Технічні умови на виготовлення деталей машин

Сучасне виробництво машин і обладнання, їх експлуатація та ремонт базуються на використанні принципу взаємозамінності деталей, складених одиниць і агрегатів.

Взаємозамінність – це принцип конструювання та виготовлення деталей, що забезпечує можливість складання чи заміни при ремонтах незалежно виготовлених з заданою точністю деталей та складальних одиниць без додаткової обробки і припасування їх зі збереженням відповідної якості.

Взаємозамінність може бути повна і неповна. Перша передбачає з’єднання без додаткової обробки всіх спряжених деталей, що надходять на складальні операції. Друга передбачає з’єднання без додаткової обробки тільки частини деталей, виготовлених з меншою точністю.

Деталі і складальні одиниці будуть взаємозамінними тільки тоді, коли їх розміри, форма та інші параметри знаходяться у визначених межах. Це здійснюється за рахунок стандартизаціїнорм взаємозамінності, забезпечення відповідних параметрів деталей, виконання технічних умов на їх виготовлення.

Параметри деталей кількісно оцінюють за допомогою розмірів. Розмір – це числове значення лінійної величини (діаметр, довжина, висота та ін.) в обраних одиницях вимірювання. Розміри поділяються на номінальні, дійсні і граничні.

Номінальний розмір – розмір, відносно якого визначаються граничні розміри і який використовується для відліку відхилень. Номінальні розміри вибирають під час конструювання на основі розрахунків або за конструктивними міркуваннями і проставляють при кресленні деталі або з’єднанні деталей. Номінальні розміри після розрахунків округляють до найближчого з рядів нормальних лінійних розмірів згідно з ГОСТ 6636-69.

Дійсний розмір – це розмір, встановлений вимірюванням з допустимою похибкою.

Граничні розміри – це два допустимих розміри (найбільший і найменший), між якими повинен знаходитись дійсний розмір. На кресленні деталі або з’єднанні проставляють номінальні розміри, а кожний з двох граничних розмірів визначають по його відхиленнях від номінального.

Розрізняють верхнє і нижнєграничні відхилення. У стандартах верхнє відхилення розміру позначається -отвору, -вала, нижнє граничне відхилення -отвору, -вала.

Граничні відхилення визначаються як алгебраїчна різниця між граничними і номінальними розмірам з формул:

, (1.5)

, (1.6)

, (1.7)

, (1.8)

де - номінальний розмір отвору і вала;

- найбільший граничний розмір отвору і вала;

- найменший граничний розмір отвору і вала.

Назва “отвір” і “вал” умовна і стосується не тільки гладких циліндричних елементів деталей. Наприклад, у з’єднанні шпонки з валом шпонка є валом, а паз вала – отвором.

Різниця між найбільшим і найменшим граничними розмірами або абсолютна величина алгебраїчної різниці між верхнім і нижнім відхиленнями називається допуском. Допуск завжди додатний і позначається літерою Т, що ставиться перед позначенням розміру параметра:

, (1.9)

. (1.10)

Поле, обмежене верхнім і нижнім відхиленнями, називається полем допуску. Воно визначається величиною допуску і його розташуванням відносно номінального розміру (нульової лінії).

Вище нульової лінії розташовуються додатні відхилення, нижні – від’ємні. Умовне графічне позначення полів допусків, наприклад для отворів показано на рисунку 1.1.

З урахуванням того що при збільшенні розмірів деталі її точне виготовлення ускладнюється, для визначення допусків на її розміри використовується залежність

, (1.11)

де - одиниця допуску (масштабний коефіцієнт), мкм, яка виражає залежність допуску від розміру , мм. Визначається за формулою

, (1.12)

де - середнє геометричне значення крайніх розмірів стандартного інтервалу, до якого належить розмір ;

- число одиниць допуску (коефіцієнт точності), виражає залежність допуску від рівня точності.

У залежності від числа у допуску стандартами для розмірів до 500 мм встановлено 19 квалітетів (ступенів точності): 0,1; 0; 1, 2, 3, 4, 5,…, 17. При цьому допуски за квалітетами 0,1; … , 4 (дуже висока точність) використовуються для виготовлення кінцевих мір довжини, калібрів, вимірювальних інструментів та ін.; квалітети 5, 6, … , 11 – для допусків на розміри спряжених елементів деталей; квалітети 12, 13, … , 17 – для вільних (неспряжених) розмірів (наприклад, для квалітетів 5, 6, 13 і 17 число має відповідні значення 7, 10, 250 і 1600).

Розташування поля допуску відносно нульової лінії (номінального розміру) позначається однією або двома латинськими літерами (рисунок 1.2) – прописними для отворів і малими – для валів (наприклад, Æ20Н7 – отвір діаметром 20 мм, поле допуску відповідає за розташуванням літері Н, а за величиною 7 квалітетові точності; Æ20h7 – діаметр вала).

Встановленням допусків (граничних відхилень) на розміри деталі одночасно розв’язуються дві задачі – регламентується потрібна точність їх виготовлення і визначається характер з’єднання спряжених соосних поверхонь деталей (отвору і вала) – посадка. Характер посадки залежить від співвідношення полів допусків валу й отвору і визначається величиною зазорів (розмір отвору більше розміру вала) або натягів (розмір вала більше розміру отвору), які при цьому виникають. Таким чином утворюються рухомі, нерухомі і перехідні посадки. При цьому ЄСДП передбачає утворення посадок у системі отвору і посадок у системі вала.

При утворенні посадок в системі отвору в якості основного елемента розглядається отвір, який для усіх посадок має розташування поля допуску відносно нульової лінії, що відповідає літері ( , - у тіло отвору відповідно до квалітету точності). Наприклад, посадка Æ20Н7/g6 – номінальний діаметр 20 мм, поле допуску отвору відповідає за розташуванням літері , за величиною – 7 квалітету точності, вала – літері за 6 квалітетом точності.

При утворенні посадок у системі вала в якості основного елемента розглядається вал, який для усіх посадок має поле допуску за літерою ( , - у тіло вала). Наприклад, посадка Æ20K7/h6 – номінальний діаметр 20 мм, поле допуску вала – за 6 квалітетом точності, отвору – літері K за 7 квалітетом точності.

Взаємне розташування полів допусків отворів і валів при утворенні різних посадок у цих системах, а також їх деякі позначення наведені на рисунку 1.3.

Системи отвору і вала формально рівноправні. Однак системі отвору віддають перевагу, як більш економічній. Це обумовлюється меншою кількістю типорозмірів необхідного інструмента: різні вали в системі отвору обробляються одним і тим же різцем або шліфованим колом, тоді як для отримання в системі вала різноманітних посадок при заданому діаметрі потрібно більш дорогих зенкерів, розверток або протяжок.

У ряді випадків більш дешевим виявляється виконання з’єднання в системі вала (наприклад, спряження поршень-поршневий палець-шатун).

При використанні в машині деталей, які виготовляються на спеціалізованих заводах (підшипники кочення, шпонки та ін.), посадку треба призначати в тій системі, в якій вони виготовлені.

Однією з основних складових призначення технічних умов на виготовлення деталей є нормування відхилень форми і розташування їх поверхонь. В основу нормування і кількісної оцінки відхилень форми і розташування поверхонь прийнято принцип прилеглих прямих, поверхонь і профілів. Прилегла площина (пряма) – це площина (пряма), яка стикається з реальною поверхнею і розташована поза матеріалом деталі так, щоб відхилення від неї до найбільш віддаленої точки реальної поверхні у межах нормованої ділянки мало мінімальне значення.

Прилегле коло (циліндр) – це коло мінімального діаметра, яке описане навколо реального профілю зовнішньої поверхні обертання, або максимального діаметра, яке вписане в реальний профіль внутрішньої поверхні обертання.

При вимірюванні відхилень форми деталей прилеглими поверхнями служать робочі поверхні контрольних плит, повірочних лінійок, калібрів та ін.

Відхиленням форми називається відхилення форми номінальної поверхні, яка обмежує тіло і відділяє його від навколишнього середовища, від форми номінальної поверхні. Під номінальною розуміється ідеальна поверхня, форма якої задається кресленням або технічними умовами.

Величиною для кількісної оцінки відхилення форми є найбільша відстань від точок реальної поверхні (профілю) до прилеглої поверхні по нормалі до останньої. Найбільше значення відхилення форми називається допуском форми.

Відхилення форм можуть бути комплексними і частковими. Для циліндричних поверхонь комплексним є відхилення від циліндричності, яке характеризує найбільшу відстань від точок реальної поверхні до прилеглого циліндра. До комплексного показника відхилення в поперечному перерізі належать відхилення від округлості, а до часткових – овальність і ограненість. До комплексного відхилення в повздовжньому перерізі належать відхилення профілю повздовжнього перерізу, а до часткових – конусоподібність, бочкоподібність, сідлоподібність та згинність.

Для плоских поверхонь комплексним показником є відхилення від площинності, а частковими – увігнутість і опуклість. До комплексного показника відхилення профілю перерізу плоских поверхонь належать відхилення від прямолінійності.

Відхиленням розташування поверхонь називається відхилення дійсного розташування розглядуваного елемента поверхні, осі або площини симетрії від номінального розташування. Для оцінювання точності розташування поверхонь, як правило, призначають бази. Базою може бути поверхня (наприклад, площина), її утворююча, або точка (наприклад, вершина конуса). Якщо базою є поверхня обертання (циліндрична або конічна) або різьба, то у якості бази розглядають їх вісь. База визначає прив’язку деталі до площини або осі координат, відносно якої задаються допуски розташування елемента, що нормується. При оцінюванні відхилень розташування відхилення форми розглядуваних поверхонь (профілів) і базових елементів повинні виключатись з розглядання. При цьому реальні поверхні (профілі) замінюються прилеглими, а за осі площин симетрії і центри реальних поверхонь і профілів приймаються всі площини симетрії і центри прилеглих елементів.

Межа, що визначає допустиме значення відхилення розташування поверхонь, називається допуском їх розташування. Види допусків відхилень форми та розташування поверхонь, а також їх стандартні позначення наведені у таблиці 1.2.

На робочих кресленнях деталей умовні позначення допусків форми і розташування поверхонь, їх числові значення, а також позначення баз розміщують у рамці, яка поділена на дві або три частини (у першій – знак допуску, у другій – його числове значення, у третій – позначення бази).

Базові осі і поверхні позначають на кресленнях деталей у відповідності з ГОСТ 2.308-79 рівнобічним затемненим трикутником, з’єднаним з рамкою, в який записують позначення бази прописною літерою. Якщо базою є вісь або площина симетрії, то трикутних розміщується в кінці розмірної лінії відповідного розміру (діаметра, ширини). Коли призначають допуск розташування для двох поверхонь, то замість затемненого трикутника застосовують стрілку.

Рамку з’єднують з контурною лінією деталі або виносною лінією. Якщо допуск належить боковій поверхні або профілю, то рамку з’єднують з контурною лінією або з її продовженням. При цьому з’єднувальна лінія не повинна бути продовженням розмірної.

Деякі приклади умовного позначення розглядуваних допусків наведені в таблиці 1.3.

У формуванні технічних умов на виготовлення деталей значне місце займає нормування якісних характеристик чистоти їх робочих поверхонь. Від заданих при проектуванні номінальних поверхонь реальні поверхні деталей відрізняються наявністю періодичних нерівностей, які утворюються при їх обробці (внаслідок коливань інструменту і деталі, наявності дефектів робочих поверхонь ріжучого інструменту, особливості кінематичних ланцюгів обробляючих верстатів та ін). Якщо відношення кроку нерівностей до їх висоти не перевищує 50, то такі нерівності називають шершавістю, якщо перевищує – хвилястістю. У технічних умовах для виготовлення більшості деталей якість поверхонь забезпечується нормуванням шершавості [1-5].

Показники шершавості визначають (контролюють) за профілограмами, які отримують з поверхонь деталей за допомогою спеціальних приладів профілографів у межах встановленої базової довжини (ГОСТ 25142-82).

Шершавість поверхні деталі незалежно від матеріалу і способу виготовлення (одержання поверхні) можна оцінити кількісно одним або декількома параметрами, до яких належать:

- середнє арифметичне відхилення профілю, мкм;

- висота нерівностей профілю за десятьма точками (п’ять найбільших виступів і п’ять впадин), мкм;

- найбільша висота нерівностей (найбільший розмах нерівностей );

- середній крок нерівностей;

- середній крок місцевих виступів профілю;

- відносна опорна довжина профілю, %.

Для визначення основних параметрів шершавості поверхні при наявності профілограми (графічного відображення нерівності на довжині ) використовують відповідні формули. Наприклад:

,(1.13)

, (1.14)

, (1.15)

де - ширина -го виступу на опорному рівні перерізу профілю ).

Таблиця 1.2 Допуски форми і розташування поверхонь

Група допусків	Види допусків	Умовне позначення	Примітка
Допуски форми	Допуск прямолінійності		Обмежує абсолютну величину відхилення
Допуск площинності
Допуск циліндричності		Обмежує відхилення в радіусному вираженні
Допуск округлості
Допуск повздовжнього перерізу
Допуски розташування	Допуск паралельності		Обмежує граничне відхилення від бази
Допуск перпендикулярності
Допуск нахилу
Допуск співвісності		Обмежує відхилення або в діаметральному (Æ ), або в радіусному (R ) вираженні, що застерігається
Допуск симетричності
Позиційний допуск
Допуск перетинання осей
Сумарні допуски форми і розташування	Допуск радіального биття Допуск торцевого биття Допуск биття в заданому напрямі		Обмежує сумарне відхилення, яке показує індикатор при вимірюванні
Допуск повного радіального биття Допуск повного торцевого биття
Допуск форми заданого профілю		Обмежує сумарне відхилення або в формі Т, або Т/2, що застерігається
Допуск форми заданої поверхні

Таблиця 1.3 Приклади умовного позначення допусків форми і розташування поверхонь на кресленнях деталей

Приклад умовного позначення	Пояснення
	З’єднувальна лінія може бути прямою або ламаною. Кінець цієї лінії, яка закінчується стрілкою, повинен бути направлений по лінії вимірювання (по нормалі до поверхні)
	Якщо допуск належать до поверхні або її профілю, а не до осі елемента, то стрілку розміщують на деякій відстані від кінця розмірної лінії
Додаткові знаки перед числовим значенням допуску
Æ 0,2	При зазначенні кругового або циліндричного поля допуску його діаметром
	При зазначенні кругового або циліндричного поля допуску його радіусом
	Для допуску симетричності, перетину осей, форми заданої поверхні або заданого профілю, позиційного допуску (при полі допуску, обмеженому паралельними площинами). Символ Т означає, що вказується половинна ширина відповідного поля допуску
	Символ Т/2 означає, що вказується половина ширини відповідного допуску
	При зазначенні поля допуску, обмеженого сферою.
	Допуск площинності належать до всієї поверхні (довжини елемента)

Продовження таблиці 1.3

	Допуск належать до будь-якої дільниці поверхні (елемента), що має задану довжину або площу
Особливості позначення баз
	Знак бази – замальований рівносторонній трикутник з висотою, що дорівнює розміру штриху розмірних чисел
	Якщо з’єднання рамки, яка містить позначення допуску, з базою незручно, то базу позначають літерою і цю літеру вписують у третє поле рамки допуску
	Базою є вісь елемента
Приклади позначення в технічних умовах допусків форми і розташування поверхонь
	Допуск циліндричності поверхні А 0,01 мм; допуск округлості 0,007 мм
	Допуск торцевого биття поверхні Б відносно осі отвору А 0,04 мм

Продовження таблиці 1.3

	Допуск симетричності поверхні Б відносно осі отвору Т 0,04 мм
	Допуск паралельності загальної осі отворів відносно поверхні Б 0,01 мм
	Позиційний допуск площин пазів А Т 0,01 мм (допуск залежний)

Найбільш повну інформацію про поверхні деталі дає параметр . У зв’язку з цим він є основним із висотних параметрів шершавості і його призначають на всі спряжені і чисто оброблені неспряжені поверхні деталей.

Відносна опорна довжина профілю характеризує фактичну опорну площу, від якої в значній мірі залежить зносостійкість рухомих з’єднань і міцність пресових посадок.

Чисті поверхні з малою шорсткістю підвищують міцність та корозійну стійкість деталей, зменшують тертя спрацьовування в спряжених рухомих деталях. Однак при цьому в значній мірі зростає вартість механічної обробки деталей. Тому вибір параметрів шершавості повинен бути економічно обгрунтованим. Безпосереднього зв’язку між квалітетами точності розмірів та параметрами шершавості поверхонь не існує. Але не допускається висока точність розмірів зі значною шершавістю поверхонь, оскільки висота нерівностей може бути співрозмірною з допуском на розміри. Поверхні деталей, що призначені для з’єднань по стандартних посадках, повинні мати параметр шорсткості 0,2…3,2 мкм.

На робочому кресленні деталі позначається шершавість усіх поверхонь, які використовуються (ГОСТ 2.309-73). При цьому для завдання номінальних числових значень параметрів шершавості ( - тільки число; - позначення і число) використовують декілька знаків. Наприклад,

Розширені відомості з технічних умов на виготовлення деталей наведені в літературних джерелах [1-5].