Нормирование точности и технические измерения

L .

Рас. 3.11. Отклонения от прямолинейности А, допуск прямолинейности Т

Отклонение от плоскости - наибольшее расстояние от точек поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормиру­ емого участка.

К элементарным видам погрешностей формы номинально плоских и номинально прямолинейных поверхностей относят выпуклость и вогнутость. В ы пуклост ь номинально плоской поверхности (рис. 3.12) (или номинально прямолинейного элемента) характеризуется тем, что удаление точек реальной поверхности (или реальной прямой) от прилегаю щ ей плоско­ сти (прямой) увеличивается от середины к краям; при обрат­ ном характере удаления точек имеет место вогнутость.

прилегающая прямая

номинально плоских поверхностей:

а- выпуклость; б - вогнутость

Ккомплексным погрешностям формы номинально круглы х сечений деталей типа тел вращ ения относится отклонение от круглости. Для номинально цилиндрических поверхностей принято рассматривать отклонения от цилиндричности, от круглости и от правильной формы продольного сечения.

Отклонением от цилиндричности называется наибольшее

141

нормирования и измерения, представленные двумя другими отклонениями формы - круглость и профиль продольного се­ чения, расчленяю щ ие комплексны й показатель.

Отклонением от круглости называется наибольшее расстоя­ ние А от точек реального профиля до прилегаю щ ей окруж но­ сти. Допуск круглости Т - наибольшее допускаемое значение отклонения от округлости. Поле допуска круглости - область на плоскости, перпендикулярной оси вращ ения или проходя­ щ ей через центр сферы, ограниченная двумя концентрически­ ми окруж ностями, отстоящ ими одна от другой на расстоянии, равном допуску круглости Т.

К элементарным погреш ностям формы номинально круг­ лы х сечений деталей типа тел вращ ения относятся овальность и огранка, а для номинально цилиндрических поверхностей - конусообразность, бочкообразность, седл ообразность, а так ­ ж е отклонение от прямолинейности оси или изогнутость оси (рис. 3.13).

Овальность представляет собой отклонение от круглости, при котором наибольш ий и наименьш ий диаметры реального профиля находятся во взаимно перпендикулярны х направле­ ниях (рис. 3.13, а). Огранка (рис. 3.13, б, в) является специ­ фичным отклонением от круглости, при котором поперечное сечение имеет форму квазимного угольника. Наиболее небла­ гоприятной считается огранка с тремя и пятью «гранями».

Если четную огранку можно обнаружить и измерить при контроле размеров любым двухконтактны м средством измере­ ний, то для вы явления нечетной огранки приходится исполь­ зовать специальную трехточечную схему измерений, напри­ мер, прим енять контроль детали в призме, как это описано в специальной литературе.

Конусообразность цилиндрической поверхности характери­ зуется тем, что реальный профиль продольного сечения име­ ет практически прям олинейны е, но не параллельные образу­ ющие (диаметры уменьш аю тся или увеличиваю тся от одного крайнего сечения к другому). Бочкообразность характеризу­ ется наличием вы пуклы х образующих (диаметры увеличива­ ются от краев к середине); при седлообразности образующие - вогнутые, а диаметры от краев к середине ум еньш аю тся.

142

Рас. 3.13. Элементарные погрешности формы номинально

цилиндрических поверхностей в поперечном сечении:

а- овальность; б - трехгранная огранка; в - четырехгранная

огранка; в продольном сечении: г - конусообразность;

д- бочкообразность; е - седлообразность; ж - отклонение

от прямолинейности (изогнутость) оси

Количественной оценкой всех видов отклонений формы ц и ­ линдрических поверхностей (кроме изогнутости оси) являет­ ся наибольшее расстояние от реального элемента до прилега­ ющего в нормальном направлении (по радиусу прилегающего элемента).

О т клонение от прямолинейност и оси (изогнутость) оси поверхности вращ ения характеризуется практически экви­ дистантным изгибом образующих и оси. Это отклонение оце­ нивается наименьшим значением диаметра цилиндра, внутри которого располагается реальная ось в пределах нормируемого участка L.

Специальные допуски формы для ограничения элементар­ ных погрешностей стандартом не установлены. При необходи­ мости наложения конкретных ограничений можно либо назна­ чить более общее требование с использованием стандартных допусков формы, либо оговорить особые требования в текстовой (вербальной) форме. Можно использовать смешанный вариант: назначить стандартный допуск формы и словами оговорить до­ полнительные или особые требования, например: «Вогнутость не допускается».

143

Сравнительный анализ стандартных допусков формы позво­ ляет прийти к выводу о том, что и сами допуски могут рас­ сматриваться как элементарные и комплексные. Так, допуск прямолинейности, назначенный на номинально плоскую по­ верхность, является элементарным по отношению к комплекс­ ному допуску плоскости. Допуски профиля продольного се­ чения и круглости, если их рассматривать как элементарные допуски формы цилиндрической поверхности, могут быть за­ менены комплексным допуском цилиндричности при условии равенства нормируемых значений допусков.

Отклонения и допуски расположения поверхностей

Допуски располож ения поверхностей (допуски расположе­ ния), как и допуски формы, появились для рационального ужесточения требований по отношению к нормам, фактически установленным требованиями к точности размеров. Одновре­ менно с введением этих норм появилась и необходимость их автономного обозначения на чертежах. Назначение таких норм потребовало разработки специализированных методов контро­ ля отклонений расположения реальных элементов деталей.

Для оценки точности расположения реальных поверхнос­ тей необходимо договориться, что считать рассматриваемой по­ верхностью (саму реальную поверхность со всеми присущими ей неопределенностями или некоторую заменяющую ее геоме­ трически правильную поверхность), а такж е в какой системе координат оценивать значения отклонений располож ения.

П оскольку реальная поверхность достаточно неудобна для оценки отклонений располож ения из-за присущ их ей погреш ­ ностей формы, часто контролирую т не расположение реаль­ ного элемента, а положение его геометрически правильного аналога (прилегающего элемента). Такой подход позволяет выделить «в чистом виде» погрешности располож ения, отде­ лив их от погрешностей формы реальных элементов.

Использование прилегаю щего элемента в качестве зам еня­ ющего полностью соответствует требованиям стандарта при определении отклонений формы и хорошо согласуется с р я ­ дом типовых методик контроля располож ения поверхностей.

Выбор системы координат (одномерной, плоской или про­ странственной) зависит от того, как задан допуск располож е­ ния. Можно задать допуск располож ения рассматриваемого элемента по отношению к базе или комплекту баз. К аж дая

144

база задает ось или плоскость координат, причем сама база воспроизводится как прилегающ ий профиль или прилегаю щ ая поверхность соответствующего базового элемента. Другой вариант предусматривает возможность назначения допуска взаимного располож ения элемент ов. В таком случае за базо­ вый принимают любой из равноправных элементов, взаимное расположение которых нормируется.

Прилегающие элементы могут быть реализованы с помо­ щью специальных мер или аттестованных деталей (лекальны х линеек, угольников, проверочных плит, плоскопараллельных пластин, специальных оправок и т.д.), либо аналитически (с помощью математического расчета прилегающего или средне­ го элемента). Последний способ требует измерений реальных элементов в избыточном (по сравнению с необходимым м ини ­ мумом) числе точек или сечений и последующей математиче­ ской обработки результатов.

Отклонение расположения - отклонение реального поло­ ж ения рассматриваемого элемента от его номинального по­ лож ения. Отклонения располож ения реальных поверхностей и профилей всегда сочетаются с отклонениями формы. Поэто­ му в стандарте установлены отклонения и допуски собствен­ но располож ения, а такж е суммарные допуски и отклонения формы и расположения (когда разделить их затруднительно или нецелесообразно).

При эксплуатации изделия (и при измерениях) отклонения формы и расположения поверхностей могут проявляться раз­ дельно или совместно. При оценке отклонений располож ения поверхностей возникает задача исклю чения отклонений фор­ мы и их влияния на результаты измерений отклонений рас­ положения.

Отклонения расположения и суммарные отклонения формы и располож ения отсчитывают, приним ая за систему отсчета базу или комплект из двух-трех баз, образующих простран­ ственную систему координат. В качестве базы может быть

рассматриваемых и базовых элементов при необходимости ис­ ключают путем замены реальных поверхностей или профилей прилегаю щ ими элементами.

Рассмотрим типичные отклонения располож ения.

145

О т клонения от параллельност и плоскост ей (прямых гра­ ней, осей поверхност ей вращ ения или прямой и плоскост и)

(рис. 3.14) оценивают на заданной длине, определяя с исполь­ зованием длин рассматриваемых и базовых элементов Ь ± и Ь 2 размеры нормируемого участка. Отклонения от параллель­ ности осей или прям ы х в пространстве нормируют во многих изделиях машино- и приборостроения, например, в корпусах редукторов.

Рис. 3.14. Отклонение от параллельности плоскостей

О т клонения от перпендикулярности плоскостей, прямых, осей или плоскостей симметрии, оси и плоскости (рис. 3.15) можно рассматривать по аналогии с отклонениями от параллель­ ности, с тем отличием, что угол между элементами равен 90°.

а- плоскостей; б - прямой и плоскости

От клонение угла наклона от номинального значения по­ добно отклонению от перпендикулярности по смыслу, вари­ антам проявления и способам оценки, но его применяю т при

146

номинальных углах наклона, отличных от 0° (180°) и 90°. Н а­ клон обычно нормируют в угловых единицах, а отклонения оценивают в микрометрах.

О т клонение от соосности (рис. 3.16) представляет собой смещение номинально совпадающих осей, измеренное на дли­ не нормируемого участка. При измерении за базу может быть принята либо ось одной из поверхностей, либо общая ось но­ минально соосных поверхностей вращ ения.

Рас. 3.16. Отклонение от соосности:

а- по отношению к оси базовой поверхности;

б- по отношений к общей оси

От клонение от симметричности (рис. 3.17) рассматрива­ ют либо относительно оси или плоскости симметрии базового элемента либо относительно общей плоскости симметрии. Оно определяется наибольшим расстоянием между принятой ба­ зой и плоскостью (осью) симметрии рассматриваемого элемен­ та в пределах нормируемого участка.

Позиционное от клонение - наибольшее расстояние между реальным положением элемента (центра, оси или плоскости симметрии) и его номинальным положением в пределах нор­ мируемого участка.

Отклонение от пересечения осей - наименьшее расстояние меж ­ ду осями реальных элементов, номинально пересекающимися.

Для нормативного ограничения отклонений стандартом уста­ новлены такие виды допусков располож ения, как допуски па­ раллельности (угол между элементами равен 0° или 180°), пер­ пендикулярности (угол 90°), наклона (угол не равен 0°, 180° или 90°). Кроме того, в стандарт вклю чены допуски для нор­ мирования других типовых случаев: допуски симметричности, соосности, пересечения осей и позиционный допуск. Посколь­

147

ку последние четыре допуска распределяются симметрично по отношению к базовой плоскости или оси, приходится учиты ­ вать, в каком виде заданы их числовые значения. Различаю т две формы назначения допусков: «допуск в диаметральном выражении» (задано числовое значение, равное целому допу­ ску, что видно из включенного в обозначение знака 0 или Т) и «допуск в радиусном выражении» (обозначается R или Т/2).

Плоскость симметрии

Чбазового элемента

В/2

/О бщ ая плоскость симметрии

Рис. 3.17. Отклонение от симметричности:

а- относительно базового элемента;

б- относительно общей плоскости симметрии

Понятно, что поле допуска симметричности представляет собой полосу между двумя линиями или плоскостями, отсто­ ящ им и на расстоянии Т /2 от оси или плоскости симметрии. Поле позиционного допуска на плоскости может быть пред­ ставлено квадратом или кругом, а в пространстве - прямо­ угольным параллелепипедом или цилиндром. Поля допусков соосности и пересечения осей имеют форму цилиндров, с обра­ зующими, удаленными от базовой оси на расстоянии R — Т/2.

Суммарные отклонения и допуски формы и расположения поверхностей

В некоторых случаях рационально объединение требова­ ний к точности формы и располож ения, исходя из соображе­ ний ф ункционирования деталей и их контроля. К суммарным отклонениям формы и располож ения относятся в первую оче­ редь торцовое и радиальное биения.

Торцовое биение (рис. 3.18) является следствием одновре­ менного проявления отклонения от перпендикулярности тор­ цовой поверхности по отношению к базовой оси вращ ения и

148

отклонений от плоскостности части торцовой поверхности (ее узкой кольцевой зоны, леж ащ ей на окружности заданного диаметра).

А

Рас. 3.18. Торцовое биение

При контроле полного торцового биения рассматриваю т от­ клонения от плоскостности всей торцовой поверхности. Д ля нахож дения экстремально расположенных точек при измере­ нии полного торцового биения необходимо не только вращ ать деталь, но и обеспечить относительное перемещение наконеч­ ника измерительного прибора по радиусу от центра к перифе­ рии (или наоборот) в плоскости, перпендикулярной к базовой оси. Главным требованием к перемещению будет сохранение координаты первоначально настроенного нуля. В этом случае нельзя просто переустанавливать прибор для измерения тор­ цового биения в выбранных сечениях, как это делают при измерении торцового биения. Разность наибольшего и наи ­ меньшего показаний даст искомое полное биение.

Радиальное биение - следствие одновременного проявления отклонения рассматриваемой поверхности вращ ения от соосно­ сти по отношению к базовой оси, а такж е отклонений от кру ­ глости профиля поперечного сечения измеряемой поверхности. При контроле полного радиального биения оценивают предель­ ные отклонения радиуса-вектора на всей цилиндрической по­ верхности, для чего при измерении, следует вращ ать деталь и дополнительно перемещать ее или наконечник прибора вдоль образующей на всем нормируемом участке параллельно базо­ вой оси, сохраняя первоначальную настройку нуля.

Контроль полного радиального и полного торцового бие­ ний имеет ту особенность, что в отличие от контроля биений в нескольких сечениях с произвольной переустановкой изм е­

149

рительного наконечника прибора, полное биение определяют как разность экстремальны х показаний прибора, найденных в любых контрольны х сечениях. Именно этим обусловлена необходимость перемещ ать измерительный прибор строго па­ раллельно или перпендикулярно базовой оси, чтобы получить отклонения радиусов-векторов или положения реальных то­ чек торца детали в фиксированной системе координат.

Кроме радиального и торцового биений стандарт позволя­ ет нормировать еще и биение в заданном направлении (рис. 3.19), которое отличается от радиального и осевого направле­ ний, например, биение по нормали к образующей конической поверхности.

Рис. 3.19. Биение в заданном направлении: а - заданное направление; б - базовая ось

Стандартом предусмотрена возможность ограничивать сум­ марные отклонения формы и располож ения в ряде других сочетаний, например, отклонения от плоскостности и парал­ лельности (плоскопараллельности), плоскостности и перпен­ дикулярности, плоскостности и наклона.

О т клонения формы заданного профиля и от клонения фор­ мы заданной поверхност и являю тся результатом совместного проявления отклонений размеров и формы профиля (поверх­ ности), а такж е отклонений их располож ения относительно заданны х баз. О тклонения формы и располож ения заданного чертежом криволинейного профиля (поверхности) отсчитыва­ ют от номинального располож ения идеального профиля (по­ верхности).

Стандартами установлены такие виды допусков формы и располож ения поверхност ей, как допуски радиального биения, торцового биения и биения в заданном направлении. Кроме того, предусмотрены допуски полного радиального и полного

150