексной стандартизации.
Комплексная стандартизация (КС). По определению, данному Постоянной Комиссией СЭВ по стандартизации, — это стандартизация, при которой осуществляется целенаправленное и планомерное установление и применение системы взаимоувязанных требований как к самому объекту КС в целом и его основным элементам, так и к материальным и нематериальным факторам, влияющим на объект, в целях обеспечения оптимального решения конкретной проблемы. Следовательно, сущность КС следует понимать как систематизацию, оптимизацию и увязку всех взаимодействующих факторов, обеспечивающих экономически оптимальный уровень качества продукции в требуемые сроки. К основным факторам, определяющим качество машин и других изделий, эффективность их производства и эксплуатации, относятся: совершенство конструкций и методов проектирования и расчета машин (их составных частей и деталей) на прочность, надежность и точность; качество применяемого сырья, материалов, полуфабри-катов, покупных и получаемых по кооперации изделий; степень унификации, агрегатирования и стандартизации; уровень технологии и средств производства, контроля и испытаний; уровень взаимозаменяемости, организации производства и эксплуатации машин; квалификация рабочих и качество их работы. Для обеспечения высокого качества машин необходима оптимизация указанных факторов и строгая взаимная согласованность требований к качеству как при проектировании, так и на этапах производства и эксплуатации. Решение этой задачи усложняется широкой межотраслевой кооперацией заводов. Например, для производства автомобилей используют около 4000 наименований покупных и кооперируемых изделий и материалов, тысячи видов технологического оборудования, инструмента и средств контроля, изготовляемых заводами многих отраслей промышленности. КС позволяет организовать разработку комплекса взаимоувязанных стандартов и технических условий, координировать действия большого числа организации-исполнителей.
Опережающая стандартизация(ОС)—это стандартизация, заключающаяся в установлении повышенных по отношению к уже достигнутому на практике уровню норм, требований к объектам стандартизации, которые согласно прогнозам будут оптимальными в последующее планируемое время. Опережение может относиться как к изделию в целом, так и к наиболее важным параметрам и показателям его качества, методам и средствам производства, испытания и контроля и т. д.
Объектами ОС являются важнейшие виды продукции и процессы (нормы, характеристики, требования) при стабильной потребности в них и возможности изменения их в течение срока действия стандартов. Нормы и требования должны быть оптимальными, при которых заданная цель достигается минимальными затратами.