Министерство образования Российской Федерации

В.А.Пеннер

Конспект лекций

для изучения теоретического материала

по дисциплине

«метрология, взаимозаменяемость, стандартизация»

для студентов очно-заочной и заочной

форм обучения механических приборостроительных специальностей

Учебное пособие

ОМСК 2010

оглавление

Предисловие…………………………………………………………………..6

1. Нормирование требований к точности в машиностроении. Взаимозаменяемость………………………………………………………….8

1.1. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах ……………………………8

1.2. Основные понятия о точности в машиностроении……………………11

1.2.1. Точность и виды точности, используемые в машиностроении…….11

1.2.2. Причины появления погрешностей геометрических параметров элементов деталей …………………………………………………………...13

1.3. Виды документов по нормированию точности. Стандарты и стандартизация. Сертификация ……………………………………………..15

Контрольные вопросы …………………………………………….................21

2. Нормирование точности размеров в машиностроении …………………21

2.1. Основные понятия о размерах, отклонениях и посадках ……………..21

2.1.1. Графическое изображение размеров и отклонений …………………23

2.1.2. Основные понятия о посадках (сопряжениях, соединениях) ………26

2.1.3. Посадки в системе отверстия и в системе вала ……………………...30

2.2. Единая система допусков и посадок для гладких элементов деталей..32

2.2.1. Основные признаки системы допусков и посадок …………………..33

2.2.2. Основные принципы построения системы допусков и посадок. Интервалы размеров.…………………………………………………………33

2.2.3. Единицы допуска ……………………………………………………...33

2.2.4. Ряды точности (ряды допусков) ……………………………………...34

2.2.5. Поля допусков отверстий и валов .…………………………………...36

2.2.6. Посадки в системе отверстия и в системе вала ……………………...38

2.2.7. Нормальная температура ……………………………………………...40

2.3. Нормирование точности размеров в размерных цепях ……………….41

2.3.1. Основные понятия о размерных цепях ……………………………….41

2.3.2. Виды размерных цепей ………………………………………………..43

2.3.3. Типы задач, решаемых с помощью размерных цепей ………………44

2.3.4. Вывод основного уравнения размерных цепей ……………………...45

2.3.5. Способы решения прямой задачи …………………………………….46

2.3.6. Обеспечение точности размерных цепей при неполной взаимозаменяемости………………………………………………………….49

2.3.7. Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка) ……..50

2.3.8. Методы регулирования и пригонки ………………………………….53

3. Допуски формы и расположения поверхностей…………………………56

3.1. Допуски формы и расположения поверхностей ………………………56

3.1.1. Влияние отклонений формы и расположения поверхностей на

качество изделий ……………………………………………………………..56

3.1.2. Геометрические параметры деталей. Основные понятия …………..57

3.1.3. Отклонения и допуски формы ………………………………………..58

3.1.4. Отклонения и допуски расположения поверхностей …………….... 60

3.1.5. Суммарные допуски и отклонения формы и расположения поверхностей………………………………………………………………….65

3.1.6. Зависимые и независимые допуски ………………………………….67

3.1.7. Указание допусков формы и расположения поверхностей на

чертежах ………………………………………………………………………68

4. Шероховатость поверхности ……………………………………………...71

4.1. Шероховатость поверхности и ее влияние на работу деталей машин .71

4.2. Параметры шероховатости поверхности ……………………………....71

4.3. Нормирование параметров шероховатости поверхности …………….74

4.4. Обозначение шероховатости поверхностей……………………………76

5. Нормирование точности типовых элементов деталей и соединений в машиностроении……………………………………………………………...79

5.1. Нормирование точности резьбовых соединений ……………………...79

5.1.1. Виды резьб ……………………………………………………………..79

5.1.2. Основные параметры метрической резьбы ………………………….81

5.2. Допуски и посадки шлицевых соединений ……………………………86

5.2.1. Основные понятия …………………………………………………….86

5.2.2. Допуски и посадки шлицевых соединений с прямобочным

профи­лем зубьев……………………………………………………………...87

5.2.3. Допуски и посадки шлицевых эвольвентных соединений …………89

5.2.4. Контроль точности шлицевых соединений ………………………….91

6. Нормирование точности размеров и посадки подшипников качения …92

6.1. Нормирование точности подшипников качения ……………………....92

6.1.1. Основные положения ………………………………………………….92

6.1.2. Ряды точности подшипников качения ……………………………….93

6.2. Посадки подшипников качения………………………………………....94

6.2.1. Поля допусков подшипников качения ……………………………….94

6.2.2. Посадки подшипников качения на валы и в отверстия корпусов ….97

6.2.3. Обозначение посадок подшипников ………………………………....99

6.2.4 Технические требования к посадочным поверхностям валов и

отверстий корпусов под подшипники качения …………………………...100

6.3. Допуски формы и расположения поверхностей деталей под

подшипники качения ……………………………………………………….101

6.4. Допуски формы и расположения у подшипников скольжения …….106

Предисловие

Дисциплина, к изучению которой Вы приступаете, должна снабдить вас знаниями, которые составляют основу обязательных абсолютно для всех специалистов, работающих в любой отрасли машиностроения. Эти обязательные знания должны быть усвоены будущими специалистами, ими Вы будете пользоваться все время, пока будете работать по специальности.

Во всех областях науки и техники, во всех учебных дисциплинах есть минимум специальных знаний, которыми обязаны владеть все, кто хочет считать себя специалистом в данной области.

Особенность знаний в области нормирования точности в машиностроении заключается в том, что они содержат большой объем догматических сведений, не подлежащих доказательствам и признаваемых беспрекословными и обязательными для всех. В настоящее время существуют единые документы, которые определяют правила нормирования точности в машиностроении для всех стран мира. Эти документы создавались в условиях острой необходимости эффективных связей не только между отдельными предприятиями внутри страны, но и между отдельными странами мира. Создание общих документов привело к появлению знаний догматического характера для некоторых требований к точности. Большой объем догматических сведений, содержащихся в этом учебном предмете, вызывает определенные трудности в их усвоении.

Другая трудность заключается в том, что знания по этому предмету для вас практически совсем новые, поскольку в ранее изучаемых предметах информации по нормированию точности очень мало. Ближе всего к вопросам нормирования точности вы подходили при изучении черчения, когда учились изображать объекты машиностроения (детали) в разных проекциях и масштабах и когда указывали размеры этих объектов. Теперь Вам следует понимать, что изготовить объект по тем чертежам, которые вы делали, невозможно. Для изготовления детали недостаточно той информации, которая содержится на чертеже, где лишь правильно начерчен объект и указаны его размеры. Чертеж детали, который пойдет в производство, должен обязательно содержать сведения о необходимой точности изготовления каждого элемента детали. Знание того, как нормируется точность в машиностроении и что это такое, какими параметрами определяется точность, какими условными знаками и как требования к точности должны обозначаться на чертежах, Вы и должны получить после изучения этого предмета.

Третья трудность в освоении знаний по этому предмету заключается в необходимости запоминания специальных терминов, понятий, определений и формулировок. Это необходимо для однозначного толкования ситуаций всеми участниками производственных процессов в машиностроении (конструкторов, технологов, метрологов и эксплуатационников) на протяжении всего жизненного цикла объектов машиностроения (при их проектировании, изготовлении, измерении и эксплуатации). Другими словами, можно сказать, что изучаемая дисциплина формирует язык общения всех инженеров-специалистов в области машиностроения с точки зрения точности изделий.

В результате изучения данного предмета вы получите объем знаний, который должен содержать знание параметров, по которым нормируется точность, знание использующихся условных знаков и способы их нанесения на чертежах. Каждый, кто хочет считать себя специалистом машиностроительного производства (от рабочего до руководителя любого уровня), как минимум должен уметь «прочитать чертеж с точки зрения точности выполнения его элементов». Поскольку требуемая точность указывается на чертежах чаще всего в виде условных знаков, то естественно, как минимум, надо знать расшифровку этих знаков, т.е. уметь их объяснить и находить те элементы деталей, к которым относятся эти точностные требования.

1. Нормирование требований к точности в машиностроении. Взаимозаменяемость

Качеством продукции называется совокупность свойств продукции, обуславливающая ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Таким образом, качество любого вида продукции определяется ее свойствами, составом, размерами и другими параметрами, установленными с учетом надежности и стоимости. Оценивать и гарантировать качество изделий можно только в том случае, если их качественные характеристики четко определены и должным образом узаконены. Необходимые качественные характеристики и показатели различной продукции устанавливаются нормативно-технической документацией, к которой относят конструкторские, технологические, эксплуатационные и другие виды документов. Эти документы должны отвечать требованиям соответствующих стандартов.

1.1. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах

В 1908 г. Генри Форд поразил членов Королевского автомобильного клуба. Он взял три принадлежащих им кадиллака, полностью разобрал их и перемешал все комплектующие. Затем его инженеры извлекли из получившейся кучи соответствующие части, прямо на глазах членов клуба вновь собрали автомобили и с триумфом совершили на них круг почета.

Сегодня уже никто не удивится тому, что большинство комплектующих автомобиля могут быть заменены на любой имеющийся в запасе аналог. Но в 1908 г. каждый автомобиль рассматривался как самостоятельный организм, был изделием индивидуальной ручной работы. По этой причине составные части автомобилей даже одной и той же модели редко могли заменить друг друга.

Производство таких компонентов, которые могут быть взаимозаменяемыми без каких-либо дополнительных проверок и напрямую использоваться для сборки автомобиля, т.е. выпуск качественных изделий массовым тиражом – именно в этом заключался секрет Генри Форда, обеспечившего за счет этого на своих заводах быстрый рост объемов производства автомобилей «Форд».

Конструкторы стремятся создать детали машин, приборов и механизмов взаимозаменяемыми, т.е. такими, которые могут быть легко заменены при сборке или ремонте машины другими, того же номера и наименования.

Взаимозаменяемость в машиностроении относится к одному из качественных показателей технологичности конструкций изделий. Определение взаимозаменяемости предусмотрено в ГОСТ 18831-73: «Взаимозаменяемость- свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения вместо другой без дополнительной обработки, с сохранением заданного качества изделия, в состав которого оно входит». Другими словами, взаимозаменяемость – свойство независимо изготовленных деталей собираться в узлы и другие более сложные сборочные единицы без предварительной подгонки., при этом узлы и сборочные единицы должны соответствовать заданным технико-экономическим показателям. Взаимозаменяемые детали могут быть изготовлены независимо друг от друга в разное время и в разных местах, что экономически выгодно.

Взаимозаменяемые детали должны быть одинаковыми по размерам, форме, твердости, прочности, химическим, электрическим свойствам и др. Если все эти функциональные параметры качества деталей установлены в пределах допусков, которые обеспечивают высокие показатели работы машины (мощность, надежность, скорость и др.) и оптимальную стоимость ее, то это называется функциональной взаимозаменяемостью.

Взаимозаменяемость может быть полной и неполной, внешней и внутренней.

Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость. Это вид взаимозаменяемости, при которой обеспечивается возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в составные части, а последних - в изделия при соблюдении предъявленных к ним (к составным частям или изделиям) технических требований по всем параметрам качества. Она достигается только тогда, когда после изготовления размеры, форма, механические, электрические и другие количественные и качественные характеристики деталей и составных частей находятся в заданных пределах, а собранные изделия удовлетворяют техническим требованиям. Выполнение требований к точности деталей и составных частей изделий является важнейшим исходным условием обеспечения взаимозаменяемости.

Комплекс научно-технических исходных положений, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации обеспечивает взаимозаменяемость деталей, составных частей и изделий в целом называется принципом взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемыми могут быть детали, составные части (узлы) и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть те детали и составные части, от которых зависят надежность, долговечность и другие эксплуатационные показатели изделий. Это требование распространяется и на запасные части.

Свойство собираемости и возможности равноценной замены любого экземпляра взаимозаменяемой детали и составной части изделия любым другим однотипным экземпляром позволило на машиностроительных заводах серийного и массового производства изготовлять детали в одних цехах, а собирать их в составные части (узлы) и изделия - в других, независимо друг от друга. При сборке используют стандартные крепежные детали, подшипники качения, электротехнические, резиновые и пластмассовые изделия, а часто и унифицированные агрегаты, получаемые от других предприятий. При полной взаимозаменяемости сборка составных частей и машин, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, производится без доработки деталей и составных частей. Такое производство называется взаимозаменяемым.

Преимущества полной взаимозаменяемости:

1. упрощается процесс сборки, он сводится к простому соединению деталей рабочими невысокой квалификации;

2. сборочный процесс точно нормируется во времени, легко укладывается в устанавливаемый темп работы и может быть организован поточным методом; создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий;

3. возможны широкая специализация и кооперирование заводов (т.е. изготовление заводом-поставщиком ограниченной номенклатуры унифицированных изделий, узлов и деталей и поставка их заводу, выпускающему основные изделия);

4. упрощается ремонт изделий, так как любая износившаяся или поломанная деталь или узел могут быть заменены новыми (запасными).

Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей с точностью не выше 5-6 квалитетов и для составных частей изделий, имеющих небольшое число деталей, например две, образующих то или иное соединение, а также в тех случаях, когда несоблюдение заданных зазоров или натягов недопустимо даже у части изделий.

Иногда эксплуатационные требования к изделиям приводят к необходимости изготовлять детали и составные части с малыми, технологически трудно выполнимыми, допусками. В этих случаях применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку. Такую взаимозаменяемость называют неполной (ограниченной). Она может осуществляться не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам.

Различают также внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость.

Внешняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость изделий, монтируемых в другие более сложные изделия и узлов по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей, т.е. таких, по которым взаимосвязанные узлы основного изделия соединяют между собой и с покупными агрегатами. Например, в электродвигателях внешняя взаимозаменяемость осуществляется по числу оборотов вала и мощности, а также по размерам присоединительных поверхностей, в подшипниках качения - по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца, а также no точности вращения.

Внутренняя взаимозаменяемость распространятся на детали, составляющие отдельные узлы, или на составные части и механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.

Первыми применили принцип взаимозаменяемости тульские мастера оружейного дела. В инструкциях 1706-1715 гг. Петр I предписал мастерам при изготовлении ружей следить за правильным применением калибров, по которым делались детали и за однородностью отдельных частей ружей. В 1826 г. принцип взаимозаменяемости в производстве оружия на Тульском оружейном заводе был блестяще продемонстрирован иностранным представителям. Взятые со склада без выбора тридцать ружей были разобраны и детали их перемешаны. Затем ружья были снова собраны из первых попавшихся деталей и действовали безотказно.

Широкое внедрение принципа взаимозаменяемости в гражданскую промышленность началось после первой мировой войны (1914-1918), которая заставила раскрыть секреты конструирования и производства взаимозаменяемых деталей на отдельных военных предприятиях, как в России, так и за рубежом.