Метрология. Основные понятия и определения: номинальный размер, предельные размеры, предельные отклонения, допуск, посадка, зазор, натяг
Номинальным размером называется основной размер, определенный исходя из функционального назначения детали и служащий началом отсчета отклонений.
Действительным размером называется размер, полученный в результате непосредственного измерения с допустимой погрешностью.
Предельными размерами называют два предельных значения размера, между которыми должен находится действительный размер.
Допуском размера , называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Величина допуска обозначается в десятых, сотых долях миллиметра, микрометрах (0,001 мм). Допуск указывают в виде двух отклонений от номинального: верхнего и нижнего.
Верхним предельным отклонением называется разность между наибольшим предельным размером и номинальным, а нижним предельным отклонением – разность между наименьшим предельным размером и номинальным.
Чем меньше допуск, тем сложнее изготовить деталь.
При графическом изображении допусков пользуются нулевой линией.
Нулевой линией называется линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения.
Полем допуска называют интервал значений размеров, ограниченный предельными размерами. Зависит от класса точности.
На чертежах номинальный размер обозначается целыми числами, а отклонения в виде десятичной дроби проставляются от номинального размера одно над другим:
Верхнее – вверху, нижнее – внизу. Перед цифрой положительного отклонения ставится знак +, отрицательного -. Если отклонения одинаковы по значению, но различны по знаку ставится одна цифра перед знаками + .
Зазоры и натяги.
Зазором называется положительная разность между размерами отверстия и вала
Создающую свободу относительного перемещения сопрягаемых деталей.
Натягом называется положительная разность между диаметрами вала и отверстия до сборки деталей обеспечивающая неподвижность соединения сопрягаемых деталей.
Посадки.
Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров и натягов.
В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки подразделяются на три группы:
С зазором (подвижные), при которых обеспечивается зазор в соединении.
С натягом (неподвижные), при которых обеспечивается натяг в соединении.
Переходные, при которых соединения могут осуществляться как с зазором, так и с натягом.
Кроме допусков размера вала и отверстия, существует также допуск посадки.
Допуском посадки - называется разность между наибольшим и наименьшим зазорами (в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим натягами (в посадках с натягом).
В переходных посадках допуск посадки равен разности между наибольшим и наименьшим натягами или сумме наибольшего натяга и наименьшего зазора.
НЕПОДВИЖНЫЕ ПОСАДКИ характеризуются наличием гарантированного натяга.
Легкопрессовая посадка Пл применяется в тех случаях, когда требуется возможно более прочное соединение, и в то же время недопустима сильная запрессовка из-за ненадежности материала или из-за опасения деформировать деталь. Такая посадка осуществляется под легким давлением пресса.
Прессовые посадки Пр3, Пр2, Пр1 как правило, являются неразъёмными, так как распрессовка и запрессовка вновь ведут к нарушению посадки.
Прессовая посадка Пр применяется для прочного соединения деталей. Эта посадка осуществляется под значительным усилием пресса.
Горячая посадка Гр применяется в соединениях которые никогда не должны разбираться, для получения такой посадки деталь нагревают до 400-500 градусов, после чего производится насадка на вал.
ПОДВИЖНЫЕ ПОСАДКИ характеризуются наличием гарантированного зазора.
Скользящая посадка С применяется для соединения деталей, которые при наличии смазки могут перемещаться относительно друг друга, но имеют точное направление.
Посадка движения является самая точная из подвижных посадок, она имеет малый гарантированный зазор, что создает хорошее центрирование деталей и отсутствие ударов при перемене нагрузки.
Посадка ходовая Хприменяется при соединении деталей, которые работают при умеренных и постоянных скоростях и при безударной нагрузке.
Легкоходовая посадка имеет относительно большие зазоры и применяется для подвижных соединений при тех же условиях, что и ходовые, но при большей длине втулки или большем количестве опор, а также при скоростях свыше 1000 об/ мин.
Широкоходовая посадка Ш является сомой свободной и имеет самый большой зазор,.применяется для соединения деталей, работающих с большими скоростями, при этом допускается неточное центрирование.
Посадки тепловые ходовые ТХ применяются для соединения деталей, работающих при высокой температуре.
ПЕРЕХОДНЫЕ ПОСАДКИ не гарантируют натяга или зазора. Чтобы повысить степень неподвижности деталей, применяются дополнительные крепления винтами штифтами.
Плотная посадка П применяется для соединения таких деталей, которые собирают и разбирают в ручную или при помощи деревянного молотка. Детали, требующие точной центровки.
Напряженная посадка применяется для соединения таких деталей, которое при работе должны сохранять свое положение и могут быть собраны и разобраны без значительных усилий с помощью молотка или съемника. Детали закрепляют шпонками или стопорными винтами.
Тугая посадка Т применяется аналогично глухой посадке, но при менее прочном материале деталей или более частой сборке узлов, а также при длине втулки более 1,5 диаметра или более тонких стенках втулки.
Глухая посадка Г применяется при соединении деталей, которые должны быть связаны прочно и могут быть разобраны при значительном давлении. При таком соединении детали дополнительно крепятся шпонками, стопорными винтами. Осуществляется эта посадка сильными ударами молотка.
Система допусков и посадок.
Совокупность допусков и посадок обеспечивающих замену деталей. Подразделяется на систему отверстия и систему вала.
В системе отверстия – нижнее отклонение равно 0.
В системе вала – верхнее. На чертежах: 25
П-плотная посадка 2а – класс точности;
В система вала, 3 – класс точности
А система отверстия
Трубопроводы.
Служат для транспортирования жидкостей и газов.
В зависимости от транспортируемых продуктов подразделяются на нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, паропроводы, глинопроводы, воздухопроводы;
В зависимости от характера транспортируемой среды делятся на три основных группы: АБВ, а в зависимости от рабочих параметров среды (давления и температуры) на 5 категорий: I,II,III,IV,V.
А-продукты с токсическими свойствами
Б – горючие и активные газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости (бензин, нефть, газ);
В – перегретый водяной пар; негорючие газы, жидкости и пары, вода, воздух, инертные газы, рассол
Давление до16 ат, 16-25, 25-63, больше 63. (5-1гр.)
Температура минус 40 до плюс 120, 120 до 150, 250-350,350-400. (5-1гр.)
По рабочему давлению на трубопроводы высокого давления (6,4 мПа), среднего (1,6 мПа),и низкого (0,6 мПа).
По способу прокладки - на подземные, наземные и подводные.
По функции - напорные, межплощадочные, манифольды, раздаточные и сборные коллекторы, вводы, внутренние, сбросные, продувочные, дренажные.
Устройство трубопроводов.
Общими элементами для каждого трубопровода являются: трубы, соединения труб между собой, компенсаторы, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы и предохранительные приспособления, переходы, отводы.
При сооружении нефтепромысловых трубопроводов применяют стальные трубы из малоуглеродистой и низколегированной стали, обладающие хорошей свариваемостью. Они бывают бесшовными, эл.сварными со швом и спирально-шовные.
Для токсических группы А – бесшовные, изготовленные из слитка.
Для сжиженных углеводородов бесшовные горяче- и холоднодеформированные.
Трубы должны быть испытаны на заводе пробным давлением.
Электросварные со спиральным швом можно для категории Б.
Из углеродистой стали - для категории В.
Фланцы . Согласно правилам уплотнительные поверхности:
Гладкая – до 25 ат.
Выступ-впадина больше 25 ат.
Под линзовую или овальную прокладку более 63 ат.
Для трубопроводов гр. А и Б первой категории не допускаются гладкие.
Шпильки. Твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек на 10-15 НВ. До16 ат и Тдо200гр. Можно без термообработки.
Соединения: на сварке (неразъёмные) и при помощи фитингов и фланцев (разъёмные).
ФИТИНГИ (отводы и переходы) применяют для соединения труб находящихся на одной оси, для изменения направления трубопроводов или разветвления их, а также при переходах с одного диаметра трубопровода на другой и для закрытия концов трубопроводов.
Отводы лучше изготовленные методом горячей штамповки или гнутые.
Заглушки приварные плоские и ребристые допускаются при давлении 25 ат.
На каждой съёмной заглушке должны быть выбиты номер, марка стали, Ру и Ду.
Все технологические трубопроводы должны иметь дренажи для слива воды после Г.И. и воздушники в верхних точках для удаления воздуха при заполнении водой. Газопроводы должны иметь продувочные свечи.
Монтаж трубопроводов.
СВАРОЧНЫЕ ШВЫ. Расстояние между швами не менее 5 см при толщине стенки до 8 мм и не менее 10см при толщине свыше 8 мм. Для обеспечения термообработки и контроля.
От края опоры не менее 5см при диаметре до 50 мм и 20см при большем диаметре.
До гиба трубы –5см при диаметре до 100 мм и 1осм при большем.
Смещение кромок по внутреннему диаметру в стыковых швах допускается в пределах 10 % от толщины стенки, но не более 1 мм. В случае превышения выполнить расточку по углом 12-15 о.
Смещение кромок по наружному диаметру не более 30 % толщины, но не более 5 мм. В случае превышения должен быть выполнен скос под углом 12-15 о.
ПРОКЛАДКА. В траншее при диаметре до 300 мм – не менее 0,4 м;
Более 300 мм – не менее 0,5 м.
Глубина укладки не менее 0,6 м. Газопроводы не менее 0,1 м ниже глубины промерзания с уклоном к конденсатосборникам.
Вварка штуцеров в сварочные стыки и гнутые и штампованные детали не разрешается.
Гайки болтов должны быть с одой стороны фланцевого соединения. Болты и шпильки должны быть смазаны.
Диаметр прокладки не должен быть меньше внутреннего диаметра трубы.
Не допускается выравнивание перекосов фланцевых соединений натяжением болтов или шпилек.
Расстояние от фланцев до опор или стен не менее 400 мм.
Подготовка труб под сварку.
Перед сборкой необходим визуальный контроль, обнаруженные дефекты должны быть исправлены. Не допускаются к монтажу изделия загрязненные, поврежденных коррозией, деформированных, с поврежденным защитным покрытием.
Подготовленные под сварку кромки труб и других элементов по внутренней и наружной поверхностям шириной не менее 20 мм должны быть очищены от ржавчины и загрязнгений до металлического блеска и обезжирены.
Забоины и задиры фасок глубиной до 5 мм ремонтируются с применением электродов с основным покрытием (УОНИ-1345, УОНИ-13/55), с подогревом, регламентируемым при сварке данных труб. Разделка кромок должна соответствовать технологической документации на сварку и зависит от толщины стенки. Смещение кромок не должно превышать 20 % нормативной толщины стенки, но не более 3 мм. При сварке корневого шва электродами с основным видом покрытия, при температуре воздуха + 5 и ниже, кромки труб необходимо нагреть до 50 градусов, но не более 200.
Компенсаторы.
КОМПЕНСАТОРЫ устройства, позволяющие трубопроводам свободно удлиняться или сокращаться при изменениях температуры.
Температурная деформация снимается поворотами и изгибами трассы. При невозможности ограничится само компенсацией, на трубопроводах устанавливают компенсаторы.
Применяют гнутые из труб, лирообразные, П-образные. Линзовые или волнистые компенсаторы только при давлении до 16 ат. Применение сальниковых компенсаторов на технологических трубопроводах не допускается. Устанавливают их на расстоянии 150-200 м, для паропровода 75-100 м. Для газопровода допускаются сильфонные, линзовые до 6 ат. П-образные.
Арматура.
В зависимости от назначения арматура разделяется на следующие группы.
На запорно-регулирующую, предохранительную и предохранительную обратного действия.
Запорно-регулирующая служит для разобщения примыкающих к ней трубопроводов или разобщения трубопровода с механизмом, для регулирования проходящей по трубопроводу жидкости.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА служат для открытия прохода при превышении максимального давления. Они предохраняют аппараты, трубопроводы от разрушения. Бывают:
А) рычажные предохранительные клапаны;
Б) пружинные предохранительные клапаны;
В) латунные или чугунные диафрагменные предохранители (диафрагмы).
Обратные устройства допускают движение среды в одном направлении и перекрывают проход в обратном.
По способу подсоединения арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапфовую и приварную.
Чугунная арматура не разрешается, на трубопроводах категории А и Б
1. Визуальный контроль
Визуальным контролем называется контроль, который проводится путем осмотра объекта невооруженным глазом или с применением несложных оптических средств: зеркал и луп.
При визуальном контроле оператор должен обнаружить невооруженным глазом дефект типа трещины или точки коррозии размером 0,1 мм и более.
Зеркала применяются для осмотра труднодоступных мест. Их основная функция - изменение угла зрения. Очень удобны зеркала с переменным углом наклона.
Лупы применяются для увеличения разрешающей способности глаза, т.е. позволяют рассмотреть более мелкие детали объекта контроля.
2. Измерительный контроль
Задача измерительного контроля
- установление соответствия требованиям нормативной документации численного значения контролируемых параметров.
Элементы измерительного контроля могут присутствовать в любом методе неразрушающего или разрушающего контроля.
2.1. Понятия и термины, используемые при измерительном контроле
Размер, указанный в чертеже, называется номинальный размер.
Поскольку никакое изделие не может быть изготовлено абсолютно точно, в чертежах указываются также предельные размеры
изделия, при которых не будет нарушаться работоспособность конструкции: наибольший предельный размер и наименьший предельный размер.
Разность между предельным и номинальным размерами называется отклонением.
Разность между наибольшим предельным и номинальным размерами называется верхнее предельное отклонение.
Разность между наименьшим предельным и номинальным размерами называется нижнее предельное отклонение.
Как правило, в чертеже указывается номинальный размер плюс-минус отклонение.
Интервал между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется полем допуска.
Если мы измерили величину диаметра готовой детали и получили значение, например, 19.8 мм, то мы говорим, что оно находится в поле допуска.
Измерительный контроль должен подтвердить или опровергнуть то, что истинный размер изделия не выходит за пределы поля допуска, а истинный размер дефекта не превышает наибольший предельный размер.
Это задача может быть решена двумя путями.
Первый путь - это определение истинного размера измерением, которое выполняется с применением измерительных приборов.
Второй путь - это оценка интервала, внутри которого лежит истинный размер. Это делается с применением измерительных инструментов - калибров (шаблонов и щупов).
Шаблон предназначен для контроля геометрических размеров и отклонений.
Щуп предназначен для контроля зазоров.
Измерением называется определение численного значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств в установленных единицах измерения.
Измерительным прибором называется средство измерения, которое позволяет определить численное значение физической величины в установленных единицах измерения.
Измерительным инструментом (калибром) называется бесшкальное техническое средство, предназначенное для контроля размеров и отклонений геометрической формы.
2.2. Ошибки измерения
Чтобы подчеркнуть, что результат измерений и истинный размер - не одно и то же, принято численное значение величины, полученное как результат процедуры измерения, называть действительный размер .
Несовпадение истинного и действительного размеров или отклонение действительного размера от истинного называется ошибкой или погрешностью измерения . Слова ошибка и погрешность - синонимы.
Ошибка, обусловленная свойствами самого средства измерения, несовершенством его изготовления называется систематической ошибкой. Она постоянная при всех измерениях, проводимых данным прибором, или может изменяться по определенному закону при изменении условий измерения.
Чем точнее средство измерения, тем ближе действительное значение к истинному значению, тем выше класс точности средства измерения.
Класс точности измерительного прибора - это величина систематической ошибки, вносимой данным прибором при измерении, выраженная в процентах от шкалы прибора.
Рассмотри пример. Амперметр имеет предел измерений 100 А, цена деления шкалы 1 А, класс точности 2. Систематическая ошибка, вносимая при измерении, вычисляется так: 2 0,01 100 = 2 (А).
Представим, что мы провели измерение силы тока и получили результат (действительное значение) 58 А. Правильная запись результата измерения выглядит так:
58 2 (А) и означает, что истинное значение силы тока лежит в интервале от 56 до 60 А.. Ничего более точного мы не имеем права утверждать, поскольку точность в нашем случае ограничена классом точности использованного прибора.
Ошибки, вызванные воздействием разнообразных мешающих факторов, называются случайными. Т.е. сказываются различные случайные факторы. Пылинка села, на деталь масло попало, у микрометра имеется люфт и т.п. Это воздействие случайных причин приводит к тому, что мы получаем разброс значений.
2.3. Допустимая погрешность измерения
Выполняя измерение, т.е. стараясь определить истинный размер объекта контроля, мы на самом деле с большей или меньшей надежностью определяем интервал, в котором находится истинный размер. Ширина этого интервала, равная удвоенной суммарной ошибке измерения (систематической плюс случайной), зависит от точности средства измерения и количества выполняемых измерений.
Существует критерий, который ограничивает ширину этого интервала, и которым руководствуются при выборе средства измерения и необходимого количества измерений.
Этот критерий называется допустимая погрешность измерения. По ГОСТ 8.051 допустимая погрешность измерений не должна превышать 25-30% допуска.
2.4. Обеспечение единства измерений
Существует государственная поверка и калибровка (ведомственная поверка) средств измерений.
Процедура поверки состоит в сравнении показаний поверяемого средства измерения с показаниями образцового средства измерения более высокого класса точности и на основании этого установление пригодности прибора к использованию. Поверка проводится после изготовления, после ремонта и периодически. Срок периодической поверхности указывается в паспорте средства измерения.
По результатам поверки выдается Свидетельство о поверке установленного государственного образца, в котором отражается факт исправности и приводятся сведения о погрешности средства измерения.
2.5 Линейки
Цена деления линейки 1 мм. Практически погрешность (систематическая ошибка) принимается равной половине цены деления шкалы, т.е. о, 5 мм. В том случае, когда начало шкалы жестко совмещено с измеряемым объектом, например, при измерении глубины уступа, пример правильной записи действительного размера, полученного с использованием линейки: 18,5 0,5 (мм).
Если жесткого совмещения нет, возникает погрешность за счет совмещения начала и конца отсчета, в этом случае практическая погрешность принимается равной цене деления шкалы, т.е. 1 мм. Результат измерения мы должны при этом записать так: 18 1 (мм).
3. Параметры шероховатости поверхности
Параметры шероховатости поверхности регламентирует ГОСТ 2789-73. Следует различать понятия «шероховатость» и «волнистость». ГОСТ 2789-73 дает следующие определения:
Шероховатость поверхности - это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине.
Волнистость поверхности - это совокупность неровностей поверхности с относительно большими шагами на участке, превышающем базовую длину.
Размеры деталей, составляющих сборочную единицу, зависят от задания и варианта на курсовую работу. Для определения их номинальных значений необходимо вычислить масштабный коэффициент. Рассчитывается он следующим образом. На чертеже задания на курсовую работу измеряется размер, соответствующий диаметру вала под подшипником качения (d 3 измеренный). Заданный по заданию размер (d 3 заданный) делят на этот измеренный размер и получают масштабный коэффициент μ
Измеряя все другие размеры деталей сборочной единицы и умножая их на этот масштабный коэффициент, определяют расчётные размеры.
Для сокращения числа типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента значения номинальных размеров, полученные расчетом, необходимо округлить до значений, указанных в ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» (таблица А.1). После этого округленные значения номинальных размеров следует занести в таблицу 1.1. Размеры, связанные с подшипником качения, при этом, следует принять по стандарту на это изделие, независимо от величины расчётного размера. Для этого следует расшифровать условное обозначение заданного подшипника качения, определив его серию, тип и конструктивные особенности, а затем по ГОСТ 520-2002 или справочникам выписать все параметры подшипника качения, необходимые для дальнейших расчетов (присоединительный диаметр наружного кольца, ширину колец, динамическую грузоподъемность подшипника).
Затем назначают размеры, связанные с подшипником качения. Такими размерами являются размер d 1 (посадочный диаметр сквозной крышки подшипника), d 2 (диаметр отверстия в корпусе для установки подшипника), d 4 (внутренний диаметр дистанционной втулки), d 5 (посадочный диаметр глухой крышки подшипника). Обозначения по .
Например, если по заданию известно, что d 3 = 30 мм, тип подшипника 7300, то это значит, что типоразмер подшипника 7306 (d 3 /5=30/5 = 6), подшипник роликовый конический и наружный его диаметр D = 72 мм . В соответствии с этим размеры d 1 = d 2 = d 5 = 72 мм, и d 4 = d 3 = 30 мм.
При заполнении таблицы 1.1 следует обращать внимание на размеры нормированных и стандартных деталей, которые необходимо также принимать согласно соответствующим нормативным документам. К таким деталям относятся уплотнения подшипниковых узлов, шпонки, гайки круглые шлицевые, крышки подшипников сквозные и глухие, стаканы подшипников .
По полученным размерам вычерчивают в соответствующем масштабе сборочную единицу.
2 Общие сведения о размерах, допусках, посадках и предельных отклонениях
Размер – числовое значение линейной величины (диаметр, длина и т. п.) в выбранных единицах измерения. На чертежах все линейные размеры указываются в миллиметрах.
Действительный размер – размер элемента, установленный измерением с допускаемой погрешностью.
Предельные размеры – два предельно допустимых размера, между которыми должны находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называется наибольшим предельным размером, а меньший – наименьшим предельным размером. Обозначаются D max и D min для отверстия и d max и d min для вала.
Номинальный размер – размер, относительно которого определяются отклонения. Размер, который указан на чертеже является номинальным. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов на прочность и жесткость или с учетом конструктивных и технологических особенностей. Для деталей, образующих посадочное соединение, номинальный размер является общим.
В
Таблица
1.1 - Размеры сборочной единицы Обозначение
размера Размер
измеренный, мм Размер
расчетный, мм Размер
по ГОСТ 6636-69
ерхнее отклонение
ES, es – алгебраическая разность между
наибольшим предельным и соответствующим
номинальным размерами.
ES = D max – D - для отверстия, (2.1)
es = d max – d - для вала. (2.2)
Нижнее отклонение EI, ei – алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами.
EI = D min – D - для отверстия, (2.3)
ei = d min – d - для вала. (2.4)
Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.
Допуск Т – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.
Т D = D max – D min = ES - EI - для отверстий, (2.5)
Т d = d max – d min = es - ei - для вала. (2.6)
Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеивания действительных размеров годных деталей в партии, то есть заданную точность изготовления.
Поле допуска – поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска Т и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рисунок 2.1).
Основное отклонение – одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основным является отклонение ближайшее к нулевой линии. Второе отклонение определяется через допуск.
Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок.
Вал – термин, условно применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Отверстие – термин, условно применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Допуск отверстия обозначается T D , а вала T d . Помимо охватывающих и охватываемых элементов, называемых отверстиями и валами, в деталях имеются элементы, которые нельзя отнести ни к отверстию, ни к валу (уступы, расстояния между осями отверстий и т. д.).
Посадка - характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. По характеру соединения различают три группы посадок: посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки.
Зазор S – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей. Наибольший, наименьший и средний зазоры определяются по формулам:
S max = D max – d min = ES - ei; (2.7)
S
Рисунок
2.1. а – сопряжение б
– схема расположения полей допусков
вала и отверстия
S m = (S max + S min)/2. (2.9)
Натяг N – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки. Наибольший, наименьший и средний натяги определяются по формулам:
N max = d max – D min = es - EI; (2.10)
N min = d min – D max = ei -ES; (2.11)
N m = (N max + N min)/2. (2.12)
Посадка с зазором – посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска вала расположено ниже поля допуска отверстия или касается его при S min = 0) рисунок 2.2.
Посадка с натягом
– посадка, при которой обеспечивается
натяг в соединении (поле допуска вала
располагается выше поля допуска отверстия
или касается его при N min
= 0) (см. рисунок 2.2).
Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение как зазора так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично) (см. рисунок 2.2).
Допуск посадки – сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение:
Т (S , N) = Т D + Т d –. в общем виде, (2.13)
T N = N max – N min - для посадки с натягом, (2.14)
T S = S max – S min - для посадки с зазором. (2.15)
В переходных посадках допуск посадки определяется, как сумма наибольших натяга и зазора:
Т (S,N) = N max + S max . (2.16)
Пример.
В сопряжении типа вал - отверстие
известен номинальный размер сопряжения,
предельные отклонения отверстия и вала.
Определить предельные размеры отверстия
и вала, допуск отверстия, допуск вала,
допуск посадки, наибольший и наименьший
зазоры, построить схему расположения
полей допусков сопряжения с указанием
отклонений.
Решение.
Предельные размеры отверстия (уравнения 2.1 – 2.2):
наибольший D max =D + ES = 45 + 0,039 = 45,039 мм;
наименьший D min = D + EI = 45 + 0 = 45,000 мм.
Предельные размеры вала (уравнения 2.3 – 2.4):
наибольший d max = d + es = 45 + (-0,050) = 44,950 мм;
наименьший d min = d + ei =45 + (-0,089) = 44,911 мм.
Допуск отверстия, допуск вала и допуск посадки (уравнения 2.5, 2.6, 2.13):
Т D = ES - EI = +0,039 – 0 = 0,039 мм = 39 мкм,
Т d = es - ei = - 0,050 – (-0,089) = 0,039 мм = 39 мкм,
T S = Т D + Т d = 0,039 + 0,039 = 0,078 мм = 78 мкм.
Наибольший и наименьший зазоры (уравнения 2.7, 2.8):
S max = ES – ei = +0,039 – (- 0,089) = 0,128 мм = 128 мкм,
S min = EI – es = 0 – (- 0,050) = 0,050 мм = 50 мкм.
Схема расположения полей допусков приведена на рисунке 2.3.
Метрологической практикой установлено, что изготовить абсолютно точно размеры детали невозможно, да и нет необходимости иметь всегда очень точное значение размера обработанной детали.
Надо помнить, что чем точнее должен быть обработан размер, тем дороже производство. Видимо, не следует особо объяснять, что в разных механизмах и машинах есть детали, которые должны быть обработаны особенно тщательно, и есть детали, для которых не требуется тщательного изготовления. Поэтому и возникает необходимость говорить о точности размеров.
Как и в каждом деле, в отношении точности размеров существует ряд понятий и определений, которые необходимы, чтобы говорить на одном языке и короче выражать свои мысли.
Рассмотрим ряд практически используемых определений и понятий размеров и их отклонений.
Размер - числовое значение физической величины, полученное в результате измерения характеристики или параметра объекта (процесса) в выбранных единицах измерения. В большинстве случаев он представляет собой разность состояний объекта или процесса по выбранному параметру, характеристике, показателю во времени по сравнению с мерой, эталоном истинным или действительным значением физической величины.
Действительный размер - размер, установленный измерением с допустимой погрешностью. Размер только тогда называется действительным, когда он измеряется с погрешностью, которая может быть допущена каким-либо нормативным документом. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится с целью определения годности размеров объекта или процесса определенным требованиям. Когда же такие требования не установлены и измерения производятся не с целью приемки продукции, иногда используется термин измеренный размер, т.е. размер, полученный по результатам измерения, вместо термина «действительный размер». В этом случае точность измерения выбирается в зависимости от поставленной цели перед измерением.
Истинный размер - размер, полученный в результате обработки, изготовления, значение которого нам неизвестно, хотя он и существует, так как невозможно измерить совершенно без погрешности. Поэтому понятие «истинный размер» заменяется понятием «действительный размер», которое близко к истинному в условиях поставленной цели.
Предельные размеры - это предельно допустимые размеры, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер. Из этого определения видно, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя значениями, т.е. допустимыми значениями. И эти два значения имеют название наибольший предельный размер - больший из двух предельных размеров и наименьший предельный размер - меньший из двух предельных размеров. У годной детали размер должен находиться между этими предельными размерами. Однако указывать требования к точности изготовления двумя значениями размеров очень неудобно при оформлении чертежей, хотя в США так задается размер. Поэтому в большинстве стран мира используются понятия «номинальный размер», «отклонения» и «допуск».
Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений. Размер, который указан на чертеже, и является номинальным. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов габаритных размеров или на прочность, или на жесткость, или с учетом конструктивных и технологических соображений.
Однако нельзя брать за номинальный любой размер, который получился при расчете.
Необходимо запомнить, что экономическая эффективность метрологического обеспечения достигается тогда, когда представляется возможность обойтись небольшой номенклатурой размеров без ухудшения качества. Так, если представить себе, что конструктор будет ставить на чертеже любой номинальный размер, например размер отверстий, тогда практически невозможно будет выпускать сверла централизованно на инструментальных заводах, так как будет бесконечное множество размеров сверл.
В связи с этим в промышленности используются понятия предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел, т.е. значения, до которых должны округляться расчетные значения. Обычно округляют до ближайшего большего. Такой подход дает возможность сократить количество типоразмеров деталей и узлов, количество режущего инструмента и другой технологической и контрольной оснастки.
Ряды предпочтительных чисел во всем мире приняты одинаковые и представляют собой геометрические прогрессии со знаменателями Ш; “VWVW 4 VlO, которые приблизительно равны 1,6; 1,25; 1,12; 1,06 (геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в которых каждое последующее число получается умножением предыдущего на одно и то же число - знаменатель прогрессии). Эти ряды условно названы R5; RIO; R20; R40.
Предпочтительные числа широко используются в стандартизации, когда необходимо установить ряд значений нормируемых параметров или свойств в определенных диапазонах. Номинальные значения линейных размеров в существующих стандартах также берутся из указанных рядов предпочтительных чисел с определенным округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) берутся значения 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 и т.д.
Отклонение - алгебраическая разность между предельным и действительным, т.е. измеренным, размерами. Следовательно, под отклонением следует понимать, насколько размер отличается от допустимого значения при нормировании требований или по результатам измерения.
Поскольку при нормировании по допустимым отклонениям существуют два предельных размера - наибольший и наименьший, то приняты термины верхнее и нижнее отклонения при нормировании допускаемых отклонений, т.е. указаний требований в пределах допуска на размер. Верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. Нижнее отклонение - алгебраическая разность между действительным и наименьшим предельным размерами при нормировании по величине допуска.
Особенность отклонений заключается в том, что они всегда имеют знак или плюс, или минус. Указание в определении об алгебраической разности показывает, что оба отклонения, т.е. и верхнее, и нижнее, могут иметь плюсовые значения, т.е. наибольший и наименьший предельные размеры будут больше номинального, или минусовые значения (оба меньше номинального), или верхнее отклонение может иметь плюсовое, а нижнее - минусовое отклонение.
В то же время могут быть случаи, когда верхнее отклонение больше номинального, тогда отклонение примет знак плюс, а нежнее отклонение меньше номинального, тогда оно имеет знак минус.
Верхнее отклонение обозначают ES у отверстий и es у валов, а иногда - ВО.
Нижнее отклонение обозначают EI у отверстий, ei у валов или же - НО.
Допуск (обычно обозначается Т) - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами, или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Особенностью допуска является то, что он не имеет знака. Это как бы зона значений размеров, между которыми должен находиться действительный размер, т.е. размер годной детали.
Синонимы этого термина могут быть следующими: «допустимое значение», «размеры», «характеристика», «параметры».
Если мы говорим о допуске в 10 мкм, то это значит, что в партии годных могут быть детали, размеры которых в предельном случае отличаются друг от друга не более 10 мкм.
Понятие допуска очень важно и используется в качестве критерия точности изготовления деталей. Чем меньше допуск, тем точнее будет изготовлена деталь. Чем допуск больше, тем грубее деталь. Но в то же время, чем меньше допуск, тем труднее, сложнее и отсюда дороже изготовление деталей; чем допуски больше, тем проще и дешевле изготовить деталь. Вот и имеется в определенной мере противоречие между разработчиками и изготовителями. Разработчики хотят, чтобы допуски были малыми (точнее будет изделие), а изготовители хотят, чтобы допуски были большими (легче изготавливать).
Поэтому выбор допуска должен быть обоснован. Во всех случаях, где есть возможность, следует использовать большие допуски, так как это экономически выгодно для производства, но при условии, чтобы качество выпускаемой продукции не ухудшалось.
Очень часто наравне с термином «допуск» и вместо него (не совсем верно) употребляют термин «поле допуска», поскольку, как было сказано выше, допуск - это зона (поле), в пределах которой находятся размеры годной детали.
Поле допуска, или поле допустимого значения, - поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера.
На рабочих чертежах проставляют номинальные размеры. Это размеры, рассчитанные при конструировании.
В современном машиностроении детали машин должны изготовлять так, чтобы сборка изделий и их составных частей производилась без подгонки одной детали к другой. Одинаковые детали должны быть взаимозаменяемыми. Только при этом условии возможно производить сборку машин поточным методом. Но идеально точно обработать деталь невозможно из-за неточности станков, на которых обрабатывают детали, неточность измерительных инструментов, несовершенства органов управления.
Размер, полученный в результате измерения готовой детали, называется действительным. Наибольшим и наименьшим предельными размерами называют установленные наибольшие и наименьшие допустимые значения размеров. Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Разность между результатом измерения и номинальным размером называется отклонением размера – положительным, если размер больше номинального, и отрицательным, если размер меньше номинального.
Разность между наибольшим предельным размером и номинальным называется верхним предельным отклонением, а разность между наименьшим предельным размером и номинальным – нижним предельным отклонением. Отклонения обозначают на чертеже знаком (+) или (-) соответственно. Отклонения пишут вслед за номинальным размером более мелкими цифрами одно под другим, например:
Где 100 – номинальный размер; +0,023 – верхнее, а -0,012 – нижнее отклонение.
Полем допуска называется зона между нижним и верхним предельными отклонениями. Оба отклонения могут быть отрицательными или положительными. Если одно отклонение равно нулю то оно на чертеже не проставляется. Если поле допуска расположено симметрично, то величину отклонения наносят со знаком “+-“ рядом с размерным числом цифрами такого же размера, например:
Отклонения размеров углов указывают в градусах, минутах и секундах, которые должны быть выражены целыми числами, например 38 град 43`+-24``
При сборке двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхность. Охватывающая поверхность носит общее название отверстие, а охватываемая – вал. Размер общий для одной и другой детали соединения, называется номинальным. Он служит началом отсчета отклонений. При установлении номинальных размеров для валов и отверстий необходимо расчетные размеры округлять, подбирая ближайшие размеры из ряда номинальных линейных размеров по ГОСТ 6636-60.
Различные соединения деталей машин имеют свое назначение. Все эти соединения можно себе представить как охватывание одной детали другой или как посадку одной детали в другую, причем одни соединения можно собрать и разъединить, а другие собираются и разъединяются с трудом.