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

Различают предельные наибольший Д паиО н наименьший Диаим зазоры, а также средний зазор, определяемые но формулам

Посадки разделяются на три группы: с зазором, с натягом и переходные посадки.

Посадками с зазором (подвижными посадками) называются такие, в которых между сопрягаемыми поверхностями имеется зазор, обеспечивающий возможность относительного перемещения собранных деталей (см. рис. 5, а). Они разделяются на посадки с гарантированным зазором и посадки с наименьшим зазором, рав­ ным нулю, которые называются скользящими.

Для посадок с зазором поле допуска отверстия (на схеме) расположено над полем допуска вала (см. рис. 6, а).

Посадками с натягом называются такие, в которых между сопрягаемыми поверхностями до сборки имелся гарантированный натяг, обеспечивающий взаимную неподвижность деталей после их сборки (см. рис. 5, б).

Для посадок с натягом поле допуска вала (на схеме) располо­ жено над полем допуска отверстия (см. рис. 6,'б).

Переходными называются такие посадки, при осуществлении которых в собранной паре могут получаться как натяги, так и зазоры. Для этих посадок поля допусков отверстия и вала частично или полностью перекрываются (см. рис. 6, в). В переходных посадках при наибольшем предельном размере вала и наименьшем предельном размере отверстия получается наибольший натяг, а при наибольшем предельнохм размере отверстия и наименьшем предельном размере вала — наибольший зазор. При положитель­ ном значении разности средних размеров отверстия и вала для большинства годных соединений получим посадку с зазором, при отрицательном — с натягом.

Из-за неточности выполнения размеров отверстия и вала за­ зоры и натяги в соединениях, рассчитанные исходя из эксплуата­ ционных требований, не могут быть выдержаны точно.

Допуском посадки бА называется разность между наибольшим и наихменыним допустимыми зазорами (допуск зазора в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допустимыми натягами (допуск натяга в посадках с натягОхм).

51

В переходных посадках допуск посадки определяется сулпгой наибольшего натяга и наибольшего зазора, взятых по абсолютной величине. Для всех посадок допуск посадки численно равен

бА = бА + 8В.

Пример. Определить предельные размеры, допуски, зазоры п натяги в соеди­ нениях при посадке с зазором, посадке с натягом гг переходной посадке. Предельные отклонения взяты из стандартов (см. рис. 6) и для отверстий

Действительный размер в одном и том же сечении детали при измерении в разных направлениях может быть различным. На производстве принято размеры данной детали условно считать постоянными. При этом для деталей, образующих посадки с зазо­ ром, за действительный размер для отверстия принимают диа­ метр вписанного в действительную поверхность цилиндра, т. е. наименьший размер, а для вала — диаметр описанного цилиндра, т. е. наибольший из размеров в различных сечениях детали. Г1о этому принципу производится, например, контроль деталей проходными калибрами. Такая условность при определении действительного размера определяет возможность сборки деталей, предназначенных для подвижного соединения. Однако для пре­ цизионных машин и приборов следует учитывать характер откло­

52

Точные отверстия обрабатывают дорогостоящим режущим инструментом (зенкерами, развертками, протяжками и т. и.). Каждый из них применяют для обработки отверстия только од­ ного размера с определенным нолем допуска. Калы же незави­ симо от размера обрабатывают одним и тем же резцом или шли­ фовальным кругом.

При СА различных по предельным размерам отверстий будет меньше, чем при СВ, а следовательно, будет меньше и но­ менклатура режущего инструмента, необходимого для обработки отверстий. В связи с этим преимущественное распространение получила система отверстия. Уменьшение номенклатуры позво­

более производительное специализированное оборудование и тем самым увеличить выпуск инструмента с наименьшими затратами.

Однако в некоторых случаях по конструктивным соображениям приходится применять систему вала, например, когда требуется чередовать соединения нескольких отверстий одинакового номи­ нального размера, но с различными посадками на одном валу. Например, в соединении, показанном на рис. 8, должна быть обеспечена подвижная посадка валика с тягой и неподвижная его посадка с вилкой.

Если выполнить это соединение в системе отверстия (рис. 8, б), то валик придется делать ступенчатым, Причем крайние ступени должны иметь больший диаметр, чем средняя. Монтаж такого узла затруднен (валик, проходя утолщенной ступенью через отверстие в вилке, испортит поверхность отверстия). При выборе системы посадок надо учитывать также допуски на стан­ дартные детали и составные части (узлы). Например, вал для соединения с внутренним кольцом подшипника качения должен всегда изготовляться по СА, а гнездо в корпусе для установки подшипника — по СВ и т. и.

Единица допуска. Для построения системы допусков в первую очередь устанавливают закономерность изменения допуска в

54

зависимости от изменения номинального значения параметра, ограничиваемого допусками.

Так, на основании исследования и систематизации опыта механической обработки цилиндрических металлических деталей размером 1—500 мм было выявлено, что погрешность А их изго­ товления в одинаковых технологических условиях меняется в зависимости от диаметра d деталей по следующей закономерности:

Значение х изменяется в пределах 2,5—3,5; коэффициент С для шлифованных валов близок к 0,005, а для отверстий — к 0,008. При разработке стандарта на допуски было принято, что указанные значения коэффициента С и значение х = 3 соответствуют точ-

Рис. 8. Шарнирное соединение вилки с тягой:

а — узел в сборе; б — поля допусков при СА; в — поля допусков при СВ

ности обработки деталей по 2-му классу. Эту погрешность и при­ няли за допуск этого класса точности. Тогда, например, допуск вала по 2-му классу точности может быть определен по формуле

Для вала, например, диаметром 8 мм допуск

6 = 0,0051/8 = 0,01 мм.

Из формулы (17) видно, что допуск цилиндрических деталей

изменяется пропорционально yrd. Для определения допуска любого класса точности формула (17) преобразуется в следующую:

где dcр — среднее значение диаметра для какого-либо интервала

, 55

По формуле (18) допуск кала диаметром 8 мм 2-го класса точ­ ности также равен 0,01 мм.

Единица допуска г, отражая влияние технологических, конст­ руктивных и метрологических факторов, выражает зависимость до­ пуска от номинального значения параметра, ограничиваемого допусками (например, от диаметра), и является мерой точности. Она позволила при разработке систем допусков определять величину допуска для широкого диапазона значений нормируе­ мого параметра. Единица допуска должна учитывать также функциональную роль нормируемого параметра.

Классы точности. В каждом изделии детали разного назначе­ ния изготовляют с различной точностью. Для нормирования уровней точности установлены классы (степени) точности изго­ товления деталей. Для каждого класса (степени) точности су­ ществует закономерно построенный ряд полей допусков, в кото­ ром разные по величине размеры однотипных поверхностей деталей имеют одну и ту же относительную точность, определяе­ мую примерно одним и тем же значением коэффициента а. Коли­ чество классов (степеней) точности определялось потребностью различных отраслей промышленности, перспективами повышения точности изделий, границами достижимой точности, а также функциональными и технологическими факторами и принятым значением ср — знаменателя геометрической прогрессии, по ко­ торой изменяется величина допуска при переходе от одного класса (степени) точности к другому. Для гладких цилиндри­ ческих соединений ср ^ 1,6.

Для образования необходимых классов (степеней) точности значение коэффициента а (количество единиц допуска) для од­ ного из классов принимают за исходное. Для более грубых клас­ сов точности исходное значение этого коэффициента умножают,

адля более точных классов делят на принятое значение ср. Класс точности определяет величину допуска на изготовление,

аследовательно, и соответствующие методы и средства обработки деталей машин.

Ряды допусков и интервалы диаметров. Используя единицу допуска н коэффициент а для каждого из классов точности, пост­ роили ряды допусков для всех размеров, охватываемых данной системой допусков. Они делятся по принятым классам точности. Допуски для цилиндрических деталей установлены для размеров до 31 500 мм с разбивкой на пять диапазонов: менее 0,01 до 0,1 мм исключительно, от 0,1 до 1 мм исключительно, от 1 до 500 мм

включительно, свыше 500 до 10 000 мм включительно и свыше

10 000 до 31 500 мм.

Для построения рядов допусков каждый из пяти диапазонов, в свою очередь, разделен на несколько интервалов и величины допусков приняты одинаковыми для ряда смежных размеров, объединенных в один интервал. Это сделано потому, что назна­ чать допуск для каждого номинального размера нецелесообразно,

изолирующие накладки и ручки у скоб а штихмасов) или термо­ изолирующие перчатки.

В отдельных случаях погрешность измерения, вызванная отклонением от нормальной температуры н разностью коэффи­ циентов линейного расширения материалов детали и измеритель­ ного средства, может быть учтена введением поправки, равной погрешности, взятой с обратным знаком. Величина температурной погрешности АI приближенно определяется по формуле

диаметром 500 мм после обработки имеет температуру 40° С. Для стали, из

= —0,109 мм. Для алюминиевых детален (at == 24-10-6) при том же измери­ тельном инструменте AZ = = —500-10-0 (24-20—1 0 ,5 - 5 )= —0,214 мм.

При полном выравнивании температуры, если она не равна нормальной, также неизбежны ошибки из-за разности коэффи­ циентов лилейного расширения детали и измерительного средства. В этом случае (т. е. при Atx — At2 — At) величина погрешности определяется по формуле

Если температуры воздуха в цехе, детали и измерительного средства выравнены и равны 20° С, то температурная погреш­ ность измерения отсутствует при любой разности коэффициента линейного расширения, так как при AZX= A12 = 0 и А1 — 0.

Формулы (21) и (22) являются приближенными, так как из-за сложности конфигурации деталей изменение их размеров при перепаде температуры не подчиняется линейному закону. По­ этому для устранения температурных погрешностей необходимо соблюдать нормальный температурный режим в помещениях измерительных лабораторий, инструментальных, механических и сборочных цехов, вводя в них кондиционирование воздуха.

Установление предельных контуров деталей. Действительная форма деталей отличается от заданной. Погрешности формы, а для сложных деталей и отклонения в расположении их поверх­ ностей могут нарушить взаимозаменяемость. Для обеспечения взаимозаменяемости необходимо установить наименьший и наи­

58

себестоимость изготовления деталей в этих случаях по мере уменьшения величины допуска возрастает по гиперболе.

Итак, изготовление деталей по более точному классу связано с повышением себестоимости. Но при этом обеспечиваются высокая точность сопряжений, постоянство их характера в большой партии и более высокие эксплуатационные показатели изделия в целом.

Изготовление деталей по расширенным допускам проще, не требует точного оборудования и отделочных технологических процессов, но снижает точность и, следовательно, долговечность машин.

Отсюда перед конструкторами, а также перед технологами и метрологами всегда стоит задача — рационально, на основе тех­ нико-экономических расчетов, разрешать противоречия между

U-)

Рис. 9. Зависимость процента возможного брака (а) п относи­ тельной себестоимости (б) от допуска:

1 — холодное волочение; 2 — обтачивание на токарном станке; 3 — обтачи­ вание и шлифование; 4 — обтачивание, шлифование, притирка

эксплуатационными требованиями и технологическими возмож­ ностями исходя в первую очередь из выполнения эксплуатацион­ ных требований. Вместе с тем нельзя назначать предельные отклонения и допуски, проверка соблюдения которых не обеспе­ чена достаточно точными и надежными измерительными средствами.

Гарантированный запас работоспособности машин и других изделий. Как известно, для предупреждения разрушения деталей машин (вследствие неоднородности механических свойств мате­ риала, возможных перегрузок, недостаточной точности определе­ ния расчетной нагрузки и методов расчета на прочность и других причин) вводятся коэффициенты запаса прочности, коэффициенты безопасности по устойчивости и др. Однако серийно изготовляе­ мые маилпш и другие изделия в большинстве случаев выходят из строя не из-за разрушения, а из-за потери работоспособности, вызываемой снижением точности их рабочих органов. Для изде­ лий с механическими кинематическими связями потеря точности связана с износом деталей. С потерей точности ответственных

60