Взаимозаменяемость 2009. Взаимозаменяемость
 Скачать 2.22 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) Голыгин Н.Х., Педь СЕ. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 200200 – “Оптотехника” Москва МИИГАиК 2009 г. ∅ 8 0 4 î ò â , 6 + 0 , 1 Ú 0 , 1 à À à Ø 0 , 0 5 À À Á 0 , 1 Á УДК 621.735.1 (075) ББК 30 Б 33 Рецензенты докт. техн. наук В.Г. Лысенко (ВНИИМС), канд. техн. наук Ю.В. Федоров (СПбГУ ИТМО), канд. техн. наук А.В. Новожилов (МИИГАиК) Голыгин Н.Х., Педь СЕ Взаимозаменяемость. Учеб. пособие для вузов. – М МИИГАиК, 2009.- 183 сил В учебном пособии изложены теоретические основы взаимозаменяемости, приведены основные сведения о допусках различных деталей и посадках их соединений, нормирование точности предельных размеров, отклонений формы и расположения поверхностей, рассмотрены вопросы построения размерных цепей, шероховатости поверхности, примеры выполнения контрольных и расчетно-графической работ. Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплины Основы взаимозаменяемости, Взаимозаменяемость, Взаимозаменяемость и технические измерения, Метрология, стандартизация и сертификация. Данное пособие может быть полезно для конструкторов, технологов и метрологов в приборостроении и машиностроении. ББК 30 Голыгин Н.Х., Педь СЕ МИИГАиК, 2009 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Важнейшим показателем качества изделия в приборостроении и машиностроении является точность всех его составных частей, при этом точность изготовления деталей существенно влияет на функционирование изделия, его выходные характеристики, долговечность, надежность и др. Повышение точности изготовления деталей улучшает их качество, но при этом увеличивается и стоимость изготовления изделия в целом. Кроме того, современное производство отличается высокой производительностью, отдельные детали и узлы могут изготавливаться не только на одном заводе, но иногда даже в разных городах и странах. Такие возможности обеспечиваются наличием соответствующей документации, позволяющей обеспечить взаимозаменяемость, как отдельных деталей, таки изделия в целом. Основной целью изучения дисциплины Взаимозаменяемость является приобретение студентами навыков простановки на чертежах отклонений размеров, формы и расположения отдельных поверхностей, указание норм шероховатости поверхности в соответствии с требованиями ГОСТов, а также умение читать чертежи и выполнять необходимые расчеты. Настоящее учебное пособие дополняет учебное пособие Взаимозаменяемость. Практикум [2], позволяет выполнить расчет допусков и посадок разными методами, в нем также приведен пример выполнения расчетно-графической работы, связанной с расчетом и выбором допусков и посадок, в том числе подшипников качения, размерных цепей, и расчетом узла приборного редуктора, и рассчитанной на самостоятельное ее выполнение. В учебном пособии даны примеры решения двух контрольных работ, которые студенты выполняют вовремя изучения данного курса. 4 1. Теоретические основы взаимозаменяемости 1.1. Общие сведения Взаимозаменяемостью – называется принцип нормирования требований к размерам деталей, узлов и механизмов, используемый при конструировании, благодаря которому представляется возможным изготавливать их независимо и собирать или заменять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию в целом. Взаимозаменяемость находится на стыке таких сфер деятельности, как конструирование, изготовление и контроль различных параметров деталей, узлов и механизмов. Основным назначением взаимозаменяемости является обеспечение необходимого качества серийного производства с минимальными затратами. Широкое распространение взаимозаменяемости в производстве определяется следующими причинами основные достоинства взаимозаменяемости - обеспечение процесса конструирования, - обеспечение специализации и кооперации, - удешевление производства, - возможность поточного производства, - упрощение процесса сборки и ремонта, - гарантированное качество продукции. В процессе производства невозможно, а иногда и ненужно, изготовить элементы деталей, узлов и механизмов точно. Это объясняется наличием погрешности обработки ∆ q , которая характеризуется - состоянием оборудования и технологической оснастки, - режимами обработки, - качеством заготовок (неоднородность материала и неодинаковость припуска на обработку, - температурными условиями, - упругими деформациями, возникающими в системе СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь, - квалификацией и ошибками рабочего. На рис. 1 показано влияние некоторых технологических погрешностей на точность обработки диаметра наружной поверхности при токарной обработке. Для обеспечения выполнения принципов взаимозаменяемости в технической документации на деталь или изделие должны задаваться требования, ограничивающие возможные погрешности производства. Такие требования задаются в виде допуска Т, при этом погрешность всего множества экземпляров деталей или изделий, изготовленных поданной документации, не должна превышать Т ( ∑∆ q ≤ Т. Для обеспечения геометрической точности элементов деталей необходимо задавать требования точности (допуски) по четырем параметрам точность размера, точность геометрической формы, точность расположения поверхностей детали и шероховатость поверхностей детали. Рисунок 1. Зависимость погрешности изготовления детали 1 – упругие деформации инструмента, детали, станка, 2 – износ инструмента, 3 – температурная деформация станка, Σ – суммарное влияние на точность изготовления диаметра Между двумя характеристиками точности допуском и погрешностью существует принципиальное различие. Допуск выражает требование к точности всего множества образцов одного вида изделий, изготовленных поданной документации, независимо от времени и места производства, а погрешность – это вспомогательная характеристика точности, которая отражает результаты измерений единичного образца. Поэтому различают нормированную и действительную точности. Нормированная точность – совокупность допусков, оформленная в стандартной системе, проставляется в технической документации. Действительная точность – совокупность всех действительных отклонений параметров данного образца изделия, определенных в результате измерений. Этот вид точности устанавливается при доводке изделия по результатам испытаний и контроля. Действительная точность фиксируется в акте испытаний, в паспорте или формуляре. 1.1. Виды взаимозаменяемости Можно выделить несколько видов взаимозаменяемости по различным классификационным признакам. Полная взаимозаменяемость – позволяет производить беспригоночную сборку, при этом обеспечиваются работоспособность изделия и соблюдаются все технические требования к нему. Σ 2 1 3 Δ Ф t ∅ Неполная взаимозаменяемость – готовое изделие получают без доработки, а для обеспечения выходных характеристик возможны дополнительные операции (компенсация погрешностей, селективная сборка. Например, при сборке подшипников качения с кольцами определенных размеров подбирают шарики и ролики также определенных размеров. Если разобрать несколько подшипников и перемешать их детали, а затем снова их собрать, то, скорее всего, не все из них будут удовлетворять техническим требованиям. Размерная взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость по геометрическим параметрам. Параметрическая взаимозаменяемость – относится к устройствам, в которых эксплуатационные свойства характеризуются оптическими, электрическими и другими физическими параметрами. Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость по выходным данным узла – его присоединительным размерам или эксплуатационным параметрам. 1.2. Основные понятия о размерах, отклонениях и допусках Дадим определения основных понятий, принятых для нормирования точности размеров в приборо- и машиностроении. Размер – числовое значение линейной величины в выбранных единицах измерений (м, мм, мкм. Действительный размер – размер элемента, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Истинный размер – размер детали, полученный в результате обработки, его значение неизвестно, так как невозможно измерить без погрешности. Предельные размеры наибольший) и D min (наименьший) – два предельно допустимых размера, между которыми находится действительный размер или которым он может быть равен. Размер годного элемента детали должен находиться между наибольшими наименьшим предельными размерами. В этом заключается принцип нормирования точности размеров. Номинальный размер н – размер, относительно которого определяются отклонения. Его получают в результате расчетов (прочностных, кинематических и др) или из опытных данных и округляют до стандартного значения. Номинальный размер указывается на чертеже. Значение номинального размера выбирают из рядов предпочтительных чисел, которые представляют собой геометрические прогрессии со знаменателями 5 10 , 10 10 , 20 10 , 40 10 . Эти ряды имеют следующие обозначения R5 ( 5 10 ), R10 ( 10 10 ), R20 ( 20 10 ), R40 ( 40 10 ). Например, ряд R5 имеет знаменатель геометрической прогрессии 1,6 и значения номинальных размеров (в мм) принимаются равными 10, 16, 25, 40 и т.д. Отклонение – алгебраическая разность между предельным или действительными номинальным размерами. Верхнее отклонение (ES – для отверстий, es – для валов - алгебраическая разность между наибольшим предельными номинальным размерами. Нижнее отклонение (EI – для отверстий, ei – для валов - алгебраическая разность между наименьшим предельными номинальным размерами. Особенностью отклонений является наличие знака (+) или (-), так как предельные размеры могут быть больше или меньше номинальных. Допуск Т – разность между наибольшими наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхними нижним отклонениями. Допуск не имеет знака. На рис. 2 показано графическое представление размеров и отклонений на схемах. Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения. Поле допуска – поле, ограниченное наибольшими наименьшим предельными размерами и определяемое значением допуска и его положением относительно номинального размера. Это более широкое понятие, чем допуск. Основное отклонение – то, которое ближе к нулевой линии. Оно определяет положение поля допуска относительно нулевой линии. Если отклонения одинаковы ( ±), то основным может быть любое. Основное отклонение зависит только от номинального размера. Рисунок 2. Графическое изображение поля допуска вала на схеме 1.2. Основные понятия о посадках При создании различных механизмов возникает необходимость в соединении двух или более деталей. Такое соединение получило название – посадка, а детали, участвующие в нем, – вали отверстие. Вал – название наружных элементов деталей, ограниченных цилиндрической поверхностью или параллельными плоскостями. 0 0 Í î ì è í à ë ü í û é ð à ç ì å ð Ì è í è ì à ë ü í û é ð à ç ì å ð Ì à ê ñ è ì à ë ü í û é ð à ç ì å ð D í D m a x D m i n e i e s Í ó ë å â à ÿ ë è í è ÿ Ï î ë å ä î ï ó ñ ê à Отверстие – название внутренних элементов деталей, ограниченных цилиндрической поверхностью или параллельными плоскостями. Посадка – характер соединения деталей, определяемый значениями получающихся в ней зазоров и натягов. Зазор – разность размеров отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала. Натяг – разность размеров отверстия и вала до сборки, если размер вала больше размера отверстия. В зависимости от возможности взаимного перемещения деталей в посадке последние делятся натри вида посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки. Посадка с зазором – посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, те. наименьший предельный размер отверстия больше или равен наибольшему предельному размеру вала. Поле допуска отверстия всегда расположено над полем допуска вала (рис. Посадка с зазором характеризуется значениями наибольшего S max и наименьшего S min зазоров. Посадки с зазором применяются в случаях необходимости относительного смещения сопрягаемых деталей. Рисунок 3. Графическое изображение посадки с зазором Посадка с натягом – посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, те. наибольший предельный размер отверстия меньше или равен наименьшему предельному размеру вала. Поле допуска отверстия всегда расположено под полем допуска вала (рис. Посадка с натягом характеризуется значениями наибольшего N max и наименьшего N min натягов. Посадки с натягом применяются при необходимости неподвижного соединения без дополнительного закрепления сопрягаемых деталей. S m i n S m a x Î ò â â à ë 0 0 9 Рисунок 4. Графическое изображение посадки с натягом Переходная посадка – посадка, при которой в соединении может получиться как зазор, таки натяг в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. Поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично (рис. Переходная посадка характеризуется возможными значениями наибольших зазора S max и натяга N max . Переходные посадки применяются вместо посадок с натягом, если при эксплуатации необходимо проводить разборку и сборку механизма. Переходные посадки обычно требуют дополнительного крепления. Рисунок 5. Графическое изображение переходной посадки Посадки с одинаковыми зазорами и натягами можно получить при различных положениях полей допусков отверстий и валов. Для ограничения количества различных сочетаний полей допусков отверстий и валов сформулированы понятия посадок в системе отверстия или системе вала. Принципиальный подход заключается в том, что при образовании всех трех видов посадок поле допуска отверстия (система отверстия) или вала (система вала) принимает постоянное положение, причем одно из предельных отклонений совпадает с нулевой линией. Такие отверстия и валы называются основными. N m i n N m a x Î ò â â à ë 0 0 N m a x S m a x 0 0 Î ò â Â à ë Основной вал – термин применяется для обозначения наружных элементов деталей (охватываемых, включая и нецилиндрические элементы, при этом верхнее отклонение равно нулю. Основное отверстие – термин применяется для обозначения внутренних элементов деталей (охватывающих, при этом нижнее отклонение равно нулю. Посадки в системе отверстия – посадки, в которых зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с одним полем допуска основного отверстия (риса. Посадки в системе вала – посадки, в которых зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с одним полем допуска основного вала (рис. б. Наиболее часто по технологическими экономическим соображениям используется система отверстия. Поле допуска Поле допуска для посадки с натягом посадки с зазором Поле допуска для переходной посадки Поле допуска для переходной посадки Поле допуска для посадки Поле допуска для с зазором посадки с натягом Рисунок 6. Графическое изображение полей допусков отверстий и валов в посадках в системе отверстия (аи системе вала (б) 1.5. Модели взаимозаменяемости технических устройств Наиболее полно принцип взаимозаменяемости может быть описан его математической моделью, графическая интерпретация которой показана на рис. 7 [13]. Различают два вида коэффициента преобразования 1) х х вх вых К = - уравнение является исходными выражает целевое назначение вал вал вал вал Отв Отв Отв Отв 11 X вх Х вых ………… №1 №2 №n Комплекты деталей (сборочные единицы) Рисунок 7. Модель взаимозаменяемости Х вх – входное воздействие на техническое устройство изделие, Х вых – выходной параметр основная эксплуатационная характеристика, q i – параметры деталей (сборочных единиц, Т – допуск, равный ES - EI 2) К 1 = ) - уравнение реализуется при производстве изделия для обеспечения заданного в технической документации значения К. Пример 1. Механическое устройство – редуктор. Здесь входной величиной Х вх = ω 0 является угловая скорость ведущего вала, выходной величиной является угловая скорость ведомого вала Х вых = в. Тогда К = х х вх вых = i - передаточное отношение, характеризующее целевое назначение редуктора, по нему выполняется расчет при проектировании и задается в ТУ значение i. К = f(d 0 ,Р,А,….) – передаточное отношение как функция параметров g i зубчатых колеси зацепления в целом (диаметр основной окружности, окружной шаг, межцентровое расстояние и т.д.), при этом кинематическая точность определяется условием Т = F(T d0 , T p , T A ). Пример 2. Оптический микрометр с плоскопараллельной пластинкой. Схема микрометра с плоскопараллельной пластинкой (ППП) показана на рис. 8. Принцип действия микрометра с ППП основан на том, что при повороте пластинки на угол Уза счет смещения винта 6 на величину У изображение шкалы 1, построенное объективом 2, смещается в плоскости сетки 4 на величину У. При этом входом является вращение рукоятки, совмещенной со шкалой 7, выходом – смещение изображения шкалы 1 (У. К n ) ∆ q1 ≤T q1 ∆ q2 ≤T q2 ∆ qn ≤T qn Передаточное отношение равно х у К 7 , 1 = |