Нормирование точности и технические измерения

Д ля того чтобы запустить изделия в серийное и массовое производство, техническая документация на них долж на со­ держ ать жестко нормированные значения основных функцио­ нальны х параметров. Чтобы разбросы параметров, неизбеж ­ но возникаю щ ие при изготовлении элементов, не оказы вали существенного влияния на работу изделия, их ограничивают определенными нормами. П араметры могут быть ограничены с одной стороны (сверху или снизу), но наиболее жестко опре­ деляет параметр двухстороннее ограничение.

Чем меньше назначенный диапазон рассеяния параметра, тем дороже обходится его достижение (рис. 1.3). Поэтому избы ­ точные требования к точности неоправданно удорожают изде­ лие. Но с другой стороны, пониженные требования к точности параметров могут сделать изделие неработоспособным.

Соблюдение одинаковых номинальных значений парамет­ ров и единообразия норм их рассеяния обеспечивает взаимо­ заменяемость изделий.

И зделия будут взаимозаменяемыми только в том случае, если на одинаковые номинальные значения параметров будут назначены одинаковые допуски и реальные значения пара­ метров будут соответствовать установленным требованиям.

Рис. 1.3. Повышение относительной стоимости

сувеличением точности параметра

Но м е н к л а т у р а допусков гео м ет р и чески х парам ет ров

Допуск — норма, которая ограничивает возможное рассе­ яние параметра заданными пределами и тем гарантирует полу­ чение нужного эффекта (в производстве —годность изделия,

11

соответствие режимов техпроцесса заданным и т.д.)- Д ля боль­ шого числа параметров нормирование осуществляют только лгпаничением предельных значений, например, назначая тем­ пературу в помещении (20 ± 2) °С, напряжение от 210 В до 240 В или электрическое сопротивление резистора 100 Ом ± 5%. Здесь использованы разные типы оформления норм, но рассеяние всех параметров нормировано однотипно (двухпредельное огра­ ничение).

чения параметра А соответственно.

Однако в нормировании встречаются и более сложные си­ туации. Нормирование геометрических параметров является достаточно сложным из-за их пространственного характера и разнообразия. Так, для плоских и цилиндрических поверх­ ностей деталей принято нормировать допуски размеров, фор­ мы и располож ения (макрогеометрия поверхностей), а такж е параметры ш ероховатости (микрогеометрия поверхностей). Рассмотрим деталь простейшей геометрической формы - тело

подш ипнике, размеры их должны быть практически одинако­ выми, т.е.

d, и d2 и d3 « ... и d„.

Разность размеров отдельных ш ариков зависит от требуемо­ го качества подш ипника и нормируется допуском размера Т :

а размеры всех ш ариков должны соответствовать неравенству

d mi„ < ( d l ’ d 2> d 2 ’ - - - ’ d n ) < d m ^

Различие размеров отдельных ш ариков ш арикоподш ипника определенной номенклатуры —понятие скорее геометрическое, чем техническое. Оно основано на допущении, что каж ды й ш а­ рик характеризуется одним размером, т.е. имеет идеальную геометрическую форму. Реальный ш арик имеет бесконечное множество размеров (толщин), которые хоть и незначительно, но отличаются друг от друга. Следовательно, в рассматрива­

12

емом случае допуск размера Td ограничивает допустимые раз­ ности размеров каждого ш арика, а, тем самым, и всех ш ари ­ ков одного подш ипника.

Н азначив допуск размеров ш арика, мы одновременно уста­ новили требования к его форме. Но часто возникаю т ситуа­ ции, когда требования к форме должны быть жестче, чем это установлено назначенным допуском размера.

Допуски формы и расположения поверхностей необходи­ мо назначать и в тех случаях, когда они непосредственно не ограничиваются жесткими допусками функционально важных размеров. Часто нужны хорошие привалочные плоскости плит, кронштейнов и других деталей, прямолинейность направля­ ющих, параллельность и перпендикулярность плоскостей. Тре­ бования к точности размеров могут при этом практически не устанавливаться или назначаться весьма свободно.

М икрогеометрия поверхностей настолько существенно вли ­ яет на качество подвижных и неподвижных сопряжений, что ее нормирование обязательно. В современном машиностроении

иприборостроении принято нормировать высотные, шаговые

инекоторые другие параметры шероховатости поверхности, а, кроме параметров, такж е и некоторые характеристики м и к ­ рогеометрии поверхностей, например, направление м икроне­ ровностей.

Недостаточно только назначить нормы точности, следует

такж е убедиться в том, чтобы они были вы держ аны при и з­ готовлении. Иными словами, необходим контроль точности изготовления изделий.

Д ля придания часто употребляемым нормам официального статуса широко используется стандартизация. Стандартизу­ ют сложные изделия и процессы, их составные части. Всем известны стандартные источники электрического питания, стандартное напряж ение электрической сети, стандартные размеры оптических дисков и скорости воспроизведения ин ­ формации.

1.2. Стандартизация как упорядочение и нормирование

Существование любой современной технической структуры, невозможно без высокого уровня упорядоченности. Упорядо­ чение, т.е. приведение знаний и других объектов в систему, начинается на базе накопления определенной информации и

13

продолжается вплоть до «отмирания» или замены данной си­

стемы новой, более общей или более строгой.

Объектами упорядочения являю тся не только изделия, но

иразличные процессы (например, технологические процессы обработки изделий и оказания услуг), а такж е условные обо­ значения (знаки), применяемые в самых различных областях (цифры, обозначения единиц физических величин, дорожные

идр.). Полнота упорядочения объектов зависит от их характе­

ра и назначения.

П рактически в любом сложном объекте в большей или меньшей степени используются стандартные элементы (мате­ риалы, конструктивные реш ения, комплектующие изделия). Встречаются изделия, которые можно считать упорядоченны­ ми комплексно, поскольку они полностью состоят из унифи­ цированных частей.

Упорядочение осуществляется с помощью норм и правил, специальная разработка которых связана с необходимостью:

-контролировать свойства (параметры и характеристики) объекта;

-оценивать качество объекта;

- вы являть зависимости между свойствами объекта в целом и функциональными (в том числе и точностными) параметра­ ми и характеристикам и его элементов.

Под параметром объекта понимается его количественный признак, представляю щ ий собой объективную числовую оцен­ ку отдельного свойства, а под характеристикой - свойство, которое не удается оценить инструментальными методами. Принято различать основные свойства (характеристики, пара­ метры), из которых могут быть выделены главные и второсте­ пенные. К основным характеристикам и параметрам относят те, которые определяют существенные свойства объекта.

Для упорядоченного описания и последующего нормиро­ вания свойств, необходимо выделить существенные свойства сложных объектов. Это можно сделать с помощью анализа на­ значения объекта и сопоставления объектов одинакового или близкого назначения. К существенным относят те свойства, которыми обладают все однородные объекты, а такж е особые свойства, которые определяют их принципиальные различия.

После вы явления существенных свойств объектов эти свойства обычно распределяют в соответствии с уровнем значимости для потребителя (ранжируют). Выделенные главные и

14

второстепенные свойства нормируют, по возможности ограни­ чивая номенклатуру свойств, на которые устанавливают ж ест­ кие нормы.

Деятельность по установлению технических требований в целях их всеобщего и многократного применения в отношении постоянно повторяющихся задач, направленная на достиже­ ние оптимальной степени упорядочения в области разработ­ ки, производства, эксплуатации (использования), хранения, перевозки, реализации и утилизации продукции или оказания услуг называется стандартизацией. Важнейш ими результата­ ми стандартизации являю тся повышение степени соответствия продукции, процессов и услуг их функциональному назначе­ нию, устранение барьеров в торговле и содействие научнотехническому и экономическому сотрудничеству.

Объекты стандартизации (продукты производства, процес­ сы, услуги, информационные объекты) весьма разнообразны. Стандартизуют конкретные изделия, организационные и тех­ нологические процессы, условные обозначения.

Документ, содержащий правила, общие принципы, харак ­ теристики, касаю щ иеся определенных видов деятельности или их результатов, и доступный широкому кругу потребителей (пользователей), называется «Технический нормативный пра­ вовой акт» (ТИПА). Технические нормативные правовые акты достаточно разнообразны по номенклатуре: стандарты (между­ народные, региональные, национальные, стандарты субъектов хозяйствования), руководящие документы по стандартизации (РД), методические указания по стандартизации (МУ) и др. Обобщенно их называют нормативными документами по стан­ дартизации (НД).

Все нормативные документы, действующие в стране, м ож ­ но считать системой, которая складывается из элементов (от­ дельных НД) и подсистем (их по традиции называют «системы стандартов»). Национальную стандартизацию можно считать частью международной стандартизации, которая охватывает ряд стран (например, стандартизация в рамках СНГ) или боль­ шинство стран мира (стандартизация в рамках ИСО).

Научные основы стандартизации включают системный под­ ход, оптимизацию параметров и формализацию параметриче­ ских рядов.

Установление норм с помощью НД по стандартизации и их применение подчиняется определенным условиям и преследу-

15

Собственно оформление нормируемых требований также яв­ ляется объектом стандартизации, поэтому при возможности надо использовать стандартные выражения норм (стандартные термины, определения, условные обозначения). Для обеспечения однозначности требований удобно использовать не только специ­ ально разработанные формулировки (вербальное оформление), но и условные обозначения (символьное оформление).

Теоретические основы стандартизации конкретных объ­

ектов базируются на ряде основополагающих принципов, к которым можно отнести:

-принцип значимости;

-принцип предпочтительности;

-п р и н ц и п оптимизации;

-принцип системности;

-принцип комплексности.

Рассмотрим представленные принципы более подробно.

П р и н ц и п зн а ч и м о ст и объект а ст а н д а р т и за ц и и

В соответствии с принципом значимости для стандартизации выбирают только объекты, соответствующие определенному на­ бору требований. Первый критерий —существенность объекта — позволяет отказаться от разработки НД на второстепенные и малозначительные объекты и благодаря этому установить при­ оритеты в разработке документов.

Вторым критерием является повторяемость объекта, ко­ торая долж на быть достаточно большой, чтобы имело смысл разрабаты вать НД. П оскольку применение НД должно при­ носить экономический эффект за счет однажды оплаченного апробированного реш ения типовой задачи, необходимо, чтобы такие задачи ставились достаточно часто.

Важны м критерием является прогрессивность объекта стан­ дартизации. Д ля стандартизации следует выбирать те объек­ ты, которые имеют достаточные перспективы применения. Разработанный документ по стандартизации должен регламен­ тировать только принципиально значимые свойства объекта, не препятствуя его возможному дальнейш ему развитию и со­ вершенствованию .

П ринцип предпочт ит ельност и

Принцип предпочтительности —один из основных принци­ пов, используемых в стандартизации. Различаю т качествен­ ный и количественный аспекты применения этого принципа. Качественная сторона принципа предпочтительности состоит

18

в образовании предпочтительных рядов объектов стандарти­ зации. Предпочтительность устанавливаю т для конкретных изделий, деталей, их конструктивны х элементов, типовых ре­ шений, норм, обозначений и т.д.

Уровней предпочтительности может быть минимум два. В соответствии с уровнями следует выбирать по возможности более предпочтительные стандартные объекты. К ак правило, наиболее предпочтительный ряд включает наименьшее коли ­ чество объектов или параметров объектов стандартизации. Следующие, менее предпочтительные ряды отличаются рас­ ширенной номенклатурой и могут вклю чать объекты преды ­ дущих рядов.

Соблюдение принципа предпочтительности обеспечивает возможность стандартизовать сколь угодно широкую номен­ клатуру объектов, а с другой стороны - добиться разумного со­ кращ ения применяемой номенклатуры стандартных объектов.

Количественная сторона принципа предпочтительности свя­ зана с использованием рядов предпочтительных чисел. Стан­ дартом установлены пять рядов R (иногда называемых рядами Ренара), которые построены на основе геометрической прогрес­ сии со знаменателем в виде корня определенной степени из десяти.

Значение членов рядов рассчитывается с использованием знаменателей геометрических прогрессий, приведенных в

табл. 1.1.

Таблица 1.1

Значения членов рядов предпочтительных чисел

Ряды Д5...К40 называю тся основными, ряд R S 0 - допол­ нительным, Значения знаменателей рядов предпочтительных

19

чисел и самих чисел округлены по сравнению с теоретически­ ми значениями геометрических прогрессий.

При с т а н д а р т и з а ц и и новых параметрических рядов и пере­ смотре действующих стандартов такж е необходимо использо­ в а н и е п р е д п о ч т и т е л ь н ы х чисел и их рядов. Стандартизуемые и нормируемые параметры могут иметь разный характер, но при выборе их номинальны х значений из рядов предпочти­ тельных чисел значительно легче согласуются между собой изделия, предназначенные для работы в одной технологиче­ ской цепочке или являю щ иеся объектами технологического процесса.

Например, использование транспортных и грузоподъемных средств будет достаточно рациональны м , если грузоподъем­ ность и массы грузов будут построены по ряду R 5, например, если грузоподъемность железнодорожных вагонов в тоннах будет составлять 25, 40, 63 и 100, вместимость (грузоподъем­

Стандартизаторы при необходимости используют не только геометрическую , но и арифметическую прогрессию.

Принцип оптимизации стандартизуемых параметров

Процесс оптимального нормирования можно представить следующим образом:

-определяют оптимальные выходные характеристики про­ ектируемого изделия (производительность, мощность, ско­ рость и т.д.), нормируют их предельные значения;

-выясняю т связи (например, функциональные зависимо­ сти) меж ду влияю щ ими (функциональными) параметрами образующих изделие элементов и некоторой выходной х а ­ рактеристикой изделия, и по допускаемому рассеянию одних определяют необходимые ограничения других.

Т акая задача носит название «расчет размерных цепей». Поскольку стандартизация стремится к достижению «все­

общей оптимальной экономии» постановка оптимизационной задачи может и долж на выходить за область проектирования конкретного объекта. Основная сложность чаще всего состоит

не в поиске реш ения, а в необходимости правильной поста­ новки задачи, вклю чая выбор критериев оптимизации.

П ринцип системности ( системного подхода)

Системный подход подразумевает рассмотрение любого объ­

20