Основные сведения о взаимозаменяемости изделий, ее видах и путях осуществления

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ КАЛИНИНГРАДСКИЙ ФИЛИАЛ ФГБОУ ВПО СПБГАУ КАФЕДРА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ 2012 Составил: к.т.н., Рожков А.С., Калининградский филиал ФГБОУ ВПО СПбГАУ, 2012 г., 100 с. Приводятся основные сведения о взаимозаменяемости изделий, ее видах и путях осуществления. Рассмотрена роль стандартизации, унификации и типизации при обеспечении взаимозаменяемости в производственных условиях. Даны основные понятия о допусках, посадках, калибрах и их расчете. Определены место и роль метрологического обеспечения при решении производственных задач взаимозаменяемости изделий. Лекции предназначены для студентов специальности 110800.62 «Агроинженерия». 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………......4 Лекция № 1. Понятие о взаимозаменяемости и ее роль в производственных процессах…………………………………………….5 Лекция № 2. Место взаимозаменяемости в структуре «жизненного» пути изделия………………………………………………… …9 Лекция № 3. Роль взаимозаменяемости в стандартизации параметрических и типоразмерных рядов машин, приборов и других изделий……………………………………………………….…14 Лекции № 4, 5. Взаимозаменяемость и точность размеров……...18 Лекция № 6. Расчет и выбор посадок в сопряжениях деталей………………………………………………………………….…27 Лекция № 7. Взаимозаменяемость, методы и средства контроля зубчатых передач и резьбовых соединений……………………..33 Лекция № 8. Понятие о размерных цепях. Расчет размерных цепей…………………………………………………………………….37 Лекции № 9, 10. Методы достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи и пути их осуществления………………………………………………………………….…41 Лекция № 11. Измерительные средства для контроля точности размеров………………………………………………………...……51 Лекция № 12. Назначение и обозначение параметров шероховатости, погрешностей формы и расположения поверхностей деталей машин………………………………………………………...57 Лекция № 13. Взаимозаменяемость и качество изделий…………66 Лекция № 14. Взаимозаменяемость и надежность изделий……...73 Лекция № 15. Метрологическое обеспечение взаимозаменяемости…………………………………………………………………….81 Лекция № 16. Стандартизация, сертификация, взаимозаменяемость………………………………………………………………….85 Лекция № 17. Экономическая эффективность от взаимозаменяемости………………………………………………………………….91 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………..…95 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ…………………………………….…96 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………...…98 3 ВВЕДЕНИЕ В условиях рыночных отношений во всех отраслях промышленности, с одной стороны, остро стал вопрос о качестве выпускаемых изделий, с другой стороны, современное производство не может существовать без своего постоянного совершенствования и развития. Базовой основой для этого является взаимозаменяемость на всех уровнях производства. Поэтому целью курса «Взаимозаменяемость» является ознакомление студентов с основами достижения заданной точности качества изделий, а также получение ими необходимых знаний по методам взаимозаменяемости изделий и путях их достижения. В результате изучения курса «Взаимозаменяемость» студент должен знать: – виды и методы взаимозаменяемости изделий и пути их достижения; – общие представления о допусках и посадках, порядке их расчета и выбора; – общие представления о размерных цепях и методах их расчета; – качественные показатели изделий и пути их достижения; – роль унификации, агрегатирования и стандартизации во взаимозаменяемости изделий с целью повышения их качества. Изучив курс, студент должен уметь: – обоснованно выбирать метод взаимозаменяемости изделий в зависимости от типа и вида производства; – умело производить расчет размерных цепей по выбранному методу взаимозаменяемости изделий; – определять эффективность принятого метода взаимозаменяемости для конкретного типа и вида производства; – оперативно управлять технологическими процессами в зависимости от выбранного метода и вида взаимозаменяемости изделий. Курс «Взаимозаменяемость» опирается на знания, полученные студентами при изучении математики, физики, инженерной графики и технического черчения. Знания, полученные студентами при изучении курса «Взаимозаменяемость», будут необходимы для успешного освоения ими таких дисциплин, как «Методы и средства измерений и контроля», 4 «Метрология», «Стандартизация», «Сертификация», «Теоретические основы измерительных и информационных технологий» и др., определяющих профессиональную подготовку специалиста в области стандартизации и сертификации. Лекция №1. Понятия о взаимозаменяемости изделий и ее роль в производственных процессах Взаимозаменяемостью изделий (машин, приборов, механизмов и др.), их частей или других видов продукции (сырья, материалов) называется их свойство равноценно заменять при использовании любого множества изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром. В общем случае различают взаимозаменяемость: – полную; – частичную (не полную). Наиболее часто применяют полную взаимозаменяемость, которая обеспечивает совместимость беспригонной сборки или замены при ремонте любых независимо изготовленных с заданной точностью деталей или изделий. Полная взаимозаменяемость возможна только тогда, когда размеры, форма, элементные и другие качественные и количественные параметры деталей и изделий находятся в заданных пределах и удовлетворяют установленным техническим требованиям. Уровень взаимозаменяемости производства обычно характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости КВ, равным отношению трудоемкости изготовления и сборки взаимозаменяемых деталей узлов, конструкций или их частей QВ к общей трудоемкости изготовления сборочной единицы QΣ. Величина КВ изменяется в пределах 0  K B  1. При этом выполнение установленных требований к точности деталей, узлов, сборных единиц или их элементов является важнейшим и определяющим условием обеспечения взаимозаменяемости. Взаимозаменяемыми могут быть детали, сборные единицы и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть детали и сборные единицы, от которых зависит надежность и другие эксплуатационные свойства изделия. В обязательном порядке это требование распространяется на запасные части изделия (ЗИП). 5 Свойства собираемости и возможности равноценной замены любого экземпляра взаимозаменяемой и сборочной единицы любым другим сборочным экземпляром позволяет изготовлять детали в одних цехах предприятия, а собирать из них изделия в других цехах этого предприятия или даже других профильных предприятиях. При полной взаимозаменяемости процесс сборки сводиться к соединению деталей преимущественно рабочими не высокой квалификации. Поэтому появляется возможность точно нормировать процесс сборки по времени, устанавливать необходимый темп работы, применять поточный метод сборки и создавать условия для автоматизации, специализирования и кооперирования производственных процессов. Частичная (неполная) взаимозаменяемость применяется в тех случаях, когда не возможна сборка изделия при пригонки или регулировки входящих в него деталей, узлов или сборочных единиц. Такая взаимозаменяемость широко используется в мелкосерийном и серийном производствах. Например, при сборке металлорежущего станка осуществляется пригонка и регулировка устанавливаемых на станине суппорта или задней бабки. Коэффициент взаимозаменяемости КВ в этом случае ниже, чем при полной взаимозаменяемости. С коэффициентом взаимозаменяемости КВ тесно связан коэффициент унификации (стандартизации) производства Ку, определяемый как отношение трудоемкости сборки унифицированных (стандартных) деталей Qcт к трудоемкости сборки оригинальных деталей Qорг: Ky  Qст ; Ку  0. Qорг (1) Применение той или иной взаимозаменяемости на производстве обусловлено многими факторами, основными из которых являются: тип производства, вид выпускаемой продукции, степень развитости производственных отношений, культура производства. В общем случае с повышением КВ эксплуатационные характеристики изделия улучшаются, так как создаются условия для быстрой и эффективной замены или восстановления деталей, узлов или сборочных единиц изделия в период проведения ремонтов, технического обслуживания и регламентных работ по системе плановопредупредительного ремонта (ППР). Однако в индивидуальном и 6 мелкосерийном производствах эта связь проявляется слабо в связи с ограниченным количеством выпускаемых изделий. Наибольшее влияние КВ на эксплуатационные свойства оказывает в массовом и крупносерийном производстве. Влияние КВ на эксплуатационные свойства изделий в большой степени зависит от вида изделия: наибольшее – в радиоэлектронной промышленности, несколько меньше – в приборостроении, еще меньше – в машиностроении. Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей, изготовленных в массовом и серийном производствах и имеющих точность не выше шестого квалитета, а также для сборочных единиц и изделий, состоящих из небольшого числа деталей, для которых несоблюдение заданных зазоров или натягов при сборке изделий в машино- и приборостроении недопустимо даже у части деталей. Современная промышленность не может развиваться без широкой кооперации, для которой основой является взаимозаменяемость. Разработка эффективных технологических процессов и их практическое осуществление также невозможно без учета взаимозаменяемости деталей, узлов и конструкций. Качество изделий и его контроль осуществляется на основе приемов, выработанных практикой использования различных видов взаимозаменяемости. Таким образом, взаимозаменяемость выделилась в самостоятельное научно-производственное направление во многих отраслях промышленности, играющее определяющую роль в достижении высокого качества выпускаемой продукции и обеспечения ее конкурентоспособности на мировом рынке. Помимо полной и неполной взаимозаменяемости существуют следующие виды взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц: 1. Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость покупных кооперируемых изделий (монтируемых в другие изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных плоскостей. Например, в электродвигателе внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по частоте вращения приводящего вала, а также по размерам присоединительных плоскостей. В подшипниках качения внешняя взаимозаменяемость обеспечивается по наружному диаметру наружного кольца, устанавливаемого в корпусе изделия, и внутреннему диаметру внут- 7 реннего кольца, устанавливаемого на валу, а также по точности вращения и восприятию нагрузок. 2. Внутренняя взаимозаменяемость – распространяется на детали, сборочные единицы, изделия, изготавливаемые на конкретном предприятии или его подразделении. Например: при селективной сборке подшипников качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца. При рассмотрении вопроса о взаимозаменяемости изделий вводится понятие совместимости – свойство объектов занимать свое место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые функции при совместной или последовательной работе этих объектов в заданных эксплуатационных условиях. При этом под объектом понимают автономные блоки, приборы или другие изделия, входящие в более сложные изделия. 3. Функциональная взаимозаменяемость – обеспечение взаимозаменяемости машин и других изделий по оптимальным эксплуатационным показателям, что является основным принципом взаимозаменяемости изделий и машин в целом. Поэтому в более обобщенном представлении взаимозаменяемость, при которой обеспечивается работоспособность изделий или их потребительские свойства с оптимальными и стабильными (в заданных пределах) во времени эксплуатационными показателями или оптимальными показателями качества функционирования, называют функциональной. При этом функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на надежность или экономические показатели машин и других изделий, или служебные функции сборочных единиц. Например: от зазора между поршнем и цилиндром (функциональный показатель, определяемый допуском на размер деталей) зависит мощность двигателей (эксплуатационный показатель). Эти параметры названы функциональными, так как существует их связь со служебными функциями сборочных единиц и эксплуатации заданного изделия. Такая связь может быть как закономерной (см. выше), так и случайной. Чтобы получить наибольшую эффективность взаимозаменяемости, т.е. добиться функциональной взаимозаменяемости, необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации машин и изделий учитывать комплекс научно-технических исходных положений, которые объединяются общим понятием – принципиальная 8 взаимозаменяемость – и которые обусловлены «жизненным» путем изделия. Лекция №2. Место взаимозаменяемости в структуре «жизненного» пути изделия Современное производство в машино- и приборостроении характеризуется выпуском огромного количества изделий, используемых как непосредственно человеком для удовлетворения своих нужд, так и в качестве машин (оборудования), изготавливающих эти изделия. Объединяющим фактором для всех изделий является их «жизненный» путь, включающий проектирование, изготовление, эксплуатацию и утилизацию изделия (рис. 1, а). Структурно «жизненный» путь изделия делится на несколько этапов, в каждом из которых значимость коэффициента взаимозаменяемости КВ может быть различна (рис. 1, б). Его роль определяется теми исходными положениями, которые вкладываются в этапы «жизненного» пути изделия и которые необходимо учитывать при конструировании, изготовлении и эксплуатации каждого конкретного изделия. Исходные положения, используемые при конструировании изделий 1. Эксплуатационные показатели машин и других изделий, которые определяются: – уровнем и стабильностью характеристик рабочего процесса при эксплуатации; – размерами, формами и другими геометрическими параметрами или сборочными единицами; – уровнем механических, физических и химических свойств материалов, из которых изготовлены детали или сборочные единицы. Неизбежные погрешности параметров и изменения свойств материалов в процессе эксплуатации влияют на параметры рабочего процесса, поэтому для ответственных деталей и составных частей взаимозаменяемость необходимо обеспечивать не только по размерам, формам и другим геометрическим параметрам, но и по показателям физико-механических и технических свойств материалов (величины технологических остаточных напряжений, структуры, прочности, твердости и т.д.). 9 10 КВ Поиск б «Жизненный» путь изделия а Изготовление Рис. 1. Этапы «жизненного» пути изделия (а) и роль в них КВ (б) (КВ) max Проектирование Маркетинг Расчет Конструирование Технологическая подготовка производства Обработка деталей Сборка изделия Контроль, испытание Использование Эксплуатация Ремонт и обслуживание Утилизация 2. Важно обеспечивать однородность исходного сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов по химическому составу и структуре. 3. Обычно функциональную взаимозаменяемость обеспечивают уже на стадии проектирования изделия. Для этого необходимо уточнить наименьшее значение эксплуатационного показателя и определить допустимое отношение его исходя из его назначения, а также требований надежности и безопасности изделия. Очень часто для решения этой задачи проводят обобщения опыта эксплуатации подобных изделий, экспериментальных испытаний моделей или отдельных элементов конструируемого изделия. При этом важно установить те составные части изделий, от которых зависит в первую очередь эксплуатационные показатели, а также составить список деталей, определяющих долговечность изделий в целом. Для этой категории деталей выбирают конструктивные формы, материалы, разрабатывают технологию изготовления и устанавливают требования к качеству поверхностей, которые должны быть предъявлены техническим службам предприятия. 4. При конструировании необходимо выявить функциональные параметры, от которых зависят значения и допустимый диапазон оптимальности эксплуатационных показателей изделия. Теоретически и экспериментально на макетах следует установить возможные изменения функциональных параметров во времени в результате износа (термоциклических воздействий, изменения структуры, коррозии, старения материала и т.д.), найти связь и степень влияния этих параметров и их отклонений на эксплуатационные показатели нового изделия в процессе эксплуатации. Зная эти связи и допуски на эксплуатационные показатели изделия, можно определить гарантированный запас работоспособности изделия. При этом необходимо провести оптимизацию допусков, устанавливая меньшее их значение для функциональных параметров, погрешности которых сильно влияют на эксплуатацию изделия. Установление связей эксплуатационных показателей с функциональными параметрами и независимое изготовление изделий деталей и их частей с точностью, определённой исходя из допустимых отклонений эксплуатационного изделия в конце срока его службы, являются главным условием обеспечения функциональной взаимозаменяемости. 11 5. При конструировании изделий необходимо шире применять общие технические нормы, унифицированные и стандартизированные детали и сборочные единицы, а также руководствоваться принципами предпочтительности и агрегатирования, так как в современных условиях без этого невозможно обеспечить высокое качество изделий и экономичность производства. 6. Для обеспечения взаимозаменяемости ответственных деталей по шероховатости, форме и расположению их поверхностей эти параметры следует выбирать таким образом, чтобы учитывать требования технологичности изготовления и предусмотреть возможность применения таких средств измерения, которые бы не вносили дополнительных погрешностей в технологический процесс и позволяли применять простые и надежные средства измерения на этапах изготовления деталей и сборки из них изделий. Под технологичностью детали понимают такую конструкцию детали, которая удовлетворяет не только выполнение ею эксплуатационных требований в узле или машине, но и обеспечивает изготовление детали с минимальными затратами ручного, машинного и иного труда. Технологичность конструкции детали отрабатывается на этапе ее проектирования по параметрам точности размеров, удобства расположения поверхностей, возможности обработки их без дополнительных приспособлений, эффективного использования материала, качественным показателям и т.д. Исходные положения, используемые при изготовлении изделий 1. Для соблюдения взаимозаменяемости необходимо при изготовлении деталей и сборки изделий строго выдерживать нормированную точность функциональных параметров. 2. Для создания большого запаса работоспособности изделия по ответственным функциональным параметрам необходимо обеспечивать условие: Тf >Тr, где Тf – допуск параметра, устанавливаемый из эксплуатационных требований к изделию. Tr – технологический допуск, достигаемый при принятом технологическом процессе изготовления деталей или сборке изделия. 3. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества изделий необходимо использовать оборудование, инструментальную и технологическую оснастку соответствующей точности, а также 12 конструкторская, технологическая, измерительная Базы База проводить их постоянный технический контроль. При этом точность оборудования и оснастки должны быть в 2 – 3 раза выше требуемой точности детали и составных частей, т.е. иметь определенный запас точности. 4. Для ответственных деталей необходимо создавать оптимальное качество как по составу материала, так и по состоянию обрабатываемой поверхности. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества изделий необходимо, чтобы технологические измерения и конструкторские базы сохранялись, т.е. чтобы выдерживался принцип единства и постоянства баз. На рис. 2 размер 100  0,1 задан конструктором от торца детали (конструкторская база). Одновременно торец детали является технологической (установочной) базой для токарной обработки детали (деталь устанавливается и закрепляется в трехкулачковом патроне). Контроль размера детали также осуществляется от торца с помощью, например, штангенциркуля. Таким образом, торец детали одновременно является конструкторской, технологической и измерительной базами (принцип единства базы). В общем случае деталь может устанавливаться при сборке изделия по торцевой поверхности, что и определяет принцип постоянства базы. п 100  0,1 Рис. 2. Пример применения принципа единства и постоянства базы 13 Исходные положения, используемые при эксплуатации изделия 1. Важной составной частью осуществления принципа взаимозаменяемости, обусловливающего долговечную и экономическую работу изделия, является определение необходимого комплекта запасных частей (деталей, сборочных единиц, т.е. ЗИП), которые обеспечивали бы быструю замену в процессе эксплуатации износившихся или поломавшихся деталей, сохраняя требуемую работоспособность изделия в течение длительного времени. Для этого должен быть проведён анализ и выявлены слабые места изделия, т.е. определены детали и сборочные единицы, в наибольшей мере подверженные износу и другим эксплуатационным факторам. 2. В процессе эксплуатации необходимо тщательно контролировать эксплуатационные параметры изделия, обращая особое внимание на его слабые элементы. Для практического осуществления функциональной взаимозаменяемости изделий необходима четкая система подготовки и обращения между структурными подразделениями предприятия конструкторской, метрологической, технологической и эксплуатационной документации. Особенно важно обеспечивать функциональную взаимозаменяемость деталей и изделий, получаемых безотходной технологией, при которой механическая обработка деталей сведена к минимуму. Следует иметь в виду, что безотходная технология увеличивает эффективность производства не только в отношении экономии материалов, но и способствует повышению производительности труда и культуре производства. Лекция №3. Роль взаимозаменяемости в стандартизации параметрических и типоразмерных рядов машин, приборов и других изделий Взаимозаменяемость выступает определяющим фактором не только на этапах «жизненного» пути изделия. Важнейшая роль принадлежит ей при разработке принципов стандартизации, унификации и агрегатирования конкретного изделия. В конечном итоге, от использования тех или иных методов взаимозаменяемости в целом зависит культура производства и конкурентоспособность выпускаемой им продукции. В нашей стране выпускают свыше 180 тыс. наименований различных машин, механизмов, приборов и других изделий. В связи с 14 развитием новых отраслей промышленности и все большим внедрением механизации и автоматизации в стране ежегодно создаются или обновляются около 10 тыс. новых машин, приборов и других изделий. Однако в ряде случаев имеет место выпуск излишне большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся по конструкции и размерам. Для рационального сокращения номенклатуры изготовляемых изделий и с целью повышения серийности и развития специализации их производства разрабатывают стандарты на параметрические ряды изделий. Каждую машину обычно характеризуют несколько параметров: мощность, габаритные размеры, производительность, надежность, точность, экономичность и т.д. При этом номенклатура стандартизируемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа машин или их модификации. Поэтому из всех параметров изделия выделяют следующие: – главный параметр; – основные параметры. Главным называют машинный параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия и не зависит от технических усовершенствований его и технологий изготовления. Например, главным параметром мостового крана является грузоподъемность, а главным параметром токарного станка – габаритные размеры обрабатываемых заготовок: высота центров и расстояние между центрами в крайнем положении передней и задней бабок (или шпинделя и пиноли). По главному параметру строится параметрический ряд изделий. Например, токарно-винторезные металлорежущие стали мод. 1К62 и 1А620 имеют один и тот же главный параметр – расстояние между центрами в крайнем положении передней и задней бабок – 620 мм. Выбор главного параметра и определение диапазона значений должны быть технически и экономически обоснованы. Крайние числовые значения ряда следует выбирать с учетом текущих и перспективных потребностей конкретного производства, отрасли или промышленности в данных изделиях. Основными параметрами называют закономерно построенную в определенном диапазоне совокупность численных значений главного параметра изделия одного функционального назначения, анало15 гичных по кинематике или рабочему процессу главному параметру. Известен, например, параметрический ряд токарных станков: 200, 250, 400, 620, 800, 1000, I500 мм. С другой стороны, главный параметр служит базой при определении числовых значений основных параметров. Например: для металлорежущего оборудования – токарных станков – точность обработки, мощность, пределы скоростей резания, производительность являются основными параметрами; для измерительных приборов – это погрешность измерения, цена деления шкалы, сила измерения и другие метрологические показатели. Разновидностью параметрического ряда является типоразмерный или размерный ряд. Его главный параметр – размеры изделий. На базе параметрических и типоразмерных рядов создают конструктивные ряды конкретных типов моделей одинаковых конструкций и одного функционального назначения. При построении параметрических, типоразмерных и конструктивных рядов изделий желательно соблюдать подобие рабочего процесса, которое обеспечивает равенство главных и основных параметров. На параметрические ряды разработаны стандарты, в которых предусматривается внедрение в промышленность технически более совершенных и производительных машин, приборов и других видов изделий, соответствующих достигнутому техническому прогрессу. В стандартизированных рядах не допускается установление типовых параметров для систем машин различных модификаций, созданных на основе агрегатированния, так как это снижает возможности внутритиповой и межтиповой унификации изделий. При установлении рядов и их главных параметров обычно учитывают плотность распределения применяемости различных значений параметров стандартизированных изделий, увеличивая число членов ряда в диапазоне наибольшей частоты применения. В этом случае обычно применяют смешанные ряды. Например: в общем машиностроении и приборостроении около 90%, т.е. подавляющее число всех используемых модулей зубчатых колес находятся в пределах от 1-6 мм (в общем случае модуль зубчатого колеса представляет отp ношение шага зубьев колеса р к числу π: m  , мм). При этом мак симум применимости зубчатых колес приходится на диапазон моду- 16 лей т от 2 до 4 мм. Поэтому в стандарте параметрического ряда модулей зубчатых колес наибольшее число градаций предусмотрено именно для этих модулей. Наименьшее и наибольшее значение главного параметра при установлении параметрического ряда, а также частоту ряда устанавливают не только на основе тенденций потребности рассматриваемого изделия, но и с учетом перспективы развития производства, достижения науки и техники, тенденции развития конкретного производства. Унификация, агрегатирование и стандартизация регулируют номенклатуру изготовления типов и размеров изделий. Например, серийное и массовое производство организовывается, как правило, для изделий, у которых стандартными являются размеры, показатели качества или конструкции всего изделия. Однако метод комплексной стандартизации позволяет применять принцип агрегатирования и устанавливать взаимосвязанные требования к сырью, материалам, комплектующим элементам и изделию в целом в других типах производства (например, мелкосерийном и даже индивидуальном). Повышению качества выпускаемых предприятием изделий соответствует внедрение единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), предусматривающей разработку и использование системы управления качества и аттестацию продукции на всем его «жизненном» пути. В соответствии с ЕСТПП выпуск деталей должен быть четко оговорен предъявленными функциональными параметрами, включая расчетные параметры точности и качества поверхностей деталей. Создание гарантированного запаса деталей и узлов, повышение работоспособности выпускаемых изделий позволяют обеспечить взаимозаменяемость их в процессе эксплуатации. При этом расчет гарантированного запаса прочности и работоспособности в условиях производства осуществляется в зависимости от закона распределения принятого показателя надежности согласно методикам, разработанным Госстандартом Российской федерации. Сокращение номенклатуры изделий в результате стандартизации и взаимозаменяемости отдельных сборных единиц и агрегатов создает условия для развития специализации производства как в рамках отдельных отраслей, так и в межотраслевом кооперировании. При этом унификация деталей, сборочных единиц и агрегатов позволяет 17 изготавливать их на специализированном предприятии с использованием высокотехнологического оборудования, точных и стабильных приборов, средств автоматизации и механизации. Взаимозаменяемость, построенная на унификации, типизации и стандартизации, повышает экономичность производства, так как она в значительной степени упрощает сборку изделия, сводя ее к простому соединению деталей без пригонки и регулирования. Лекции №4, 5. Взаимозаменяемость и точность размеров Взаимозаменяемость изделий во многом обеспечивается точностью их параметров, в частности размеров. Однако в процессе изготовления неизбежно возникают погрешности размеров ΔХ, численные значения которых находят по формуле X i  X i  X , (2) где Х – заданное значение размера (параметра): Хi – действительное значение того же параметра. Погрешности подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). Систематическими называют погрешности, постоянные по величине и направлению или изменяющиеся по определенному закону. Они могут быть вызваны упрощениями кинематических схем передаточных механизмов, ошибками настройки станков или приборов, износом инструмента, температурными деформациями и пр. Влияние этих ошибок на результаты обработки и измерения можно учесть и даже устранить. Случайные погрешности – это погрешности, величину и направление которых заранее нельзя предусмотреть. Их появление обусловлено примерно одинаковым воздействием большого числа независимых друг от друга случайных факторов. Случайные погрешности могут быть вызваны нестабильностью химических, физических и механических свойств материалов, непостоянством размеров заготовок, изменением сил резания, погрешностями измерения и др. Грубыми погрешностями называют погрешности, явно не соответствующие процессу обработки или измерения. Они в основном 18 бывают следствием просчетов или недосмотра и подлежат устранению. Влияние случайных погрешностей на точность изделий можно оценивать методами теории вероятностей и математической статистики. Многочисленными опытами доказано, что распределение случайных погрешностей чаще всего подчиняется закону нормального распределения, который характеризуется кривой Гаусса. Максимальная ордината кривой соответствует среднему значению данного размера X (при неограниченном числе измерений называется средневзвешенной, среднеарифметической или медианой и обозначается Мix). По оси абсцисс откладывают случайные погрешности или отклонения от размера X . Отрезки, параллельные оси ординат Y, выражают вероятность появления случайных погрешностей соответствующей величины (рис. 3). Y Ymax X – ΔX + ΔX X Рис. 3. Кривая Гаусса распределения случайных погрешностей Кривая Гаусса симметрична относительно максимальной ординаты Ymax. Следовательно, отклонения от размера X одинаковой абсолютной величины, но разных знаков  X одинаково возможны. Форма кривой распределения показывает, что малые отклонения (по 19 абсолютному значению) появляются значительно чаще, чем большие, а появление весьма больших отклонений практически маловероятно. Поэтому допустимые погрешности ограничиваются некоторыми предельными значениями  V / 2 (V – фактическое поле рассеяния случайных погрешностей, равное разности между наибольшими и наименьшими измеренными размерами в партии деталей). Значение V определяют из условия достаточной точности (допуска) при оптимальных затратах на изготовление изделий. При регламентированном поле рассеяния за пределами  V / 2 может появляться не более, чем 0,27 % случайных погрешностей. Это значит, что из 1000 обработанных деталей бракованных изделий в технико-экономическом отношении будет не более 3. В этом случае нецелесообразно менять технологию изготовления изделий, так как это приведет к чрезмерному увеличению допусков и снижению точности изделий. Следует иметь в виду, что форма кривой распределения зависит от методов обработки и измерения изделий. Опыт работы предприятий в условиях массового и крупносерийного машиностроительного производства свидетельствует о том, что распределение случайных погрешностей, возникающих при обработке деталей, действительно хорошо описываются законом нормального распределения Гаусса. Однако в других типах и видах производства, в зависимости от принятого технологического процесса, объема выпускаемых изделий и других обстоятельств случайные погрешности могут подчиняться законам равновероятностного распределения, треугольника, Максвелла и др. При этом центр группирования может совпадать с координатой среднего размера X или смещаться относительно ее (рис. 4). Следует отметить, что в производственных условиях нельзя полностью устранить влияние причин, вызывающих погрешность обработки и измерения. Можно лишь уменьшить величину этих погрешностей, применяя более современные технологические процессы обработки и средства измерения. Точностью размера (любого параметра) называют степень приближения действительного размера к заданному, т.е. точность размера определяется погрешностью: с уменьшением погрешности точность увеличивается, и наоборот. На практике взаимозаменяемость обеспечивается ограничением погрешностей. С уменьшением погрешностей действительные значе20 ния параметров, в частности размеров, приближаются к заданным. При небольших погрешностях действительные размеры так мало отличаются от заданных, что их отклонения от заданных не снижают работоспособность изделия по сравнению с расчетной. п Х X п Рис. 4. Расположение центра группирования размеров изделия относительно их среднего размера X Погрешность размера (любого параметра), при которой сохраняется работоспособность изделий, называют допустимой погрешностью или допуском Т размера. В связи с этим необходимо ввести понятия о номинальном, действительном и предельном размерах, предельных отклонениях, допусках и посадках. Номинальный размер (D, d, l и др.) – размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим. Номинальные размеры находят расчетом деталей, узлов или конструкций на прочность и жесткость, а также исходя из совершенства их геометрических форм и обеспечения технологичности конструкции изделия в целом. Для сокращении числа типоразмеров заготовок, режущего и измерительного инструмента, штампов, приспособлений, а также для облегчения типизации технологических процессов значения размеров, полученные расчетом, следует округлять (как правило, в боль- 21 шую сторону) в соответствии со значениями нормального ряда чисел, приводимого в соответствующей справочной литературе. Действительный размер – размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Этот термин введен потому, что невозможно изготовить деталь с абсолютно точными требуемыми размерами и измерить их без внесения погрешности. Действительный размер детали в работающей машине вследствие ее износа, упругой, остаточной, тепловой деформаций и других причин отличается от размера, определенного в статическом состоянии или при сборке. Это обстоятельство необходимо учитывать при точностном анализе механизма или машины в целом. Предельные размеры детали – два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называют наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Обозначают их соответственно Dmax и Dmin для отверстия, dmax и dmin – для вала (рис. 5). Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали. ГОСТ 25346 – 82 устанавливает понятия проходного и непроходного пределов размера. Проходной предел – термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, а именно верхнему пределу для вала и нижнему пределу для отверстия (при применении предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом проходным калибром). Непроходной предел – термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала, а именно нижнему пределу для вала и верхнему пределу для отверстия (при применении предельных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом непроходным калибром). Для упрощения чтения чертежей введены предельные отклонения от номинального размера: верхнее предельное отклонение ЕS, еs – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее предельное отклонение ЕI, еi – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Для отверстия ES=Dmax–D; EI=Dmin–D; для вала es=dmax–d; ei=dmin–d (рис. 5). 22 Рис. 5. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия положительны, отклонения вала отрицательны) Действительным отклонением называют алгебраическую разность между действительным и номинальным размерами. Отклонение является положительным, если предельный или действительный размер больше номинального, и отрицательным, если указанные размеры меньше номинального. На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без 0, 07  0,19 указания единицы измерения, например 180 ; угловые размеры и их предельные отклонения – в градусах, минутах или секундах, с указанием единицы измерения, например 0°, 30', 40''. Предельные отклонения в таблицах допусков, приводимых в справочниках, указывают в микрометрах. При равенстве абсолютных значений отклонений их указывают один раз со знаком ± рядом с номинальным размером, например 60 ± 0,2; 120° ± 20'. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, а показывают только одно отклонение – положи- 23 тельное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения, например 200+0,063 или 100– 0,019. Допуском Т называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями того или иного параметра. Допуск Т размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е. заданную точность изготовления. С увеличением допуска качество изделий, как правило, ухудшается, но стоимость изготовления уменьшается. Для упрощения допуски можно изображать графически в виде полей допусков (рис. 6). Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями размера или параметра. Поле допуска определяется значением допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, положительные отклонения откладывают вверх от нее, а отрицательные – вниз. При вертикальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладывают слева от нее, отрицательные – справа. поля допу сков валов Ну левая линия Номинальный размер поля допу сков отверстий поле допу ска основного отверстия поля допу сков валов 24 поле допу ска основного вала поля допу сков отверстий Рис. 6. Поля допусков отверстия и вала Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, также называют сопрягаемыми. Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей детали. Кроме этого, в соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности. Вал – термин, применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов (поверхностей) деталей. Отверстие – термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов (поверхностей) деталей. Термины отверстие и вал относятся не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей другой формы, например, ограниченным двумя параллельными плоскостями (паз, шпонка). Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю (еs=О). Основное отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю (ЕI=О). Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей сокращенно называют соответственно допуском отверстия ТD и допуском вала Тd. Посадкой называют характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала (рис. 7) посадка может быть: с гарантированным зазором (а), с гарантированным натягом (в) или переходной (б), при которой возможно получение как зазора, так и натяга. Схемы полей допусков для разных посадок, приведенные на рис. 7, используются конструкторами при решении задач обеспечения сопряжением деталей требуемой эксплуатационной подвижности и условий их взаимозаменяемости. Зазор S – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей. Наибольший Smax, наименьший Smin и средний Sm зазоры определяют по формулам: 25 S max  Dmax  d min ; S min  Dmin  d max ; S m  (S max  S min ) / 2 . (3) Рис. 7. Возможные расположения полей допусков валов в системе отверстия: а – посадки с гарантированным зазором; б – переходные посадки; в – посадки с гарантированным натягом Натяг N – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную 26 неподвижность деталей после их сборки. Наибольший Nmax, наименьший Nmin и средний Nm натяги определяют по формулам: N max  d max  Dmin ; N min  d min  Dmax ; N m  ( N max  N min ) / 2 . (4) Посадка с гарантированным зазором – посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 7, а). К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. Smin = 0. Наиболее распространенными посадками с гарантированным зазором являются: F(f), E(e), C(c), D(d). Посадка с гарантированным натягом – посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 7, в). Наиболее распространенными посадками с гарантированным натягом являются: P(p), R(r), S(s), U(u). Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 7, б). Наиболее распространенными переходными посадками являются: K(k), M(m), N(n), IS(is). Для количественной оценки точности деталей в машино- и приборостроении установлены 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2,…17 (точность уменьшается по мере увеличения номера квалитета). Лекция №6. Расчет и выбор посадок в сопряжениях деталей Наиболее распространенным типом ответственных подвижных соединений являются подшипники скольжения, работающие со смазочным материалом. Для обеспечения наибольшей долговечности таких соединений необходимо, чтобы при работе в установившемся режиме износ подшипников был минимальным. Это достигается применением жидкостной смазки, когда поверхности цапфы и вкладыша подшипника полностью разделены слоем смазочного материала. Наибольшее распространение имеют гидродинамические подшипники, в которых смазочный материал увлекается вращающейся цапфой в постепенно сужающийся (клиновый) зазор между цапфой и вкладышем подшипника, в результате чего возникает гидродинами- 27 ческое давление, превышающее нагрузку на опору и стремящееся расклинить поверхности цапфы и вкладыша. При этом вал отделяется от поверхности вкладыша и смещается по направлению вращения. При определенной частоте вращения вала (остальные факторы считаются постоянными) создается равновесие гидродинамического давления и сил, действующих на опору. Положение вала в состоянии равновесия определяется абсолютным е и относительным Х=2е/S эксцентриситетами. Поверхности цапфы и вкладыша подшипника при этом разделены переменным зазором, равным hmin, в месте их наибольшего сближения и hmax = S – hmin на диаметрально противоположной стороне. Наименьшая толщина масляного слоя связана с относительным эксцентриситетом е зависимостью: hmin  0,5S  e  0,5S (1  e) . (5) Для обеспечения жидкостной смазки необходимо, чтобы микронеровности цапфы и вкладыша подшипника не зацеплялись, т.е. чтобы масляный слой не имел разрывов. Это возможно при толщине масляного слоя в самом узком месте, равном hmin  hм.с.  RZ1  RZ 2   ф   р  изг   д , (6) где hмс – толщина масляного слоя, при котором обесценивается роль жидкостной смазки в узле трения (иногда толщину hмс называют критической и обозначают hкр); RZ1 , RZ 2 – высота неровностей вкладыша подшипника и цапфы вала;  ф ,  р – поправки, учитывающие влияние погрешностей (формы и расположения поверхностей цапфы и вкладыша);  изг – поправка, учитывающая влияние изгиба вала и других деформаций деталей подшипникового узла;  д – добавка, учитывающая отклонения нагрузки, скорости, температуры от расчетных, а также механические включения в масле и другие неучтенные факторы. Для выбора оптимальных посадок необходимо знать зависимость толщины масляного слоя в месте наибольшего сближения цап- 28 фы и вкладыша подшипника от зазора S. Гюмбелем получена соответствующая зависимость hmin =f(S) при постоянных значениях отношения l/d и угла охвата подшипника, показанная на рис. 8 (здесь l – длина цапфы, d – диаметр вала). Рис. 8. Зависимость наименьшей толщины масляного слоя hmin от диаметрального зазора S Посадку Н5/h4 (Smin = 0, Smax = TD+Td) назначают для пар с точным центрированием и направлением, в которых допускается проворачивание и продольное перемещение деталей при регулировании. Эту посадку можно использовать вместо переходных посадок (в том числе для сменных частей). Для вращающихся деталей ее применяют только при малых скоростях и нагрузках в сопряжениях или узлах. Посадку Н6/h5 назначают при высоких требованиях к точности центрирования (например, при установке пиноли в корпусе задней бабки токарного станка, измерительных зубчатых колес на шпинделях зубоизмерительных приборов); посадку Н7/h6 (предпочтительную) – при менее жестких требованиях к точности центрирования (например, при установке сменных зубчатых колес в станках, корпусов под подшипники качения в станках, автомобилях и других машинах, поршня в цилиндре пневматических инструментов, сменных втулок кондукторов и т.п.). 29 Посадку Н8/h7 (предпочтительную) назначают для центрирующих поверхностей, когда можно расширить допуски на изготовление деталей при несколько пониженных требованиях к их соосности. Единая система конструкторской документации (ЕСКД) допускает в сопряжениях деталей применение посадок типа Н/h, образованных из полей допусков квалитетов 9-12 в случае соединения их при низких требованиях к точности центрирования (например, для посадки шкивов, зубчатых колес, муфт и других деталей на вал с креплением шпонкой при передаче вращательного движения, при невысоких требованиях к точности механизма в целом и небольших нагрузках). Посадки Н5/g4, Н6/g5 и Н7/g6 (последняя предпочтительная) имеют наименьший гарантированный зазор из всех посадок с зазором. Их применяют для точных подвижных соединений, требующих гарантированного, но небольшого зазора для обеспечения точного центрирования (например, золотника в пневматической сверлительной машине, шпинделя в опорах делительной головки, в плунжерных парах и т.п.). Из всех подвижных посадок наиболее распространены Н7/f7 (предпочтительная), Н8/f – и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 6, 8 и 9. Например, посадку H7/f7 применяют в подшипниках скольжения малых и средних по мощности электродвигателей, поршневых компрессорах, в коробках скоростей станков, центробежных насосах, в двигателях внутреннего сгорания и других машинах. Посадки Н7/е8, Н8/е8 (предпочтительные), Н7/е7 и посадки, подобные им, образованные из полей допусков квалитетов 8 и 9, обеспечивают легкоподвижное соединение деталей при жидкостной смазке. Их применяют для быстровращающихся валов больших тяжелонагруженных машин. Например, первые две посадки применяют для валов турбогенераторов и электромоторов, работающих с большими нагрузками. Посадку Н9/е9 применяют для крупных подшипников в тяжелом машиностроении, например, для свободно вращающихся на валах зубчатых колес и других деталей, включаемых муфтами сцепления, для центрирования крышек цилиндров. Посадки Н8/d9, H9/d9 (предпочтительные) и подобные им посадки, образованные из полей допусков квалитетов 7, 10 и 11, применяют сравнительно редко. Например, посадку Н7/d8 применяют при 30 большой частоте вращения и относительно малом давлении в крупных подшипниках, а также в сопряжении поршень – цилиндр в компрессорах, посадку Н9/d9 – при невысокой точности механизмов. Посадки H7/с8 и Н8/с9 характеризуются значительными гарантированными зазорами, поэтому их используют для соединений с невысокими требованиями к точности центрирования. Наиболее часто эти посадки назначают для подшипников скольжения (с различными температурными коэффициентами линейного расширения материалов вала и втулки), работающих при повышенных температурах (в паровых и газовых турбинах, двигателях, турбокомпрессорах, турбовозах и других машинах, в которых при работе зазоры значительно уменьшаются вследствие того, что вал нагревается и расширяется больше, чем вкладыш подшипника). Переходные посадки типа Н/js, Н/k, Н/m, Н/n с разными квалитетами точности используют в неподвижных разъемных соединениях для центрирования сменных деталей или деталей, которые при необходимости могут передвигаться вдоль вала. Эти посадки характеризуются малыми зазорами и натягами, что, как правило, позволяет собирать детали при небольших усилиях (вручную или с помощью молотка). Для гарантии неподвижности одной детали относительно другой соединения дополнительно крепят шпонками, стопорными винтами и другими крепежными средствами. Переходные посадки предусмотрены только в квалитетах 4–8. Точность вала в этих посадках должна быть на один квалитет выше точности отверстия. Посадки типа Н/n характеризуются наибольшими средними натягами из всех переходных посадок. Их назначают для соединений, передающих значительные силы, при наличии ударов и вибрации, а также для тонкостенных втулок, не позволяющих применять крепежные детали. Соединения собирают с помощью пресса. Эти посадки назначают преимущественно для соединений, разбираемых только при капитальном ремонте изделия. Посадки типа Н/m характеризуются меньшими средними натягами, чем посадки типа Н/n, но для разъема соединений с этими посадками необходимы значительные усилия, поэтому их назначают при высоких статических или небольших динамических нагрузках, когда разборка-сборка соединения производится редко. 31 Посадки типа Н/k характеризуются средними зазорами, близкими к нулю, что обеспечивает хорошее центрирование. Их назначают, например, для шпоночных соединений, применяемых для крепления на валах шкивов, зубчатых колес, муфт сцепления. Посадки типа Н/js дают в соединении преимущественно зазор. Их применяют для часто разбираемых соединений, а также в случаях, когда сборка узла затруднена. Иногда эти посадки применяют вместо посадок типа Н/h с целью повышения точности центрирования, а также когда при пониженной точности изготовления соединяемых деталей необходимо получить такую же точность центрирования в сопряжении. На практике эти посадки используют редко, в основном в ремонтном производстве. Посадки с натягом предназначены в основном для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей. Иногда для повышения надежности соединения при передаче больших мощностей дополнительно используют шпонки, штифты и другие средства крепления, как, например, при креплении маховика на коническом конце коленчатого вала двигателя. Относительная неподвижность деталей обеспечивается силами сцепления (трения), возникающими на контактирующих поверхностях деталей вследствие их деформации, создаваемой натягом при сборке соединения. Благодаря надежности и простоте конструкции деталей и сборки соединений эти посадки применяют во всех отраслях машиностроения (например, при сборке осей с колесами на железнодорожном транспорте, венцов со ступицами червячных колес, втулок с валами, составных коленчатых валов, вкладышей подшипников скольжения с корпусами и т. д.). Для заданных материалов и размеров соединяемых деталей величина натяга зависит от давления рmin, которое определяют из условия обеспечения неподвижности соединяемых деталей при эксплуатации, т. е. из условия прочности соединения. Относительного смещения деталей в соединении при нагружении осевой силой Р не произойдет, если расчетное усилие равно или меньше возникающих на поверхности сил трения, т.е. при условии, что P  Dlpf 1 ; откуда Pmin  P / Dlf 1 , 32 (7) где l – длина соединения; f1 – коэффициент трения (сцепления) при продольном смещении деталей; πDl – номинальная площадь контакта сопрягаемых деталей. Фактическая площадь контакта зависит от натяга, физико- механических свойств материалов сопрягаемых деталей и других факторов. При нагружении соединения крутящим моментом это условие имеет вид М кр  Dlpf 2 D / 2 ; откуда Pmin  2М кр / D 2lf 2 , (8) где f2 – коэффициент трения (сцепления) при относительном вращении деталей; D – диаметр сопряжения. Наиболее часто используют посадки типа Н/р, N/s, H/r 5 – 9 квалитетов точности. При этом необходимый натяг создают либо способом запрессовки одной детали в другую, либо охлаждением охватываемой детали и нагрева охватывающей. Лекция №7. Взаимозаменяемость, методы и средства контроля зубчатых передач и резьбовых соединений По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отчетные, скоростные, силовые и общего назначения. К отчетным относят зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счетно-решающих механизмов и т. п. В большинстве случаев колеса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчетных передач является высокая кинематическая точность, т. е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес передачи. Для реверсивных отчетных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора. Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолетов и др. Окружные скоро- 33 сти зубчатых колес таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (более 40 кВт). Их основной эксплуатационный показатель – плавность работы, т. е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибрации, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжелонагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота бокового контакта зубьев. Колеса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т. п. К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестеренных клетей прокатных станов, подьемно-транспортных механизмов и др.). Колеса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точностное требование к ним – обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т. е. получение наибольшего пятна контакта зубьев. Зубчатые передачи общего назначения применяют в автомобильной, тракторной промышленности и сельхозмашиностроении. К ним предъявляются требования кинематической точности и контактной прочности в зависимости от условий эксплуатации. Точность зубчатого зацепления (передачи) характеризуется следующими показателями: кинематической погрешностью, суммарным пятном контакта и плавностью работы. Кинематическая погрешность передачи – разность между действительными и номинальными углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи. Допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса следует определять как сумму допуска на накопленную погрешность шага колеса в зависимости от степени по нормам кинематической точности и допуска на погрешность профиля зуба, назначаемого конструктором в зависимости от степени точности по нормам плавности. Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (следы надиров или краски) в собранной 34 передаче после вращения под нагрузкой, устанавливаемой конструктором расчетным путем или в процессе проектирования передачи. Пятно контакта определяется относительными размерами (в процентах) по длине зуба – отношением расстояний «а» между крайними точками следов прилегания зубьев за вычетом разрывов к ширине зуба. Плавность работы передачи определяется параметрами погрешностей, которые многократно циклически проявляются за оборот зубчатого колеса. Аналитически кинематическую погрешность зубчатой передачи можно представить в виде спектра всех ее составляющих, амплитуда и частота которых зависят от вида и характера составляющих погрешностей. В машино- и приборостроении установлено 12 степеней точности зубчатых колес (передач): 1, 2, 3, ..., 12 (точность уменьшается с увеличением степени). Наиболее распространенными в машиностроении являются 6 – 10 степени точности, в приборостроении 4 – 6. В технической документации точность изготовления зубчатых колес и передач задают степенью точности, учитывая вид сопряжения по нормам бокового зазора. Например, степень точности 8-Х означает, что все показатели точности соответствуют 8 степени точности, а зазор между боковыми поверхностями зубьев определяется посадкой Х. Степень точности 7-8-8-Х означает, что кинематическая точность должна соответствовать 7-й степени, а суммарное пятно контакта и плавность работы передачи – 8-й степени при зазоре боковых поверхностей зубьев Х. Для контроля зубчатых колес и передач используют различные приборы и устройства. Наибольшее распространение получили эвольвентометры, шагомеры, зубомерные микрометры. Резьбовые соединения широко распространены в машиностроении (в большинстве современных машин свыше 60 % всех деталей имеют резьбы или соединяются при помощи резьбовых изделий). По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определенного механизма. К первой группе относятся резьбы: а) крепежные (метрическая, дюймовая), применяемые для разъемного соединения деталей машин; основное их назначение – обес- 35 печение прочности соединений и сохранение плотности (нераскрытия) стыка в процессе длительной эксплуатации; б) кинематические (трапецеидальная и прямоугольная), применяемые для ходовых винтов, винтов суппортов станка и столов измерительных приборов и т. п.; основное их назначение – обеспечение точного перемещения при наименьшем трении. в) упорная резьба для преобразования вращательного движения в прямолинейное в прессах и домкратах; основное ее назначение – обеспечение плавности вращения и высокой нагрузочной способности в паре «винт – гайка» (для точных микрометрических пар применяют метрическую резьбу повышенной точности); г) трубные и арматурные (трубные цилиндрическая и коническая, метрическая, коническая), применяемые для трубопроводов и арматуры; основное их назначение – обеспечение герметичности соединений. Эксплуатационные требования к резьбе зависят от назначения резьбовых соединений. Общими для всех резьб являются требования долговечности и свинчиваемости без подгонки независимо от места изготовления резьбовых деталей при сохранении эксплуатационных качеств соединений. Наибольшее распространение получили метрические цилиндрические резьбы, параметры которых следующие (рис. 9): d2 – средний диаметр болта; D2 – средний диаметр гайки; d – наружный диаметр болта; D – наружный диаметр гайки; d1 – внутренний диаметр резьбы болта; D1 – внутренний диаметр резьбы гайки; Н – высота исходного треугольника резьбы; Р – шаг резьбы. Для многозаходной резьбы существует следующая зависимость: Рп = Р, п, где Рп – ход резьбы; п – число заходов резьбы; Р – шаг профиля резьбы. 36 (9) Для резьбовых соединений установлены различные посадки, сочетание которых обычно обеспечивает зазор между профилями резьбы. Установлены степени точности резьбовых соединений: 3, 4, 10. Они назначаются в зависимости от условий эксплуатации резьбового соединения и практических рекомендаций. Рис. 9. Схема резьбового соединения Контроль резьб может быть дифференцируемым или комплексным. Дифференцируемый контроль применяют, когда допуски даны отдельно на каждый параметр резьбы. Этот метод очень трудоемкий и используется для контроля точных резьб. Наиболее часто применяют комплексный метод контроля резьбы, осуществляемый с помощью резьбовых калибров: пробок и скоб. Лекция №8. Понятия о размерных цепях. 37 Расчет размерных цепей Размерной цепью называют совокупность размеров, образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. Например, с помощью размерных цепей можно определить точность взаимного расположения осей и поверхностей одной детали (подетальная размерная цепь) или нескольких деталей в сборочной единице или механизме (сборочная размерная цепь). Замкнутость размерного контура – необходимое условие для составления и анализа размерной цепи. Однако на рабочем чертеже размеры следует проставлять в виде незамкнутой цепи; не проставляют размер замыкающего звена, так как для обработки он не требуется. Размеры, образующие размерную цепь, называют звеньями размерной цепи. По взаимному расположению звеньев размерные цепи делят на плоские и пространственные. Размерную цепь называют плоской, если все звенья ее расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях. Пространственной называют размерную цепь, звенья которой непараллельные одно другому и лежат в непараллельных плоскостях. Размерные цепи, звеньями которых являются линейные размеры, называют линейными. Размерные цепи, звеньями которых являются угловые размеры, называют угловыми. При анализе точности электрических и электронных элементов машин и приборов используют цепи, звеньями которых являются значения сопротивлений, емкости, индуктивности, силы тока, напряжений и других физических параметров. Задачу обеспечения точности изделий при конструировании решают с помощью конструкторских размерных цепей, а при изготовлении – с помощью технологических размерных цепей, выражающих связь размеров обрабатываемой детали по мере выполнения технологического процесса или размеров системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Когда решается задача измерения величин, характеризующих точность изделия, используют измерительные размерные цепи, звеньями которых являются размеры системы «измерительное средство – измеряемая деталь». Размерная цепь состоит из составляющих звеньев и одного замыкающего. Замыкающим звеном называют размер, который получается последним в процессе обработки детали, сборки узла машины или измерения. Его значение и точность зависят от значений и точно38 сти остальных (составляющих) размеров цепи. Составляющее звено – звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего звена (но не может и не должно вызывать изменение исходного звена). Составляющие размеры обозначают А1, А2, ..., Аm-1 (для цепи А), В1, В2, ..., Вm-1 (для цепи В) и т. д. Исходное звено – звено размерной цепи, заданные номинальный размер и предельные отклонения которого определяют функционирование механизма и должны быть обеспечены в результате решения размерной цепи. Исходя из предельных значений этого размера рассчитывают допуски и отклонения всех остальных размеров цепи. В процессе сборки исходный размер, как правило, становится замыкающим. В подетальной размерной цепи размер, исходя из точности которого определяется степень точности остальных размеров, также называют исходным. Замыкающий размер АΔ в трехзвенной цепи (рис. 10) зависит от размера А1, называемого увеличивающим (чем больше этот размер, тем больше значение АΔ), и размера А2, называемого уменьшающим (при его увеличении АΔ уменьшается). Замыкающее звено может быть положительным, отрицательным или равным нулю Размерную цепь можно условно изображать в виде схемы (рис. 10, б, в). По схеме удобно выявлять увеличивающие и уменьшающие звенья. Над буквенными обозначениями звеньев принято изображать стрелку, направленную вправо для увеличивающих звеньев и влево – для уменьшающих. Расчет и анализ размерных цепей позволяет: установить количественную связь между размерами деталей машины, уточнить номинальные значения и допуски взаимосвязанных размеров, исходя из эксплуатационных требований и экономической точности обработки деталей и сборки машины; определить наиболее рентабельный вид взаимозаменяемости (полная или неполная); добиться наиболее правильной простановки размеров на рабочих чертежах; определить операционные допуски и пересчитать конструктивные размеры на технологические (в случае несовпадения технологических баз с конструкторскими). Расчет размерных цепей и их анализ – обязательный этап конструирования машин, способствующий повышению качества, обеспечению взаимозаменяемости и снижению трудоемкости их изготовления. Сущность расчета размерной цепи заключается в установлении допусков и предельных отклонений всех ее звеньев, исходя из 39 требований конструкции изделия и применяемой технологии. При этом решают две задачи: 1) определение номинального размера, предельных отклонений и допуска замыкающего звена по заданным номинальным размерам и предельным отклонениям составляющих звеньев (в случаях, когда требуется проверить соответствие допуска замыкающего размера допускам составляющих размеров, проставленных на чертеже, – проверочный расчет); 2) определение допуска и предельных отклонений составляющих размеров по заданным номинальным размерам всех размеров цепи и заданным предельным размерам исходного размера (при проектном расчете размерной цепи). А1 А А3 А1 А2 А2 А2 а 40 А1 А1 А2 А2 А А в б Рис. 10. Схемы размерных цепей Аналитическое решение задач расчета размерных цепей позволяет определить следующие методы достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи: 1) метод расчета, обеспечивающий полную взаимозаменяемость; 2) метод неполной взаимозаменяемости, выполняемый по технологически обоснованным расширенным допускам на размеры деталей; 3) метод групповой взаимозаменяемости или селективная сборка, заключающаяся в изготовлении деталей со сравнительно широкими технологически выполнимыми допусками, сортировки этих деталей на равное число групп с более узкими групповыми допусками и сборки их после комплектации по определенным группам; 4) метод регулировки, при котором из совокупности составляющих звеньев выбирают компенсирующее звено, изменением которого достигается заданная точность замыкающего звена без снятия материала с составляющих звеньев; 5) метод пригонки, при котором намечают одно из составляющих звеньев размерной цепи, изменением размеров которого, путем снятия стружки, достигается заданная точность замыкающего звена. Лекции №9, 10. Методы достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи и пути их осуществления 41 Метод полной взаимозаменяемости при сборке изделий Сущность метода полной взаимозаменяемости при сборке изделий состоит в том, что заданная точность замыкающего звена размерной цепи достигается простым соединением деталей без какого-либо выбора, пригонки или регулировки. Для обеспечения такой взаимозаменяемости допуски на звенья размерной цепи рассчитывают по методу «максимума – минимума». Методика расчета по этому методу достаточно проста, однако при ее использовании предъявляются слишком жесткие требования к точности составляющих звеньев, а следовательно, увеличиваются затраты на изготовление деталей. Поэтому для обеспечения полной взаимозаменяемости деталей при сборке изделий используют теоретиковероятностный метод расчета размерных цепей, сущность которого состоит в следующем. Пусть погрешности составляющих и замыкающего звеньев размерной цепи подчиняются закону нормального распределения, а границы их вероятного рассеяния совпадают с границами полей допусков соответствующих размеров. Тогда можно принять TAi  6 Ai или (10) a j  TAi / 6 , соответственно  A   6 A или  A  TA / 6 . При этом у 0,27 % изделий размеры замыкающих звеньев могут выходить за пределы поля допуска. Подставив значения  A j и  A в уравнение  A  m 1  i 1  2Ai и вы- полнив простые преобразования, получим уравнение для определения допуска замыкающего размера: TA   2  TA j  . i 1 (11) Aj yв  innp1 Ec Aj yм (12) m 1 Определив TA , по формуле Ec  A   n  Ec i 1 42 вычисляем Ec  A  , а по формулам Es  A   Ec  A   T  A / 2 ; Ei  A   Ec  A   T  A / 2 (13) вычисляем значения отклонений Es  A  и Ei  A  . Формула (11) выдвинута из предположения, что распределение действительных размеров деталей в сопряжении подчиняется закону Гаусса. При этом центр группирования совпадает с серединой поля допуска, а поле рассеяния – со значением допуска. В производственных условиях случайные погрешности размеров деталей могут распределяться и не по закону Гаусса. Для определения допуска замыкающего размера при произвольном законе распределения погрешностей в формулу (11) вводят коэффициент относительного рассеяния ki : 1 m1 2 2  TAi  ki . TA  (14) k  j 1 Коэффициенты k i и k  характеризуют отличие распределения погрешностей i-го составляющего и замыкающего звеньев от распределения по закону Гаусса, причем коэффициент k  , характеризующий отличие распределения погрешностей замыкающего звена, вводится, когда (m – 1) < 6 (m – число звеньев размерной цепи). Коэффициент ki  6 / T j , где Ti – поле рассеивания составляющего звена Ai . Приняв Ti  6 , получим: – для закона нормального распределения ki  6i / 6i  1 ; (15) – для закона равной вероятности ki  6i / 2 3i  1,73 ; – для закона треугольника (Симпсона) 43 (16) ki  6i / 2 6i  1,22 . (17) Эффективность применения принципов теории вероятностей при расчете допусков размерных цепей можно показать на следующем примере. Предположим, что размерная цепь состоит из четырех составляющих размеров с допусками TA1  TA2  TA3  TA4  4TAi , откуда TAi  TA / 4 . Применение теории вероятностей в приведенном примере позволяет при одном и том же допуске замыкающего звена расширить в 2 раза допуск составляющих размеров; при этом только у 0,27 % составляющих звеньев размерных цепей предельные значения замыкающего размера (при законе нормального распределения) могут быть не выдержаны (т.е. имеется возможность брака). Метод неполной взаимозаменяемости Метод неполной взаимозаменяемости (теоретико-вероятностный метод) нашел широкое применение в сборочных процессах при большом числе звеньев, входящих в размерную цепь. В настоящее время существует большое количество вероятностных методов: равных допусков, равного квалитета, пропорционального влияния, максимального числа единиц допуска и др. Использование того или иного метода на стадии проектирования, когда информация о будущем изделии сравнительно мала, зависит от количества и качества имеющейся априорной информации. Метод неполной взаимозаменяемости, основанный на вероятностном подходе к суммированию допусков, позволяет получить допуски на составляющие звенья размерной цепи в случае равных допусков. В случае разных квалитетов точности составляющих звеньев, определяют число единиц точности «а» и далее находят допуск на любое звено размерной цепи, используя формулы: TAi  TA t     i  m  1 2 44 ; (18) a TA t  m 1 2  i i 1 i , (19) 2 где m – число звеньев в размерной цепи; tΔ – коэффициент риска, выбираемый в зависимости от принятой вероятности риска р выхода величины АΔ за пределы допуска ТАΔ. Для линейных цепей с параллельными звеньями принимают xi = 1 для увеличивающих звеньев, и xi = – 1 для уменьшающих звеньев. Координату середины поля допуска замыкающего звена вычисляют по формуле m 1 DoD  Sxi  Doi , (20) i 1 где DoD  DвD  DнD  / 2, Doi  Dвi  Dнi  / 2 – соответственно координаты середин полей допусков замыкающего и составляющих звеньев размерной цепи. Анализ полученных данных позволяет судить о возможности достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи. Метод групповой взаимозаменяемости Сущность метода групповой взаимозаменяемости заключается в изготовлении деталей со сравнительно широкими технологически выполнимыми допусками, выбираемыми из соответствующих стандартов, сортировке деталей на равное число групп с более узкими групповыми допусками и сборке их (после комплектования) по одноименным группам. Такую сборку называют селективной. Метод групповой взаимозаменяемости применяют, когда средняя точность размеров цепи очень высокая и экономически неприемлемая. При селективной сборке (в посадках с зазором и натягом) наибольшие зазоры и натяги уменьшаются, а наименьшие увеличиваются, приближаясь с увеличением числа групп сортировки к среднему значению зазора или натяга для данной посадки, что делает соединения более стабильными и долговечными. В переходных посадках наибольшие натяги и зазоры уменьшаются, приближаясь с увеличением числа групп сортировки к значению натяга или зазора, которое соответствует серединам полей допусков деталей. 45 Для установления числа групп п сортировки деталей необходимо знать требуемые предельные значения групповых зазоров или натягов, которые находят из условия обеспечения наибольшей долговечности соединения, либо допускаемое значение группового допуска (ТDGr или ТdGr), определяемое экономической точностью сборки и сортировки деталей, а также возможной погрешностью их формы и расположения. Отклонения формы не должны превышать группового допуска, иначе одна и та же деталь может попасть в разные (ближайшие) группы в зависимости от того, в каком сечении она измерена при сортировке. Рассмотрим случай определения числа п групп, когда в исходной посадке ТD = Td. Для этого случая характерно, что групповой зазор или натяг остаются постоянными при переходе от одной группы к другой. При сборке деталей для повышения долговечности подвижных соединений необходимо создавать наименьший допускаемый зазор, а для повышения работоспособности соединений с натягом – наибольший допускаемый натяг. Число п групп рассчитывают по следующим формулам: Gr при заданном S min (для подвижной посадки) Gr S min  Smin  Td  Td / n ; (21) Gr при заданном N max (для посадки с натягом) Gr N max  N max  TD  TD / n . При заданном групповом допуске TD Gr TD / n  TD Gr ; n  TD / TD Gr ; Td / n  Td Gr ; n  Td / Td Gr . TD = Td имеем n  TD / TDGr  Td / Td Gr . (22) или Td Gr Тогда при (23) При TD > Тd групповой зазор (или натяг) при переходе от одной группы к другой не остается постоянным, следовательно, однородность соединений не обеспечивается, поэтому селективную сборку целесообразно применять только при равных допусках, т.е. TD = Тd. 46 При большом числе групп сортировки групповой допуск незначительно отличается от допуска при меньшем числе групп, а организация контроля и сложность сборки значительно возрастают. Практически nmax = 4…5, и лишь в подшипниковой промышленности при сортировке тел качения принимают n  10 . Селективную сборку применяют не только в сопряжениях гладких деталей цилиндрической формы, но и более сложных по форме (например, резьбовых). Селективная сборка позволяет в п раз повысить точность сборки (точность соединения) без уменьшения допусков на изготовление деталей или обеспечить заданную точность сборки (точность соединения) при расширении допусков до экономически целесообразных величин. Вместе с тем селективная сборка имеет недостатки: усложняется контроль (требуются более точные измерительные средства, контрольно-сортировочные автоматы, больший штат контролеров); повышается трудоемкость процесса сборки (в результате создания сортировочных групп); возможно увеличение незавершенного производства вследствие разного числа деталей в парных группах. В производственных условиях конкретного предприятия селективная сборка обеспечивает неполную (групповую) взаимозаменяемость, ввиду чего этот метод используют обычно в условиях заводаизготовителя при обеспечении внутренней взаимозаменяемости. Исключением являются, например, поршни, поршневые пальцы к двигателям внутреннего сгорания и некоторые другие запасные части. Считается, что применение селективной сборки целесообразно в массовом и крупносерийном производствах для соединений высокой точности, когда дополнительные затраты на сортировку, маркировку, сборку и хранение деталей по группам окупаются высоким качеством изделий. При производстве подшипников качения и сборке ответственных резьбовых соединений с натягом селективная сборка является единственным экономически целесообразным методом обеспечения требуемой точности. Для сокращения объемов незавершенного производства, образующегося при селективной сборке, строят эмпирические кривые распределения размеров соединяемых деталей. Если смещения центров группирования и кривые распределения размеров соединяемых деталей одинаковы и соответствуют, например, закону Гаусса, то число собираемых деталей в одноименных группах одинаково. Сле47 довательно, только при идентичности кривых распределения сборка деталей из одноименных групп устраняет образование незавершенного производства. Иногда деление допуска, выраженного в единицах длины, на равные части заменяют делением на части, границы которых выражаются в долях среднеквадратичного отклонения  . Если вторая группа деталей имеет сортировочные границы   , то относительное число деталей первой сортировочной группы Ф (3) – Ф (1) = – 0,5 – 0,341 = 0,1587 = 15,87 %. Тогда относительное число деталей второй группы 2Ф (1) = 2 – 0,3413 = 68,26 %, а относительное число деталей третьей группы, как и первой, Ф (3) – Ф (1) = 15,87 %. В результате окажется, что число соединений, собранных из деталей второй группы, примерно в 4 раза больше числа соединений, собранных из первой или третьей группы. Метод пригонки при сборке изделия При этом методе предписанная конструктором точность исходного размера достигается дополнительной обработкой при сборке деталей по одному из заранее намеченных составляющих звеньев размеров цепи. При этом методе детали по всем размерам, входящим в размерную цепь, изготовляют с допусками, экономически приемлемыми для данных условий производства. Чтобы осуществлять пригонку по предварительно выбранному размеру, необходимо по этому размеру предусмотреть припуск, достаточный для компенсации исходного размера. В то же время этот припуск должен быть наименьшим для сокращения объема пригоночных работ. Способ пригонки можно применять только в единичном и в мелкосерийном производствах, когда нельзя использовать иные способы обеспечения требуемой точности замыкающего звена. В единичном и мелкосерийном производствах применяют также способ совместной обработки деталей в предварительно собранном виде или установленных в одном приспособлении и другие способы изменения размеров (например, методы наплавки или электролитического растворения). Наибольшее применение метод пригонки нашел при установке зубчатых колес, шкивов и других подобных деталей на валах с помощью шпонок. Последние стандартизованы по размерам, однако на практике очень часто приходится изменять размеры шпонок, пригоняя их по месту установки. 48 Метод регулировки при сборке изделий Сущность этого метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем изменения величины компенсирующего звена без снятия с него материала. Для этого в собираемом узле могут устанавливаться специальные компенсаторы, например, прокладки (рис. 11). Метод регулировки находит применение в различных типах машиностроительного производства: от массового до индивидуального (единичного). Благодаря универсальности, метод регулировки позволяет решать сложные задачи теплового расширения деталей, базирования, динамики механических систем. Ад А1 Рис. 11. Пример компенсирующего звена 49 Из рис. 11 следует, что за счет изменения величины составляющего звена А1 (количества и толщены прокладок) изменяется величина замыкающего звена Ад и достигается требуемая его точность. Метод регулировки, который широко применяют при сборке машин и механизмов, позволяет обеспечить высокой точности изделий и поддерживать ее во время эксплуатации при расширенных допусках всех звеньев размерной цепи. Особое значение этот метод приобретает при расчете размерных цепей, в которых имеются размеры, меняющиеся во время эксплуатации изделия. К недостаткам метода следует отнести увеличение числа деталей в машине, что усложняет ее конструкцию, сборку и эксплуатацию. Для определения путей повышения точности замыкающего звена размерной цепи необходимо установить зависимость между величиной рассеивания составляющих звеньев и полем рассеивания замыкающего звена. Для этого воспользуемся понятием полного дифференциала, что допустимо, так как величина полей рассеивания звеньев размерной цепи, как правило, составляет малую величину по сравнению с величинами самих звеньев. Величина замыкающего звена является функцией составляющих звеньев и может быть представлена выражением Aд  f  A1 , A2 , A3 ,..., Am1 , (24) где т – общее количество звеньев размерной цепи, включая замыкающее звено. Полный дифференциал функции равен dAд  Aд A Aд dA1  д dA2  ...  dAm-1 . А1 А2 Аm1 (25) Заменим дифференциалы малыми приращениями, т.е. величинами полей рассеивания: wAд  Ад А Ад wА1  wAд  д wА2  ...wAд  wАт1 , А1 А2 Ат1 где wАд – поле рассеивания замыкающего звена. 50 (26) Или wАд  m 1  i 1 Aд wAi , Аi (27) здесь wAi – поле рассеивания i-го составляющего звена Аi. Из формулы (27) значение величины поля рассеивания замыкающего звена определяется как сумма произведений отношения приращения размера замыкающего звена на приращение составляющих звеньев поля рассеивания составляющих звеньев, т.е. wд  m 1  i 1 Aд wi . Ai (28) Из формулы (28) следует, что точность замыкающего звена размерной цепи можно повысить следующими путями: 1) изменением количества звеньев размерной цепи т; A 2) уменьшением величины передаточного отношения д ; Ai 3) уменьшением полей рассеивания составляющих звеньев wi. Примечание. Если размерная цепь линейная, то для повышения точности замыкающего звена достаточно воспользоваться первыми двумя путями. Лекция №11. Измерительные средства для контроля точности размеров В распоряжении современных промышленных предприятий находится достаточно большое количество различных измерительных средств, позволяющих с достаточно высокой степенью точности проводить контроль размеров деталей на любом этапе их «жизненного» пути, обеспечивая при этом тот или иной метод взаимозаменяемости. Под измерением понимают нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специально для этого предназначенных технических средств. Основное уравнение измерения имеет вид Q  q U , (29) 51 где Q – значение физической величины; q – числовое значение физической величины в принятых единицах; U – единица физической величины. Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для количественного оценивания физических величин той же природы. Измерения проводят как с целью установления действительных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и для проверки точности технологической системы и подналадки ее для предупреждения появления брака. Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерения. К ним относятся следующие: Эталоны единиц физических величин – средства измерений или комплексы средств измерений, официально утвержденные эталонами для воспроизведения единиц физических величин с наивысшей достижимой точностью, и их хранение (например, комплекс средств измерений для воспроизведения метра через длину световой волны). Примером точности эталонов может служить государственный эталон времени, погрешность которого за 30 тыс. лет не будет превышать 1 с. Меры – средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоскопараллельные концевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной емкости и др. Образцовые средства измерений – это меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых. Они служат для контроля нижестоящих по поверочной схеме измерительных средств; в то же время их периодически проверяют по эталонам. Точность образцовых средств измерения имеет большое значение для обеспечения единства измерений и соблюдения принципов взаимозаменяемости на любом промышленном предприятии. Рабочие средства измерений – это меры, устройства или приборы, применяемые для измерений, не связанных с передачей единицы физической величины (например, концевая мера длины, использу52 емая для контроля размеров изделий или для наладки станков). Для этих целей в распоряжении центральных заводских лабораторий (ЦЗЛ) предприятий машино- и приборостроения в обязательном порядке имеются меры длины и угловые меры. Меры длины по конструктивным признакам делят на штриховые и концевые. Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные линейки, рулетки и др.). Плоскопараллельные концевые меры составляют основу современных линейных измерений в машиностроении. Они представляют собой бруски из закаленной стали или твердого сплава, имеющие форму прямоугольных параллелепипедов. Две противоположные измерительные поверхности каждой концевой меры весьма точно обрабатывают путем шлифования и доводки. Вследствие этого концевые меры обладают способностью притираться (сцепляться) при их надвигании друг на друга. Концевые меры выпускают комплектами, которые позволяют составлять наборы из числа мер не более 4-х с дискретностью 1 мкм. Угловые меры выполняют в виде призм; они предназначены для хранения и передачи плоского угла, для поверки и градуировки угломерных приборов и угловых шаблонов, а также для контроля углов изделий. Угловые меры выпускают в виде отдельных мер или комплектных наборов, позволяющих составить любой угол с градацией в 1°, 10', 1',30'' и др. Текущий контроль размеров деталей на рабочих местах в ходе выполнения технологических операций осуществляется с помощью следующих измерительных средств: 1. Измерительные инструменты: штангенциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеров; штангенглубиномеры, служащие для контроля глубины отверстий и пазов; штангенрейсмусы и микрометрические измерительные инструменты. Штангенрейсмусы предназначены для разметочных работ и определения высот деталей. Микрометрические измерительные инструменты (микрометры) основаны на использовании винтовой пары (винт – гайка), которая преобразовывает вращательное движение микрогайки 53 в поступательное перемещение винта (измерительного наконечника). Цена деления таких инструментов – 0,01 мм. 2. Механические измерительные приборы – к ним относятся приборы с зубчатой передачей – индикаторы часового типа. Погрешность измерения индикаторов часового типа от 2± до ±10 мкм. 3. Оптико-механические приборы характеризуются сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим устройством. К ним относятся: оптиметры (горизонтальные и вертикальные), длинномеры, различные измерительные машины для контроля сложных корпусных деталей, точных измерений больших длин, расстояний между осями отверстий и в других случаях; интерферометры – действие этих приборов основано на использовании явления интерференции световых волн, имеют цену деления от 0,05 до 0,2 мкм; различные проекторы, дающие на экране увеличенное изображение контролируемой детали. Все эти универсальные измерительные приборы используют в измерительных лабораториях (например, ЦЗЛ) и в цехах непосредственно на рабочих местах. Годность деталей наиболее часто проверяют предельными калибрами. Калибрами проверяют размеры гладких цилиндрических, конусных, резьбовых и шлицевых деталей, глубины и высоты выступов, а также расположение поверхностей и другие параметры. Комплект рабочих предельных калибров для контроля размеров гладких цилиндрических деталей состоит из проходного калибра ПР (им контролируют предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта, рис. 12 и 13), и непроходного калибра НЕ (им контролируют предельный размер, соответствующий минимуму материала проверяемого объекта). С помощью предельных калибров определяют не числовое значение контролируемых параметров, а годность детали, т. е. выясняют, выходит ли контролируемый 54 Рис. 12. Схема для выбора номинальных размеров предельных гладких калибров параметр за нижний или верхний предел, или находится между двумя допустимыми пределами. Деталь считают годной, если проходной калибр (проходная сторона калибра) под действием собственного веса или усилия, примерно равного ему, проходит, а непроходной калибр (непроходная сторона) не проходит по контролируемой поверхности детали. В этом случае действительный размер детали находится между заданными предельными размерами. Если проходной калибр не проходит, то деталь является исправимым браком. Если непроходной калибр проходит, то деталь считается неисправимым браком и ее размер находится вне поля допуска. Таким образом, изделие считают годным, когда погрешности размера, формы и расположения поверхностей находятся в поле допуска. 55 Рис. 13. Односторонние двухпредельные скобы для контроля валов На практике в машино- и приборостроении для контроля предельных размеров деталей используют различные типы калибров, основные типы которых приведены на рис. 14: пробка двухсторонняя цельная (а); пробка двухсторонняя со вставками (б); пробка проходная (непроходная) со вставками (в); пробка штамповочная проходная (непроходная) с насадками (г); пробка проходная (непроходная) неполная штамповочная (д); пробка проходная (непроходная) неполная (е); пробка односторонняя листовая (ж); шайба полная (з); шайба неполная (и). Для проходных калибров, которые в процессе контроля изнашиваются, кроме допуска на изготовление, предусматривается допуск на износ. Различают калибры рабочие, приемочные (изношенные рабочие) и контрольные (контркалибры). Расчет калибров состоит в определении их исполнительных размеров. При этом при расчете рабочих калибров пробку по отношению к контролируемому отверстию детали рассматривают как основной вал, а скобу по отношению к контролируемому размеру вала – как основное отверстие. а б 56 в г д е з ж и Рис. 14. Основные типы калибров-пробок для контроля отверстий Лекция12. Назначение и обозначение параметров шероховатости, погрешностей формы и расположения поверхностей деталей машин Важную роль в осуществлении взаимозаменяемости имеет шероховатость поверхностей, погрешности формы и расположения их, полученные в результате обработки деталей машин. Под шерохова57 тостью поверхности понимают совокупность микронеровностей высотой в диапазоне 10-2...103 мкм с шагом меньшим, чем базовая длина l, используемая для ее измерения. Базовой длиной l называют длину базовой линии, используемой для выявления микронеровностей, характеризующих шероховатость обработанной поверхности, и для количественного определения ее параметров. Срез, иллюстрирующий шероховатость обработанной поверхности при его многократном горизонтальном и вертикальном увеличении, представлен на рис. 15. Для измерения шероховатости используются приборы в основном двух видов: бесконтактные, например оптические, и контактные щуповые. Щуповые делятся на профилометры, непосредственно показывающие значение измеренных параметров, и профилографы, записывающие профили микронеровностей поверхности (профилограммы). Профилограммы записываются в направлении наибольшего значения шероховатости. В частности, для поверхности, изображенной на рис. 15, запись шероховатости показана в направлении оси Х (рис. 16). Рис. 15. Срез, иллюстрирующий шероховатость обработанной поверхности, при его многократном увеличении Рис. 16. Истинный профиль шероховатости поверхности при его многократном увеличении 58 Так как высота неровностей профиля шероховатости измеряется в мкм, а их шаг – в мм, то профилограммы записываются с различным горизонтальным и вертикальным увеличением (рис. 17). При этом истинный профиль шероховатости приобретает искаженный вид (рис. 18). Если установить одинаковое горизонтальное и вертикальное увеличение, то для записи потребуется несколько метров профилограммной ленты. Такие профилограммные данные неудобны в использовании, обработке, приводят к увеличению расхода профилограммной ленты, а поэтому на практике не применяются. Рис. 17. Изометрическое изображение шероховатости, полученное при различном горизонтальном и вертикальном увеличении Рис. 18. Профилограмма шероховатости поверхности Шероховатость в соответствии с ГОСТ 2789–73 характеризуется следующими параметрами: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля (предпочтительный параметр), мкм: 59 1 N 1l Ra   yi dx или Ra   yi , N i 1 l0 (30) где l – базовая длина (длина контролируемого участка поверхности); yi – текущая величина ординаты профиля шероховатости; N – число рассматриваемых координат профиля шероховатости, обычно принимается N  50 ; Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм: Rz  5 5 i 1 i 1  hi   h'i 5 , (31) где hi – высота i-го выступа; h'i – глубина i-й впадины профиля; Rmax – наибольшая высота неровностей профиля, мкм; Sm – средний шаг неровностей профиля, мм: N S m   S mi / N , i 1 (32) где Smi – значение i-го шага неровностей по средней линии в пределах базовой длины; S – средний шаг местных выступов профиля, мм: N S   Si / N , i 1 (33) где Si – значение i-го шага по вершинам местных выступов; tp – относительная опорная длина профиля, %: N t p    p 100 / l   p 100 / l , i 1 (34) где ηp – опорная длина профиля на уровне р (уровень сечения профиля). 60 После нанесения размеров, предельных отклонений размеров, отклонений формы и расположения поверхностей на рабочем чертеже детали следует указывать параметры и характеристики шероховатости поверхностей, установленные ГОСТ 2789–73 и в соответствии с данными, приведенным в табл. 1. Таблица 1 Типы направлений неровностей поверхности (ГОСТ 2789–73) Тип направНаправление Пояснение к расположеления неОбозначение неровностей нию неровностей ровностей Параллельный Параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность Перпендикулярный Перпендикулярно линии, изображающей на чертеже поверхность Перекрещивающийся Перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность Произвольный Различные направления по отношению к линии, изображающей на чертеже поверхность 61 Окончание табл. 1 Тип Направление Обозначение Пояснение к расположенаправле- неровностей нию неровностей ния неровностей Кругообразный Приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности Радиальный Приблизительно радиально по отношению к центру поверхности На учебных чертежах параметры и характеристики шероховатости поверхностей наносятся после простановки размеров. Обозначение и правила нанесения шероховатости поверхностей приведены в табл. 2. Таблица 2 Элементы обозначений и правил нанесения шероховатости на чертежах (ГОСТ 2.309–73) Иллюстрации Краткое описание Знак шероховатости поверхности, способ обработки которой не устанавливается конструктором: h ≈ hч, где hч – высота размерных чисел на чертеже H = (l,5...5)h 62 Окончание табл. 2 Иллюстрации Краткое описание Знак шероховатости поверхности, которая обрабатывается удалением слоя материала (точением, фрезерованием, шлифованием, полированием и т. д.) Знак шероховатости поверхности, получаемой без удаления слоя материала (литьем, ковкой, штамповкой, прокатом, волочением и т. д.). Применяется, когда нет необходимости в указании значения параметра шероховатости Знак шероховатости поверхности, получаемой без удаления слоя материала (литьем, ковкой, штамповкой, прокатом, волочением и т. д.) с указанием значения параметра шероховатости Знак, указывающий поверхность, не обрабатываемую по данному чертежу Обозначение поверхностей с одинаковой шероховатостью. Если шероховатость всех поверхностей детали должна быть одинаковой, то общее обозначение шероховатости наносят в правом верхнем углу чертежа. Размеры и толщина знаков, нанесенных в правый верхний угол чертежа, должны быть больше размеров и толщины знаков, нанесенных на изображении, приблизительно в 1,5 раза 63 Структура обозначения шероховатости поверхности детали приведена на рис. 19. Рис. 19. Структура знака изображения шероховатости поверхности детали на чертеже Точность геометрических параметров деталей характеризуется точностью их размеров, а также точностью формы и взаимного расположения поверхностей. Отклонением формы называется отклонение формы реальной поверхности от формы идеальной поверхности, заданной чертежом. Отклонением расположения называется отклонение реального расположения элемента (поверхности, оси или плоскости симметрии) от номинального расположения. Допуски формы и расположения поверхностей определяются по конструктивным и технологическим соображениям и указываются в чертежах согласно ГОСТ 2.308–79. Условные обозначения допусков формы и расположения поверхностей указывают в прямоугольной рамке, разделенной на две (для допусков формы) или три (для допусков расположения поверхностей) части. В первой части наносят графический символ, обозначающий вид допуска, во второй части – числовое значение допуска в миллиметрах, в третьей – буквенное обозначение базы, т.е. поверхности, относительно которой измеряют допуск. Базовую поверхность на чертеже обозначают зачерненным равносторонним треугольником, 64 соединенным с квадратной рамкой, в которую вписывают буквенное обозначение базы (рис. 20). 0,05 A T 0,2 // A A A 0,01 0,2 A A Базовая ось Рис. 20. Обозначение базовой поверхности на чертеже детали при указании допусков на форму и расположение поверхностей Числовые значения допусков на форму и расположение поверхностей детали приводятся в ГОСТ 24643–81. Они зависят от номинальных размеров и степени точности конкретного изделия. В каждой степени точности допуск увязан с одним из конструктивных па- 65 раметров нормируемого элемента (диаметром, длиной и др.). В ГОСТ 24643–81 предусмотрено 16 степеней точности. В табл. 3 приведены условные обозначения допусков формы и расположения поверхностей. Таблица 3 Условные обозначения допусков формы и расположения поверхностей деталей Допуск формы Заданного профиля Знак Допуск расположения поверхностей Параллельности Заданной поверхности Перпендикулярности Прямолинейности Наклона Круглости Соосности Плоскостности Симметричности Цилиндричности Радиального или торцевого биения Профиля продольного сечения Пересечения осей Знак Позиционный допуск Нормирование отклонений формы и расположение поверхностей детали осуществляют следующим образом. При указании на чертежах детали отклонений формы и расположения поверхностей используют зависимый допуск. Этот допуск устанавливается путем расчета размерных цепей по заданным (независимым) допускам составляющих звеньев размерной цепи. Часто на чертеже детали указывают базы, относительно которых задаются допуски на отклонения формы и 66 расположения поверхностей, суммарные допуски, привязывая их конкретным размерным линиям (рис. 20). Лекция 13. Взаимозаменяемость и качество изделий Взаимозаменяемость непосредственным образом влияет на качество выпускаемой предприятием продукции и ее конкурентоспособность. В зависимости от принятых методов взаимозаменяемости и путей ее достижения организуются различные формы и виды контроля качества изделий. Контролем называют проверку продукции на соответствие норм, установленных стандартами или техническими условиями. При этом норма устанавливается заранее, а проверка изделия на соответствие ей заканчивается принятием решения. Заблуждением является укоренившееся у многих специалистов мнение о том, что контроль изделия проводится только по качественным или только по количественным признакам. При проведении контроля изделия должны быть оценены все признаки его, включая степень использования взаимозаменяемых деталей, узлов, конструкций и т.д. Контроль качества изделия осуществляется практически на всех этапах его «жизненного» пути (рис. 1). При этом в промышленном производстве обычно используют два основных вида контроля качества изделий: инструментальный и экспертный. Инструментальный контроль осуществляется с использованием контрольно-измерительных приборов с участием или без участия оператора. Его иногда называют техническим. При инструментальном контроле качества изделия определяемые значения физических величин могут быть абсолютными и относительными. Абсолютные значения физических величин всегда имеют размерность, а относительные – всегда безразмерные. В общем случае от этого абсолютные значения показателей качества изделия могут быть как размерными, так и безразмерными, а относительные – только безразмерными. В производственных условиях относительные показатели часто связывают с технологичностью выпускаемой продукции. Примерами относительных значений показателей технологичности продукции являются: 67 – относительная трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации To.в. р.  Т в. р. Т , (35) где Тв.р. – трудоемкость по видам производимых работ, например, трудоемкость заготовительных работ, трудоемкость профилактического обслуживания и т.п.; Т – трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации; – относительная себестоимость изготовления и (или) эксплуатации Св . р . , (36) Со.в. р.  Cт где Св.р. – себестоимость по видам производимых работ, например, суммарная себестоимость ремонтов, суммарная себестоимость профилактического обслуживания и т.д.; Ст – технологическая себестоимость изготовления и (или) эксплуатации. Так как при инструментальном методе контроля качества изделий используют технические средства измерений, то его применяют чаще всего для определения массы продукции, габаритных размеров изделия, времени наработки на отказ и т.д. При этом измерения могут выполняться по любой из измерительных шкал средства измерения, но чаще всего используется шкала отношений. Инструментальный метод является наиболее распространенным во всех отраслях народного хозяйства, особенно в промышленности. В силу объективности, высокой точности и возможности автоматизации измерений, вплоть до создания гибких измерительных установок и систем, этот метод является предпочтительным и должен применяться всегда, когда это возможно и экономически оправдано. Экспертный метод измерения показателей качества применяется тогда, когда использование технических средств измерений невозможно, сложно или экономически неоправданно. Очень часто к нему прибегают, например, при определении эргономических и эстетических показателей. Экспертами используются все измерительные шкалы средств измерения, но чаще всего – шкалы порядка и интервалов (особенно реперные с балльной системой градации). 68 Оценка качества изделия с учетом принятых при его изготовлении методов взаимозаменяемости может осуществляться с использованием различных видов контроля, основные из которых представлены на рис. 21. Рис. 21. Классификация видов контроля качества продукции По возможности (или невозможности) использования продукции после выполнения контрольных операций различают разрушающий и неразрушающий контроль. При неразрушающем контроле соответствие контролируемого размера (или значения) норме определяется по результатам взаимодействия различных физических полей и излучений с объектом контроля. Интенсивность полей и излучений выбирается такой, чтобы не только не происходило разрушений объекта контроля, но и не менялись его свойства во время контроля. В зависимости от природы физических полей и излучений виды неразрушающего контроля разделяются на 9 основных групп: 69 – акустические (методом свободных колебаний, резонансные, эмиссионные, импедансные, эхоимпульсные, теневые, велосимметричные и др.); – радиоционные (гамма-, бета-излучения, нейтронные, позитронные, рентгеновские); – оптические (методами прошедшего, отраженного, собственного излучений); – радиоволновые (прошедшего, отраженного, собственного излучений); – тепловые (прошедшего, отраженного, собственного излучений) – магнитные (магнитопорошковые, магнитографические, феррозондовые, индукционные, пондемоторные, магнитополупроводниковые); – вихретоковые (с проходными, накладными, экранными комбинированными преобразователями); – электрические; – проникающих веществ. При разрушающем контроле определение соответствия (или несоответствия) контролируемого размера (или значения) норме сопровождается разрушением изделия (объекта контроля). Так, например, проверяются изделия на прочность. Иногда целесообразность разрушающего контроля обосновывается экономическими соображениями, если стоимость разрушенных изделий, например, меньше стоимости неразрушающего контроля. По характеру распределения во времени различают непрерывный, периодический и летучий контроль. Непрерывный контроль состоит в непрерывной проверке соответствия контролируемых размеров (или значений) нормам в течение всего процесса изготовления изделия или определенной стадии жизненного цикла его. Необходимость в непрерывном технологическом контроле возникает, например, тогда, когда без него невозможно обеспечить должный уровень качества изделий на стадиях их изготовления. Такой контроль обычно бывает автоматическим или активным. На стадии эксплуатации изделия непрерывный эксплуатационный контроль чаще всего диктуется требованиями безопасности 70 или применяется при испытаниях на надежность (метод подконтрольной эксплуатации изделия). При периодическом контроле измерительную информацию получают периодически через установленные интервалы времени τ. Период контроля τ может быть как меньше, так и больше времени одной технологической операции τоп. Если τ = τоп, то периодический контроль становится операционным (или послеоперационным). Летучий контроль проводят в случайные моменты времени. Случайность придает этому виду контроля характер внезапности (незапланированности). В зависимости от того, кто является исполнителем, летучий контроль разделяется на самоконтроль, который производится рабочим, оператором, наладчиком; контроль, выполняемый мастером; контроль ОТК (осуществляемый контролером или мастером ОТК); инспекционный контроль (специально уполномоченными представителями). В зависимости от того, какая организация уполномочила представителя для проведения летучего контроля качества изделия, различают виды инспекционного контроля: ведомственный, межведомственный, вневедомственный, государственный, выполняемый контролерами Госстандарта. По стадиям технологического (производственного) процесса различают входной, операционный и приемочный (приемосдаточный) контроль. Входному контролю подвергают сырье, исходные материалы, полуфабрикаты, комплектующие изделия, техническую документацию и т.п., иначе говоря, все то, что используется при производстве продукции или ее эксплуатации. Необходимость входного контроля диктуется тем, что например, в радиоэлектронной аппаратуре около 70 % всех отказов при эксплуатации происходит из-за низкого качества материалов и комплектующих изделий. Эффективность входного контроля оценивается коэффициентом  n  (37) k   1  100 , n  n  1 2 где п1 – число изделий, забракованных при входном контроле; п2 – число изделий, забракованных на последующих стадиях технологического процесса. 71 Операционный контроль еще незавершенной продукции проводится на всех операциях производственного процесса. Приемочный контроль готовых деталей, сборочных и монтажных единиц осуществляется в конце технологического процесса. По характеру воздействия на ход производственного (технологического) процесса контроль делится на активный и пассивный. При активном контроле его результаты непрерывно используются для управления технологическим процессом. Можно сказать, что активный контроль совмещен с производственным процессом в единый контрольно-технологический процесс; как правило, он выполняется автоматически. Пассивный контроль осуществляется после завершения либо отдельной технологической операции, либо всего технологического цикла изготовления детали, изделия. Он может быть ручным, автоматизированным и автоматическим. В зависимости от места проведения различают подвижный и стационарный контроль. Подвижный контроль проводится непосредственно на рабочих местах, где изготавливается продукция (у станков, на сборочных и настроечных стендах и т.д.). Этот вид контроля применяется при операционном контроле; при контроле громоздких и нетранспортабельных изделий; при невозможности включения в технологический цикл специализированного рабочего места контролера; при единичном и мелкосерийном производстве; при контроле качества сборочных операций. Стационарный контроль проводился на специально оборудованных рабочих местах. Он применяется при необходимости создания специальных условий контроля; при наличии возможности включения в технологический цикл стационарного рабочего места контролера; при использовании средств контроля, которые применяются только в стационарных условиях; в условиях крупносерийного и массового производства. По объекту контроля различают контроль качества выпускаемой продукции, товарной и сопроводительной документации, технологического процесса, средств технологического оснащения, прохождения рекламации, соблюдения условий эксплуатации, а также контроль технологической дисциплины и квалификации исполнителей. 72 По числу измерений различают однократный и многократный контроль. Однократный контроль наименее трудоемкий, однако зачастую он не обеспечивает требуемого качества. В таких случаях переходят к многократному контролю. По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, различают сплошной контроль и выборочный. Сплошной (стопроцентный) контроль всех без исключения изготовленных изделий применяется при индивидуальном и мелкосерийном производстве, а также на стадии освоения новой продукции. Выборочный контроль проводится во всех остальных случаях; чаще всего при крупносерийном и массовом производстве изделий. Для сокращения затрат на контроль большой партии изделий (которую в математической статистике принято называть генеральной совокупностью) контролю подвергается только часть партий – выборка, формируемая по определенным правилам, обеспечивающим случайный набор изделий. Если число бракованных изделий в выборке не превышает установленной нормы, то вся партия (генеральная совокупность) признается годной. Если же число бракованных изделий в выборке превышает норму, то вся партия (генеральная совокупность) бракуется. При выборочном контроле в выборку, отобранную случайным образом из генеральной совокупности, может попасть дефектных изделий в процентном отношении больше, чем их содержится в генеральной совокупности. При этом вся партия будет ошибочно забракована. Такое решение называется ошибкой 1-го рода. Может произойти и такой случай, когда в выборке окажется дефектных изделий в процентном отношений меньше, чем их на самом деле содержится в партии. Тогда вся партия будет ошибочно признана годной. Такое решение называется ошибкой 2-го рода. Если обозначить через N – общее число изделий в партии, среди которых число дефектных Nд; п – число изделий в выборке, среди которых число дефектных х, то доля дефектных изделий в партии Р составляет N P д, (38) N 73 а доля дефектных изделий в выборке Рв будет равна Pв  х . п В общем случае Рв  Р , что и является причиной ошибок двоякого рода при выборочном контроле качества изделий. Если Рв  Р , то возникает ошибка 1-го рода; если Рв  Р – возникает ошибка 2-го рода. При Рв = Р решение принимается правильное, адекватно отвечающее состоянию генеральной совокупности изделий. Лекция 14. Взаимозаменяемость и надежность изделия Качество изделий, тесно связанное со взаимозаменяемостью, определяет их надежность. Увеличение долговечности изделий также невозможно без использования методов взаимозаменяемости и путей их осуществления, что особенно важно при организации и проведении мероприятий по техническому обслуживанию и ремонтам изделия, а также при создании обоснованного запаса деталей. В общем случае под надежностью понимается свойство изделия (объекта) сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение изделием требуемых функций в заданных условиях эксплуатации. Надежность занимает определяющие место в структуре качества изделия (рис. 22), предопределяя его конкурентоспособность. Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями: – работоспособность – состояние изделия (машины), при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными в технической документации; – исправность – состояние изделия (машины), при котором оно удовлетворяет всем основным и вспомогательным требованиям, предъявленным к изделию; исправное изделие обязательно работоспособно; – неисправность – состояние изделия (машины), при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической до- 74 кументации; различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности, приводящие к отказам; Эргономические требования Прочность Физико-механическое состояние материала Качество изделия Эстетические требования Надежность изделия Сопротивляемость окружающей среде Износостойкость Состояние поверхностного слоя Рис. 22. Укрупненная схема взаимосвязи качества и надежности в машиностроении – отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности объекта. Отказы делят на отказы функциональные, при которых выполнение своих функций рассматриваемой машиной прекращается (например, поломка вала или зубьев колеса), и отказы параметрические, при которых некоторые параметры машины изменяются в недопустимых пределах (например, потеря точности станка). По причинам возникновения отказы делятся на систематические и случайные. Систематические причины отказов – это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений: влияние среды, времени, температуры, облучения – коррозия, старение, нагрузка и работа трения – усталость, ползучесть, износ, функциональное воздействие – засорение, залипание, утечка, износ инструмента – изменение размера обрабатываемой детали и т.д. Случайные причины отказов – это непредусмотренные перегрузки узлов машин или деталей, дефекты материала и погрешности изготов- 75 ления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала, а также сбои систем управления. Примерами случайных отказов могут быть: твердые включения в материал детали, отклонения размеров заготовок от их допусков в процессе обработки, раковины внутри материала детали или микротрещины, вызванные скоплением дислокаций и т.д. В соответствии с этими причинами и характером развития и проявления отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заедание), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостное разрушение материала) и постепенные по времени (износ, старение, коррозия, залипание). Отказы в соответствии со своей физической природой бывают связаны с разрушением деталей или их поверхностей, что обусловлено выбором материала и технологическим процессом обработки. Надежность изделия (машины) характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Безотказность – свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки. Характеризуется следующими показателями: Вероятность безотказной работы Р(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Она оценивается относительным количеством работоспособных элементов (машин) по формуле Np N n n (39) P(t )   1 , N N N где N – число испытуемых элементов (машин); Np – число работоспособных элементов (машин); п – число отказавших элементов (машин). Так как безотказная работа машины и отказ – взаимно противоположные события, то сумма их вероятностей равна единице, т.е. P(t )  Q(t )  1, (40) где Q(t) – вероятность отказа машины. Вероятность безотказной работы системы равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов, т.е. 76 Pсист  P1 (t )  P2 (t )  ...  Pn (t ) . (41) На рис. 23 приведены экспериментально полученные зависимости вероятности безотказной работы изделия Р(t) от коэффициента взаимозаменяемости КВ для различных типов производства. По этим графикам можно при заданной вероятности безотказной работы изделия применять тот или иной метод взаимозаменяемости. Р(t) 1,0 3 2 1 КВ 0,5 Рис. 23. Зависимость вероятности безотказной работы изделия Р(t) от коэффициента взаимозаменяемости КВ: 1 – массовое производство; 2 – серийное производство; 3 – индивидуальное производство Средняя наработка до отказа То – математическое ожидание (среднее значение) наработки до отказа невосстанавливаемого изделия (машины). Средняя наработка на отказ Т1 – отношение наработки восстанавливаемого объекта (машины) к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки: 77 N T1   ti i 1 N , (42)  ni i 1 где N – число испытуемых элементов или число испытаний; ni, – число отказов i-го элемента (число отказов в i-м испытании); ti – наработка i-го элемента (наработка в i-м испытании). Интенсивность отказов λ(t) – показатель надежности невосстанавливаемых изделий, равный отношению числа отказавших элементов в единицу времени к числу объектов, оставшихся работоспособными. Этот показатель более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для изделий высокой надежности и определяется по формулам: – в статистической трактовке (t )  n ; N p  t (43) f (t ) , P(t ) (44) – в вероятностной трактовке (t )  где Δп – приращение числа объектов за время Δt; f(t) – функция плотности распределения. Функция плотности распределения f(t) наработки до отказа характеризует распределение отказов во времени и определяется по формулам: – в статистической трактовке f (t )  n ; N  t (45) dQ(t ) , dt (46) – в вероятностной трактовке f (t )  78 где dQ(t) – приращение вероятности отказов за время dt. Параметр потока отказов λ(t) – показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. Используя выражения (39), (43) и (45), можно записать основное уравнение теории надежности машин: t P(t )  exp    (t )dt .  0  (47) Долговечность – свойство машины длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние машины характеризуется невозможностью дальнейшей эксплуатации ее, снижением эффективности и безопасности. Долговечность характеризуется следующими показателями: – технический ресурс Тр – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния. – срок службы Тсл – календарная наработка объекта до предельного состояния. – гамма-процентный ресурс Трγ. и гамма-процентный срок службы Тсл.γ, т.е. такие ресурс и срок службы, при выработке которых объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Очевидно, что   100  P(t ) . (48) Ремонтопригодность – это приспособленность изделия к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности его путем технического обслуживания и ремонта. Основным показателем ремонтопригодности изделия является среднее время восстановления Тв работоспособного состояния, представляющее собой матема- 79 тическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта: N  i Tв  iN1 ,  ni (49) i 1 где τi – суммарное время простоев 1-го объекта; ni – количество отказов i-го объекта. Сохраняемость – это свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности после хранения и транспортирования. Показателями сохраняемости объекта являются средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости, которые определяются аналогично показателям долговечности. Надежность автоматических линий, металлорежущих станков с ЧПУ и других сложных систем характеризуется следующими комплексными показателями: – коэффициентом технического использования Кт.и. называется отношение математического ожидания времени работоспособного состояния за некоторый период эксплуатации Тр, к сумме математических ожиданий времен работоспособного состояния Тр и всех простоев во время ремонтов Тпр и технического обслуживания Тобс: К т.и.  т(Т р ) т(Т р  Т пр  Т обс ) ; (50) – коэффициентом готовности КГ называется вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме периодов, в которых эксплуатация его не предусматривается: Т0 Кт  . (51) Т0  Тв Жесткая конкуренция в условиях рыночных отношений вынуждает создавать изделия, обладающие не только высокими эксплуатационными свойствами, надежностью, но и обеспечивающие мини- 80 мальные затраты на обслуживание, энергопотребление и экологию. В результате введен в практику производственной деятельности предприятий машино- и приборостроения интегральный показатель качества созданного изделия, по которому можно судить о конкурентоспособности последнего. В него включаются следующие параметры: 1) параметр эффективности функционирования, представляющий, например, объем выпускаемой или контролируемой продукции Q; 2) эксплуатационные расходы, включающие, например, годовые затраты на оплату труда производственного персонала Зр, затраты на реновацию оборудования М, здания С, затраты на энергопотребление Э; 3) экономические затраты на обеспечение надежной работы изделия Н. В общем виде интегральный показатель качества надежности изделия Кj определяется по формуле Kj  Q . Зр  М  С  Э  Н (52) Полученное значение интегрального показателя качества Кj, учитывающего надежность изделия, обычно сравнивается с интегральным показателем качества Кj*, не учитывающим надежность изделия и определяемым по формуле Kj*  Q . Зр  М  С  Э (53) Отношение Кj / Кj* показывает, насколько выпускаемая продукция отвечает требованиям конкурентоспособности: чем ближе это отношение к 1, тем более конкурентоспособнее изделие по показателям надежности, тем выше его коэффициент взаимозаменяемости КВ и тем меньше затраты на восстановление его работоспособности после устранения отказа. 81 Лекция 15. Метрологическое обеспечение взаимозаменяемости Вопросы метрологического обеспечения взаимозаменяемости при сборке изделий и успешного проведения мероприятий в системе планово-предупредительных ремонтов тесно связаны с квалиметрией – разделом метрологии, изучающим вопросы измерения качества выпускаемой продукции. В квалиметрии используются те же законы и правила, что и в области измерения физических величин, но с учетом особенностей, которые наглядно проявляются в сравнении. Рассмотрение их следует начинать с сопоставления измеряемых величин. 1. Многообразие нашего мира определяется свойствами различных его сторон. Это свойства живой и неживой материи, свойства физических объектов и явлений, свойства происходящих в мире социальных и исторических процессов и многие, многие другие. Определенная группа свойств относится к такому обобщенному понятию, как качество (труда, промышленной продукции, произведений искусства, принимаемых решений, организационной деятельности и т.п.). 2. Любое свойство может быть выражено в большей или меньшей степени, т.е. имеет количественную характеристику. В то же время всякое свойство может проявляться по-разному. Одним из проявлений инертности тел, например, является сила, с которой они притягиваются к Земле (вес). Долгое время она использовалась в качестве количественной характеристики инертности. Но в невесомости эта сила равна нулю, а свойство инертности остается и проявляется в другом. Таким образом, количественных характеристик у каждого свойства может быть несколько. Наиболее удачная из них выбирается по соглашению и называется мерой. Мерами физических свойств являются физические величины: масса, время, давление, скорость и другие. Мерами свойств, определяющих качество, служат показатели качества. Понятно, что любые формы сотрудничества в области взаимозаменяемости возможны только в случае, если его участники будут пользоваться одинаковыми мерами. 3. Установлено 12 областей измерений физических величин: – измерения геометрических величин; – измерения механических величин; – измерений давления и вакуума; – теплофизические и температурные измерения; 82 – измерения времени и частоты; – измерения электрических и магнитных величин; – измерения акустических величин и др. Показатели качества в квалиметрии группируются в областях, установленных специальными нормативными документами (например, РД 50 – 64 – 84): – показатели назначения; – показатели надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости); – показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов; – эргономические показатели; – эстетические показатели; – показатели технологичности; – показатели стандартизации и унификации. 4. Каждая из перечисленных областей измерений объединяет несколько физических величин или показателей качества. Например, к геометрическим величинам относятся длина, площадь, плоский и телесные углы и др.; к механическим – масса, скорость, ускорение и др. Важнейшими электрическими и магнитными величинами являются сила электрического тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, электрическая емкость, магнитный поток, магнитная индукция, индуктивность и некоторые другие. К показателям технологичности продукции, тесно связанной с взаимозаменяемостью, относят: удельную трудоемкость изготовления, удельную материалоемкость изделий, удельную энергоемкость и среднюю разовую оперативную трудоемкость технического обслуживания (ремонта) данного вида. Экономические показатели, характеризующие затраты на разработку, изготовление, эксплуатацию или потребление продукции, включают: – затраты на изготовление и испытания опытных образцов; – себестоимость изготовления продукции; – затраты на расходные материалы при эксплуатации технических объектов и др. 5. Физические величины используются для описания свойств, в совокупности определяющих качество изделия, но понятия «физическая величина» и «показатель качества» не тождественны. Физические величины отражают объективные свойства природы, а показате83 ли качества – общественную потребность в конкретных условиях. Так, например, масса – физическая величина, а масса изделия – показатель его транспортабельности; скорость – физическая величина, а эксплуатационная скорость автобуса – показатель его назначения; освещенность – физическая величина, а освещенность на рабочем месте – эргономический показатель. 6. Как и физические величины, показатели качества имеют размерность или могут быть безразмерными. На них в полной мере распространяются все положения теории размерностей. 7. Количественной характеристикой показателей качества, как и физических величин, является их размер, который нужно отличать от значения – выражения размера в определенных единицах. Размер и значение от выбора единиц не зависят. Например, трудоемкость изготовления и (или) эксплуатация продукции определяются количеством времени, затраченного на изготовление и (или) эксплуатацию единицы продукции, и выражаются для промышленных изделий в нормочасах. Ясно, что трудоемкость изготовления конкретного узла или агрегата (показатель технологичности продукции) не изменится, если ее выразить, например, в человеко-днях. Не изменяются и экономические показатели производства, такие, например, как себестоимость или цена изделия от того, что они будут выражены не в рублях, а в копейках. Отвлеченное число, входящее в значение показателя качества (равно, как и в значение физической величины), называется числовым значением. Понятно, что оно-то как раз и зависит от выбора единиц. Метролическое обеспечение взаимозаменяемости невозможно без четкой работы метрологических служб. Структурнометрологическая служба Российской Федерации состоит из государственных и ведомственных метрологических служб, подчиненных Госстандарту. Деятельность сети государственных метрологических органов направлена на обеспечение единства измерений в стране. Она включает государственный стандарт, центральные государственные метрологические службы (НИИ), центры государственных эталонов, региональные центры стандартизации и метрологии. Центры стандартизации, включая специализированные государственные заводы, издательства стандартов, магазины стандартов. В Ростовской области имеются центры стандартизации и сертификации, в подчинении которых находятся 23 специализированных 84 органа сертификации и стандартизации и 20 аккредитированных лабораторий по испытаниям промышленной продукции. Приказом Государственного стандарта РФ №44 создан Таганрогский центр стандартизации, метрологии и сертификации, в функции которого входит надзор за исполнением требований государственных стандартов и обеспечение единства измерений во всех отраслях промышленности независимо от форм собственности. Для научно-методического руководства и корректирования работ по методическому обеспечению разработок, испытания, производства и эксплуатации продукции в отраслях промышленности созданы головные организации по стандартизации и сертификации. На предприятиях также создаются метрологические службы в лице главного метролога, в подчинении которого могут находиться соответствующие отделы и лаборатории (ЦЗЛ). Именно работникам ЦЗЛ поручается проводить контроль метрологических показателей средств измерения на конкретном предприятии. Такими основными показателями являются следующие: Деление шкалы прибора – промежуток между двумя соседними отметками шкалы. Длина (интервал) деления шкалы – расстояние между осями двух соседних отметок шкалы. Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих 2-м соседним отметкам шкалы; например, 0,002 мм при длине (интервале) деления шкалы прибора, равной 1 мм. Диапазон показателей (измерений по шкале) – область значений шкалы, ограниченная ее начальными и конечными значениями; например, диапазон показаний оптиметра ИКВ-3 ± 0,1 мм. Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерений; например, диапазон измерения длин на проекционном вертикальном оптиметре ИКВ-3 составляет 0 – 200 мм. Предел измерений – наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений. Для ИКВ-3 предусмотрено 3 предела: нижний предел 0, средний – 100 мм, верхний – 200 мм. Измерительная сила – сила воздействия измерительного наконечника на измеряемую деталь в зоне контакта. Предел допустимой погрешности средства измерения – наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при 85 которой оно должно быть признано годным и допущено к применению; например, пределы допустимой погрешности 100 мм концевой меры длины 1-го класса равен ±0,5 мкм. Стабильность средства измерения – свойство, отражающее постоянство во времени его метрологических показателей. Погрешность измерения – разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. Точность измерений – характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешность их результатов. При высокой точности погрешности всех видов измерений минимальны. Точность средств измерений – близость результатов измерений одной и той же конкретной величины, выполняемых в различных условиях в различных местах различными методами и средствами. Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного средства к вызвавшего его изменение измеряемой величины. Например, при перемещении измерительного наконечника измерительной пружинной головки ИГП на величину цену деления 0,5 мкм указатель перемещается на одно деление шкалы, равное 1 мм. Чувствительность этого прибора равна 1000:0,5 = 2000. Поправка – величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора или к количественному значению меры, чтобы исключить систематические погрешности и получить значение измеряемой величины или значение меры, более близкое к их истинным значениям. Приведенные метрологические показатели средств измерения должны учитываться при выборе методов взаимозаменяемости для конкретного типа и вида производства. Лекция 16. Стандартизация, сертификация, взаимозаменяемость Широкое использование взаимозаменяемости при проектировании, изготовлении и эксплуатации изделий машино- и приборостроения было бы невозможно без стандартизации на всех уровнях производства. С целью установления форм, правил, норм и методов работы в области стандартизации на всех уровнях управления народным хозяйством в России разработана и применяется Государственная система стандартизации Российской Федерации (ГССРФ), которая: 86 1) органически соединяет в единое целое все звенья и уровни народного хозяйства; 2) увязывает планы работ по стандартизации с перспективными планами развития производства; 3) определяет основные стороны практической деятельности в области стандартизации на уровне государства; 4) ставит на качественно новую основу работы по стандартизации на всех уровнях народного хозяйства. Цель ГССРФ – использование стандартов, устанавливающих основные нормы, показатели и требования к выпускаемой продукции, соответствующие передовому опыту производства, для достижения высокого уровня качества выпускаемых изделий во всех отраслях народного хозяйства. Стандартизация способствует применению единых норм и требований к выпускаемой продукции, что приводит к взаимозаменяемости ее составляющих частей, удешевлению производства, повышению уровня качества. Стандартизация заключается в разработке норм, правил и требований, выраженных в стандартах, обязательных для выполнения или рекомендуемых при производстве продукции, что обусловливает единые требования к качеству изделий, охране и условиям труда работников. Результаты внедрения стандартов на предприятии: 1) повышение степени соответствия выпускаемой продукции ее функциональному назначению; 2) ликвидация технических барьеров в международном товарообмене; 3) содействие научно-техническому прогрессу; 4) возможность сотрудничества различных областей производства в области взаимозаменяемости; 5) снижение издержек; 6) выгодное размещение предприятий по территориям региона, области, города и др. Цель стандартизации – достижение оптимальной степени упорядочения в той или иной области посредством широкого и многократного использования установленных положений, требований, норм для решения задач. Эти цели бывают: 1) общими (выполнение обязательных стандартов); 87 2) конкретными (относятся к определенным отраслям производства, отдельным товарам или услугам, виду продукции). Объект (предмет) стандартизации – продукция, производство, отрасль, процесс, услуга, для которых разрабатываются стандартные требования, правила, характеристики, нормы. Уровень стандартизации зависит от того, участники какого географического, экономического, политического региона мира принимают стандарт. Если участие в стандартизации открыто для соответствующих органов любой страны, то это стандартизация на международном уровне. Стандартизация на региональном и международном уровнях осуществляется специалистами стран, представленных в соответствующих региональных и международных организациях. При этом национальная стандартизация также может осуществляться на разных уровнях: на государственном, отраслевом, в том или ином секторе экономики (например, на уровне министерств), на уровне ассоциаций, производственных фирм, предприятий (фабрик, заводов) и учреждений. Действующая система стандартизации смещает приоритеты к оценке качества объектов стандартизации и методам их испытаний, что также согласуется с мировым опытом стандартизации и необходимо для обеспечения взаимопонимания между партнерами как в сфере техники и технологии, так и в конечном итоге в торговоэкономических связях. Стандарты бывают международными, региональными, национальными и административно-территориальными. Они принимаются соответственно международными, региональными, национальными, территориальными органами по стандартизации. Все эти категории стандартов предназначены для широкого круга потребителей. По существующим нормам стандартизации стандарты периодически пересматриваются для внесения изменений, чтобы их требования соответствовали уровню научно-технического прогресса. Система стандартизации предоставляет возможность для широкого участия в процессе создания стандартов всех заинтересованных сторон. Это является законным правом изготовителей продукции, потребителей, разработчиков проектов, представителей общественных организаций, отдельных специалистов участвующих в работе технических комитетов. 88 Процесс создания новых изделий является одним из наиболее сложных и трудных для моделирования. Прежде всего это объясняется тем, что он состоит из большого числа крупных и мелких этапов операций и других последовательно или параллельно совершаемых актов перехода от менее совершенного и завершенному, более определенному и законченному состоянию предмета производства. Каждый этап, акт процесса может отличаться от предыдущего и последующего по форме и содержанию; они могут быть разнесены в пространстве и во времени, иметь различную длительность, выполняться на разных предприятиях и в подразделениях одного предприятия, быть в начале или конце цикла разработки. Вместе с тем это разнообразие путей создания изделия сводят к такому множеству свойств, которое, с одной стороны, было бы реально обозримо для исследования, а с другой – позволило бы формализовать как сам процесс создания изделия, так и процесс его анализа. Уровень взаимозаменяемости, достигнутый при производстве изделий, учитывается и при их сертификации. Рыночные отношения в России требуют постоянного совершенствования системы сертификации создаваемых изделий производства. Особую роль в ней играет взаимозаменяемость, позволяющая успешно решать вопросы между поставщиком (первая сторона) и покупателем (вторая сторона) и защищать их интересы. Под системой сертификации понимают систему, располагающую собственными правилами процедуры и управления для проведения сертификации соответствия. Системы сертификации могут действовать на национальном, региональном и международном уровнях. Наиболее авторитетной международной организацией по сертификации является специально созданный Международной организацией по сертификации (ИСО) комитет по вопросам сертификации Совета ИСО (СЕРТИКО). Его задачи следующие: – изучение методов и средств оценки соответствия продукции и услуг, систем обеспечения качества и результатов оценки соответствия принятым стандартам; – разработка руководств по проверке и сертификации продукции, по оценке испытательных лабораторий и систем обеспечения качества изготовителей, а также по функционированию органов по сертификации и проверке испытательных лабораторий. 89 Правила проведения сертификации регламентированы руководствами ИСО и ИСО/СЕРТИКО. С целью универсализации работ по сертификации в рамках Европейского экономического общества создана Европейская организация по испытаниям и сертификации (ЕОИС), в учреждении которой участвуют страны – члены ЕЭС и Европейской организации свободной торговли (ЕАСТ). Задачи этой организации следующие: координация деятельности европейских стран в области сертификации и испытаний; заключение соглашений о взаимном признании результатов испытаний и сертификации не только между странами – членами ЕЭС, но и с внешними партнерами; создание условий, при которых государственные органы и потребители могут быть уверены в должном качестве и безопасности продукции; оказание финансовой поддержки организациям в их работе по сертификации. Продукция, прошедшая сертификацию ЕОИС, маркируется особым значком. Его наличие означает, что последняя отвечает требованиям директив ЕЭС. В этом случае, в соответствии с резолюцией Совета министров ЕЭС, изготовителю предоставляется право выбирать один из двух методов подтверждения соответствия своей продукции установленным требованиям: на соответствие директивам ЕЭС или гармонизированным Европейским стандартам. В отдельных странах созданы национальные системы сертификации. Однако это привело к свободной интерпретации результатов испытаний и сертификации, что стало техническим тормозом в развитии торговых связей. Поэтому сейчас по требованию ИСО/СЕРТИКО национальные системы сертификации приводят в соответствие с Международными правилами сертификации. В каждой стране руководство работами по сертификации осуществляет национальный орган по сертификации. В России функции национального органа по сертификации выполняет Госстандарт России, осуществляющий: – выработку общей политики по использованию, развитию и совершенствованию сертификации в РФ, а также взаимодействию с соответствующими государственными органами законодательной и исполнительной власти; – взаимодействие в установленном порядке по вопросам сертификации с уполномоченными органами других стран и международ- 90 ными организациями, обеспечение участия РФ в случае необходимости в деятельности этих организаций; – установление единых правил и процедур сертификации, надзор за их соблюдением, регистрация документов по результатам сертификации, информационное обеспечение отечественных и зарубежных потребителей соответствующей информацией. Национальный орган сертификации организует соответствующие системы сертификации конкретной продукции. Если страна присоединилась к международной системе сертификации какой-либо продукции, национальный орган по сертификации организует в стране систему ее сертификации с учетом требований указанной международной системы. Взаимодействие органа по сертификации конкретной продукции с национальным органом по сертификации определятся лицензионным соглашением между ними. Аттестация производства – это подтверждение способности предприятия обеспечивать стабильное качество продукции конкретного вида. При этом часто речь идет даже не обо всех ее параметрах, а только, например, о безопасности и экологичности. Но это только часть задач (хотя и важных), решаемых при подготовке системы качества к сертификации. Системы качества должны решать, в первую очередь, задачи маркетинга. А это значит, например, что на предприятиях должны быть службы, призванные определять, что нужно рынку, какие требования предъявляются на рынке к продукции сейчас и какие будут предъявляться в будущем. По сравнению с продукцией, не прошедшей аттестацию производства, продукция, получившая сертификат, пользуется большим доверием заказчиков и потребителей. Это объясняется тем, что в случае сертификации систем качества можно быть уверенным в высоком и стабильном качестве не только какой-то определенной продукции, сертифицированной при условии аттестации ее производства, но и любой другой продукции, выпускаемой этим производителем. Это касается не только выпускаемой продукции, но и той, которая намечена к выпуску в будущем. В ряде зарубежных стран используют принцип как добровольной, так и обязательной сертификации. Продукция, которая должна отвечать требованиям российских стандартов в отношении обеспечения безопасности жизни и здоровья людей, а также охраны окружа91 ющей среды, обязательно подвергается сертификационной экспертизе. В отношении остальной продукции используют принцип добровольной сертификации. Изготовители, стремящиеся повысить конкурентоспособность своей продукции, могут по собственной инициативе ее сертифицировать по любой номенклатуре показателей качества. Обязательной сертификации подлежит следующая продукция: 1) отнесенная к обязательной сертификации соответствующими законодательными актами; 2) экспортируемая, для которой контрактом на поставку предусматривается сертификация, или если на нее распространяется международная система сертификации, к которой присоединилась Россия. Добровольной сертификации по желанию изготовителя может подвергаться любая продукция, если он хочет извлечь экономические выгоды из этого и обеспечить экспорт. Выбор стандарта или иного нормативно-технического документа, на соответствие которому может или должна проводиться сертификация, зависит от того, какие характеристики продукции хотят контролировать при этом. В мировой практике при сертификации преимущественно контролируют характеристики продукции, обеспечивающие защиту жизни и здоровья людей, охрану окружающей среды. Соответственно выбирают или разрабатывают национальные или международные стандарты, содержащие такие характеристики, а также устанавливающие методы испытаний для их определения (нередко стандарт устанавливает как методы испытаний, так и требования к характеристике продукции). При обязательной сертификации продукции предусматривается контролировать характеристики безопасности и экологии, содержащиеся в государственных стандартах. Лекция 17. Экономическая эффективность от взаимозаменяемости Применение того или иного метода взаимозаменяемости при производстве изделий должно быть экономически обосновано. При этом различают прямой и ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство любых технологических, эксплуатацион- 92 ных и других мероприятий, в том числе и связанных с взаимозаменяемостью. Ожидаемую экономическую эффективность определяют от принятых мероприятий по взаимозаменяемости с целью экономического обоснования годовых и перспективных планов и программ комплексного развития производства, выбора оптимального варианта технологического процесса, решения задачи унификации и агрегатирования изделия, а так же целесообразности применения того или иного метода взаимозаменяемости при оформлении цен на продукцию. Расчет экономической эффективности выполняют в соответствии с ГОСТ 20779-81 и ГОСТ 20780-81. При этом под экономической эффективностью понимают экономию массового и общественного труда в общественном производстве. Она может быть выражена в денежном или натуральном выражении (снижение трудоемкости, экономия материалов, сокращение цикла проектирования и др.) Суммарный экономический эффект от стандартизации и взаимозаменяемости на годовую программу изделия определяется по формуле (54) Э  П1  П2 , где ЭΣ – суммарная экономическая эффективность; П1 – приведенные затраты на создание, выпуск и эксплуатацию изделия до внедрения мероприятий; П2 – приведенные затраты на создание, выпуск и эксплуатацию изделия после внедрения мероприятий. Приведенные затраты П обычно включают как общие капитальные, так и текущие затраты: П  К  ЕН  С , (55) где К  – капитальные затраты, учитывающие расходы на научноисследовательские и опытно-конструкторские работы, связанные с внедрением в производство методов взаимозаменяемости и стандартизации, а также затраты, необходимые для проведения на производстве испытаний опытно-серийных изделий. Эти затраты рассчитываются на несколько лет; 93 ЕН – нормальный коэффициент окупаемости капитальных затрат; для машиностроения ЕН = 0,12...0,2, для приборостроения ЕН = 0,2…0,3; C – текущие затраты на изделие. Текущие затраты C учитывают расходы на изготовление продукции, включая стоимость материалов, заработную плату работников, амортизационные отчисления, а также затраты на текущий и планово-предупредительные ремонты. Для обоснованного выбора метода взаимозаменяемости в зависимости от принятой производственной и годовой программы выпуска изделий строят графики зависимости себестоимости изделия от годовой программы их выпуска (рис. 24). с/с 1 2 N Nопт Рис. 24. Изменение себестоимости изготовления продукции по вариантам в зависимости от годовой программы выпуска Из анализа графиков, приведенных на рис. 24, следует, что кривая 1 соответствует изменению себестоимости выпускаемой продукции от годовой программы N до внедрения в производство метода стандартизации и взаимозаменяемости; кривая 2 соответствует изменению себестоимости выпускаемой продукции от годовой программы при внедрении или после него в производство метода стандартизации и взаимозаменяемости; Nопт – годовая программа выпуска изделий, 94 при которой внедрение метода взаимозаменяемости и стандартизации по вариантам дает один и тот же экономический эффект. При N < Nопт внедрение метода взаимозаменяемости и стандартизации приводит к увеличению себестоимости выпускаемой продукции, при N > Nопт – к уменьшению себестоимости. В условиях развивающихся рыночных отношений вопросы формирования цены на изделия приобретают важное значение, т.к. на ценообразование продукции оказывают влияние следующие факторы: 1. Тип рынка (чистая конкуренция, монополистическая конкуренция, чистая монополия, олигополистическая конкуренция). 2. Потребители. З. Производство. 4. Участники каналов сбыта. 5. Издержки производства. Все эти факторы объединяет основной показатель изделия – качество, тесно связанный с уровнем взаимозаменяемости КВ. В случае, когда предприятие желает надолго закрепиться на рынке, его интересы будут совпадать с интересами потребителя по вопросу качества выпускаемого изделия. Исходя из этого, на современных предприятиях уровень взаимозаменяемости в выпускаемой продукции учитывается через категорию нормы потребительской стоимости (НПС). В общем случае НПС представляет собой отношение совокупности свойств изделия к совокупности потребностей в этих свойствах со стороны потребителей. На качественном уровне НПС представляют в виде НПС = Сизд / Спотр, (56) где Сизд – совокупность всех свойств изделия; Спотр – совокупность потребностей в данных свойствах со стороны потребителей. Установлена связь между уровнем взаимозаменяемости КВ и НПС для изделий машино- и приборостроения (рис. 25). Как показывает опыт передовых предприятий, в случае если НПС > 1 предприятие вынуждено увеличить цену на продукцию, которая может быть определена по формуле Ц  С  НПС  R  C  НПС /100 %, 95 (57) где С – себестоимость продукции; R – рентабельность производства, выраженная в процентах. НПС 1,0 0,5 0,7 – 0,8 ККВВ Рис. 25. График зависимости НПС изделия от коэффициента взаимозаменяемости В случае, когда НПС < 1, издержки учитываемые при определении цены, уменьшаются, но возрастает налог на прибыль. Таким образом, становится невыгодно производить некачественную или устаревшую продукцию. Считается, что качественная продукция может быть произведена при уровне взаимозаменяемости не ниже 0,7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Развитие современной промышленности характеризуется созданием высокопроизводительной техники, обладающей повышенной надежностью. Определяющим фактором в обеспечении конкурентоспособности выпускаемых машин и других изделий отводится взаимозаменяемости. В настоящее время взаимозаменяемость стала основой кооперационных взаимоотношений между предприятиями. Ее учет необходим на всех этапах «жизненного» пути изделия и особенно при его проектировании. Особая роль и значимость взаимозаменяемости состоит в обеспечении качества выпускаемой продукции. При 96 этом она тесным образом связана с техническими измерениями, размерными цепями, допусками и посадками. Совершенно очевидно, что только активное и обоснованное внедрение взаимозаменяемости в производственный процесс обеспечит существенный экономический эффект. В то же время требуется дальнейшее совершенствование методов взаимозаменяемости и путей их достижения на всех этапах «жизненного пути» изделия. Практическое их осуществление на каждом конкретном предприятии входит в прямые обязанности специалиста по стандартизации и сертификации продукции. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое взаимозаменяемость изделий? Виды взаимозаменяемости. 2. Коэффициент взаимозаменяемости, его определение и величина. 3. Основные этапы «жизненного» пути изделия. 4. Перечислить исходные положения, используемые при конструировании изделий. 5. Перечислить исходные положения, используемые при изготовлении изделий. 6. В чем сущность принципа единства и постоянства баз? 7. Перечислить исходные положения, используемые при эксплуатации изделия. 8. Какова роль взаимозаменяемости в стандартизации параметрических и типоразмерных рядов изделий? 10. Какие погрешности возникают при изготовлении деталей и сборке изделий? Дайте им характеристику. 11. Законы распределения случайных погрешностей. 12. Что понимается под точностью размера детали? 13. Дать определение номинальному, действительному и предельным размерам. 14. Что называется допуском на размер детали? Его графическое изображение. 15. Дать определения валу, отверстию, основному валу, основному отверстию. 16. Что такое посадка? Виды посадок. 17. Как выбирают посадки с гарантированным зазором? 97 18. Как выбирают посадки с гарантированным натягом? 19. Для чего назначают переходные посадки? Привести примеры. 20. Перечислить виды зубчатых передач и области их применения. 21. Чем определяется степень точности зубчатой передачи? 22. Перечислить виды резьбовых соединений и области их применения. 23. Что такое размерная цепь? Виды размерных цепей. 24. В чем сущность расчета размерных цепей? 25. Перечислить методы достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи. 26. Рассказать о методе полной взаимозаменяемости при сборке изделий. 27. В чем сущность метода неполной взаимозаменяемости при выполнении сборочных операций? 28. Рассказать о методе групповой взаимозаменяемости и областях ее применения. 29. Как производят селективную сборку изделий? 30. В чем сущность метода пригонки при сборке изделия? 31. Рассказать о методе регулировки при сборке изделий. 32. Перечислить пути обеспечения точности замыкающего звена размерной цепи. 33. Какие измерительные средства используются для контроля точности размеров? 34. Какими измерительными средствами пользуются при проведении текущего контроля размеров деталей на рабочих местах? 35. Назначение и виды калибров. 36. Перечислить основные параметры шероховатости поверхности детали. 37. Каким образом на чертеже детали показывают допустимые отклонения формы и расположения поверхностей. 38. В чем сущность инструментального метода контроля качества изделий? Область его применения. 39. В чем сущность экспертного метода контроля качества изделий? Область его применения. 40. Перечислить виды контроля качества продукции и дать им характеристику. 98 41. Какая связь существует между взаимозаменяемостью и надежностью изделия? 42. Перечислить основные показатели надежности изделия. 43. В чем состоит метрологическое обеспечение взаимозаменяемости? 44. Перечислить основные метрологические показатели средств измерения. 45. Рассказать о влиянии стандартизации на взаимозаменяемость. 46. В чем сущность сертификации изделий? Виды сертификации. 47. Как определяется экономическая эффективность от взаимозаменяемости? 48. Что такое НПС изделия? Ее влияние на ценообразование. 49. Какая связь существует между НПС изделия и коэффициентом взаимозаменяемости? БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Машиностроение, 1987. – 344 с. 2. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 320 с. 3. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. – М.: Изд-во стандартов, 2000. – 420 с. 4. Тищенко О.Ф. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Машиностроение, 1977. – 235 с. 5. Зябрева Н.Н., Шегал М.Я. Пособие к решению задач по курсу ВСТИ. – М.: Высшая школа, 1977. – 108 с. 6. Суслов А.Г. Технические измерения и качество машин // Станки и инструмент, 1998. – №10. – С. 17 – 20. 7. Суслов А.Г., Корсакова И.М. Назначение и обозначение параметров шероховатости поверхностей деталей машин: Учебное пособие. – Брянск: Изд-во БГТУ, 2006. – 71 с. 8. Бутенко В.И. Конспект лекций по метрологии и стандартизации. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. – 91 с. 99