Методы стандартизации

Методы  стандартизации 

Метод стандартизации - это прием или  совокупность приемов, с помощью  которых достигаются цели стандартизации.

Стандартизация  базируется на общенаучных и специфических  методах. 

Параметрическая стандартизация 

Стандартизация  определяет основу не только настоящего, но и будущего развития хозяйственно-экономической деятельность общества должна осуществляться в полном соответствии с научно-техническим прогрессом.

Теоретической базой современной стандартизации является система предпочтительных чисел. Предпочтительными числами называются числа, которые рекомендуется выбирать как преимущественные перед другими при назначении величин параметров для вновь создаваемых изделий.

Параметр  - это количественная характеристика свойств продукции. Различают размерные параметры; весовые параметры; параметры, характеризующие производительность машин и приборов; энергетические параметры.

Продукция определенного назначения характеризуется  рядом параметров. Набор установленных  значений параметров называется параметрическим рядом.

Процесс стандартизации параметрического ряда - параметрическая стандартизация - заключается в выборе и обосновании  целесообразной номенклатуры и численных  значений параметров. Решается эта  задача с помощью математических методов.

Предпочтительные числа получают на основе геометрической прогрессии:

  - первый член прогрессии;

 q - знаменатель прогрессии,  

n - принимает целые значения в интервале от 0 до R, где R = 5,10,20,40,80, 160

Если  придерживаться строго обоснованного  ряда предпочтительных чисел, то параметры и размеры отдельного изделия или группы изделий наилучшим образом будут согласованы со всеми соответствующими видами продукции: электродвигателей - с технологическим оборудованием, грузоподъемными устройствами; предохранительных клапанов - с паровыми котлами, комплектующих изделий - с присоединительными и посадочными местами в машине. Несоблюдение этого условия вызывает излишние затраты материалов, электрической и других видов энергии, неполное использование оборудования, снижение производительности труда, рост себестоимости продукции. Например, несоответствие сортамента круглого проката, выпускавшегося ранее металлургическими заводами, и нормального ряда диаметров в машиностроении приводило к излишнему стружкообразованию, снижению коэффициента использования металла, дополнительной непроизводительной загрузке металлорежущих станков, в результате требовалось больше станков.

Предпочтительные  числа и их ряды служат основой  упорядочения выбора величин и градаций параметров производственных процессов, оборудования, приспособлений, режущего измерительного инструмента, штампов, материалов, полуфабрикатов, транспортных средств и т.п. Создают предпосылки для сокращения номенклатуры изделий, сокращения длительности цикла технологической подготовки производства, организации массового изготовления продукции.

Ряды предпочтительных чисел должны удовлетворять следующим  требованиям:

• представлять рациональную систему градаций, отвечающую потребностям производства и эксплуатации;
• быть бесконечными в направлении уменьшения и увеличения чисел;
• включать все последовательные десятикратные или дробные значения каждого числа ряда;
• быть простыми, легко запоминаемыми.

Многие  промышленно развитые страны приняли  национальные стандарты на нормальные линейные размеры. ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел», составленный с учетом рекомендаций Международной организации по стандартизации (ИСО), устанавливает четыре основных ряда предпочтительных чисел (R 5, R 10, R 20, R 40) и два дополнительных ряда ( R 80, R 160). Цифра указывает количество чисел в десятичном интервале. При выборе нужно отдавать нормальным размерам из рядов с более крупной градацией. На базе ГОСТ 8032 утвержден ГОСТ 6636 «Нормальные линейные размеры (см.приложение 2).

Введение  единого порядка при переходе от одних численных значений параметров к другим во всех отраслях промышленности уменьшает количество типоразмеров, приводит к более экономному раскрою  исходных материалов, позволяет согласовать  увязать между собой различные виды изделий, материалов и полуфабрикатов, транспортных средств, производственного оборудования (по мощности, габаритам т.п.).

Если, например, на каком-то заводе предполагается выпускать  семь типоразмеров двигателей (минимальная  мощность первого типоразмера 10 кВт), то по нормальному ряду чисел со знаменателем прогрессии параметрический ряд будет включать в себя двигатели следующих мощностей: 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160 квт.

В машиностроении и приборостроении предпочтительные числа, принятые за основу при назначении классов точности, размеров, углов, радиусов, канавок, уступов, линейных размеров, сокращают номенклатуру режущего и измерительного инструмента, штампов, пресс-форм, приспособлений. Это способствует росту уровня взаимозаменяемости, повышению серийности, технического уровня и качества выпускаемой продукции, расширению объемов ее производства, улучшению организации инструментального хозяйства на предприятиях. В результате значительно снижается себестоимость изделий увеличивается экономическая эффективность производства. 

Унификация  и агрегатирование  продукции

К числу  основных методов стандартизации относятся  унификация, агрегатирование.

Унификация- это деятельность по рациональному сокращению числа типов деталей, агрегатов одинакового функционального назначения. Она базируется на классификации и ранжировании, селекции и симплификации, типизации и оптимизации элементов готовой продукции.

Унификацию  можно рассматривать как средство оптимизации параметров качества и  ограничения количества типоразмеров выпускаемых изделий и их составных частей. При этом унификация воздействует на все стадии жизненного цикла продукции, обеспечивает взаимозаменяемость изделий, узлов и агрегатов, что, в свою очередь, позволяет предприятиям кооперироваться друг с другом.

К основным видам унификации относят конструкторскую  и технологическую унификацию. При  этом первая предполагает унификацию изделий в целом и их составных  частей (деталей, узлов, комплектующих  изделий и т.п.), а вторая - унификацию нормативно-технической документации (стандартов, технических условий, инструкций, методик, руководящих документов, конструкторско-технологической документации и др.).

Результатом работ по унификации могут быть альбомы  типовых (унифицированных) конструкций, деталей, узлов, сборочных единиц и т.д.

В зависимости  от области проведения унификации изделий  унификация может быть межотраслевой, отраслевой и заводской.

Степень унификации характеризуется уровнем  насыщенности изделия унифицированными деталями, узлами и сборочными единицами.

Показателем уровня унификации является коэффициент  применимости: 

п - общее число деталей в изделии, шт.;

п о - число оригинальных деталей, шт.

Агрегатирование- это метод создания машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов, многократно используемых при создании различных изделий на основе геометрической и функциональной взаимозаменяемости. Другим словами метод конструирования и эксплуатации изделий, основанный на функциональной и геометрической взаимозаменяемости их основных узлов и агрегатов.

Важнейшим преимуществом изделий созданных  на основе агрегатрования, является конструктивная обратимость. Агрегатирование позволяет  также многократно применять  стандартные детали, узлы и агрегаты в новых модификациях изделий  при изменении их конструкции.

Использование агрегатирования как метода стандартизации обеспечивает решение целого ряда актуальных задач в различных отраслях промышленности.

В настоящее  время на повестке дня переход  к производству техники на базе крупных  агрегатов - модулей. Модульный принцип широко распространен в радиоэлектронике и приборостроении. Это основной метод создания гибких производственных систем. 
 

Упорядочение  объектов стандартизации 

Результатом работ по упорядочению является, например, ограничительные перечни комплектующих изделий, альбомы типовых конструкций, типовые формы технических, управленческих и прочих документов.

Упорядочение, как универсальный метод, состоит  из отдельных методов: систематизация, селекция, симплификация, типизация  и оптимизация.

Систематизация  объектов стандартизации заключается в научно-обоснованном, последовательном классифицировании и ранжировании совокупности конкретных объектов стандартизации. Примером работы по систематизации может служить Общероссийский классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП).

Селекция  объектов стандартизации - деятельность заключается в отборе таких конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего производства и применения.

Симплификация - деятельность, заключающаяся в определении таких конкретных объектов, которые признаются не целесообразными для дальнейшими производства и применения.

Процессы  селекции и симплификации осуществляются параллельно и предшествуют процессам  классификации и ранжирования объектов.

Типизация объектов стандартизации - деятельность по созданию типовых объектов - конструкций, технологических правил, форм документации. В отличие от селекции отобранные конкретные объекты подвергают каким-либо техническим преобразованиям, направленным на повышение их качества и универсальности.

Оптимизация объектов стандартизации заключается в нахождении оптимальных значений главных параметров, а также значений других показателей качества и экономичности. В отличие от работ по селекции и симплификации, базирующихся на несложных методах оценки и обоснования принимаемых решений, например, экспертных методов, оптимизацию объектов стандартизации осуществляют путем применения специальных экономико-математических методов и моделей оптимизации.

Целью оптимизации является достижение оптимальной степени упорядочения и максимально возможной эффективности по выбранному критерию (рис.). Оптимальное значение параметра выбирают при минимальном значении функции потерь.

Рис.  Определение оптимального значения параметра

1 - Зависимость  функции потерь в случае, когда  выбрано максимально возможное  значение параметра Qmax.

2 - Зависимость  функции потерь в случае, когда  выбрано минимально возможное  значение параметра Qmin.

3 - Средние суммарные  потери. Оптимальное значение может быть выбрано при минимальном значении функции потерь. 
 

Комплексная стандартизация 

Тенденции научно-технического прогресса требовали  и требуют постоянного сокращения сроков создания новой техники, обладающей более прогрессивными производственно-техническими показателями. Ведущая роль в решении этих задач принадлежит комплексной стандартизации, осуществление которой обеспечивает наиболее полное и оптимальное удовлетворение взаимоувязанных требований как к самому объекту комплексной стандартизации в целом, так и к его основным элементам.

Комплексная стандартизация обеспечивает взаимосвязь  и взаимозависимость смежных  отраслей по совместному производству готового продукта. Например, требования на автомобиль затрагивают металлургию, подшипниковую, химическую, электротехническую и другие отрасли промышленности. Качество современного автомобиля определяется качеством более 2 тысяч изделий и материалов - металлов, пластмасс, резинотехнических изделий, лаков, красок, масел, топлива, смазок, изделий легкой промышленности и др. Условная взаимосвязь отдельных составных частей при комплексной стандартизации показа на рис. 

Рис. Комплексная стандартизация изделия 

Комплексная стандартизация позволяет устанавливать  наиболее рациональные в техническом  отношении параметрические ряды и сортамент промышленной продукции, устранить ее излишнее многообразие, неоправданную разнотипность. Практической реализацией этого метода выступают программы комплексной стандартизации, которые являются основой создания новой техники, технологии и материалов.

В настоящее  время реализуется программа  комплексной стандартизации «Безопасность  в чрезвычайных ситуациях». В разработке стандартов для указанной программы  принимает участие около 60 организаций, уже разработано около 50 стандартов, которые установили:

-терминологию  в области обеспечения безопасности  и чрезвычайных ситуаций (ЧС);

-классификацию  природных, техногенных и биолого-социальных  ЧС;

-основные требования  к мониторингу прогнозированию  ЧС, ликвидации ЧС;

-требования  к аварийно-спасательным средствам и способам проведения аварийно-спасательных работ. 

Опережающая стандартизация 

Метод опережающей стандартизации заключается  в установлении повышенных по отношению  к уже достигнутому на практике уровню норм и требований к объектам стандартизации, которые, согласно прогнозам, будут оптимальными в последующем времени.

По мере развития наук и техник неуклонно  сокращается интервал между новым  научными открытиями и их использованием на производстве, поэтому стандарты  не могут только фиксировать достигнутый уровень развития науки и техники, иначе они станут тормозом научно-технического прогресса. Для того, чтобы этого не случилось, они должны устанавливать перспективные показатели качества с указанием сроков их обеспечения промышленным производством.

В 70-80 г.г. опережающие стандарты выполнялись  в виде так называемых ступенчатых  стандартов (рис.).

К опережающей  стандартизации можно отнести применение в стандартах отраслей прогрессивных  международных стандартов и стандартов отдельных зарубежных стран для принятия в нашей стране в качестве национальных. 

Рис. Пример ступенчатого показателя. 

                                 Ряды предпочтительных чисел:

Все однотипные изделия массового потребления (сортовой прокат, крепежные детали, подшипники качения, электродвигатели и т. д.) по отношению к конечной продукции (станки, локомотивы, вагоны, экскаваторы и т. д.) являются комплектующими изделиями и применяются очень широко во многих отраслях народного хозяйства, в том числе на железнодорожном транспорте, при самых разнообразных условиях работы. Широкие потребности в подобных изделиях требуют увеличения их типоразмеров.

Большое разнообразие одноименных комплектующих крайне невыгодно, так как сопровождается увеличением ассортимента режущего инструмента, приспособлений, заготовок; усложнением технологических процессов изготовления комплектующих изделий и конечной продукции; повышением стоимости продукции и ее ремонта.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ  ЧИСЛА образуют ряды чисел, построенные  по определенным закономерностям. Наиболее целесообразными рядами предпочтительных чисел являются ряды, построенные по арифметическим или геометрическим прогрессиям.

РЯДЫ, ПОСТРОЕННЫЕ  ПО АРИФМЕТИЧЕСКИМ ПРОГРЕССИЯМ, представляют собой последовательность чисел, в  которой разность d между любыми соседними числами a_i и a_i-1 остается постоянной. Например, по существующим стандартам внутренние диаметры подшипников качения средней серии в интервале от 20 до 110 мм имеют следующие значения: 20, 25, 30, 35, . . . 100, 105, 110 мм, т. е. Образуют арифметическую прогрессию с разностью d=5.

Существенным  недостатком рядов, построенных  на арифметической прогрессии, является неравномерное распределение членов ряда в заданных пределах. В арифметических прогрессиях наблюдается разреженность  членов в зоне малых величин и сгущенность членов в зоне больших величин.

РЯДЫ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ЧИСЕЛ, ПОСТРОЕННЫЕ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ПРОГРЕССИЯМ, имеют постоянное отношение  каждого последующего члена к  предыдущему, которое называется 
знаменателем прогрессии q.

Любой член геометрической прогрессии может быть вычислен по формуле N_i=Qⁱ.

В настоящее  время для построения рядов предпочтительных чисел используют обе системы, но чаще применяют ряды, построенные  по геометрическим прогрессиям. Многолетним  опытом установлено, что требования всех отраслей промышленности наиболее полно удовлетворяются рядами предпочтительных чисел, составляющих геометрические прогрессии со знаменателем q, равным корню из 10 степени: 5, 10, 20, 40 или 80.

ГОСТ 8032-56 устанавливает  четыре основных ряда и один дополнительный. Степень корня входит в условное обозначение ряда, напр. R5. Членами ряда являются округленные значения, полученные путем умножения предыдущих чисел на знаменатель прогрессии.

Ряды предпочтительных чисел безграничны. Числа свыше 10 получают умножением предпочтительных чисел на 10, 100, 1000 и т. д. Числа, менее 1, наоборот деление на 10, 100, 1000 и т. д., т. е. умножением на 10-1, 10-2 и т. д.

Число членов в  каждом ряду равно показателю степени, т. е. Числу в обозначении ряда.

В общем случае следует отдавать предпочтение ряду с меньшим числом в обозначении, например R5 предпочтительнее, чем R10.

При необходимости  можно использовать производные  ряды, полученные путем отбора каждого  второго, третьего или иных членов ряда. Применяют и составные ряды.

Основные  параметры рядов  предпочтительных чисел

Основные  ряды предпочтительных чисел

2.Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. что шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки. Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки. В сопряжении (размерной цепи) по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки). Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут служить для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрокаторов. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

По форме  шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с  двумя закругленными торцами, с  одним закругленным торцом и с незакругленными торцами, сегментные шпонки со срезанным краем сегмента.

Призматические  шпонки дают возможность получать как  подвижные, так и неподвижные  соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования  неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.

В табл.1 приведены  размеры ряда призматических шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 23360-78).

Таблица 1.

Длины шпонок l выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63 и далее до 500 мм с полем допуска h14. Для длины L шпоночного паза, которая на 0,5...1,0 мм больше длины шпонки l, установлено поле допуска Н15.

Предельные  отклонения глубин пазов на валу t1 и во втулке t2 приведены в таблице 2:

Таблица 2

Стандарт  устанавливает следующие поля допусков размеров шпонок:

- ширины b –  h9;

- высоты h –  h9, а при h свыше 6 мм – h11.

В зависимости  от характера (вида) шпоночного соединения стандартом установлены следующие  поля допусков ширины паза: