ВЗСТИ конспект. Конспект лекций по курсу Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения 2013 всти, каф. Опм, Доннту 2
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Лекция 7. Нормирование и обозначение шероховатости поверхности Шероховатость и её влияние на качество поверхности Шероховатостью поверхности согласно ГОСТ 25142-82 называют совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами. Шероховатость поверхности в сочетании с другими её характеристиками (цвет, степень отражательной способности), а также с физическими свойствами поверхностного слоя деталей (степенью упрочнения, глубиной упрочненного слоя, остаточными напряжениями) определяет состояние поверхности и является наряду с точностью формы одной из основных геометрических характеристик её качества. Шероховатость поверхностей играет большую роль в подвижных соединениях деталей, значительно влияя на трение и износ трущихся поверхностей подшипников, направляющих, ползунов и т.д. Шероховатость значительно влияет на прочность деталей. Неровности поверхности являются концентраторами напряжений. Чем меньше шероховатость, тем меньше вероятность образования усталостных трещин. Уменьшение шероховатости улучшает антикоррозионную стойкость деталей. Наконец величина шероховатости влияет на точность измерения деталей. Параметры для нормирования и обозначения шероховатости поверхности Способы нормирования шероховатости поверхности установлены в ГОСТ 2789-73 и распространяются на поверхности изделий, изготовленных из любых материалов и любыми методами, кроме ворсистых поверхностей. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 58 L Y S S R R Y P R Y y y b b y b b y y m 1 2 1 2 n-1 n i i i i i p v p n Ëèíèÿ âûñòóïîâ Ëèíèÿ âïàäèí i ma x v m Рисунок 7.1 – Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью в нормальном сечении. Для определения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистость) её рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной l. Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля m – линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение измеряемого профиля до этой линии минимально. Согласно ГОСТ 2789-73 шероховатость поверхности изделий можно оценивать количественно одним или несколькими параметрами: а) средним арифметическим отклонением профиля R a ; б) высотой неровностей профиля по 10 точкам R z ; в) наибольшей высотой неровностей профиля R max ; г) средним шагом неровностей S m ; «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 59 д) средним шагом местных выступов профиля S; е) относительной опорной длиной профиля t p Параметры шероховатости, связанные с высотными свойствами неровностей Среднее арифметическое отклонение профиля R a – это среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии в пределах базовой длины. n Y R n i i a ∑ = = 1 Высота неровностей профиля по десяти точкам R z – это сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины. 5 5 1 5 1 ∑ + ∑ = = = i vi i pi z Y Y R Наибольшая высота неровностей профиля R max – это расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины. Параметры шероховатости, связанные со свойствами неровностей в направлении длины профиля Средний шаг неровностей профиля S m – это среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. n S S n i mi m ∑ = = 1 , где S mi - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками. Средний шаг местных выступов профиля S – это среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 60 n S S n i i ∑ = − 1 , где S i - шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на неё двух наивысших точек соседних выступов профиля. Числовые значения выше перечисленных параметров приведены в ГОСТ 2789-73. Параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля Опорная длина профиля p η – сумма длин отрезков b i , отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, параллельной средней линии в пределах базовой длины. η ∑ = = n i i p b 1 р: 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60;70; 80; 90 % от R max Относительная опорная длина профиля (t p ) – это отношение опорной длины профиля к базовой длине l t p p η = 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 % Обозначение шероховатости На чертежах требования к шероховатости устанавливаются с помощью условных обозначений по ГОСТ 2.309-73. Rz 8,0 Ra 80 Ïîëèðîâàòü M Rz 8,0 Ra 80 Ïîëèðîâàòü M Рисунок 7.2 – Примеры обозначения шероховатости поверхности «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 61 Выбор параметра шероховатости Выбор параметров для нормирования шероховатости должен производиться с учетом назначения и эксплуатационных свойств поверхности. Основным является нормирование высотных параметров. Предпочтительным является параметр R a Параметры R z и R max нормируют в тех случаях, когда необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля. Для наиболее ответственных поверхностей нормирование одних высотных параметров может оказаться недостаточным и должно быть дополнено нормированием шаговых параметров или параметра p t . Шаговые параметры m S и S существенно влияют на виброустойчивость, прочность при циклических нагрузках. Параметр t p комплексно характеризует высоту и форму неровностей и позволяет судить о фактической площади контакта поверхностей. С параметром p t связаны такие эксплуатационные свойства, как износоустойчивость, контактная жесткость, герметичность. Выбор числовых значений параметров шероховатости (ГОСТ 2789-73) При нормировании параметров a R и z R следует применять в первую очередь предпочтительные значения. Выбор числовых значений параметров шероховатости должен производиться в соответствии с условиями работы изделия. Следует учитывать и возможности обеспечения заданных требований рациональными методами обработки. Повышение этих требований влечет за собой значительное увеличение затрат на обработку, которое может быть оправдано, если будет компенсировано повышением качества изделия. Для каждого допуска размера ( d T ) и формы ( ф T ) можно установить минимальные требования к шероховатости: если ; T , R T , T d a d ф 05 0 6 0 ≤ ⇒ = если d a d ф T , R T , T 025 0 4 0 ≤ ⇒ = ; если . T , R T , T d a d ф 012 0 25 0 ≤ ⇒ = «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 62 Лекция 8. Размерные цепи Основные термины и определения теории размерных цепей. (ГОСТ 16319-80) Для нормальной работы любого механизма необходимо, чтобы составляющие его детали и их поверхности занимали друг относительно друга определенное положение, соответствующее их служебному назначению. При расчете точности взаимного расположения деталей и их поверхностей учитывают взаимосвязь многих размеров. Эту взаимосвязь устанавливают с помощью размерных цепей. Размерной цепью называют совокупность геометрических размеров, расположенных по замкнутому контуру и определяющих взаимное расположение деталей и их поверхностей. Звеньями размерной цепи называются размеры, составляющие размерную цепь. Классификация размерных цепей По области применения: а) конструкторская – решается задача обеспечения точности при конструировании изделий. б) технологическая – решается задача обеспечения точности при изготовлении изделий. в) измерительная – решается задача измерения величин, характеризующих точность изделий. По месту в изделии: а) детальная – определяет точность относительного положения поверхностей или осей одной детали. б) сборочная – определяет точность относительного положения поверхностей или осей деталей, входящих в сборочную единицу. По расположению звеньев: «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 63 а) линейная – звенья цепи являются линейными размерами и расположены на параллельных прямых. B C D E A 0 A 3 A 2 A 1 а) B 1 B 0 B 4 B 3 B 2 A 2 A 0 A 1 1 2 3 4 5 6 7 8 б) Рисунок 8.1 – Схемы размерных цепей; а) – детальная; б) – сборочная б) угловая – звенья цепи представляют собой угловые размеры. в) плоская – звенья расположены произвольно в одной или нескольких параллельных плоскостях. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 64 г) пространственная – звенья расположены произвольно в пространстве. Любая размерная цепь имеет одно исходное (замыкающее) звено и два или более составляющих звеньев. Исходным называют звено, которое определяет функционирование механизма. Размер этого звена указывают в специальных технических требованиях на сборочных чертежах. Это понятие используется при проектном расчете размерной цепи. В процессе обработки или при сборке изделия исходное звено получается обычно последним, замыкая размерную цепь. Такое звено называется замыкающим. Его величина и допуск зависят от величины и точности всех остальных звеньев, называемых составляющими. Составляющие звенья, при увеличении которых увеличивается замыкающее звено, называют увеличивающими (обозначают 1 A ). Составляющие звенья, при увеличении которых, замыкающее звено уменьшается, называется уменьшающими (обозначают 2 A ). Составление размерных цепей При проведении размерного анализа рекомендуется выделять звенья и составлять размерные цепи, руководствуясь следующими рекомендациями: 1. Должна быть четко сформулирована задача, для решения которой рассчитывается размерная цепь. 2. Для выявления исходного звена необходимо установить требования к точности, которым должно удовлетворять изделие или сборочная единица. Правильно составленная размерная цепь должна иметь: - минимум звеньев; - замкнутый контур; - при мысленной разборке звенья сохраняться как размеры конкретных деталей. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 65 Составление и расчет размерных цепей является обязательной частью конструирования и позволяют: - установить количественную связь между размерами деталей машин; - уточнить номинальные значения и допуски взаимосвязанных размеров; - добиться наиболее правильной простановки размеров на чертежах; - определить наиболее рентабельный вид взаимозаменяемости; - определить операционные (промежуточные) размеры. Основное уравнение размерной цепи Для проведения размерного анализа кроме размерной схемы необходимо составить уравнение размерной цепи, вытекающее из условия замкнутости: Если в размерную цепь входит m увеличивающих звеньев и n уменьшающих звеньев, то уравнение линейной размерной цепи имеет вид: ∑ ∑ = = − = n j j m j j A A A 1 1 0 (1) Прямая и обратная задачи При расчете размерных цепей могут решаться две задачи: 1. Определение допуска и предельных отклонений составляющих размеров по заданным номинальным размерам всех звеньев цепи и заданным предельным размерам исходного (замыкающего) звена. (Прямая задача или проектный расчет). 2. Определение номинального размера и допуска замыкающего звена по заданным номинальным размерам и предельным отклонениям составляющих звеньев. (Обратная задача или проверочный расчет). Методы достижения заданной точности исходного звена Существуют следующие методы достижения заданной точности исходного звена (решения размерных цепей): 1. Метод полной взаимозаменяемости (максимума – минимума, предельного суммирования). «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 66 2. Теоретико-вероятностный метод. 3. Метод групповой взаимозаменяемости. 4. Метод регулирования. 5. Метод пригонки. Выбор метода решения размерных цепей При выборе метода решения размерных цепей необходимо учитывать: • Функциональное назначение изделия; • Его конструктивные и технологические особенности; • Стоимость изготовления и сборки; • Эксплуатационные требования; • Тип производства и другие факторы. Заданная точность исходного звена должна достигаться с наименьшими технологическими и эксплуатационными затратами. При прочих равных условиях рекомендуется в первую очередь выбирать такие методы решения размерных цепей, при которых сборка производиться без подбора, пригонки и регулирования, т.е. методы полной взаимозаменяемости и вероятностный. Если применение этих методов экономически нецелесообразно или технически невозможно, следует перейти к использованию одного из методов неполной взаимозаменяемости. При выборе метода расчета цепей можно ориентироваться на среднюю величину допуска составляющих звеньев или среднюю степень точности (квалитет) составляющих звеньев. n m TA A T j c + = 0 (2) ( ) ∑ ∑ + + = + = = n m m m n m j j D D TA i TA a 1 3 0 1 0 001 , 0 45 , 0 (3) «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 67 Метод полной взаимозаменяемости Характеристика. Детали соединяются на сборке без дополнительных операций. Значения замыкающего звена не выходят за установленные пределы. Расчет размерной цепи производится методом максимума – минимума. Преимущества . Простота и экономичность сборки; упрощение организации поточного сборочного процесса; возможность широкого кооперирования. Недостатки. Допуски составляющих звеньев получаются наименьшими из всех методов, что может оказаться неэкономичным. Область применения . В индивидуальном и мелкосерийном производстве, при большей величине допуска на исходное звено и малом числе составляющих звеньев. После составления уравнения размерной цепи (1) и решения его относительно 0 A можно определить предельные размеры замыкающего звена: ∑ − ∑ = = = n j min j m j max j max A A A 1 1 0 (4) ∑ − ∑ = = = n j max j m j min j min A A A 1 1 0 (5) Вычитая почленно из (4) выражение (5) получим формулу для определения допуска замыкающего звена: ∑ + ∑ = = = m j j m j j A T A T TA 1 1 0 (6) ∑ = + = n m j j TA TA 1 0 (7) Анализируя формулу (7) можно сделать следующие выводы: 1. В качестве замыкающего звена при сборке или изготовлении необходимо принимать наименее ответственный размер. 2. Точность замыкающего звена увеличивается с уменьшением допусков составляющих звеньев. 3. Сокращение числа звеньев приводит к повышению точности замыкающего звена; чем меньше число составляющих, тем больше допуски на составляющие «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 68 звенья при той же величине допуска на исходное (замыкающее) звено, тем меньше стоимость изготовления. Если из уравнений (4) и (5) вычесть последовательно уравнение (1), получим выражения для определения предельных отклонений замыкающего (исходного) звена: ( ) ( ) ( ) ∑ − ∑ = = = n i i m i i A EI A ES A ES 1 1 0 (8) ( ) ( ) ( ) ∑ − ∑ = = = n i i m i i A ES A EI A EI 1 1 0 (9) При расчете размерных цепей часто оказывается удобным оперировать не предельными отклонениями ES и EI, а средними отклонениями Е c (рис. 8.2). T 0 + - E c T ES EI EI ES ES EI E c E c 0 Рисунок 8.2 – Схема определения координаты середины поля допуска 2 EI ES E c + = (10) Сложив почленно уравнения (8) и (9) и учитывая (10) получим среднее отклонение поля замыкающего звена. ( ) ( ) ( ) i n i c i m i c c A E A E A E ∑ − ∑ = = = 1 1 0 (11) Решение прямой задачи Такая задача встречается гораздо чаще. Она наиболее важна, поскольку конечная цель расчета допусков составляющих размеров при заданной точности |