2.2. Эталоны

Для воспроизведения единиц физических величин в общегосударственном и международном масштабе служат эталоны. Эталон единицы физической величины воспроизводят с практически достижимой наивысшей 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 углерода-12.

Эталон единицы силы света - 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.

Эталон единицы силы тока - 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.

3. Взаимозаменяемость, методы

И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

ГЛАДКИХ, ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Основные эксплуатационные требования и система допусков и посадок гладких цилиндрических соединений

Гладкие цилиндрические соединения разделяют на под­вижные и неподвижные. Основное требование, предъявляемое к ответственным подвижным соединениям, – создание между валом и отверстием наименьшего зазора, обеспечивающего трение со смазочным материалом, заданную несущую способность подшипника и сохранение указанного вида трения при увеличении зазора (в до­пускаемых пределах) в процессе длительной эксплуатации машины, а для прецизионных соединений также точное центрирование и рав­номерное вращение вала. Основное требование, предъявляемое к неподвижным соединениям (разъемным и неразъемным), – обеспечение точного центриования деталей и передача в процессе длительной эксплуатации заданного крутящего момента или осевой силы благодаря гарантированному натягу или дополнительному креплению деталей шпонками, стопорными винтами и т. п. Обеспечение наибольшей долговечности – общее требование ко всем соединениям деталей машин и приборов.

Основные отклонения. Для образования посадок с различными зазорами и натягами в системе ИСО и в Единой системе допусков и посадок (ЕСДП) для размеров до 500 мм предусмотрено 27 вариантов основных отклонений валов и отверстий. Основное отклонение – это одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. Таким отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой линии (рис. 3.1). Основные отклонения отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавита, валов – строчными. Основное отверстие обозначают буквой Н, основной вал h. Отклонения А –Н (а –h) предназначены для образования полей допусков в посадках с зазорами; отклонения J_s –N (j_g – n) – в переходных посадках, отклонения Р – ZC (p – zc) – в посадках с натягом.

Каждая буква обозначает ряд основных отклонений, значение которых зависит от номинального размера.

Абсолютное значение и знак каждого основного отклонения вала (верхнего es для валов а –h или нижнего ei для валов j –zs) опреде­ляют по эмпирическим формулам. Основное отклонение вала не зависит от квалитета (даже когда формула содержит до­пуск IT).

Основные отклонения отверстий построены так, чтобы обеспе­чить посадки в системе вала, аналогичные посадкам в системе отверстия. Они равны по абсолютному значению и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначаемых той же буквой. Общее правило определения основных отклонений отверстий:

EI = –es при основных отклонениях от А до Н;

ES = –ei при основных отклонениях от J до ZC. (3.1)

Это правило формулируется следующим образом: основное отклонение отверстия должно быть симметрично относительно нуле­вой линии основному отклонению вала, обозначенному той же (но строчной) буквой. Из этого правила сделано исключение для отвер­стий размером свыше 3 мм с отклонениями J, К, М и N до квалитета 8 и с отклонениями Р –ZC до квалитета 7 включительно. Для них установлено специальное правило: ES = s –ei +∆, где ∆ = = IТ_n –IТ _n-1 –разность между допуском рассматриваемого ква­литета (с которым сочетается данное основное отклонение) и допуском ближайшего точного квалитета.

Поле допуска ограничено горизонтальной линией, определяемой основным отклонением (см. рис. 3.1). Второе предельное отклоне­ние, ограничивающее данное поле допуска, можно определить по основному отклонению и допуску принятого квалитета. Если основ­ное отклонение верхнее, то нижнее отклонение: для вала ei = es –IT; для отверстия EI = ES –IT. Если основное отклонение нижнее, то верхнее отклонение: для вала es = ei-)-IT; для отверстия ES = = EI-flT (отклонения ei, es, EI, ES берут с учетом знака). Исходными положениями при определении полей допусков ЕСДП являлись потребности промышленности стран - членов СЭВ и поля допусков по рекомендациям ИСО Р286 и Р1829 Это создавало условия для технического сотрудничества стран - членов СЭВ с другими странами мира.

Ряды полей допусков для размеров менее 1 мм [см. табл. 1 и 2 ГОСТ 25347 –82 (СТ СЭВ 144 –75)] характеризуются большим на­бором полей и смещением их в сторону более точных квалитетов по сравнению с основными рядами полей допусков для размеров от 1 до 500 мм. Это отражает более высокие точностные требования в приборостроении. Для размеров свыше 500 до 10 000 мм установлено сокращен­ное число полей допусков, и они смещены в сторону более грубых квалитетов по сравнению с рядами для размеров от 1 до 500 мм..

.

Рис. 3.1. Основные отклонения отверстий и валов,

принятые в системе ИСО и ЕСДП

В частности, уменьшено число полей допусков отверстий для поса­док с натягом, которые в системе вала осуществлять нецелесооб­разно. Для размеров свыше 3150 до 10 000 мм [ГОСТ 25348 –82 (СТ СЭВ 177 –75)] посадки с натягом предусмотрены только, в си­стеме отверстия.

В соответствии с рекомендацией ИСО и практикой стран –чле­нов СЭВ, а также ряда других стран из основных рядов полей до­пусков для размеров от 1 до 500 мм выделены предпочтительные поля допусков. Они обеспечивают 90 –95 % посадок общего приме­нения. Использование предпочтительных полей допусков способст­вует повышению уровня унификации изделий, сокращает номенкла­туру режущих инструментов и калибров, создает благоприятные условия для кооперирования и организации централизованного производства для всех стран –членов СЭВ стандартного режущего инструмента и калибров на специализированных предприятиях (про­дукция которых имеет повышенное качество и в 3 –5 раз дешевле продукции инструментальных цехов машиностроительных заводов). Для размеров более 500 мм и менее 1 мм предпочтительные поля допусков не выделены, но в приложении 2 ГОСТ 25347 –82 даны рекомендации по применению полей допусков в различных интер­валах номинальных размеров менее 1 мм.

В отдельных технически обоснованных случаях может возникнуть необходимость в применении полей допусков, не вошедших в основные ряды. С целью упорядочения выбора таких полей до­пусков и соответствующих им числовых значений предельных отклонений установлены дополнительные поля допусков валов и отверстий для размеров 1 –500 мм (см. приложение 3 ГОСТ 25347 –82).

Для сопрягаемых де­талей установлено лишь значение основного отклонения, т. е. расстояние от ближайшей границы поля допуска до нулевой линии. Верхнее (если поле допуска расположено выше нулевой линии) или нижнее (если поле допуска расположено ниже нулевой линии) отклонения определяют по основному отклонению и допуску выбран­ного квалитета.

Пример. Для вала ø16n5 по табл. 7 ГОСТ 25346 –82 основное отклонение составляет +12 мкм, допуск квалитета 5 по табл. 6 того же стандарта IT5-8 мкм. Следовательно, нижнее отклонение вала ei = +12 мкм, верхнее отклонение es = = 12 + 8 = +20 мкм. Указанные отклонения можно определить также по табл. 7 ГОСТ 25347 –82. Если допуск вала принять по квалитету 7, то ei не изменится, es = 12 + 18 = +30 мкм (рис. 3.2).

Верхние отклонения полей допусков валов (от а до g) и нижние отклонения соответствующих отверстий (от А до G), применяемые для посадок с зазором, приняты одинаковыми по абсолютному зна­чению. Следовательно, зазоры в одноименных посадках в системах отверстия и вала одинаковы.

Поля допусков свыше квалитета 7 для посадок с натягом в системе ИСО и ЕСДП построены так, что верхние отклонения валов в системе отверстия равны по абсолютному значению нижним откло­нениям отверстий в системе вала, обозначенным теми же, но про­писными буквами. Следовательно, наибольшие натяги в системах отверстия и вала одинаковы, так как допуски при одном и том же квалитете в обеих системах равны (см. рис. 3.2).

Преимущество ЕСДП в том, что в этой системе для всех диапа­зонов размеров установлены рекомендуемые посадки и для разме­ров 1 –500 мм из них выделены предпочтительные (например, H7/f7; Н7/n6 и т. п.).

Унификация посадок позволяет обеспечить однородность конструктивных требований к соединениям и облегчить работу конструкторов по назначению посадок. Комбинируя различные варианты предпочтительных полей допусков валов и отверстий, можно зна­чительно расширить возможности системы по созданию различных посадок без увеличения набора инструментов, калибров и другой технологической оснастки. В каждой отрасли можно сократить число полей допусков и посадок, введя ограничительный стандарт (отраслевой или стандарт предприятия). Рекомендуемые посадки приведены в приложении 1 ГОСТ 25347 –82. Поскольку по экономическим соображениям посадки следует назначать главным образом в системе отверстая и реже в системе вала, то в ГОСТ 25347 –82 предпочтительных посадок (образован­ных из предпочтительных полей допусков!) в системе отверстия больше, чем в системе вала. В

Система Отверстия Система Вала

Рис. 3.2. Схема расположения полей допусков в системе ИСО и ЕСДП, иллюстрирующая образование посадок.

В рекомендуемых и предпочтительных посадках точных квалитетов для размеров от 1 до 3150 мм допуск отверстия, как правило, на один-два квалитета больше допуска вала, поскольку точное отверстие технологически получить труднее, чем точный вал вследствие худших условий -отвода теплоты, недо­статочной жесткости, повышенной изнашиваемости и сложности направления режущего инструмента для обработки отверстий. Уве­личение допуска отверстая при сохранении допуска посадки повы­шает срок службы разверток и протяжек, так как при этом допу­скается больший их износ по диаметру и большее число заточек. При малых диаметрах иногда технологически труднее обработать точный вал, чем точное отверстие, поэтому в рекомендуемых посадах для размеров менее 1 нм допуски «отверстия и вала приняты одинаковыми. То же для посадок при размерах свыше 3150 до 10 000 мм.

ГОСТ 25347 –82 в технически обоснованных случаях допускает применение посадок, отличающихся ют рекомендуемых, но образо­ванных из числа полей допусков валов и отверстий, предусмотрен­ных этим стандартом. Однако и в этих случаях посадка должна отно­ситься к системе отверстия или к системе вала.