5-лекция. Лекция понятие о взаимозаменяемости
 Скачать 186.13 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ – 5. ПОНЯТИЕ О ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ Основные понятия о взаимозаменяемости и системах допусков и посадок Основными понятиями о взаимозаменяемости являются понятия о ее разновидностях, о размерных параметрах деталей, об обоснованных величинах допусков на изготовление деталей и о характере посадок при образовании соединений. Виды взаимозаменяемости Взаимозаменяемость - пригодность одного изделия для использования вместо другого изделия в целях выполнения одних и тех же требований. Взаимозаменяемость обеспечивается изготовлением деталей и сборкой узлов и изделий с требуемой точностью их геометрических, механических, физических и других параметров. Действительные значения геометрических, физических, механических и других параметров детали или узла могут отличаться от расчетных в результате влияния многих факторов, сопутствующих процессу обработки детали или сборки узла. Поэтому следует различать нормированную точность деталей, узлов и изделий, то есть совокупность допустимых отклонений от расчетных значений параметров, и действительную точность, то есть совокупность действительных отклонений, определенных в результате измерения изготовленных деталей, узлов и изделий. Степень приближения действительных значений параметров (например, геометрических) к требуемым значениям называется точностью изготовления. Разность между действительным и заданным значением параметра называется погрешностью. Благодаря взаимозаменяемости достигается возможность бес пригоночной сборки изделий, детали и узлы которых изготавливаются независимо друг от друга как на одном, так и на различных предприятиях. Взаимозаменяемость может быть полной и неполной. Полная взаимозаменяемость обеспечивается при выполнении параметров деталей с точностью, позволяющей производить беспригоночную сборку. При полной взаимозаменяемости упрощается процесс сборки – он сводится к простому соединению деталей. Полную взаимозаменяемость целесообразно применять для деталей, изготавливаемых с допусками не выше 6 квалитета и для сборочных единиц, состоящих из небольшого числа деталей. При неполной взаимозаменяемости допускается групповой подбор деталей (селективная сборка), применение компенсаторов, регулирование положения некоторых частей прибора или машины, пригонку и другие дополнительные мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц и изделий. Номинальный, действительный, предельный размеры и предельные отклонения В процессе конструирования определяются линейные и угловые размеры детали, характеризующие ее величину и форму. На чертеже детали проставляются все размеры, необходимые для ее изготовления и контроля. Размеры, непосредственно или косвенно влияющие на эксплуатационные показатели машин или служебные функции узлов и деталей, называются функциональными. Размер, определенный из функционального назначения детали или узла, называется номинальным размером соединения. Номинальные размеры тел вращения (диаметры) принято обозначать: для отверстия – D, для вала – d. Номинальный размер является общим для обеих деталей, образующих соединение, то есть d = D. Обычно номинальный размер является целым числом и выражается в мм. Требуемые размеры деталей в производственных условиях не могут быть выполнены абсолютно точно. Действительный размер – размер элемента, установленный измерением с допустимой погрешностью. Разность между действительным и заданным размерами называется погрешностью размера. Для ограничения значений действительного размера устанавливают предельные размеры детали. Предельными размерами называются наибольшее и наименьшее допустимые значения размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер. Больший из них называется наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Обозначают их Dmax и Dminдля отверстия; dmax и dmin для вала. На чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения от номинального размера. Различают верхнее ES, es и нижнее EI, ei предельные отклонения. Верхнее предельное отклонение ES, es – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами, то есть (рис. 5.1): ES = Dmax – D – для отверстия; es = dmax – d – для вала. Нижнее предельное отклонение EI, ei – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами, то есть (рис. 5.1): EI = Dmin – D – для отверстия; ei = dmin – d – для вала, где D (d) – номинальный размер соединения.   (d) Рис. 5.1. Предельные размеры и предельные отклонения вала и отверстия. При обработке каждая деталь приобретает свой действительный размер и может быть оценена как годная, если он находится в интевале предельных размеров, или забракована, если действительный размер вышел за эти границы. Условие годности деталей может быть выражено следующим неравенством: Dmin (dmin) ≤ D(d) ≤ Dmax (dmax). На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без указания единицы измерения, например:  ;  ;  ;  ;  .угловые размеры и их предельные отклонения – в градусах, минутах или секундах с указанием единицы, например: 53048. Предельные отклонения в таблицах допусков указывают в микрометрах. При равенстве абсолютных значений отклонений их указывают один раз со знаком рядом с номинальными размерами, например: 60 0,2; 120 5. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, наносят только одно отклонение – положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения. Если количество десятичных знаков верхнего и нижнего отклонений не одинаково, то выравнивание производят добавлением нулей. На чертежах соединения рядом с номинальным размером проставляют дробь, в числителе которой указывают предельные отклонения охватывающего размера (диаметра отверстия), а в знаменателе – охватываемого размера (диаметра вала), например: 180  .Понятие допусков и посадок Допуском размера Т называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или же алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями. Допуск всегда положителен. Допуск является мерой точности размера. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, то есть заданную точность изготовления. Чем меньше допуск, тем меньше допустимое колебание действительных размеров, тем выше точность детали и, как следствие, увеличивается трудоемкость обработки и ее себестоимость. Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним предельными отклонениями: TD = Dmax – Dmin = |ES – EI|– для отверстия; Td = dmax – dmin = |es – ei|– для вала. С целью упрощения и наглядности допуски на размеры деталей можно показывать схематически, в виде полей допусков, без изображения самих деталей (рис.5.2). Поля допусков определяются значением допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении (рис. 5.2) поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.  Рис. 5.2. Графическое изображение полей допусков. 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. Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых друг с другом деталей называют сопрягаемыми. Если детали соединения не имеют взаимного охвата, то сопрягаемые поверхности являются лишь присоединительными. 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. В соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности. Для гладких цилиндрических и конических деталей охватывающая поверхность называется отверстием, охватываемая – валом, а соответствующие размеры – диаметром отверстия и диаметром вала. Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей называют допуском отверстия TDи допуском вала Td. 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 посадка может быть: с зазором (рис.5.3, а), с натягом (рис.5.3, б) или переходной (рис. 6.3, в), в которой возможно наличие как зазора, так и натяга.  а) б) в) Рис. 5.3. Расположение полей допусков отверстия 1 и вала 2 в посадках: а) с зазором; б) с натягом; в) в переходных. Зазор S– разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей. Наибольший зазор: Smax = Dmax – dmin, наименьший - Smin = Dmin – dmax. Натяг N – разность диаметров вала и отверстия до сборки при размере вала, большем размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки. Наибольший натяг Nmax = dmax – Dmin, наименьший - Nmin = dmin – Dmax. Посадка с зазором – посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис.5.3, а). К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, то есть Smin = 0. Посадка с натягом – посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия, рис.5.3, б). Переходная посадка – посадка, при которой возможно наличие как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис.5.3, в). Допуск посадки – разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора TS в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск натяга TN в посадках с натягом): TS = Smax – Smin; TN = Nmax – Nmin. В переходных посадках допуск посадки – сумма наибольшего натяга и наибольшего зазора, взятых по абсолютному значению. Для всех типов посадок допуск посадки численно равен сумме допусков отверстия и вала, то есть TS(TN) = TD + Td. Посадки обозначаются следующим образом, например: 40  , где 40 – номинальный размер соединения; в числителе дроби указано предельное отклонение охватывающего размера, а в знаменателе – охватываемого размера.Посадки с зазором Посадки с зазором (с основными отклонениями G, g – d) применяют в резьбовых соединениях, работающих при высокой температуре, для облегчения сборки и разборки или для повышения усталостной прочности резьбовых соединений. Посадки с нулевым зазором (с основными отклонениями H и h) обеспечивают высокую определенность характера соединения и повышенную точность центрирования, но затрудняют свинчиваемость деталей и не могут применяться для резьбы с антикоррозионными покрытиями. Для получения посадок с зазором в резьбовых соединениях предусмотрено пять основных отклонений (d, e, f, g, h) для наружной и четыре (E, F, G, H) для внутренней резьбы. Расположение полей допусков и основных отклонений для всех диаметров резьбы показано на рисунке 5.4.  а) б) Рис.5.4. Предельные контуры резьбового соединения (а) и основные отклонения диаметров резьбы (б). Поля допусков степеней точности 7 и 8 применяют для крепежных соединений повышенной и средней точности. Поля допусков степени точности 6 применяют при больших статических нагрузках и повышенных требованиях к плотности соединений, а также при малой длине свинчивания (дизеле- и приборостроение, станки высокой точности, пневматические машины). Поля допусков степени точности 4 применяют для ответственных деталей, в соединениях с натягами, в точных винтовых механизмах. Поля допусков отдельных диаметров резьбы обозначают цифрой, показывающей степень точности, и буквой, присвоенной основному отклонению. Например, запись 6g означает поле допуска болта степени точности 6 с основным отклонением g; 7Н – поле допуска гайки степени точности 7 с отклонением Н. Обозначение поля допуска резьбы состоит из обозначения поля допуска среднего диаметра резьбы (всегда на первом месте) и обозначения поля допуска наружного диаметра для наружной резьбы или внутреннего – для внутренней резьбы. Например, запись 7h6g означает, что приняты поля допусков: 7h для d2 и 6g для d. Если на оба диаметра резьбы установлены одинаковые поля допусков, то в условном обозначении символы не повторяются. Например, запись 7Н означает, что на диаметры резьбы гайки D2 и D1 установлены одинаковые поля допусков. Поле допуска резьбы указывают через тире после размера (например, болт М12-6g; гайка М12-6Н; болт М12´1-6g; гайка М12´1-6Н). Посадки резьбовых деталей обозначают дробью, в числителе которой указывают поле допуска гайки, а в знаменателе – поле допуска болта, например, М12-  .На выбор степени точности резьбы оказывает влияние длина свинчивания. Длины свинчивания резьбовых деталей подразделяют на три группы: малые S, нормальные N, большие L. Диапазон нормальных длин свинчивания находится в пределах (2,24 – 6,7)×P×d0,2. Если длина свинчивания отличается от нормальной, то ее указывают в обозначении резьбы, например, М12-  -30, где 30 – длина свинчивания, мм.Если диаметр резьбы менее 1 мм, то обозначается резьба следующим образом: на первом месте указывается поле допуска среднего диаметра (степень точности и основное отклонение); на втором – степень точности диаметра d или D1, например, М 0,5–5h3; М 0,5–4Н5; М 0,5 -  .Посадки с натягом Посадки с натягом должны обеспечивать неподвижность собранных деталей, исключающую самоотвинчивание резьбового соединения. Примером может служить посадка резьбы шпилек в разнообразные корпусные детали. Шпилька должна быть ввинчена в корпус настолько туго, чтобы было исключено ее проворачивание при затяжке в процессе сборки и эксплуатации или при отвинчивании гайки, соединенной с другим концом шпильки. Кроме того, посадки с натягом (а также и переходные посадки) применяют в крепежных соединениях, работающих при ударах, вибрациях, колебаниях температуры, для центрирования деталей на резьбе и т.д. Натяги создаются только по боковым сторонам профиля, то есть по средним диаметрам сопрягаемых деталей, а по наружным и внутренним диаметрам предусматриваются зазоры. Резьбовые соединения с натягом требуют ограничения допусков на диаметры d2 и D2, а следовательно, и допуска натяга. При больших допусках сочетание размеров, создающее наименьший натяг, не гарантирует от проворачивания шпильки; при наибольшем натяге возможно разрушение шпильки или срез резьбы гнезда. В связи с этим, для резьб с натягом допуск на средний диаметр резьбы для гнезд установлен по степени точности 2, для шпилек – по степеням точности 3 и 2. Для обеспечения более однородного натяга и повышения прочности соединений резьбовые детали сортируют на группы, а затем собирают из одноименных групп (селективная сборка). Посадки с натягом по среднему диаметру предусмотрены только в системе отверстия. При этом допуски среднего диаметра резьбы не включают диаметральных компенсаций отклонений шага и угла наклона боковой стороны профиля. Предельные отклонения внутреннего диаметра наружной резьбы не установлены – их ограничивают положением поля допуска среднего диаметра и предельными отклонениями формы впадин наружной резьбы. Верхнее отклонение наружного диаметра внутренней резьбы также не регламентировано. Расположение полей допусков наружной и внутренней резьбы с натягом показано на рисунке 5.5. Как видно из этого рисунка, поле допуска среднего диаметра внутренней резьбы устанавливается обычно 2Н. На наружной же резьбе по среднему диаметру предусмотрено три варианта расположения полей допусков, назначаемых в зависимости от материала деталей с внутренней резьбой (корпусов).   0 а) б)  0 в) г) Рис.5.5. Расположение полей допусков наружной (а), (в) и внутренней (б), (г) резьбы с натягом. В корпусах из чугуна и алюминиевых сплавов назначают поле допуска 2r. Сборка осуществляется без групповой сортировки деталей и относительно двух других вариантов имеет наибольший разброс действительных значений получающихся натягов. При необходимости получить на тех же материалах более стабильные по качеству соединения резьбу шпилек изготавливают с полем допуска 3р, сортируют готовые детали по действительному размеру среднего диаметра на две группы с последующей сборкой одноименных групп. Корпуса из стали или высокопрочных и титановых сплавов требуют еще большей однородности соединений, что обеспечивается выполнением резьбы шпилек с полем допуска 3n и последующей сортировкой обеих деталей на три группы. Для резьбы с натягом установлены допускаемые отклонения половины угла профиля и шага резьбы шпилек и гнезд на длине свинчивания. Отклонения угла профиля и шага резьбы контролируют только у шпилек, для гнезд эти отклонения обеспечивают при изготовлении резьбообразующего инструмента соответствующей точности. На качество резьбовых соединений с натягом влияют также отклонения формы резьбовых деталей. Отклонение формы наружной и внутренней резьбы, определяемое разностью между наибольшим и наименьшим действительными средними диаметрами, не должно превышать 25% допуска среднего диаметра. Обратная конусность, то есть уменьшение диаметра от торца шпильки к середине ее длины не допускается. Точность формы резьбы гнезд обеспечивается технологически и непосредственному контролю не подлежит. Метрическая резьба с натягом обозначается следующим образом: например, М12-3р (2) – для шпилек; М12-2Н5D (2) – для гнезд; М12-  - для посадки.Поле допуска наружного диаметра наружной резьбы в обозначении не указывают; дополнительно в скобках указывают число сортировочных групп. Переходные посадки Переходные посадки, по сравнению с посадками с натягом, имеют существенные преимущества, поскольку допускают сборку без сортировки по среднему диаметру резьбы и процесс сборки осуществляется с меньшими усилиями. Неподвижность и прочность соединения в переходных посадках обеспечивается за счет применения дополнительных элементов заклинивания, например, конического сбега резьбы, плоского бурта или цилиндрической цапфы, упирающейся в дно отверстия. Поля допусков средних диаметров наружной и внутренней резьбы в соединениях с переходными посадками перекрываются (рис.5.6), что обеспечивает возможность получения как небольших натягов, так и небольших зазоров.  а) б)   0 в) г) Рис.5.6. Расположение полей допусков наружной (а), (в) и внутренней (б), (г) переходной резьбы. Переходные посадки обозначаются сочетанием полей допусков 4jh, 4j,4jk, 2m наружной резьбы с полями допусков 4Н6Н, 4Н6Н, 5Н6Н, 3Н6Н соответственно внутренней резьбы, например:  ;  и т.д. Допускается также применение переходных посадок, образованных сочетанием полей допусков 3p и 3n без сортировки с полями допусков 2H5D или 2H5C. |