книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

данных (о методе обработки, гарантирующем требуемую шерохо­ ватость, и др.). Числовые значения Rz выбираются из ряда RalO

по ГОСТ 8032-56 (400, 500, 630, 800 и т. д.).

Если для всех поверхностей детали устанавливают один и тот же класс шероховатости, то общий знак шероховатости ставят не на изображении детали, а в правом верхнем углу чертежа

(рис. 72, а).

132

При наличии на детали преобладающей (по количеству по­ верхностей) шероховатости поверхности ее обозначение наносят в правом верхнем углу чертежа (рис. 72, б).

Если шероховатость одной и той же поверхности детали на разных участках должна быть различной, то между этими участ­ ками проводят границу сплошной тонкой линией с нанесением соответствующего размера участка и знаков шероховатости

(рис. 72, в). Шероховатость поверхностей зубьев колес, эвольвентных шлицев и т. п., если на чертежах не дается их профиль, условно наносят на делительной окружности (рис. 72, г).

Поверхности деталей, не определяемые данным чертежом, т. е. сохраняющиеся в состоянии поставки (например, отливки, штамповки, прокат) и но подвергающиеся дополнительной обра­ ботке по этому чертежу, должны обозначаться знакомь (рис. 72, д). Шероховатость поверхности, обозначаемая этим знаком, должна

183

удовлетворять требованиям, установленным соответствующими стандартами или техническими условиями.

Знак V> находящийся в скобках (рис. 72, б, д), означает, что все остальные поверхности детали, кроме обозначенных на чер­ теже, имеют шероховатость, указанную перед скобкой.

По ГОСТ 2.309 — 73 вводятся следующие правила обозна­ чения шероховатости.

1.Шероховатость поверхностей деталей из металлов, пласт­

масс и других материалов обозначают на чертеже знаком V с ука­

занием над ним числового значения в мкм одного из выбранных параметров шероховатости. Величину Ra указывают без символа, a Rz, Rтих и другие параметры с символом:

ш

Vили у

2.Обозначение направления рисок должно соответствовать приведенному в табл. 1 1 .

3.Значение базовых длин I, не предусмотренных для соответ­ ствующего класса шероховатости, указывают над обозначением направления рисок:

4.Числовое значение шероховатости поверхности ограничи­ вает только наибольшую величину по параметрам Ra или R,.

Если неооходимо ограничить также и наименьшую величину шероховатости, указывают оба значения параметра:*гЗ,2

5. Способы обработки поверхностей указывают только в слу­ чаях, когда они являются единственными, гарантирующими требуемое качество изделия:

i f * # * *

Поверхности в состоянии поставки или с обработкой без сня­

тия стружки обозначаются символом ^ , с обработкой со сня­

тием стружки у .

6. При указании двух и более параметров в обозначении шероховатости значения их записывают сверху вниз в следующем порядке: параметр высоты профиля, параметр шага профиля, относительная опорная длина профиля.

Примеры нанесения обозначений шероховатости поверхностей даны на рис. 72, е, ж, з.

184

§ 26. ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ. ВОЛНИСТОСТИ, ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

НА КАЧЕСТВО МАШИН

Шероховатость, волнистость, отклонения формы и расположе­ ния поверхностей деталей, возникающие при изготовлении, а также в процессе работы машины иод влиянием силовых и температурных деформаций, уменьшают контактную жесткость стыковых поверх­ ностей деталей и изменяют установленный при сборке начальный характер подвижных посадок.

В подвижных посадках, когда трущиеся поверхности деталей разделены слоем смазки (жидкостное трение) и непосредственно не контактируют, указанные погрешности приводят к неравно­ мерности величины зазора в продольных и поперечных сечениях, что нарушает ламинарное течение смазки, повышает температуру и снижает несущую способность масляного слоя.

При пуске, торможении, уменьшении скоростей, перегрузках машин и в других случаях условия для жидкостного трения не могут быть созданы, так как смазка не полностью разделяет тру­ щиеся поверхности. В этом случае из-за отклонений формы, рас­ положения и шероховатости поверхности и других погрешностей контакт сопрягаемых поверхностей деталей машин происходит по наиболее высоким вершинам неровностей поверхностей. Отно­ шение фактической площади контакта к номинальной при чистовой обработке деталей точением, развертыванием и шлифованием со­ ставляет 0,25—0,3 и только при суперфинишировании и доводке это отношение может быть равно 0,4 и более.

При таком характере контакта давление на вершинах неров­ ностей часто превосходит величину допускаемых напряжений, вызывая вначале упругую, а затем пластическую деформацию неровностей. Может иметь место отделение вершин некоторых неровностей из-за повторной деформации, вызывающей усталость материала или вырывание частиц материала с одной пз трущихся поверхностей при «схватывании» (сцеплении) неровностей при их совместной пластической деформации под действием больших контактных напряжений. Происходит также сглаживание отдель­ ных соприкасающихся участков трущихся пар. Вследствие этого в начальный период работы подвижных соединений (участки ОАх на кривых рис. 73, а) происходит интенсивный износ деталей (процесс приработки), что увеличивает зазор между сопряжен­ ными поверхностями.

В процессе приработки неровности поверхности изменяются по размера.м и даже по форме, приобретая направление в сторону движения детали. Получающаяся после приработки (при трении скольжения, трении качения и трении с проскальзыванием) шероховатость, обеспечивающая минимальный износ и сохраняю­ щаяся в процессе длительной эксплуатации машин (участки А 1Б1 и А 2Б2кривых на рис. 73, а), называется оптимальной. Онтималь-

185

пая шероховатость характеризуется высотой, шагом и формой неровностей (радиусом впадин, углом наклона неровностей в на­ правлении движения и др.). Параметры оптимальной шерохова­ тости зависят от качества смазки п других условий работы тру­ щихся деталей, их конструкций и материала.

Изменение начальной шероховатости можно проследить на примере испытаний компрессора. Перед испытаниями шерохова­

твердых включений и загрязнений. После окончания испытаний (1000 ч работы) шероховатость поршня не изменилась, а шеро­ ховатость зеркала цилиндра соответствовала Ra = 0,7 ч- 1,2 мкм

(V 7 -V 8 ).

Процесс приработки зависит от величины начальных неровно­ стей трущихся поверхностей, от свойств материала деталей, режима и условий работы механизма. Если начальная шерохова­ тость значительно отличается от оптимальной, то износ детален наибольший. При начальной шероховатости, близкой к оптималь­ ной, износ наименьший (рис. 73, б).

При прочих равных условиях обеспечить заданную продолжи­ тельность работы детали, узла или механизма можно повышением износостойкости деталей (что видно из сравнения величин t2 и tl на рис. 73, а) или увеличением коэффициента запаса на износ Кт (увеличением слоя металла U, на величину которого допус­

186

На износ деталей влияют наклеп и другие показатели каче­ ства поверхностного слоя металла. При оптимальных значениях наклепа и шероховатости скорость износа деталей наименьшая, детали прирабатываются быстрее, возрастают долговечность ма­ шин и их точность. При сглаживании неровностей уменьшается (до некоторого предела) коэффициент трения.

Очень важно устанавливать допустимый максимальный износ деталей, при достижении которого должна быть прекращена эксплуатация механизма и произведен его ремонт, так как увели­ ченные при этом износе зазоры могут вызвать дополнительные динамические нагрузки и прогрессивное увеличение скорости изнашивания (участки В ;Вг на кривых рис. 73, а).

Неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей, особенно при наличии резких переходов, выточек и т. и. Так, при уменьшении шероховатости впадины нарезанной или шлифованной резьбы болтов с 7 до 10-го класса допустимая предельная амплитуда цикла напряжений увеличивается на 20—50%, причем в большей степени у болтов из высокопрочных легированных термически обработанных ста­ лей и в мейыней — у болтов из низколегированных и углеродистых сталей, что объясняется большей чувствительностью легирован­ ных сталей к концентрации напряжений.

Выглаживание поверхностей (после точения или шлифования) алмазными наконечниками с радиусом сферы или цилиндра 2—3 мм на 25—40% повышает усталостную прочность и на 15— 30% износостойкость деталей из легированных сталей (за счет создания остаточных напряжений сжатия и лучших параметров шероховатости).

Коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубообработанных поверхностях, особенно в местах концентра­ ции напряжений; корродированные детали имеют в несколько раз меньшую усталостную прочность.

Шероховатость поверхности и твердость — управляемые фак­ торы. Шероховатость поверхности можно получить с заданной характеристикой у всех деталей в партии; ее можно проверить без повреждения деталей.

В процессе монтажа и эксплуатации машин форма деталей может изменяться. Отклонения формы и погрешности в располо­ жении поверхностей вызывают добавочные ускорения подвижных деталей к снижают точность кинематических пар. Однако чем меньше начальные значения этих отклонений, тем конструкция более долговечна. Например, на Горьковском автозаводе уста­ новлено, что при исходной овальности зеркала цилиндра двига­ телей автомобилей ГАЗ-69, ГАЗ-51, ГАЗ-12 и др. свыше 0,04 мм ее значение увеличивается до 0,1—0,12 мм после 400 ч работы двигателя под нагрузкой, тогда как при исходных значениях до 0,025 мм овальность возрастает за то же время работы только до 0,05—0,06 мм. При начальной овальности цилиндров .двух

187

двигателей, равной 21 и 45 мкм, износ после пробега 22 000 км составил соответственно 31 и 00 мкм, т. е. был пропо])ционален овальности. Уменьшение конусообразности, овальности и седлообразности шеек коленчатых валов двигателей указанных авто­ мобилей с 0,01 до 0,000 мм повысило срок службы вкладышей подшипников в 2,5—4 раза без появления очагов растрескивания

ивыкрошпванин их рабочей поверхности.

Внеподвижных посадках отклонения формы, волнистость и шероховатость поверхности сказываются па ослаблении прочности

соединения деталей вследствие неодинаковой величины натяга и смятия гребней неровностей на сопрягаемых поверхностях при запрессовывании. Например, прочность прессового соединения вагонных осей со ступицами колес со средней высотой неровностей поверхности 36 мкм на 40—50% ниже прочности соединения тех же деталей со средней высотой неровностей поверхности 18 мкм, несмотря на то, что величина натяга до занроссовывания в первом случае была на 15% больше, чем во втором. Некруглость шариков диаметром 8 мм, равная 0,5 мкм, вызывает в подшипнике качения шум на 15—20 дБ больший, чем при некруглости шариков, равной

0,125 мкм [6].'

Нецилиндричность, волнистость и другие отклонения формы и расположения поверхностей нарушают также герметичность ответственных соединений. Методы расчета допускаемых погреш­ ностей формы деталей исходя из прочности соединений с натягом рассматриваются в работах А. М. Дмитриева и др.

Нецилиндричность и другие отклонения формы и расположения поверхностей нарушают также герметичность ответственных сое­ динений.

§27. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ, РАСПОЛОЖЕНИЯ И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Отклонения формы и расположения поверхностей деталей определяют как универсальными (микрометрическим инструмен­ том, индикаторами, механическими и оптико-механическими при­ борами), так и специальными измерительными средствами. При­ меры контроля отклонений формы и расположения поверхностей указаны в приложении к ГОСТ 10356—63.

Овальность и четная огранка измеряются двухконтактными приборами. Овальность равна разности между наибольшим и наименьшим диаметрами, измеренными в двух взаимноперпенди­ кулярных направлениях, при повороте детали не менее чем на 180°, огранка — полуразности этих диаметров.

Огранка с нечетным числом граней приборами с двухточечным контактом не обнаруживается. Она может быть измерена в кольце или при помощи трехконтактных измерительных устройств, на­ пример на призме (два опорных неподвижных контакта) с индика­ тором. При измерении в кольце за величину огранки принимают

138

разность наибольшего и наименьшего показаний, при измерении на призме (рис. 74, а) — разность наибольшего и наименьшего показаний прибора, умноженную на коэффициент, зависящий от числа граней и угла призмы у.

Пекруглость наиболее точно может быть измерена па нриборахкругломерах, имеющих точное вращение прецизионного шпинделя (рис. 74, б). Проверяемую деталь 1 устанавливают на стол 2 и точно центрируют относительно оси вращения. С проверяемой поверхностью детали соприкасается щуп датчика 3, который совер­ шает радиальные колебания, соответствующие изменениям ра­ диуса детали. Записывающий механизм (на схеме не показан)

Рис. 74. Схемы измерения отклонений формы цилиндрических деталей:

а — огранки; б — некруглости; в — профилограмма поперечного сечения; г — изогнутости; д — нецилиндричности

вычерчивает профилограмму формы детали (рис. 74, в). Числовые значения некруглости определяются путем наложения на про­ филограмму прозрачного шаблона с концентричными окружно­ стями.

Завод «Калибр» выпускает гамму кругломеров (мод. 218, 246, 255, 256 и 258), позволяющих измерять пекруглость деталей от диаметра 0,5 до 350 мм и высотой до 1500 мм с погрешностью измерения 0,1; 0,2 и 0,05 мкм. Применяют также кругломеры БВ-2003 и др.

Английская фирма Тейлор :— Гобсон выпускает приборы «Тэлиронд» с вычислителем средней базовой окружности, которая определяется по принципу наименьших квадратов и автоматически вычерчивается на диаграмме в полярных координатах. Прибор определяет максимальные отклонения от базовой окружности, направленные наружу ы внутрь, среднее отклонение от базовой окружности и наибольшее отклонение от нее (сумма отклонений, направленных наружу и внутрь).

189

Изогнутость измеряется индикатором при вращении детали на двух опорах (рис. 74, г). Разность предельных показаний измерительной головки равна удвоенной величине изогнутости

2АПЯ.

Средств для надежного измерения непосредственно нецилиндрнчтюсти пока пет. При отсутствии огранки с нечетным числом граней и изогнутости иецилиндричность определяют как полураз­ ность между наибольшим и наименьшим диаметрами поверхности, измеренными двухконтактным прибором не менее чем в двух край­ них и среднем сечениях детали (рис. 74, д). Если имеются огранка с нечетным числом граней или изогнутость, то для косвенного определения иецилиндричности они измеряются отдельно и сум­ мируются с полуразностью наибольшего и наименьшего диаметров (суммирование арифметическое, если не известны закономерности, которым следуют сочетания различных погрешностей).

Прямолинейность можно контролировать поверочными линей­ ками, выявляя зазор между рабочей поверхностью линейки и контролируемой поверхностью детали.

Неплоскостность определяют поверочными плитами на краску (по установленному наименьшему количеству пятен на единицу площади). Для точного измерения непрямолинейности и неплоскостности, особенно больших размеров, используют оптические линейку, струну или плоскомер конструкции Б. М. Левина. Для контроля точности расположения поверхностей применяют спе­ циальные приборы и приспособления [6, 27, 28].

Средства измерения шероховатости поверхности. В машино­ строении обычно приходится определять, какому классу шерохо­ ватости соответствуют неровности, или измерять их величину. Уста­ навливают класс шероховатости визуально, сравнивая контролиру­ емую поверхность с поверхностью образцов шероховатости или детали, шероховатость которой аттестована. Этот метод дает надежные результаты только для поверхностей до 6-го класса шероховатости включительно. При контроле деталей 7—10-го клас­ сов не исключена возможность ошибочного отнесения шерохова­ тости поверхности к соседнему классу. Чтобы улучшить надеж­ ность визуального контроля шероховатости до 10-го класса путем сравнения с образцами, применяют микроскопы сравнения наклад­ ного, переносного и стационарного типов.

Измеряют шероховатость контактным методом при помощи щуповых приборов (профилометров и профилографов) и бескон­ тактным — оптическими приборами (микроинтерферометрами, двойными микроскопами, иммерсионно-репликовыми микроинтер­ ферометрами и др.).

Профилометры основаны на ощупывании контролируемой поверхности алмазной иглой с радиусом кривизны 10 мкм. Они предназначены преимущественно для контроля шероховатости поверхностей 5—12-го классов. В СССР были созданы профило­ графы ИЗП конструкции Б. М. Левина, электродинамический

190

профплометр КВ-7 конструкции В. М. Киселева, индуктивные профилометры II11-2 и ПЧ-3 конструкции В. С. Чамоиа и др.

В настоящее время в промышленности применяют профилогра­ фы-профилометры мод. 201 и 202, профплометр портативный мод. 253 и профилометр цехового типа мод. 210, изготавляемыо заводом «Калибр». Краткая характеристика этих приборов при­ ведена в табл. 12. Для измерения шероховатости поверхности колец подшипников качения завод «Калибр» выпускает специаль­ ные приборы мод. 994 и 99’5.

Профилограф-профилометр блочной конструкции мод. 201, разработанный Г. И. Овчаренко, Ю. В. Клейменовым и А. И. Боя­ ровым, имеет малую измерительную силу, благодаря чему позво­ ляет измерять шероховатость без повреждения поверхности деталей с покрытиями, деталей из цветных металлов, пластмасс и других неметаллических материалов. Он оценивает шероховатость поверхности по Ra на базовых длинах от 0,08 до 2,5 мм. По про­ филограммам можно определять параметры Ra, Rz, Rmax, Sm, S, tp, p. Прибор состоит из унифицированных блоков (рис. 75, а): стойки с кареткой 5, универсального столика 2, датчика 3 (на ко­ ромысле которого закреплена алмазная игла), мотопривода 4, электронного блока с показывающим прибором 1 и записывающего прибора 6.

Действие прибора основано на принципе ощупывания иссле­ дуемой поверхности алмазной иглой и преобразования колебаний иглы в изменения напряжения индуктивным методом.

Электрическая часть прибора (рис. 75, б) включает в себя электронный блок 7, показывающий 8 или записывающий 9 при­ боры. Магнитная система датчика состоит из сдвоенного Ш-образ- ного сердечника 2 с двумя катушками 1. Катушка датчика и две половины первичной обмотки дифференциального входного транс­ форматора 6 образуют балансный мост, который питается от генератора звуковой частоты 5. При перемещении датчика отно­ сительно исследуемой поверхности алмазная игла 4, ощупывая

191