1.1 Понятие взаимозаменяемости в машиностроении

Взаимозаменяемостью изделий, их частей или других видов продукции называется их свойство равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром.

В машиностроении наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость, при которой обеспечивается возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью геометрических параметров однотипных деталей в составные части, а последних – в изделия при соблюдении предъявляемых к ним технических требований по всем параметрам качества.

В случаях, когда по эксплуатационным требованиям необходимо изготавливать детали и сборочные единицы с экономически неприемлемыми или технологически трудновыполнимыми требованиями к точности размеров и формы применяют неполную (ограниченную) взаимозаменяемость, допускающую при сборке (ремонте) пригонку, регулирование, групповой подбор деталей и другие технологические мероприятия по отдельным геометрическим параметрам.

Использование принципа взаимозаменяемости позволяет применять в изделиях поставляемые стандартные крепежные детали, подшипники качения, электротехнические, пластмассовые и резиновые изделия, унифицированные агрегаты, упрощать ремонт изделий.

Принцип взаимозаменяемости широко используется при специализации и кооперировании предприятий в рамках страны или международных рамках, специализации цехов внутри предприятий. Он способствует устранению технических препятствий в международной торговле, повышению конкурентоспособности продукции.

Для реализации принципа взаимозаменяемости необходимо применение единой системы нормирования точности геометрических параметров изделий машиностроения при их проектировании, изготовлении и эксплуатации.

1.2 Понятие Единой системы допусков и посадок (есдп)

Системой допусков и посадок называется совокупность рядов числовых значений допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов.

ЕСДП является системой нормирования точности геометрических параметров изделий в машиностроении, она построена на международной (ISO) системе допусков и посадок, применяемой в большинстве стран мира.

Ее действие распространяется на сопрягаемые и несопрягаемые при сборке цилиндрические, плоские и другие гладкие элементы деталей.

Кроме того, разработаны основные нормы взаимозаменяемости (ОНВ) для нормирования допусков по форме и расположению поверхностей типовых соединений – резьбовых, конусных, шпоночных, шлицевых и зубчатых. В рамках настоящего пособия рассмотрено нормирование резьбовых соединений.

1.3 Термины и определения в есдп

Номинальный размер (D, d, l, h, b и др.) – основной размер, определяемый исходя из функционального назначения детали или сборочной единицы, он проставляется на чертеже и служит началом отсчета отклонений (рисунок 1.1, а). Номинальные размеры определяют величину и форму детали исходя из расчетов на жесткость и прочность, а также совершенства геометрических форм и обеспечения технологичности конструкции.

а)

б)

Рисунок 1.1 – Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором

С целью сокращения типоразмеров заготовок для изготовления деталей, самих деталей, технологической оснастки и инструмента величина номинального размера должна округляться в большую сторону до значений, выбранных из четырех рядов нормальных линейных размеров. Эти ряды закономерно построены по геометрической прогрессии с коэффициентами прогрессии φ:

ряд R5 – φ = 10^0,5 ≈ 1,6 (числа 10; 16; 25; …, 100; 160; 250; … и т. д.);

ряд R10 – φ = 10^0,1 ≈ 1,25 (числа 10; 12,5; 16; 20; …; 100; 125; 160; 200; …; и т. д.);

ряд R20 – φ = 10^0,05 ≈ 1,12 (числа 10; 11,2; 12,5; …; 100; 112; 125;… и т. д.);

ряд R40 – φ = 10^0,025 ≈ 1,06 (числа 10; 10,6; 11,2; …; 100; 106; 112; … ; и т. д.).

В обоснованных случаях применяют ряд R80 или комбинации чисел из указанных выше рядов.

Д

а)

б)

ействительный размер – размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью (нет абсолютно точного изготовления и измерения).

Предельные размеры – два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали (рисунок 1.1, а).

Различают наибольший и наименьший предельный размер (обозначение для отверстий D_max, D_min, для валов d_max, d_min).

Предельные отклонения (рисунок 1.1, а) от номинального размера введены для упрощения чертежей, чтобы избежать простановки предельных размеров. Различают верхнее предельное отклонение (ES, es) – алгебраическую разность между наибольшим предельным и номинальным размерами и нижнее предельное отклонение (EI, ei) – алгебраическую разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.

Соответственно, для размеров отверстий (охватывающих поверхностей):

ES = D_max– D; EI = D_min– D (используются прописные буквы) (1.1)

Для размеров валов (охватываемых поверхностей):

es = d_max – d; ei = d_min– d (используются строчные буквы) (1.2)

Термины отверстие и вал применяются не только для элементов деталей цилиндрической формы круглого сечения, но и для элементов деталей другой формы, например, призматических шпонок.

П

^+0,023

^{- 0,002}

редельные отклонения (в миллиметрах) проставляются на чертеже в виде:

_-0,025

_-0,050

^+0,023

_-0,002

^+0,023

_-0,002

Ø40 ; Ø25±0,01; 28 ; 42_-0,02 ; 10^+0,01; 60⁰±1⁰

Нулевое значение отклонения не проставляется, при этом положительное по знаку верхнее отклонение проставляется вверху, а отрицательное по знаку нижнее – внизу. Симметричные относительно номинального размера отклонения проставляются в одной строке с номинальным размером.

Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размером.

Допуск (Т) – разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями того или иного параметра. Допуск размера (рисунок 1.1, а)– соответственно абсолютное значение алгебраической разности между наибольшим и наименьшим предельными размерами и в соответствии с зависимостями (1.1) и (1.2) – между верхним и нижним отклонениями. Именно величина допуска определяет заданную точность изготовления поверхности детали, с уменьшением допуска и соответственно увеличением точности качество изделий, как правило, улучшается, а стоимость изготовления увеличивается.

Для упрощения точностных расчетов размеров и сопряжений поверхностей деталей используют схемы полей допусков (рисунок 1.1, б). При этом ось сопрягаемых поверхностей располагают под схемой и условно не показывают. Поле допуска на схеме ограничено между верхним и нижним отклонением, оно определяется значением допуска и его положением относительно номинального размера, обозначаемого на схеме как нулевая линия – линия отсчета отклонений (положительных – вверх, отрицательных – вниз).

Поверхности двух или нескольких подвижно или неподвижно соединяемых в изделии деталей называют сопрягаемыми, другие поверхности – несопрягаемыми (свободными). При соединении деталей, входящих одна в другую, одна из поверхностей является охватывающей (отверстием), другая – охватываемой (валом).

Посадкой называют характер соединения поверхностей деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов.

Зазор (S)–разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей.

Натяг (N) – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки.

Значения наибольшего и наименьшего зазора (натяга) определяются зависимостями (1.3) и (1.4) соответственно.

S_max= D_max- d_min= ES – ei; S_min= D_min- d_max= EI – es; (1.3)

N_max= d_max- D_min= es – EI; N_min= d_min- D_max= ei – ES; (1.4)

При посадке с зазором (рисунок 1.2, а) поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, включая случай, когда нижняя граница поля допуска отверстия (отклонение EI) совпадает с верхней границей поля допуска вала (отклонение es), т. е. S_min= 0.

а)

б)

в)

Рисунок 1.2 – Поля допусков отверстия 1 и вала 2 (для размера 40 мм)

При посадке с натягом (рисунок 1.2, б) поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия.

Переходная посадка (рисунок 1.2, в) – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично).