Взаимозаменяемость.

Свойство неза­висимо изготовленных деталей и сбо­рочных единиц машин и приборов обес­печивать возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) сопря­гаемых деталей в сборочную единицу, а сборочных единиц — в изделие при со­блюдении предъявляемых к ним техни­ческих требований называется взаимо­заменяемостью.

Различают полную и неполную взаи­мозаменяемость. Полная взаимозаме­няемость предполагает правильное сое­динение всех сопрягаемых деталей, по­ступивших на сборку, что обеспечива­ется высокой точностью их изготовле­ния. При неполной взаимозаменяемости обеспечивается правильное соединение только части деталей и узлов, изготов­ляемых с меньшей точностью. Для сбор­ки в таких случаях используется груп­повой подбор деталей (селективная сбор­ка), применяются компенсаторы и дру­гие дополнительные технологические средства.

Сведения о размерах. Геометрические параметры деталей количественно оце­нивают посредством размеров. Размер, принимаемый в процессе проектирования (на основании, например, прочностных расчетов или по конструктивным сооб­ражениям с округлением до ближайше­го из ряда по ГОСТ 6636—89 «Нормаль­ные линейные размеры») и проставляе­мый на чертежах детали или соединения, называется номинальным.

При изготовлении деталей полное со­ответствие между указанными на чер­тежах и действи­тельными размерами практически недос­тижимо. Большое число факторов, влияющих на точ­ность обработки, не­избежно приводит к по­грешностям в размерах и форме детали.

Рис. 4.1. Предельные размеры отверстия и вала, определяющие поля допусков

Исходя из функционального назна­чения деталей и характера их сопряже­ния можно назначить наибольший и наи­меньший предельные размеры деталей, при которых будет обеспечена правиль­ная сборка и нормальная работа узла и механизма. Экономически целесооб­разные предельные отклонения разме­ров деталей определяются единой систе­мой допусков и посадок.

Допуски. Разность между наиболь­шим и наименьшим предельными раз­мерами называется допуском. На рис. 4.1 показаны цилиндрические отверстия и валы с предельными и номинальными величинами диаметров. Если левые об­разующие цилиндрических поверхнос­тей совместить, то правые их образую­щие ограничат зону, называемую по­лем допуска (IT). Правая граница по­ля допуска соответствует наибольшему предельному размеру, а левая — наи­меньшему.

Рис. 4.2. Схема расположения полей допусков

Положение поля допуска относитель­но номинального размера определяется верхним и нижним предельными откло­нениями. Верхним отклонением (отвер­стия ES и вала es) называется алгебраи­ческая разность между наибольшим пре­дельным размером и номинальным, нижним (отверстия Е1 и вала ei) — раз­ность между наименьшим предельным размером и номинальным. При схемати­ческом изображении поля допуска обыч­но показывают его положение относи­тельно нулевой линии, условно изобра­жающей номинальный размер. При гори­зонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения от­кладывают вверх от нее, а отрицательные отклонения — вниз.

Величины верхнего и нижнего пре­дельных отклонений на чертежах ука­зываются в миллиметрах мелкими циф­рами правее номинального размера, на­пример . Отклонения, равные нулю, на чертежах не проставляются. Оба предельных отклонения могут быть положительными или отрицательными , если оба предельных размера больше или меньше номинального.

Расположение поля допуска относи­тельно нулевой линии принято обозна­чать буквой (или двумя буквами) латин­ского алфавита — прописной для отверстий и строчной для валов (рис. 4.2).

Квалитеты точности.Чем больше величина допуска на размер, тем мень­ше требования к точности детали, тем проще и дешевле ее изготовление. Од­нако большие детали труднее изгото­вить, чем малые с одинаковыми откло­нениями от номинальных размеров. В связи с этим величина допуска IT, опре­деляемая квалитетом точности, назна­чается в зависимости от размеров де­тали. Величина допуска

IT = ai может быть выражена в единицах допуска i, зависящих от среднего значения стан­дартного интервала размеров D (единица допуска

+ 0,00ID; D, мм; i, мкм). В зависимости от числа а единиц допуска i в допуске IT стандар­том установлено 19 следующих квалитетов точности, написанных в порядке понижения точности: 01, 0, 1,2,3, ..., 17. Квалитеты 01, ..., 4 предназначены для концевых мер длины, калибров и т. д., в квалитетах 5, ..., 13 даются допуски для сопрягаемых размеров деталей, а в квалитетах 14, ..., 17 — для несопрягаемых размеров деталей.

Так как величина поля допуска опре­деляется квалитетом, а его положение относительно нулевой линии обозначено буквой, то предельные отклонения ли­нейных размеров могут быть указаны на чертежах не только числовыми значе­ниями отклонений, но и условными обо­значениями полей допусков. При этом за числом, указывающим размер, сле­дует условное обозначение поля допус­ка, состоящее из буквы и цифры, обо­значающей квалитет, например 20Н7, 12 е8, или с указанием в скобках численных значений предельных отклонений: ; .

Посадки.При сборке двух сопряга­емых деталей различают охватывающую и охватываемую поверхности. И хотя не все такие поверхности являются цилиндрическими, условно принято на­зывать охватывающую поверхность от­верстием, а охватываемую — валом.

По разности между размерами отвер­стия и вала можно судить о свободе от­носительного перемещения детали либо о прочности их неподвижного соедине­ния. Характер соединения деталей на­зывается посадкой. В зависимости от размеров сопрягаемых деталей в соеди­нении может возникнуть зазор или на­тяг. Если размер отверстия больше раз­мера вала, то появляется зазор — по­ложительная разность между размерами отверстия и вала. Если размер отверстия до сборки меньше размера вала, то раз­ность эта будет отрицательная, т. е. име­ет место натяг.

Все посадки подразделяются на три группы: посадки с зазором, характери­зуемые наличием зазора; посадки с на­тягом, обеспечивающие натяг в соеди­нении, и переходные, при которых воз­можно получение в соединении как на­тягов, так и зазоров.

Системы образования посадок. Раз­личают две системы образования поса­док — систему отверстия и систему вала.

Системой отверстия называют сово­купность посадок, в которых предель­ные отклонения данного размера от­верстий (в данном квалитете) одинаковы для всех посадок, а различные посадки достигаются путем изменения предель­ных отклонений размеров валов. Такое отверстие называется основным, и поле допуска его обозначается буквой Н, которая ставится после номинального размера детали, например 25 Н8. Ниж­нее отклонение основного отверстия рав­но нулю, т. е. поле допуска располага­ется «в тело» детали. Если показывается размер соединяемых элементов двух де­талей, то в обозначение посадки в сис­теме отверстия входят номинальный раз­мер и обозначения полей допусков для каждого элемента, начиная с отверстия, например 40 H7/g6 (или 40 Н7 - g6, или 40 Н7/g6).

Системой вала называют совокупность посадок, в которых предельные откло­нения валов одинаковы (для данного интервала размеров и квалитета точ­ности), а различные посадки достига­ются путем изменения предельных отклонений отверстий. Поле допуска основ­ного вала располагается «в тело» вала, т. е. номинальный размер соответствует наибольшему размеру (верхнее откло­нение равно нулю).

Рис. 4.3. Схема образования посадок в системах отверстия и вала

В системе вала ос­новной деталью является вал и поле допуска его обозначается буквой h, ко­торая ставится после номинального раз­мера детали, например 30 h6. В обозна­чение посадки входит номинальный раз­мер, общий для обоих соединяемых эле­ментов (отверстия и вала), за которым следуют обозначения полей допусков для каждого элемента, например 10F7/h6 (10F7 —h6, 10F7/h6).

Схемы расположе­ния полей допусков при системах отверстия и вала показаны на рис. 4.3. Обе системы являются равноправными. Однако часто система отверстия отверстия оказы­вается предпочтительнее из-за сокраще­ния используемого ассортимента режу­щего инструмента для обработки от­верстий

Выбор посадок.Для получения под­вижных соединений деталей назначают­ся посадки с зазорами (на рис. 4.3 поля 1) в системе основного отверстия или ос­новного вала (используются поля допус­ков валов от а до h и отверстий от А до Н). При требовании высокой точности, хорошего центрирования с вероятно­стью получения минимальных зазоров применяются посадки Н7/h5, Н7/h6, H8/h6. Для получения точного враще­ния с небольшим числом оборотов при­меняется соединение деталей по посад­кам H6/g5, H7/g6, H/f7. Посадка H9/f9 применяется для соединения деталей невысокой точности со свободным про­дольным перемещением или вращением в опорах скольжения. Получение сво­бодного вращения неответственных де­талей достигается применением посадки H11/d11.

Переходные посадки (на рис. 19.3 по­ля 2) предназначаются для получения неподвижных соединений, подлежащих периодической разборке и сборке. Они могут

быть получены при использовании полей допусков валов i, j_s, k, m, n и от­верстий I, I_s, К, М, N. Переходные по­садки обеспечивают довольно высокую степень центрирования соединяемых деталей. В соединениях для предотвра­щения относительного движения дета­лей необходимо предусмотреть фикси­рующие устройства — штифты, шпонки и др.

Наиболее широко применяют посадки H7/k6, K7/h6, используемые при соеди­нении валов и ступиц насаживаемых на них деталей (зубчатых колес, шкивов и др.), а также посадки Н7/т6, использу­емые в штифтовых соединениях.

Для получения неразъемных соедине­ний применяют неподвижные посадки (на рис. 4.3 поля 3), получаемые при использовании полей допусков валов от р до zc и отверстий от Р до ZC. За счет натяга эти посадки позволяют обеспе­чить неподвижность соединений без при­менения дополнительных крепежных устройств.

При назначении полей допусков разрешается выбор их из разных квалитетов: для отверстий, которые обрабаты­вать сложнее, принимается больший до­пуск, чем допуск вала (отличие не более чем на два квалитета). Комбинированные посадки образуются и при сочета­нии допусков вала и отверстия, взятых из разных систем образования посадок (системы отверстия и системы вала), например 12 F8/e8, 10 G6/g6.

Рис. 4. 4. Отклонения формы деталей, имеющих плоские сопрягаемые поверхности

Точность геометриче­ской формы. К отклоне­ниям формы деталей по ГОСТ 24642—81, имеющих плоские сопрягае­мые по­верхности, относятся непря­моли­ней­ность и неплоско­стность (рис. 4.4). Под не­прямоли­нейностью понима­ется от­клонение от прямой линии профиля се­чения по­верхно­сти плоскостью, нор­маль­ной к ней, в заданном направле­нии.

Рис. 4. 5. Отклонения формы цилиндрических поверхностей в поперечном сечении

Не­плоскост­ность— от­клонение от пря­моли­нейно­сти в любом на­правлении по по­верхности, например вы­пуклость, вог­нутость. Отклонения формы цилиндрических поверхностей возможны в поперечном и продольном сечениях. В поперечном се­чении возможно отклонение контура по­верхности от правильной окружнос­ти — некруглость, частыми видами ко­торой являются огранка и овальность (рис. 4.5). В продольном сечении ци­линдрической поверхно­сти наблюдают­ся откло­нения от прямолинейных ее об­разующих: бочкооб­разность, вогнутость, изо­гнутость оси и отклонения от парал­лельности обра­зующих — конусообраз­ность (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Отклонение формы цилиндрических поверхностей в продольном сечении

За величину отклоне­ния формы цилиндрической поверхнос­ти принимается разность наибольшего и наименьшего диаметров. Предельные отклонения формы цилиндрических по­верхностей ограничиваются полями до­пусков на диаметр.

Точность взаимного расположения по­верхностей. К отклонениям взаимного расположения по ГОСТ 24642—81 от­носятся непараллельность, неперпенди­кулярность (для плоскостей); несоос­ность, радиальное и торцовое биение Рис. 19.8. Обозначение на чертежах предельных отклонений формы

(для цилиндрических поверхностей); пе­рекос осей и отклонение от правильного расположения пересекающихся и скре­щивающихся осей и др. (рис. 4.7).

Обозначение на чертежах.Предель­ные отклонения формы и расположения поверхностей указывают на чертежах в виде условных обоз­начений (знаков, символов) и тексто­вых записей (табл. 4.1). Знак и величи­ну отклонения вписывают в прямоуголь­ную рамку, разделенную на две или три части. В первой части (слева) указыва­ют знак отклонения (рис. 4.8), во вто­рой — числовую величину предельного отклонения в миллиметрах, в третьей буквенное обозначение базы или другой поверхности. Базы обозначают зачер­ненным равносторонним треугольником (или прописной буквой). Направление отрезка линии со стрелкой должно соот­ветствовать направлению линии изме­рения отклонения (рис. 4.8).

Рис. 4.7. Виды отклонений расположения по­верхностей:

а — несимметричность; б — непересечение осей; в — смещение осей отверстий, г — непараллельность осиотверстия плоскости, д — несоосность относительно общей оси, е — неперпендикулярность плоскостей; ж— неперпендикулярность осей; з —неперпенди­кулярность оси иплоскости; и — торцевое биение; к— радиальное биение

Рис. 4.8. Обозначение на чертежах предельных отклонений формы

Волнистость и шероховатость поверх­ностей. В процессе обработки на поверх­ности детали образуются неровности, возникающие из-за колебательного дви­жения инструмента, копирования де­фектов его режущей кромки, трения о деталь. Выступы и впадины, образую­щие высоту неровности W_z, периоди­чески чередуются g шагом Sw (рис. 4.9). Если отношение Sw>W_z находится в пределах 50...1000, то такие отклонения поверхности обычно относят к волнис­тости; при (Sw/W_z) < 50 отклонения относят к шероховатости поверхности. Высота волнистости W_z — среднее арифметическое из пяти ее значений, определенных по длине участка изме­рения Lw (рис. 4.9, а):

.

Рис. 4.9. К определению параметров волнис­тости поверхности: а — высоты; б- шага

Рис. 4.10.

К определению показателей шеро­ховатости поверхности

Средний шаг волнистости — сред­нее значение расстояний между од­ноименными сторонами соседних волн, измеренных по средней линии профиля (рис. 4.9, б):

.

При определении показателей волнис­тости и шероховатости на профилограм-ме поверхности с базовой длиной l (рис. 4.10) наносится средняя линия про­филя т — базовая линия, имеющая фор­му номинального профиля поверхности и проведенная так, что сумма квадра­тов расстояний у_х, у₂,….. , у_п точек про­филя по этой линии минимальна.

Рис. 4.11. Обозначение шероховатости поверхности

Для количественной оценки шерохо­ватости поверхности установлен ряд па­раметров: R_a — среднее арифметическое отклонение профиля; R_z — высота не­ровностей профиля по десяти точкам;

Rmax — наибольшая высота неровностей профиля; S_m — средний шаг неровнос­тей;

S — средний шаг неровностей по вершинам; t_p — относительная опор­ная длина профиля, где р — числовое значение уровня сечения профиля. Эти параметры определяются по формулам:

;

;

; ; ,

в которых используются величины, по­казанные на рис. 4.10.

Несущая способность поверхности, кроме шероховатости, зависит также от вида обработки и направления неровностей. Все эти сведения приводятся при необходимости на чертежах с помощью специального знака (рис. 4.11, а). Зна­чения параметра шероховатости по ГОСТ 2789—73 указывают в обозначении: для R_a — без символа (рис. 4.11, б), для остальных параметров — после соответ­ствующего символа (рис. 4.11, в, г, д). Непосредственной связи между квалитетами точности (величиной допуска) и шероховатостью поверхности (высотой неровностей) нет. Однако нельзя назна­чать высокую точность и большую ше­роховатость поверхности: высота неров­ностей может оказаться весьма значи­тельной по сравнению с величиной до­пуска. Ориентировочно можно считать, что наибольшее значение средней высо­ты микронеровностей поверхности не должно превышать 0,1...0,25 допуска на размер.

Таблица 4.1.

Знаки условного обозначения допусков формы и расположения поверхностей