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

деталей, соединений и кинематических пар резко ухудшаются эксплуатационные показатели машин, приборов и других изде­ лий, что и является причиной изъятия их из эксплуатации.

13 некоторых зарубежных странах при изготовлении изделий разрешается использовать только часть установленного допуска. Оставшаяся часть допуска составляет необходимый запас точ­ ности. На многих заводах нашей страны стремятся к тому, чтобы для ответственных изделий создавался технологический запас точности, т. е. чтобы отношение допуска б к фактическому полю рассеяния со было больше единицы (см. гл. XIII). Советские станкостроительные заводы поставляют новые станки но сдаточ­ ным нормам, в которых установлены отклонения, уменьшенные на 40—50% по сравнению со стандартными нормами точности.

Рис. 10. Схема расположения нолей функциональных допусков: а — размеров несоирягаемых поверхностей; б — для посадок с зазором

Для того, чтобы машины, приборы и другие изделия сохранили эксплуатационные показатели в заданных пределах к концу срока их службы, необходима такая система, которая обеспечивала бы гарантированный запас точности функциональных параметров и ответственных соединений, а следовательно, и эксплуатацион­ ных показателей. Для функциональных размеров и посадок с зазором методика расчета запаса точности общая. Устанавливают максимальные допуски как на функциональные размеры несопрягаемых поверхностей (например, на диаметры сопел пневмо- н гидросистем, жиклеров карбюраторов и т. п.), так и на посадки для ответственных соединений. Эти допуски и расположение их полей назначают исходя из допустимых отклонений эксплуатацион­ ных показателеймашины или другого изделия и соответственно называют функциональными допусками размера 6ф и функциональ­ ным допуском посадки 6 Д ф .

Допуск бф для функциональных размеров несопрягаемых поверхностей (рис. 10, а) равен разности между наибольшим и наименьшим допустимыми значениями этого размера, определен­ ными исходя из допустимого изменения эксплуатационных пока­ зателей изделия:

61

Функциональный допуск посадки с зазором бДф равен раз­ ности между наибольшими и наименьшими допустимыми зазорами, определенными исходя из допустимого изменения эксплуатацион­ ных показателей узла или машины:

Функциональные допуски бф и бДф должны быть наибольшими, но такими, при которых изделие еще будет работать с допустимыми эксплуатационными показателями.

Допуск функциональных размеров бф несопрягаемых поверх­ ностей и функциональный допуск посадки бДф необходимо делить на две части. Первая часть бф и бДф предназначается для создания запаса точности (например, запаса на износ сопл и на износ деталей в трущихся парах), необходимого для сохранения тре­ буемого уровня эксплуатационных показателей изделия в про­ цессе его длительной эксплуатации. Назовем эту часть эксплуата­ ционным допуском (бэке и 6Д3!;()- Эксплуатационный допуск по­ садки бДЭкс, в свою очередь, делится на эксплуатационный до­ пуск отверстия бакс А и эксплуатационный допуск вала бэкс В. При этом учитывают скорость потери точности отверстием и валом и трудности восстановления их точности при ремонте.

13торая часть функционального допуска посадки бДф (рис. 10, б) в общем случае идет на компенсацию погрешностей изготов­ ления деталей Дпзг (Дизг = 6Л + 8В), погрешностей сборки узла и изделия в целом и его регулировку Дсч1, а также на компен­ сацию прочих погрешностей Дпр. Эту часть бф и бДф назовем конст­ руктивным допуском бк и 6ДК.

Из приведенных определений следует:

для функциональных размеров несопрягаемых поверхностей

относятся изменения размеров под влиянием силовых Дсд и тем-

У~

Силовые и температурные деформации, возникающие в про­ цессе изготовления деталей пли сборки узлов, входят соответст­ венно в Д„зг нлп Дсд.

Перечень и допустимая величина указанных погрешностей определяются особенностями конструкции изделия и условиями, в которых оно работает.

Расположение допустимых полей погрешностей Дсо.доп и Лпр.доп на рис. 10, б показано условно. При расчете посадок учитывают суммарное влияние погрешностей сборки ДСб и прочих погрешностей Дпр вала и отверстия на величину поля зазора Драсч, так как знаки погрешностей у соединяемых деталей могут быть различными.

После определения допустимых величин составляющих по­ грешностей, для компенсации которых предназначен допуск 6ДК, устанавливают посадку и допуски на изготовление каждой из со­

единений, определяемый величиной 6ДЭКС.

Для посадок с натягом необходимо создавать эффективные запасы прочности при эксплуатации и сборке (см. гл. VII).

В настоящее время допуск па изготовление б (6Л или бВ) предназначается для компенсации погрешностей изготовления Дизг, включая и погрешности измерения Дизм. В некоторых слу­ чаях, особенно при установлении допуска на физические функ­ циональные параметры сложных приборов, из допуска б выделяют часть допуска на компенсацию погрешностей измерения Дизм, что оговаривается на чертеже.

Для обеспечения взаимозаменяемости машин по эксплуата­ ционным показателям кроме допуска б целесообразно, где это необходимо, назначать также допуски бф и бэкс для функциональ­ ных размеров несопрягаемых поверхностей и бДф и 6ДЭКС для ответственных посадок с зазором. В инструкциях по эксплуата­ ции изделий для ответственных деталей, имеющих функциональ­ ные размеры сопрягаемых и несопрягаемых поверхностей, по­ лезно указывать также наибольшие и наименьшие допустимые значения этих размеров для периодического контроля их в про­ цессе эксплуатации. Такой контроль позволяет сохранять эксплу­ атационные показатели изделий в заданных пределах, предупреж­ дать выход изделий из строя из-за катастрофически быстрого износа поверхностей трущихся Деталей и своевременно заменять износившиеся детали.

Сумма эксплуатационных допусков бэкс А + бэкс В в подвиж­ ных соединениях или кинематических парах определяет эксплуа­ тационный допуск зазора, величину которого нужно рассчиты­ вать исходя из заданной долговечности и допустимого изменения других эксплуатационный показателей изделия.

Запас точности целесообразно характеризовать коэффициен­ том запаса точности К т, определяемым отношениехм допускаемой

63

погрешности детали, соединения, узла, машины или прибора и конце срока их эксплуатации к погрешности новых машин пли приборов, их узлов, соединений и деталей. Например, если ра­ диальное биение шпинделя нового шлифовального станка равно 0,005 мм, а допускаемое биение в конце срока эксплуатации (до ремонта) станка данного класса точности равно 0,01 мм, то

Для деталей, имеющих функциональные несолрягаемые по­ верхности, К-? определяется отношением функционального до­ пуска размера этой поверхности к конструктивному допуску

(см. рис. 10), т. е.

Например, если для обеспечения экономичной работы дви­ гателя внутреннего сгорания отклонения диаметра жиклера карбюратора не должны превышать 10 мкм (6ф = 10 мкм),

а из них 5 мкм используются для компенсации всех погрешностей, в том числе и погрешностей изготовления (6К = 5 мкм), то

Для подвижных соединений К травен отношению максималь­ ного допуска посадки бДф к конструктивному допуску посадки 6Д„, который используется для компенсации всех погрешностей, в том числе и погрешностей изготовления, сборки и измерения

(см. рис. 10, б).

Для частного случая, когда Дсо и Дир равны нулю,

Величина коэффициента запаса точности Кт зависит от эксплуа­ тационного назначения изделия и допустимого снижения его на­ чальной точности, от намечаемого срока службы, характера изме­ нения функциональных параметров и эксплуатационных показа­ телей в процессе работы изделия и других факторов.

Запас точности нужно устанавливать для всех машин, при­ боров и других изделий длительного действия. Он должен созда­ ваться по каждому функциональному параметру, влияющему на эксплуатационные показатели изделия. Например, для порш­ невых компрессоров необходим запас точности зазора в сопряже­ нии поршень — цилиндр, так как этот зазор влияет на произво­ дительность и удельную мощность компрессора. В тех случаях,

* При заданных диаметре и длине жиклера, вязкости жидкости, вели­ чине напора, под которым происходит истечение жидкости, н постоянстве других факторов.

64

когда функциональный размер является одновременно замыкаю­ щим (или исходным), точность его определяется точностью состав­ ляющих размеров, входящих в соответствующую размерную цепь. Значит, необходимо создавать запас точности и для состав­ ляющих размеров, величина которых изменяется в процессе эксплуатации. Запас точности нужно устанавливать также для каждого эксплуатационного показателя, характеризующего точ­ ность машины или другого изделия. Это особенно важно для металлорежущих станков и измерительных приборов. Так, если допустимая погрешность результата измерения оптиметра при определенных условиях измерения равна 0,(5 мкм, то действитель­ ная погрешность результата измерения должна быть меньше допустимой. Например, при действительной погрешности но­ вого оптиметра, равной 0,4 мкм, создается запас точности, характеризуемый Кт г~ 1,5.

При разработке норм точности, по которым осуществляется окончательная приемка изделий, целесообразно устанавливать значение допускаемой погрешности нормируемого параметра для нового изделия и для изделия в конце срока его эксплуатации (до ремонта машины или до новой юстировки прибора). Запас точности следует создавать не только по геометрическим парамет­ рам, но и по электрическим, упругим и другим функциональным параметрам, изменяющимся в процессе работы изделия. Например, нужно предусматривать запас точности упругой характеристики чувствительных элементов приборов, длины волны резонансных электромагнитных колебаний в резонаторных системах, опреде­ ляющих качество электровакуумных приборов, и т. д.

Из изложенного следует, что установление точностных харак­ теристик имеет не меньшее значение, чем определение самих размеров деталей путем расчета на прочность, жесткость и т. п.

3 А. И. Якушев

ГЛАВА III

ПОНЯТИЕ О ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ В МАШИНОСТРОЕНИИ

§ 14. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Технический прогресс, совершенствование прецизионных тех­ нологических процессов, производство точных, надежных и дол­ говечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение взаимозаменяемости и кооперирования производства невозможны без развития метрологии и постоянного совершенст­ вования техники измерений.

Мет.рология * — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ ности. Основные проблемы метрологии: развитие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их сис­ темы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измере­ ний, единообразия средств и требуемой точности измерения, установление эталонов и образцовых средств измерений; разра­ ботка методов передачи размеров единиц от эталонов или образ­ цовых средств измерений рабочим средствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится госу­ дарственной метрологической службе, имеющей научно-исследова­ тельские институты и разветвленную сеть лаборатории государ­ ственного надзора и других организаций. Большую роль в раз­ витии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой в России в период 1892—1907 гг.

Под измерением понимается нахождение значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств.

Единица физической величины — это единица измерения, оп­ ределяемая установленным числовым значением, которое принято за исходную (основную или производную) единицу (например, метр — единица длины и т. п.).

66

где Q — измеряемая величина;

q — числовое значение измеряемой величины в принятых единицах;

U — единица измерения.

Измерения производятся как с целью установления действи­ тельных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и для проверки точности технологической системы и подна­ ладки ее для предупреждения появления брака.

Вместо определения числового значения величины часто про­ веряют, находится ли действительное значение этой величины (например, размер детали) в установленных пределах. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметре дета­ ли, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на фак­ торы, влияющие па объект, называется контролем. При контроле деталей проверяют только соответствие действительных значений геометрических, механических, электрических и других парамет­ ров нормированным (допускаемым) значениям этих параметров (например, при помощи калибров).

Для унификации единиц измерения в международном мас­ штабе в пашей стране с 19(53 г. введена для предпочтительного применения Международная система единиц измерения (ГОСТ

9867—61), сокращенно обозначаемая буквами СИ.

В настоящем учебнике единицы измерения даются в системе СИ. В некоторых случаях в скобках указаны величины в других ситемах единиц (МКГСС и др.), которые еще действуют в нашей стране. Например, в системе СИ за единицу длины принят метр — длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего оранжевой линии спектра криптона 86.

Средство измерений — это техническое устройство, исполь­ зуемое при измерениях и имеющее нормированные метрологи­ ческие свойства. Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, воспроизводящие физическую ве­ личину одного размера (например, конЦевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной емкости и т. и.), и многозначные меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера (например, рулетки, разделенные на миллиметры, конденсаторы переменной емкости).

Эталон единицы измерений — средство измерений (или комп­ лекс средств измерений), официально утвержденное эталоном для

произведения метра через длину световой волны). Примером точ­ ности эталонов может служить государственный эталон времени, погрешность которого за 30 тыс. лет не будет превышать 1 с.

Образцовые средства измерений — это меры, измерительные приборы пли преобразователи, утвержденные в качестве образ­

цовых. Они служат для контроля нижестоящих по поверочной схеме измерительных средств и в то же время сами периодически поверяются по эталонам. Их точность имеет большое значение для обеспечения единства и правильности измерений.

Рабочее средство измерений — это мера, устройство или при­ бор, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц (например, концевая мера длины, используемая для контроля размеров изделий или для наладки станков).

Метод измерений — это совокупность приемов использова­ ния принципов и средств измерений. Под принципом измерений понимается совокупность физических

прямым измерениям (например, измерение среднего диаметра резьбы при помощи трех проволочек). Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях величины и (или) использовании значений физических констант (например, изме­ рение размеров деталей штангенциркулем или микрометром). Относительное измерение * основано на сравнении измеряемой величины с известным значением меры. Размер в этом случае определяется алгебраическим суммированием размера установоч­ ной меры и показаний прибора, например, измерение высоты L

мерения существуют механические, индуктивные, пневматические, оптические и другие приборы. Механические приборы характе­ ризуются тем, что в процессе измерения их измерительные по­ верхности непосредственно соприкасаются с поверхностью про­

* По ГОСТ 16263—70 под относительными понимаются измерения отно­ шения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную,

68

веряемой детали. При этом различают приборы с точечным, ли­ нейным и поверхностным контактом.

Существуют два вида контроля — дифференцированный и комплексный.

Дифференцированный (поэлементный) контроль характери­ зуется независимым измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, контроль собственно среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы).

Комплексный контроль позволяет одновременно оценивать годность по суммарной погрешности нескольких параметров, например, путем сравнения действительного контура контроли­ руемой детали с предельными контурами (контроль деталей сложного профиля на проекторах и предельными калибрами).

Рис. 12. Измерительный прибор и его метрологиче­ ские показатели

Метрологические (эксплуатационные) показатели средств из­ мерения (рис. 12).

Деление шкалы прибора — промежуток между двумя сосед­ ними отметками шкалы.

Длина (интервал) деления шкалы — расстояние между осями двух соседних отметок шкалы.

Цена деления шкалы — установленная разность значений ве­ личины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы, напри­ мер 0,002 мм при длине (интервале) деления шкалы прибора, равной 1 мм.

Диапазон показаний (измерений по шкале) — область шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями.

Диапазон измерений (складывается из диапазона показаний и диапазона перемещения измерительной головки по стойке при­ бора) — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.

69

Предел измерений — наибольшее и наименьшее значения ве­ личины, которые могут быть измерены прибором.

Измерительная сила — сила воздействия измерительного на­ конечника на поверхность измеряемой детали в зоне контакта.

Абсолютная погрешность меры — разность между номиналь­ ным значением меры и истинным значением воспроизводимой ею величины (например, погрешность концевой меры длины с номи­ нальным значением 100 мм и действительным значением 100,0004 мм равна 0,4 мкм).

Абсолютная погрешность измерительного прибора — разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение величины остается неизвестньш, то на практике вместо него пользуются точно определен­ ным действительным значением величины, приближающимся к ис­ тинному.

Относительная погрешность меры (измерительного прибора) —

отношение абсолютной погрешности меры (измерительного прибо­

большая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к приме­ нению (например, пределы допускаемой погрешности 100-милли­ метровой концевой меры длины 1-го класса равны ± 0,5 мкм).

Погрешность измерения — разность между результатом изме­ рения и истинным значением измеряемой величины.

Точность измерений — качество результатов измерений, отра­ жающее их близость к истинному значению измеряемой величины.

При высокой точности погрешности всех видов минимальны.

Точность средств измерений — их качество, •характеризую­ щее близость к нулю погрешностей измерительных устройств.

Правильность средств измерений — их качество, отражающее близость к нулю систематических погрешностей измерительных устройств.

Сходимость измерений — близость результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

Воспроизводимость измерений — близость результатов изме­ рений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, разными методами и средствами).

Сходимость показаний средств измерений — их качество, отра­ жающее близость к нулю случайных погрешностей измерений. Иногда применяют термин «достоверность измерений», понимая под ним вероятностные характеристики отклонений результата измерений от истинного значения измеряемой величины. Наличие погрешностей ограничивает число достоверных значащих цифр результата измерения.

Чувствительность измерительного прибора — отношение изме­ нения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывавшему

70