Методическое пособие 509

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

В.М. Пачевский А.Н. Осинцев М.Н. Краснова

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу «Взаимозаменяемость»

Утверждено Редакционноиздательским советом университета в качестве

учебного пособия

Воронеж 2003

УДК 621.7+621.9

Пачевский В.М., Осинцев А.Н., Краснова М.Н. Конспект лекций по курсу «Взаимозаменяемость»: Учебное пособие. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т; 2003. 213 с.

Конспект лекций составлен в соответствии с программой курса «Взаимозаменяемость» для студентов технических специальностей, содержит программу курса и краткое изложение учебного материала. По каждому из разделов дается информация, необходимая и достаточная для освоения данного курса. Приводятся необходимые иллюстрации и справочный материал.

Конспект лекций подготовлен на магнитном носителе в текстовом редакторе MS Word и содержится в файле МСС.doc.

Ил. 33. Табл. 7. Библиограф.: 10 назв.

Научный редактор: д-р техн. наук, проф. М.И. Чижов

Рецензент: д-р техн. наук, проф. Д.И. Станчев ВГЛА; зав. кафедрой технологии металлов ВГТА, д-р техн. наук проф. Г.В. Попов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Пачевский В.М., Осинцев А.Н., Краснова М.Н., 2003

© Оформление. Воронежский государственный технический университет, 2003

Введение

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И ПОРЯДОК ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ РОЛЬ

В ПОДГОТОВКЕ ИНЖЕНЕРОВ ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ.

Предмет, к изучению которого Вы приступаете, должен снабдить Вас знаниями, которые входят в основу обязательных знаний абсолютно для всех специалистов, работающих в любой отрасли машиностроения. Эти обязательные знания должны быть усвоены будущими специалистами. Этими знаниями Вы будете пользоваться все время, пока будете работать в области машиностроения.

Влюбом предмете, в любой области науки и техники есть минимум знаний, которыми обязаны обладать специалисты в той области, в которой они хотят считаться специалистами. Вот такой минимальный обязательный объем знаний для машиностроителей и предполагается дать в предмете, к изучению которого Вы приступаете.

Особенность этого минимума в отношении нормирования точности заключается в том, что он содержит большой объем догматических знаний (догма — положение, признаваемое непререкаемым, неизменным и принимаемым без доказательств). Большинство данных о нормировании точности в машиностроении именно и являются догматическими, поскольку принципиальный подход к нормированию, который сейчас используется, создавался постепенно и формировался в разных странах, на разных предприятиях, часто не связанных между собой по этим вопросам. И, если сейчас как Вы узнаете позже, существуют единые документы, нормирующие точность в машиностроении для всех стран мира, то эти документы в качестве единых создавались тогда, когда в них возникла необходимость, поскольку отсутствие таких документов препятствовало эффективным связям не только между отдельными странами, но и между отдельными предприятиями внутри страны. Но создание общих документов на базе частных не могло не отразиться на стройности этих документов и не могло не привести к появлению знаний именно догматического характера в отношении некоторых требований к точности.

Всвязи с большим объемом догматических по своему харак-

теру знаний, излагаемых в этом предмете, возникает определенная трудность в усвоении материала.

Одна из трудностей заключается в том, что знаний по этому предмету у Вас практически нет, поскольку Вы очень мало получили информации из других уже изученных Вами предметов.

Знания по изучаемому предмету в значительной мере дополняют и развивают знания по черчению. На черчении Вас учили изображать (представлять) объект машиностроения в уменьшенном виде, учили правильно указывать размеры этих объектов, однако нужно помнить, что изготовить объект по тем чертежам, которые Вы делали, невозможно. Начертить объект и указать его размеры еще недостаточно. Чертеж, который пойдет на производство, должен обязательно содержать требования о необходимой точности изготовления каждого элемента детали. Вот эти знания, т.е. знания, как нормируется точность в машиностроении и что это такое, какими параметрами нормируется точность, какими знаками и как эти требования должны обозначаться на чертежах, Вы и должны получить после изучения этого предмета.

В связи с догматическим характером многих знаний особенность предмета заключается также в необходимости запомнить большой объем терминов, понятий, определений, формулировок. Без усвоения этих данных невозможно усвоить и остальной смысловой материал.

Весьма важно, чтобы используемые в предмете термины, определения и понятия усваивались постепенно по мере прохождения материала. Особенно много новых понятий появляется в начале изучения предмета. Изучение этих понятий "потом", "перед экзаменом" может привести к тому, что материал предмета практически не будет усвоен, и Вы не сможете быть даже посредственным специалистом, а Ваша практическая работа не может быть, в принципе, качественной. Хотя Вы и сдадите экзамены, у Вас не будет знаний в отношении нормирования требований к точности, а точность является основным показателем качества в машиностроении.

Знания по изучаемому предмету должны составлять определенный постоянный багаж специалиста по машиностроению, они могут быть только тогда надежными и прочными, когда усвоены постепенно с многочисленными повторениями. Тогда эти знания будут фундаментальными. Знания, "Схваченные на ходу", "в последний момент" и в большом объеме, хотя и позволяют иногда

сдать экзамен, но также быстро забудутся еще до начала практической деятельности, и, можно сказать. Вы зря потеряли время.

В учебнике сделана попытка максимально облегчить процесс усвоения материала, если, конечно, у Вас будет желание. Эта попытка заключается в выделении материала по своей значимости. В тексте учебника некоторые абзацы и ключевые слова выделены жирным шрифтом. Таким способом выделен материал, который является обязательным для усвоения всеми. Выделены принципиальные положения, и их обязательно надо знать вне зависимости от оценки, на которую рассчитывает учащийся.

Выделенный петитом текст содержит дополнительные сведения, иногда не относящиеся непосредственно к предмету или разъясняющие материал, расширяющий область знаний. Этот материал обычно не входит в основное содержание предмета.

Для некоторых тем даны методические материалы по проработке основополагающих разделов предмета — по допускам и посадкам, отклонениям формы и расположения, шероховатости поверхности, резьбе и зубчатым колесам. Этими методическими указаниями необходимо пользоваться как преподавателям при проведении практических занятий, так и студентам при самостоятельной работе.

При проведении практических занятий должна быть поставлена цель приобретения навыка работы с нормативной документацией и рабочими чертежами машиностроения. Рекомендуется пользоваться исходными нормативными материалами, т.е. непосредственно стандартами, а не выдержками из них. Чертежи целесообразно использовать с изображением деталей и узлов механизмов, относящихся к будущей специальности учащихся.

Тема 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЙ – МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ,

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ТОЧНОСТИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ.

ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ.

Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их, единства и способах достижения требуемой точности.

Основные задачи метрологии (ГОСТ 16263—70) — установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, разработка теории, методов и средств измерений и контроля, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств. В результате измерения получают значение физической величины:

где q — числовое значение физической величины в принятых единицах; U—единица физической величины.

Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным. В ряде случаев нет необходимости определять действительное значение физической величины, например при оценке соответствия физической величины установленному допуску. При этом достаточно определить принадлежность физической величины некоторой области Т:

Следовательно, при контроле определяют соответствие действительного значения физической величины установленным значениям. Примером контрольных средств являются калибры, шаблоны, устройства с электроконтактными преобразователями.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативнотехнические документы ГСИ — государственные стандарты. В соответствии с рекомендациями XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 г. принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ

8.417—81.

Точность в технике — это степень приближения истинного значения параметра, процесса, предмета к его заданному значению.

Требования к точности могут относиться к точности механического или другого вида обработки, механизмов и машин, систем автоматизированного управления, измерений и т.д.

Вместе с термином "точность" более часто для аналогичной оценки используется термин "погрешность", поэтому необходимо дать некоторые пояснения по различию этих терминов и разграничению области их применения. Когда употребляют термин "точность", то обычно имеют в виду качественный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Поэтому, говоря о точности, употребляют выражения "высокая точность", "низкая точность" и т.д. Однако эти понятия или термин "точность" невозможно использовать при нормировании требований о приближении значения к заданному.

Термин "погрешность" используется для количественной оценки точности. Погрешность — разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением. Это определение относится к так называемой абсолютной погрешности, которая обычно нормируется для характеристики точности в машиностроении. Таким образом, строго говоря, нормируется погрешность как показатель точности. Во всех случаях, когда считают, что точность "высокая" или "низкая", необходимо в подтверждении указывать значение погрешности. Нельзя говорить, например, о "высокой точности изготовления", если не указывается погрешность этого изготовления.

Необходимо обратить внимание на необходимость говорить не о точности изготовления детали, а о точности изготовления элементов детали. Любая деталь, даже простейшая, состоит из нескольких элементов. Так, цилиндрический валик состоит из элемента в виде цилиндрической поверхности и двух элементов в виде

плоскостей, требования к точности у которых разные. Цилиндрический валик может иметь несколько ступеней, и требования к точности изготовления размеров их диаметров, как правило, разные, поскольку у них разные эксплуатационные функции.

Более точно следует говорить, что в машиностроении чаще всего нормируются требования к точности элементов детали, но иногда и всего механизма.

Внастоящем предмете, в основном, будут рассматриваться вопросы нормирования точности геометрических параметров элементов деталей.

Могут возникнуть вопросы: зачем нормировать требования к точности и почему нельзя изготовить абсолютно точно элементы детали и не нормировать и не рассматривать вопросы точности?

Однако изготовить абсолютно точно элементы детали невозможно да и не нужно:

а) в зависимости от назначения элемента детали требования к его точности должны быть разные;

б) по целому ряду причин (о чем будет сказано в следующем параграфе) невозможно изготовить абсолютно точно любой элемент детали, даже самый простой;

в) чем точнее требуется изготовить элемент детали, тем дороже будет это изготовление; стоимость изготовления с повышением требований к точности увеличивается по кривой второго порядка.

Таким образом, изготовить абсолютно точно элемент детали невозможно, не нужно, и чем точнее требуется изготовление, тем дороже обходится эта продукция. На последнее обстоятельство необходимо обратить Ваше внимание для того, чтобы в своей практической деятельности Вы не назначали требований к точности больше, чем в действительности требуется для работы этого элемента. Вопрос правильного назначения требований к точности очень сложный и для его решения нужны не только знания, но и практический Опыт.

Вотношении элементов деталей в машиностроении нормирование точности, т.е. установление требований о степени приближения к заданному значению, состоянию или положению можно и нужно рассматривать в отношении нескольких параметров (показателей), характеризующих определенные эксплуатационные свойства и устанавливающие связь с причинами проявления неточности.

Причины появления погрешностей геометрических параметров элементов деталей.

Есть много причин, по которым невозможно изготовить элементы детали абсолютно точно. Ниже рассмотрены основные из них, возникающие при изготовлении элементов деталей в машиностроении.

1.Состояние оборудования и его точность. Обрабатывающий станок в большинстве случаев почти полностью переносит свою неточность обрабатываемой детали. Так, биение шлифовального круга

ивибрации приводят к появлению поверхностных неровностей. Шаг нарезаемой резьбы почти полностью копируется с шага винта токарного станка и т.д. Если устройство для подачи инструмента работает не плавно, то невозможно получить точный размер. Точность штампа полностью переносится на точность детали.

2.Качество и состояние технологической оснастки. К такой оснастке относится вспомогательное оборудование. Если в кондукторе для сверления неправильно расположены отверстия, то эта погрешность перейдет и на деталь. Если центра для установки детали на шлифовальном станке сбиты, то невозможно получить цилиндрическую деталь, она может оказаться конусной.

3.Режимы обработки. Для каждой детали и деталей с близкими размерами и близкими требованиями к точности по указанным четырем геометрическим параметрам должны быть оптимальные режимы обработки. Если при шлифовании давать очень большие подачи, то могут получиться большие неровности на поверхности, прижоги, т.е. деталь так разогреется, что закаленная поверхность может оказаться отпущенной.

4.Неоднородность материала заготовок и неодинаковость припуска на обработку. Из-за этих причин происходит износ инструмента, т.е. его размер может меняться от начала до конца обработки одной детали. Разные припуски приводят к разному разогреву детали, и ее размер после остывания оказывается другим, чем непосредственно после обработки. Неоднородность заготовок по твердости в разных местах приводит к появлению вибраций в процессе резания, а это в свою очередь — к появлению поверхностных неровностей.

5.Температурные условия. Во всем мире установлено, что все размеры должны определяться при температуре 20°С. Поэтому, ес-

ли температура отличается от 20°С, особенно в процессе изготовления или измерений, то это отражается как на размере детали, так и на искажении формы и расположения ее поверхностей.

6.Упругие деформации детали, станка, инструмента. Если при установке детали на станке в центрах сильно подать ее, то практически невозможно получить цилиндрическую поверхность, поскольку деталь изогнется из-за поджимов. Сильно прижатая к плоскости станка деталь после обработки и снятия нагрузки может оказаться неправильной формы.

7.Квалификация и субъективные ошибки рабочего. При работе на определенном виде оборудования рабочий должен приобрести навык. Это дается годами и при этом не обязательно рабочие, проработавшие одинаковое время на одинаковых станках, способны сделать деталь одинаковой точности. Это в значительной мере зависит от индивидуальных особенностей человека — субъективные факторы — и имеет место, как в процессе изготовления, так и в процессе измерения.

Приведенные причины показывают, что невозможно изготовить детали совершенно одинаковые и без погрешностей. В связи с этим при решении вопроса о взаимозаменяемости приходится решать вопрос о том, насколько можно допустить отклонение по приведенным четырем геометрическим параметрам с тем, чтобы эта деталь или узел обладали свойством взаимозаменяемости, т.е. нормировать требования к точности. Конструктор должен решать вопрос о нормировании оптимальной точности, которая действительно нужна, а технолог решать вопрос, как при существующем оборудовании добиться установленной конструктором точности. Конструктор часто стремится нормировать более высокую точность (не всегда достоверно известна требуемая), а технолог заинтересован в меньшей точности (легче и дешевле изготавливать) . И так существует постоянное противоречие между разработчиком и изготовителем.

Тема 3

МЕТРОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ.

МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ.

Основными единицами физических величин в СИ являются: