u_lectures

Рис. 1.18. Отклонения формы поверхности детали:

а – макрогеометрические; б – волнистость; в — микрогеометрические (шероховатость)

Указанный способ отнесения отклонений геометрической формы поверхностей деталей к той или иной категории весьма условен. Есть и другой условный способ, согласно которому отклонения формы считают макрогеометрическими при L/H > 1000 мм, волнистостью при L/H = 50... 1000 мм, шероховатостью при L/H < 50 мм.

По ГОСТ 2789–73 установлено шесть параметров шероховатости поверхности. Система этих параметров введена для того, чтобы установить связь между характеристиками микрорельефа поверхностей деталей и их эксплуатационными свойствами. Помимо этих параметров в ГОСТ 2789–73 учтено направление неровностей поверхности. Обозначение шероховатости поверхности регламентировано ГОСТ 2.309–73.

Между значениями отклонений размеров и расстояний, относительных поворотов и формы поверхностей деталей существуют качественные и количественные связи.

Первые из них отражают общую закономерность в соотношениях величин перечисленных отклонений, не затрагивая функциональную зависимость, имеющуюся между ними.

Эта закономерность прежде всего проявляется в ограничениях значений отклонений: отклонения относительного поворота должны быть меньше отклонений размеров поверхностей или расстояний между ними, в свою очередь макрогеометрические отклонения формы должны быть меньше отклонений относительного поворота поверхностей и т.д. Без соблюдения такой закономерности было бы затруднительным оценить значение отклонения показателя более высокого ранга. Действительно, имея микроотклонения, равные по своим значениям макрогеометрическим отклонениям, трудно различить их. Точно так же можно сказать о расстоянии между поверхностями А и Б детали (рис. 1.19) или о параллельности А относительно Б, если отклонения формы этих поверхностей столь значительны?

Рис. 1.19. Неопределенность оценки точности детали без соблюдения соотношений между значениями показателей ее точности

Качественные связи между отклонениями размеров, расстояний, относительного поворота и формы поверхностей деталей практически учитываются следующим путем.

1.Допуски на отклонения размеров и расстояний поверхностей деталей устанавливают большими, чем допуски на отклонения относительного поворота поверхностей, которые в свою очередь должны быть больше допусков на макрогеометрические отклонения и т.д.

2.Оценку точности геометрических показателей качества детали начинают с микроотклонений, затем оценивают волнистость, макрогеометрические отклонения поверхностей, их относительный поворот, размеры и расстояния. При этом оценка отклонения показателя более высокого ранга считается возможной при условии, что отклонения нижестоящих показателей не окажут существенного влияния на результат его измерения.

Обобщение производственного опыта в машиностроении привело к созданию нормативных документов, регламентирующих соотношения допусков на отклонения размеров, расстояний, относительного поворота и формы поверхностей деталей. Так, ГОСТ 24643–81 установлено 16 степеней точности формы и относительного положения поверхностей. Числовые значения допусков при переходе от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6. В зависимости от соотношения между допуском на отклонения размера и допуском на отклонения формы или относительного поворота установлены уровни относительной геометрической точности:

А – нормальная точность, при которой допуск формы (относительного поворота) составляет 60 % от допуска на размер, В – повышенная точность с соотношением указанных допусков в 40 % и С – высокая при соотношении допусков в 25 %. Отклонения от цилиндричности и круглости поверхностей ограничиваются допусками, составляющими для А, В и С соответственно 30, 20

и12 % от допуска на отклонения диаметрального размера поверхности.

1.7. Точность детали

Под точностью детали пли машины понимают степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу. Изготовить любую деталь абсолютно точно, т. е. в полном соответствии с ее геометрическим представлением, практически невозможно, поэтому за меру точности принимают величины отклонений от теоретических значений. Эти отклонения

после их измерения сопоставляют с отклонениями, допускаемыми служебным назначением детали в машине. Следовательно, по всем показателям качества детали, характеризующим ее служебное назначение, необходимо устанавливать допустимые отклонения, или допуски.

Первым показателем точности детали является точность расстояния между какими-либо ее двумя поверхностями или точность размеров поверхности детали, придающих ей те или иные геометрические формы (например, диаметр и длина цилиндрической х поверхности).

Размер – расстояние между двумя небольшими участками двух или одной поверхности.

Точность поворота одной поверхности относительно другой, выбранной за базу, служит вторым показателем точности детали.

Под точностью поворота понимается величина отклонения от требуемого углового положения одной поверхности относительно другой в каждой из двух кородинатных плоскостей.

В соответствии с изложенным, для обозначения поворотов одной поверхности относительно другой используют односторонние стрелки, на втором конце которых располагают две короткие параллельные черточки (рис. 1.20.). Стрелка направляется всегда острием на ту поверхность А, относительно которой вторая из поверхностей Б должна занять требуемое угловое положение.

Точность геометрических форм поверхностей детали – наибольшее приближение каждой из поверхностей детали к ее геометрическому представлению.

Рис. 1.20. Обозначение параллельности поверхности Б поверхности А

Различают три вида отклонений поверхностей деталей от их геометрических форм:

1)макрогеометрические отклонения, под которыми понимают отклонения реальной поверхности от правильной геометрической формы в пределах габаритных размеров этой поверхности; например, отклонение плоской поверхности от плоскостности, поверхности кругового цилиндра, конуса, шара от их геометрических представлений;

2)волнистость, представляющая собой периодические неровности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью до 10 мм;

3)микрогеометрические отклонения (микронеровности), под которыми

детали, тем самым устанавливают допуск на микроотклонения поверхностей от геометрически правильной формы.

Между всеми перечисленными выше показателями точности детали существуют качественные и количественные взаимосвязи.

Не зная макроотклонений поверхности, трудно судить об отклонениях от требуемого поворота поверхности относительно другой, так как при измерении этого отклонения макроотклонения будут влиять на величину измеренного отклонения. Например, относительно выпуклой поверхности А (рис. 1.21, а) трудно сказать, насколько она отклоняется от параллельности другой поверхности Б, если даже последняя представляет собой плоскость.

Рис. 1.21. Влияние отклонения поверхности детали от правильной геометрической формы на отклонение от параллельности

Из изложенного следует, что:

измерение точности нужно начинать с измерения микронеровностей, затем нужно измерять макронеровности, отклонения от требуемого поворота и, наконец, точность расстояния или размера.

1.8. Точность машины

Рассмотренные выше показатели, характеризующие точность детали, целиком используются и для характеристики точности машины. Различие заключается только б том, что у детали все показатели точности относятся к поверхностям одной данной детали, у машины же они относятся к исполнительным поверхностям, принадлежащим различным деталям машины.

Поскольку исполнительные поверхности машины должны осуществлять относительное движение, необходимое для выполнения машиной ее служебного назначения, одним из основных показателей, характеризующих точность машины, является точность относительного движения исполнительных поверхностей.

Под точностью относительного движения принимается максимальное приближение действительного характера движения исполнительных поверхностей к теоретическому закону движения, выбранному исходя из служебного назначения машины.

Исходя из изложенного выше, точность машины характеризуется следующими основными показателями:

1)точностью относительного движения исполнительных поверхностей

машины;

2)точностью расстояний между исполнительными поверхностями или заменяющими их сочетаниями поверхностей и их размеров;

3)точностью относительных поворотов исполнительных поверхностей;

4)точностью геометрических форм исполнительных поверхностей (включая макрогеометрию и волнистость);

5)шероховатостью исполнительных поверхностей.

1.9. Отклонения характеристик качества изделий от требуемых величин

Ввыполнении любого технологического процесса участвует большое количество различных факторов. Например, при обработке деталей на станке участвуют станок, приспособления для установки и закрепления детали и режущего инструмента, режущий инструмент, сами обрабатываемые детали, рабочий, среда и т. д.

Всилу ряда причин все эти факторы непрерывно изменяются, в результате чего меняются и все показатели конечного результата технологического процесса

Поэтому несмотря на то, что изделия изготовлены с помощью одного и того же технологического процесса, все они отличаются одно от другого и от расчетного идеального прототипа по всем характеристикам качества. Это явление получило название рассеяния характеристик качества изделий.

С явлением рассеяния какой-либо из характеристик качества проще познакомиться с помощью графического изображения ее величин, полученных

впартии изделий (заготовок, деталей, машин), прошедших в определенной последовательности данный технологический процесс. Построение такого графика, получившего название точечной диаграммы, осуществляется следующим образом: по оси абсцисс откладываются порядковые номера деталей в той последовательности, в которой они проходят технологический процесс; по оси ординат откладываются величины выбранной характеристики качества соответствующего номера детали.

На рис. 30 в качестве примера показана точечная диаграмма, характеризующая изменение размера диаметра валиков, обработанных на токарном станке. Из точечной диаграммы видно, что, несмотря на «неизменяемость» условий обработки всех валиков, размер диаметра каждого последующего валика отличается от размеров ранее обработанных валиков и от расчетного размера d = 64,9 мм.

Аналогичным образом можно построить точечную диаграмму любой характеристики качества: например, отклонения от перпендикулярности одной поверхности детали относительно другой, отклонения твердости поверхностного слоя, электрического сопротивления детали и т. д.

Рассеяние любой характеристики качества изделия характеризуется

прежде всего величиной поля рассеяния ω, представляющей собой разность между наибольшим Анб и наименьшим Анм значениями данной характеристики,

полученными в партии изделий, т. е.

Второй характеристикой явления рассеяния служат практическая кривая рассеяния и определяющие ее параметры. Построение практической кривой рассеяния величины какой-либо характеристики качества осуществляется следующим образом. У каждого изделия (заготовки, детали, машины) данной – партии измеряется параметр выбранной характеристики качества, например размер.

По полученным данным, пользуясь равенством (7), определяют величину поля рассеяния ω, которая делится на несколько равных по величине интервалов.

В качестве примера на рис. 1.22 показано построение практической кривой рассеяния диаметральных размеров пятидесяти одного валика, обработанного на токарном станке. Для этого поле рассеяния (ω = 0,19 мм) разделено на пять равных интервалов линиями, параллельными оси абсцисс, и в каждом из интервалов подсчитано количество попавших в него размеров валика. Данные измерений могут быть представлены в виде табл. 1.5 или графически (см. рис. 1.22). Для этого по оси ординат откладывают среднее значение величин каждого из интервалов (в примере – размеров), а по оси абсцисс – соответствующее количество значений величин (в примере – размеров), попавших в каждый из интервалов (частота у).

Рис. 1.22. Построение практической кривой рассеяния

Если число величин измеренного параметра качества, попавших в каждый из интервалов, изобразить в виде прямоугольников Шириной, равной величине интервала, и высотой, равной частоте, то получится ступенчатая диаграмма, носящая название гистограммы рассеяния.

Изобразив те же величины в виде прямых линий (называемых нагруженными ординатами), расположенных посередине каждого из интервалов, и соединив их верхние точки ломаной линией, получают полигон рассеяния, или практическую кривую рассеяния (см. рис. 1.22.).

Если представить теоретически построение такой кривой рассеяния какого-либо параметра качества для бесконечно большого числа деталей, то при бесконечно малой ширине интервалов ломаная линия превратится в плавную, называемую в отличие от практической теоретической кривой рассеяния.

Аналитическое выражение такой теоретической кривой рассеяния записывается в виде зависимости

y = φ (х), (8)

где х – значение случайной величины; φ (х)ср – значение ординаты теоретической кривой рассеяния.

Зависимость (8) носит название закона рассеяния, или распределения случайной величины х. Численными характеристиками рассеяния случайной величины, изображенного в форме кривой рассеяния или записанного в виде закона распределения, служат: положение центра группирования, или центра рассеяния, случайной величины; мера рассеяния случайной величины относительно центра группирования, или центра рассеяния, отклонений.

Центром группирования, или центром рассеяния, случайной величины называется ее среднее значение, около которого в основном располагаются все ее остальные значения.

Численное среднее значение случайной дискретной (изменяющейся прерывно) величины определяют из равенства

где xi – отдельное значение отклонения или величина значения середины каждого частного интервала (см. табл. 2); р (хi) – частость значения xi или количество величин измеренного параметра качества, попавших в соответствующий интервал (см. табл. 2), выраженное в процентах или долях всего количества измеренных величин.

Если общее число измеренных величин равно п и значение xi соответствует количеству т величин, то частость значения xi выражается равенством

i n

Для теоретических законов рассеяния среднее значение М (х) случайной величины х (если х – величина непрерывная) определяют из равенства

За меру рассеяния отклонений случайной величины от центра рассеяния обычно принимают среднеквадратичное отклонение σ, величину которого определяют из равенств:

i=m

σ = ∑ xi − M (x) 2 p(x) (12)

i=1

для величин, изменяющихся непрерывно,

−∞

Графически величины теоретического средневадратичного отклонения изображают в виде двух абсцисс, равноотстоящих от значения М(х) на величину σ.

Из теории вероятностей известно, что если рассеяние какой-либо величины (размера, шероховатости поверхности, твердости материала и т. д.) зависит от совокупного действия многих факторов одного порядка величин, являющихся случайными, не зависящими или слабо зависящими один от другого, то рассеяние следует закону нормального рассеяния, или закону Гаусса.

Теоретический закон нормального рассеяния в системе координат, в которой начало совпадает с осью симметрии кривой (рис. 1.23) или со средним значением отклонения, выражается формулой

отклонение, представляющее собой абсциссу точки перегиба кривой.

Из выражения (14) видно, что величина среднеквадратичного Уклонения σ входит в показатель степени при е в квадрате, а в множитель – в первой степени. Следовательно, у для каждых двух равных по величине, но различных по знаку, абсцисс х имеет значения, одинаковые по величине. Другими словами, кривая нормального рассеяния симметрична относительно оси, соответствующей абсциссе М(х) среднего значения отклонений. Теоретическая кривая нормального рассеяния простирается в обе стороны вдоль оси абсцисс беспредельно, асимптотически приближаясь к этой оси, как это видно из рис. 1.23.

Рис. 1.23. Теоретическая кривая, характеризующая нормальный закон рассеяния

Для теоретических расчетов предельные отклонения (при использовании нормального закона рассеяния), выражаемые в долях среднеквадратичного отклонения σ(х), ограничивают обычно величинами х = ± 3σ . При этих значениях х 99,73 % отклонений случайной величины попадают в область внутри установленных пределов и 0,27 % выходят из них.

Из рис. 1.23 видно, что две ординаты, соответствующие значениям х = +3σ и х = – З σ, делят площадь, ограниченную кривой рассеяния (или короче, площадь кривой рассеяния), на две части: между этими ординатами и вне их. Если всю площадь кривой, которая представляет все число отклонений случайной величины, принять за 100 % или за единицу, то ее незаштрихованная часть будет выражать ту долю отклонений случайной величины, которая укладывается в заданные пределы ±х.

Величина заштрихованной части (точнее две заштрихованные площадки) теоретической кривой нормального рассеяния, или, другими словами, соответствующая ей доля отклонений случайной величины, выходящая за пределы +х и –х, может быть определена из равенства

значение интеграла обусловливается отношением х/σ=t

Для нахождения этих интегралов можно использовать таблицу значений интеграла

приводимую почти в каждом курсе теории вероятностей или математической статистики. Если заменить х/σ на t, то х = σ t, dx = σ dt и после подстановки этих значений в равенство (15) получится формула (17).

Последний интеграл отличается от ранее приведенных [см. формулы

(15) и (16)] пределами интегрирования. Как видно из выражения (17), этот интеграл представляет собой незаштрихованную на рис. 1.23 площадь теоретической кривой нормального рассеяния, выраженную в долях всей площади кривой, т. е. ту часть отклонений случайной величины, которая укладывается в области, ограниченной установленными пределами +х и –х.

В соответствии с тем, что х/σ = t, пределы интегрирования будут изменяться от 0 до t. Взяв величину t = х/σ из соответствующей таблицы, легко найти значение Ф(х), а если нужно и величину той заштрихованной на рис. 31

части площади кривой, которая отвечает доле отклонений случайной величины,

лежащих вне установленных пределов +x и –х, эта часть площади

P = [1 – Ф(x)] (18) или P% = 100[1 – Ф(x)]

1.10. Производственный и технологический процессы изготовления машины

Производство машин машиностроительным предприятием осуществляется в результате выполнения производственного процесса, под

которым понимают совокупность всех этапов, которые проходят исходные продукты на пути их превращения в готовую машину.

Исходные продукты в виде полуфабрикатов машиностроительный завод

обычно получает от других заводов. Ими являются различные материалы и

изделия, такие как подшипники, электродвигатели, крепежные детали и т.п.

Производственный процесс изготовления машины охватывает получение

заготовок деталей, различные виды их обработки (механическую, термическую,

химическую и др.), контроль качества, транспортирование, хранение на

складах, сборку, испытание, регулировку, окраску, отделку и упаковку.

Этапы производственного процесса, на протяжении которых происходят качественные изменения объекта производства, называются технологическими процессами.

Являясь частями производственного процесса, технологические процессы, в зависимости от содержания, в своем названии получают уточнения. Например, различают технологические процессы изготовления деталей, сборки, окраски машины или технологические процессы получения заготовок, их механической, термической и других видов обработки, сборки отдельных частей машины и машины в целом и др. Технологический процесс выполняют рабочие с помощью технологического оборудования, инструментов и различной технологической оснастки.

Рабочее место представляет собой часть пространства, предназначенную для выполнения производственного задания одним рабочим или группой

рабочих. Технологический процесс обычно делится на части, называемые

операциями.

Операция представляет собой законченную часть технологического, процесса, выполняемую на одном рабочем месте.

В организационном смысле операция является наименьшей частый технологического процесса, для которой разрабатывают технологическую документацию и на которую распространяется планирование и учет выпуска