Основные понятия о размерах, отклонениях и посадках

Лекция 2. Основные понятия о размерах, отклонениях и посадках 6. Нормальный, номинальный и предельные размеры. Условие годности размера Числовое значение размера любого элемента заготовки, детали, узла, изделия определяют путем расчета, например, на прочность или жесткость или же исходя из каких-то конструктивных, технологических, экономических, эргономических, эстетических и других соображений. Предварительно определенное значение размера, как правило, округляют до ближайшего стандартного значения, которое называют нормальным размером. При расчете, например, на прочность, размер округляют до ближайшего большего нормально размера. ГОСТ 6636-69 устанавливает четыре основных ряда нормальных линейных размеров (есть еще дополнительные и произвольные ряды). Действие этого стандарта не распространяется на технологические межоперационные размеры, на размеры, установленные специальными стандартами на конкретные изделия, на размеры, зависящие от других принятых величин (например, диаметр малого основного конуса зависит от диаметра большого основного конуса). В исключительных случаях, по разрешению службы стандартизации, допускается применение нестандартных размеров. По ГОСТу 6636-69: каждый ряд чисел представляет собой геометрическую R 10 , где R равно 5; 10; 20; 40; 80 и 160. прогрессию со знаменателем Q Обознач ение ряда R5 Приблизительный знаменатель прогрессии 5 10 1,6 Приближенные значения предпочтительных чисел 1,0 – 1,6 – 2,5 – 4,0 – 6,3 – 10 – 16 -… R10 10 10 1,25 1,0 – 1,25 – 1,6 – 2,5 – 3,2 – 4,0 –5,0 -… R20 20 10 1,12 … 40 R40 … 10 1,06 При выборе значения нормального размера, размеры первого ряда (с более крупной градацией R5) следует предпочитать размерам второго ряда (с менее крупной градацией). При выборе нормального размера, размеры первого ряда (с более грубой градацией, например 10; 16; 25…) следует предпочитать размерам второго ряда (с менее крупной градацией, например 10; 12; 16; 20; 25 …), размеры второго ряда – размерам третьего и т.д. Ряды нормальных линейных размеров установлены в целях сокращения количества типоразмеров применяемых заготовок, деталей, изделий, нерегулируемых элементов оснастки (разверток, элементов штампов и др.). Нормальные размеры, как правило, указывают в чертежах и другой документации в качестве номинальных размеров. Номинальный размер, или номинал (разные источники применяют разные обозначения: АНОМ, DH, dH) – это основной размер, относительно которого определяются отклонения. Числовые значения номинального размера могут представлять собой целое или дробное число. Правильная запись:10 мм, 10,1 мм. Неправильная запись: 10,0 мм, 10,10мм (нули в конце дробной части не пишут, так как номиналом не определяется порядок точности). Так как при изготовлении и измерениях деталей происходит рассеяние числовых значений размеров, то каждый размер, который нужно получить, необходимо задавать двумя предельно допустимыми значениями, между которыми находились бы размеры годной детали (АГ). Размер годной детали, имеющий большее предельно допустимое значение, называют наибольшим предельным размером (Анб, Dmax, dmax), а имеющим меньшее значение - наименьшим предельным размером (Анм, Dmin, dmin). Таким образом, предельные размеры устанавливают допустимые колебания задаваемого размера. Условие годности размера: . Например, заданы ,а не более 10,1 мм и не менее 9,9 мм. , то деталь будет годной при размерах Числовые значения предельных размеров записывают с необходимым количеством цифр после запятой, в том числе с нулями в конце, так как количество цифр после запятой определяет порядок точности. Например, могут быть , и т.д. Если - внутренний размер детали (например, диаметр отверстия), то при , будет иметь место брак «плюс» (в этом случае говорят, что отверстие «провалено»; как правило, этот брак неисправимый), при будет иметь место брак «минус» (как правило, брак исправимый). Если наружный размер детали (например, диаметр вала), то при будет иметь место брак «плюс» (в этом случае говорят, что вал полнее, чем нужно; как правило, этот брак исправимый), при будет иметь место брак «минус» (вал провален, как правило, это брак неисправимый). Наибольший и наименьший предельные размеры (любой из них) могут быть меньше номинального размера, один из них может быть равен номинальному размеру (но никогда оба не могут быть равны номинальному размеру). Например, при предельные размеры могут иметь значения ; ; ; ; ; . 7. Допуск и предельные отклонения размера. Исполнительный размер Погрешность процесса – мера точности или в некотором роде мера качества. Увеличение допустимой погрешности приводит к ухудшению свойств воздействий (точность механизмов, КПД, веса и др.), но снижает себестоимость. Поэтому выбор допустимого уровня погрешностей зависит от состояния цена-качество и назначения продукции. Допуск – допускаемая погрешность, норма точности, которая устанавливается чертежом или другой нормативно-технической документацией. Установление допусков (норм точности) называют НОРМИРОВАНИЕМ ТОЧНОСТИ. Допуск определяет допустимый диапазон рассеяния, колебания значений задаваемого параметра. Допуск всегда является величиной положительной (равным нулю быть не может). Допуск обозначается буквой означает допустимый, терпимый). (первая буква от французского слова Tolerance, что Допуск размера выражают предельными размерами: разностью между наибольшим и наименьшим , где – допуск размера . Например, если заданы , , то величина всегда положительная, то знак «плюс» не указывают). (если Числовое значение допуска записывают с необходимым количеством цифр после запятой, в том числе с нулями в конце, в зависимости от необходимого порядка точности, например: 0,1 мм, 0,10 мм, 0,100 мм. Чем меньше допуск размера, тем выше норма точности размера, выше эксплуатационные свойства изделия, но труднее и дороже получение такого размера (нужны более точные и дорогие технологическое оборудование, инструменты, трудоемкость получения размера возрастает, необходима более высокая квалификация рабочего, увеличивается возможное количество брака). Например, в зависимости от метода обработки детали с уменьшением допуска размера с 0,1 до 0,05 мм (т.е. в 2 раза) относительная стоимость получения размера может возрасти в 2,8 раза. Поэтому перед конструктором или технологом всегда стоит задача нахождения оптимального решения разрешения противоречия межу эксплуатационными и конструктивными требованиями с одной стороны и возможностями и экономикой производства с другой. Таким образом, правильно установленным допуском следует считать такой возможно больший допуск, при котором полностью удовлетворяются конструктивные эксплуатационные требования к изделию. Конструкторский допуск ( ) – заданная точность элемента, детали, изделия устанавливают исходя из условия обеспечения нужного качества продукции и, прежде всего, эксплуатационных требований при длительной эксплуатации изделия, но с учетом технологических, метрологических и экономических возможностей (ориентируясь на передовую технологию). При установлении конструкторского допуска необходимо создавать запас точности на определенную длительность эксплуатации, так как со временем детали изнашиваются и точность снижается. Поэтому TK TP И ТЗ , где TP - конструктивная часть допуска, расчетная, необходимая для нормальной работы конструкции; И - допускаемая погрешность измерения размера; Т З -запас точности на длительную эксплуатацию. Необходимо помнить, что допуски элементов деталей станков, приспособлений, инструментов, от которых зависит точность изготовленных с их помощью деталей изделий, должны быть значительно более жесткими, чем допуски деталей изделий. Технологический допуск Т Т - точность, обеспечиваемая технологическим оборудованием – устанавливают на основе конструкторского допуска с учетом технологических требований, метрологических и экономических возможностей. Технологический допуск рекомендуется устанавливать с некоторым технологическим запасом точности по сравнению с конструкторским допуском (т.е. технологический допуск должен быть более жестким, чем конструкторский). Обычно рекомендуется Т Т 0,8Т К , т.е. Т Т должен быть не менее чем на 20% меньше конструкторского. Как конструкторский, так и технологический допуски линейных размеров должны учитывать допускаемые погрешности измерений, которые составляют 20-40% от допуска линейного размера (т.е. 20-40% допуска идет на компенсацию погрешностей измерения). Станки, приспособления и обрабатывающие инструменты должны соответствовать технологическому допуску изделия, т.е. рассеяние действительных размеров данным технологическим комплексом не должно превышать технологического допуска изделия. Таким образом, ТТ 0,8 Т К С 3 СЛ В чертежах и других нормативно-технических документах непосредственно допуски размеров, как правило, не указывают. Чаще всего допуски размеров выражают через предельно допустимые отклонения от номинального размера: ES(es)-верхнее предельное отклонение размера отверстия (вала); EI(ei)-нижнее предельное отклонение размера отверстия (вала). Предельные отклонения размера определяются по формулам: , . Например, если , , , то , . Числовые значения предельных отклонений записываются с необходимым количеством цифр после запятой, в том числе с нулями в конце, в зависимости от необходимого порядка точности (так же, как и допуски). Верхнее и нижнее предельные отклонения могут быть оба положительными, оба отрицательными, верхнее может быть положительным, а нижнее отрицательным, одно из них может быть равным нулю (оба равным нулю быть не могут!). Например: , , , , ; ; ; ; . , Знаки отклонений, даже если они положительные, обязательно указывают, так как предельные отклонения представляют собой величины направленные (а не просто положительные числа). Так как на чертежах допуски, как правило, выражают через предельные отклонения, то допуск размера можно выразить так: Например: тогда: ES (es) A 0,1мм , EI (ei) A TA 0,1 ( 0,1) 0,2 мм 0,1мм , Эта формула более удобна для практического применения. Исполнительный размер, поле допуска и графическое изображение исполнительного размера Исполнительный размер – это заданный, нормированный размер, который должен быть получен при изготовлении, т.е. тот размер, который установил, например, конструктор или технолог. Исполнительный размер – это обобщающее название: если он указан в чертеже, то его называют конструкторским, если в технологической документации - технологическим (например, операционным). Исполнительный размер может быть записан в разной форме (подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). Например, он может быть записан в следующей форме (при цифровом обозначении поля): Рис. 5 Исполнительный технологический (операционный) размер, чаще всего задается через одно отклонение (второе равно 0). Для отверстия это отклонение имеет знак «плюс», для вала «минус». Для расчета исполнительного технологического размера рассчитывается , и допуск . Если рассчитывается размер для отверстия, то за номинальный размер принимается , а весь допуск располагается в плюс, т.е. верхнее отклонение равно . Если рассчитывается размер для вала, то за номинальный размер принимается , а весь допуск располагается в минус, т.е. верхнее отклонение равно . Пример перерасчета исполнительного технологического (операционного) размера из конструкторского, приведенного выше. Конструкторский исполнительный . ; ; . Исполнительный - технологический (операционный) будет:  в случае отверстия  в случае вала Поле допуска размера – совокупность верхнего и нижнего предельных отклонений или интервал значений размера, ограниченный верхним или нижним предельным отклонением. При графическом изображении поле допуска - это поле, заключенное между линиями верхнего и нижнего предельных отклонений в виде прямоугольника. Поле допуска и допуск - понятия разные. Поле допуска включает понятие допуска и о том, как допуск расположен относительно номинального размера. Для построения поля допуска проводится нулевая линия, обозначающая номинальный размер, отклонения со знаком плюс откладывается над линией, со знаком минус - под линией. Номинальный размер указывается в миллиметрах, а предельные отклонения в микрометрах. Масштаб произвольный. На рис.6 показано, как строится графическое изображение исполнительного размера элемента вала . Рис.6 На рис. 7 показано, что поля допусков, в зависимости от предельных отклонений, могут быть по-разному расположены относительно номинала (относительно нулевой линии, которая символизирует номинал). На рисунке видно также, что один и тот же допуск (на рисунке допуск 0,2 мм = 200 мкм) может быть задан множеством пар предельных отклонений, а поэтому при одном и том же допуске поля допусков могут быть разные. Рис.7 Ниже приведены поля допусков для рассчитанных выше исполнительных размеров: Исполнительный конструкторский численно: ; графически: Исполнительный технологический (операционный)  для отверстия: численно: графически:  для вала численно: графически: 8. Действительный размер и выбор средства измерения по точности Предположим, конструктор или технолог в нормативно-технической документации установили необходимый исполнительный размер. Деталь изготовили. Как определить, какой размер получился, годен он или негоден? Определить это можно только путем измерения. Измерение производится для определения соответствия размеров детали установленным требованиям. Под измерением понимают процесс нахождения значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, а под погрешностью измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер – размер, полученный в результате обработки детали. Значение истинного размера неизвестно, так как невозможно выполнить измерение без погрешности. Поэтому вместо истинного значения определяют его действительное значение, которое несколько приближается к истинному значению, и для данной цели может быть использовано вместо него. Понятие «истинный размер» заменяется понятием «действительный размер». Действительный размер (Ад) – это размер, полученный и измеренный с допускаемой погрешностью измерения, т.е. Ад = Аист + [∆и]А, где Аист – истинное значение размера А; [∆и]А – допускаемая погрешность измерения размера А. Таким образом, размер нужно измерять так, чтобы соблюдалась допускаемая погрешность измерения этого размера. Допускаемые погрешности измерений установлены соответствующими стандартами. Допускаемые погрешности измерений линейных размеров учитывают закономерную зависимость погрешности измерения размера от самого размера, погрешности средств измерений, составляющие погрешности от других источников, влияющих на погрешность измерения. Они нормируются независимо от способов измерений. По стандарту ГОСТ 8.051-81, который устанавливает допускаемые погрешности измерений линейных размеров до 500 мм универсальными рабочими средствами измерений, допускаемые погрешности измерений составляют лишь 20-35% от допусков размеров. Принятый процент зависит от квалитета (допуска) размера. Чем меньше допуск (точность выше), тем больший процент от него составляет допускаемая погрешность измерения, т.е. большая часть допуска идет на компенсацию погрешностей измерений. Для стандартных универсальных средств измерений установлены предельные (наибольшие возможные) погрешности измерений, которые могут возникнуть при работе этими средствами. ПРАВИЛО ВЫБОРА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПО ТОЧНОСТИ: предельная погрешность измерения конкретным средством не должна превышать допускаемой погрешности измерения, т.е. ∆и пред ≤ [∆и], где ∆и пред – предельная погрешность измерения средства; [∆и] – допускаемая погрешность измерения размера. Не следует путать понятия допускаемая погрешность размера (допуск размера), допускаемая погрешность измерения размера и предельная погрешность средства измерения. Несоблюдение правила выбора средства измерения по точности ведет к нарушению принципа обеспечения единства измерений, к недостоверным результатам измерений, а это, в свою очередь, приводит к тому, что бракованные изделия относят к годным, а годные бракуют. Если при выборе средства измерения предельная погрешность измерения окажется значительно меньше допускаемой погрешности измерения размера, то это снизит экономическую эффективность применения этого средства. Однако, если другого подходящего по точности средства нет, то следует использовать имеющееся. 9. Отверстия, валы, прочие элементы. Сопряжения. Посадки Детали машин и других изделий имеют внутренние (охватывающие) и наружные (охватываемые) элементы. Внутренние элементы называют отверстиями (А), а наружные – валами (В). Если рассматривают элемент-отверстие, то и саму деталь, которой принадлежит этот элемент, называют отверстием; если рассматривают элементвал, то и саму деталь, которой принадлежит этот элемент, называют валом (рис. 8, 9). Детали соединяются между собой. В соединении двух деталей, когда одна деталь входит в другую, одна деталь охватывает другую. Охватывающую деталь называют отверстием, охватываемую - валом. Рис.8 Кроме элементов-отверстий и элементов-валов, есть такие элементы, которые нельзя отнести ни к отверстиям, ни к валам. Их называют прочими (или остальными). К прочим (П) элементам относят уступы, глубины, расстояния между осями или плоскостями симметрии, расстояния между осью и поверхностью, а также радиусы закругления кромок и фаски (последнее неверно, но так принято). При распознавании элементов по сборочному чертежу отдельные детали сборочной единицы, как правило, нужно представить себе в разобранном виде. Рис.9 Сопряжения Возможны два типа соединений: - когда номинальные размеры отверстия (Аном) и вала (Вном) не равны, т.е. когда Аном≠ Вном (например, Аном = 10 мм, Вном = 9 мм); - когда номинальные размеры отверстия (Аном) и вала (Вном) равны, т.е. когда Аном= Вном (например, Аном = Вном = 10 мм). Соединение, в котором номинальные размеры отверстия и вала равны, называют сопряжением. На сборочном чертеже эти типы соединений показывают по-разному (рис. 10). Если номинальный зазор в соединении настолько мал, что в масштабе чертежа показать его невозможно, то на чертеже его показывают увеличенным (не в масштабе чертежа). Понимание того, что такое сопряжение необходимо, потому что стандартные посадки устанавливают только для таких соединений, которые представляют собой сопряжения. Они, в основном, и будут рассмотрены. Рис.10 Соединения (в том числе сопряжения) бывают подвижными и неподвижными. Подвижным называют такое соединение, в котором в процессе работы изделия одна деталь должна двигаться относительно другой. Движение может быть вращательным, поступательным, постоянным и периодическим (перемещения деталей в процессе сборкиразборки не учитываются). Зазор, натяг, посадка, группы посадок Соединения могут быть с зазором и с натягом. Зазор (S) выражают разностью между размерами отверстия и вала, когда размер отверстия больше размера вала, т.е. S=A-B. Натяг (N) выражают разностью между размерами вала и отверстия, когда размер вала больше размера отверстия до сборки, т.е. N=B-A. Посадкой называют характер соединения (отверстия и вала), который определяется разностью размеров отверстия и вала до сборки, наличием и величиной зазора или натяга. От посадки зависит степень подвижности или неподвижности одной детали соединения относительно другой. Посадки образуются сочетанием полей допусков размеров отверстия и вала. В зависимости от взаимного расположения полей допусков размеров отверстия и вала образуются разные посадки. Посадки подразделяют на три группы (типа): с гарантированным зазором; с гарантированным натягом; переходные (может, как правило, возникнуть небольшой зазор или небольшой натяг). Взаимное расположение полей допусков размеров отверстия и вала, предельные зазоры и натяги в посадках разных групп При конструировании изделия для того, чтобы соединения нормально работали, устанавливают нормы зазоров и натягов: Наибольший предельный зазор ( ) и наименьший предельный зазор ( ); Наибольший предельный натяг ( ) и наименьший предельный натяг ( ). В посадке с гарантированным зазором (рис.11) поле допуска размера отверстия всегда расположено выше поля допуска размера вала ( ). В посадке переходной (рис.12) поля допусков размеров отверстия и вала перекрываются частично или полностью (поле допуска размера отверстия может быть смещено вверх ли вниз относительно поля допуска размера вала). В переходных посадках и не бывает, так как зазор переходит в натяг, а натяг -в зазор. В посадках с гарантированным натягом (рис.13) поле допуска размера вала всегда расположено выше поля допуска размера отверстия. На рис. поля допуска заштрихованы. Посадка с зазором. Пример: отверстие: исполнительно-чертежный размер : , вал: исполнительно-чертежный размер : , При соединении отверстия и вала с одинаковыми номинальными размерами получаем сопряжение с посадкой с зазором (рис. 11). Рис. 11 , , , . Переходная посадка. Пример: отверстие: : , вал: : , При соединении отверстия и вала получаем переходную посадку. Рис. 12 , , . Посадка с натягом. Пример: отверстие: : , вал: : , При соединении отверстия и вала получаем посадку с натягом. Рис. 13 , , . Допуск посадки Допуск посадки (допуск сопряжения) – это допустимая погрешность (сопряжения), норма точности посадки (сопряжения). посадки Допуски посадок разных групп (см. рис. 11-13): допуск посадки с гарантированным зазором (допуск зазора) ; допуск посадки с гарантированным натягом (допуск натяга) ; Допуск переходной посадки . Допуск любой посадки (сопряжения) всегда равен сумме допусков размеров отверстия и вала: (проверочная формула). Под однородностью посадки понимают степень одинаковости (величину колебания) действительных зазоров или натягов, получающихся в сопряжениях разных деталей, изготовленных по одной и той же посадке (по одному чертежу). Чем меньше окажется колебание зазора или натяга в партии деталей, тем посадка будет однороднее, т.е. тем меньше будут отличаться зазоры и натяги в разных парах деталей партии. Однородность посадки зависит от допуска посадки и настройки технологического комплекса, изготавливающего отверстия или валы Чем допуск посадки меньше, тем более однородной будет посадка. По однородности посадки подразделяют на высокооднородные (размеры отверстий точнее 7-го квалитета, валов - точнее 6го квалитета); однородные (среднеоднородные: размеры отверстия 7-го, 8-го квалитетов, валов 6-го, 7-го квалитетов); низкооднородные (грубооднородные: размеры отверстий 9-го, 10-го квалитетов, валов - 8-го, 10-го квалитетов); неоднородные (размеры отверстий и валов грубее 10-го квалитета). Необходимую однородность посадки учитывают при выборе квалитета размера. Понятия о квалитетах будут рассмотрены ниже.