Взаимозаменяемость

ФГБОУ ВПО КОСТРОМСКАЯ  ГСХА

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра ремонта машин  и технологии металлов

Реферат на тему «ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ»

 

 

 

 

Выполнил студент 3 курса 1 группы инженерно-технологического факультета: Комаров А. Е.

Проверил: Угланов В.И.

 

 

 

 

 

 

 

Кострома 2012

 

 

 

Содержание

 

1. Понятие о взаимозаменяемости и её видах

2. Основные положения взаимозаменяемости по геометрическим параметрам

2.2. Допуски и посадки

3. Единые принципы стандартизации систем допусков и посадок

4. Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие о взаимозаменяемости и её видах 

Взаимозаменяемость - свойство составных частей изделия обеспечивать возможность его сборки в процессе изготовления и ремонта при эксплуатации с соблюдением установленных технических требований к готовому изделию.

Составными частями изделия являются детали, сборочные единицы (узлы) и агрегаты, которые изготавливаются отдельно в нужном количестве, в зависимости от размера партии изделий и необходимости в запасных частях. Свойство взаимозаменяемости создаётся путём изготовления составных частей изделия с установленной точностью. Детали и узлы будут взаимозаменяемы, только тогда, когда их размеры, форма, физические свойства материала и другие, количественные и качественные характеристики находятся в заданных пределах.

В зависимости от технико-экономических условий взаимозаменяемость может быть полной и неполной (ограниченной).

Полная взаимозаменяемость обеспечивается при выполнении геометрических, физико-механических и других параметров деталей с точностью, позволяющей производить сборку (или замену при ремонте) любых сопрягаемых деталей и сборочных единиц (узлов) без какой бы то ни было дополнительной их обработки, подбора или регулирования и получать изделия требуемого качества.

Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять, когда имеются условия, которые позволяют изготавливать детали с точностью не выше 6-го квалитета точности. Это встречается, например: в изделиях, состоящих из небольшого количества деталей; в изделиях к точности функциональных параметров (зазоров, натягов) которых не предъявляются высокие требования к точности; в изделиях для которых главным является недопустимость выхода из границ допуска функциональных зазоров или натягов даже у части изделий.

В тех случаях, когда  полная взаимозаменяемость становится экономически нецелесообразной, применяют неполную (ограниченную) взаимозаменяемость. При неполной (ограниченной) взаимозаменяемости для достижения требуемой точности функциональных параметров (зазоров, натягов) допускается групповой подбор деталей (селективная сборка), сборка по паспорту-формуляру, применение компенсаторов, регулирование положения некоторых составных частей изделия, пригонка по месту и другие дополнительные технологические мероприятия.

Составные части изделия  могут обладать внешней или внутренней взаимозаменяемостью.

Внешняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых деталей и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам, форме и качеству присоединительных поверхностей, т. е. таких, по которым взаимосвязанные узлы основного изделия соединяются между собой и с покупными и кооперируемыми изделиями. Например, в электродвигателях внешняя взаимозаменяемость осуществляется по числу оборотов вала и мощности, а также по размерам присоединительных поверхностей; в подшипниках качения - по диаметрам наружного и внутреннего колец, а также по классу точности.

Внутренняя взаимозаменяемость является относительной и распространяется на детали, которые входят в конкретные сборочные единицы (узлы, механизмы), как правило, собираемые методом селективной сборки. Примером изделий, в которых есть внешняя и внутренняя взаимозаменяемость являются подшипники качения. Все подшипники качения обладают внешней взаимозаменяемостью по наружному и внутреннему кольцам. Любой стандартный подшипник может быть заменён на аналогичный без потери качества. Тела качения и кольца имеют внутреннюю взаимозаменяемость, это означает, что они не могут быть использованы в любом другом аналогичном подшипнике.

Функциональная взаимозаменяемость - принцип проектирования, производства и эксплуатации, при котором требования к точности ответственных деталей и сборочных единиц назначаются исходя из установления взаимосвязи показателей качества изделия с функциональными параметрами. Функциональными параметрами являются геометрические, физико-механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели изделий или служебные функции их деталей и узлов. Например, от величины зазора между поршнем и цилиндром (функционального параметра) зависит мощность и к.п.д. двигателей (эксплуатационные показатели), а в поршневых компрессорах - коэффициент подачи. Эти параметры названы функциональными, чтобы подчеркнуть их связь со служебными функциями деталей, узлов и изделий.

 

 

 

 

2. Основные положения взаимозаменяемости по геометрическим параметрам 

Детали машин и других изделий ограничены замкнутыми поверхностями, обычно комбинированными из участков цилиндрических, конических, сферических, плоских и других простых поверхностей. Различаютноминальные геометрические поверхности, имеющие предписанные чертежом формы и размеры без неровностей и отклонений, и действительные (реальные) поверхности, полученные в результате обработки деталей, размеры которых определены путем измерения с допустимой погрешностью.

Аналогично различают номинальный и действительный профили, номинальное и действительное расположение поверхностей и осей. Под профилем понимается линия пересечения (или контур сечения) поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении.Действительные поверхности и профили отличаются от номинальных поверхностей.

В России действуют Единая система допусков и посадок (ЕСДП) и Основные нормы взаимозаменяемости, базирующиеся на стандартах и рекомендациях ИСО. ЕСДП распространяется на допуски размеров гладких (ограниченных цилиндрическими и плоскими поверхностями) элементов деталей и на посадки, образуемые при соединении этих деталей.Основные нормы взаимозаменяемости содержат системы допусков и посадок на резьбы, зубчатые передачи, конуса и другие детали и соединения общего назначения.

2.1. Размеры и предельные отклонения  
При конструировании определяются размеры детали, характеризующие ее величину и форму. Они назначаются на основе результатов расчета деталей на прочность и жесткость, а также исходя из обеспечения технологичности конструкции и других показателей в соответствии с функциональным назначением детали. На чертеже должны быть проставлены размеры и точность, необходимые для изготовления детали и её контроля и обеспечения взаимозаменяемости. 
Основные термины и определения в этой области установлены ГОСТ 25346-89 "Основные нормы взаимозаменяемости. ЕСДП. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений".

Размер - это числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерения. 
По назначению различают размеры, определяющие величину и форму детали, координирующие, сборочные, габаритные и монтажные размеры.

При описании реальной поверхности  детали используют понятие текущего размера - переменный радиус-вектор, величина и направление которого изменяется в зависимости от расположения точек реального профиля.

Размеры могут  быть номинальные, действительные и предельные.

• Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений. Номинальный размер определяется, исходя из функционального назначения детали или узла, на основе кинематических, динамических, прочностных и других расчетов или выбирается из конструктивных, технологических, эксплуатационных, эстетических и других соображений. Значения размеров, полученные расчётом округляются (как правило, в большую сторону) до стандартного значения, взятого из рядов предпочтительных чисел (ГОСТ 6636-69) и указываются на чертеже.
• Действительный размер - размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.
• Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер детали. Наибольший предельный размер - больший из двух предельных размеров, меньший - наименьший предельный размер. Предельные размеры устанавливают допускаемый диапазон размеров годной детали .

Действительный размер годной детали должен находиться между наибольшим и наименьшим предельными значениями размера.

ГОСТ 25346 - 89 устанавливает  понятия проходного и непроходного пределов размера.

Проходной предел - термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, а именно верхнему пределу для вала и нижнему пределу для отверстия (при применении предельных контрольных калибров речь идет о предельном размере, проверяемом проходным калибром).

Непроходной предел - термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала, а именно нижнему пределу для вала и верхнему пределу для отверстия (при применении предельных калибров контрольных речь идет о предельном размере, проверяемом непроходным калибром).

Отклонение (E) - это алгебраическая разность между действительным, предельным или текущим размером и соответствующим номинальным размером. 
Действительное отклонение (Er) - это алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами. 
Предельное отклонение - это алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. 
Верхнее предельное отклонение (Es) - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами.  
Нижнее предельное отклонение (Ei) - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. 

Отклонения могут быть положительными или отрицательными. На чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без указания единицы измерения.

Предельные отклонения в таблицах указывают в микрометрах. Отклонения равные по абсолютной величине указывают одной цифрой со знаком плюс-минус, например 60 ±0,2; 120° ±20°. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют. В этом случае проставляют только одно отклонение - положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения. Примеры обозначений требований к точности изделий можно посмотреть 

 

 

 

2.2. Допуски  и посадки 

Допуск (Т) размера - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния  действительных размеров годных деталей  в партии, т. е. заданную точность изготовления. С уменьшением допуска качество изделий, как правило, улучшается, но стоимость производства увеличивается.

Для наглядного представления  размеров, предельных отклонений и  допусков, а также характера соединений используют графическое, схематическое  изображение полей допусков, располагаемых относительно нулевой линии (рис.2.1).

Рис. 2.1 Поля допусков отверстия  и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия    
положительны, отклонения вала отрицательны)

Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз.

 
Поле  допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска, а его положение относительно номинального размера определяется основным отклонением. 

Основное  отклонение(Eo) - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основное отклонение - это ближайшее расстояние от границы поля допуска до нулевой линии.

В готовых изделиях детали в большинстве случаев  сопрягаются по своим формообразующим  поверхностям, образуя соединения. Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называются сопрягаемыми поверхностями.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.

Охватывающую  поверхность называют отверстие, охватываемую - вал (рис.2.1). Термины "отверстие" и "вал" относятся не только к цилиндрическим деталям. Они могут быть применены к охватывающим и охватываемым поверхностям любой формы, в том числе не замкнутым, например, к плоским (паз и шпонка). 

Размеры отверстий  обозначают любыми заглавными буквами, например: A, B, G, Б, Ц и т.д., валов - строчными: a, b, g, б, ц и т.д. Предельные размеры обозначают с индексами max - наибольший предельный размер, min - наименьший предельный размер, например: Amax, Bmin, amax, bmin. Предельные отклонения отверстий обозначают: верхнее - ES, нижнее - EI, валов - соответственно es и ei.

При решении других задач, например расчёта размерных цепей, предельные отклонения можно обозначатьEs - верхнее отклонение, Ei - нижнее. Таким образом, для отверстия ES = Dmax - D; EI = Dmin - D; для вала es= dmax - d; ei = dmin - d; для любого размера Es = Amax - A; Ei = Amin - A или Es = amax - a; Ei = amin - a.  
Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей называют соответственно допуском отверстия (TА) и допуском вала (Ta).

По степени свободы взаимного перемещения деталей различают следующие соединения:

• а) неподвижные неразъемные соединения, в которых одна соединяемая деталь неподвижна относительно другой в течение всего времени работы механизма: соединения деталей сваркой, клепкой, клеем, соединения с гарантированным натягом (например, бронзового венца червячного колеса со стальной ступицей); первые три вида этих соединений разборке не подвергаются, а четвертый может разбираться лишь при крайней необходимости; 
• б) неподвижные разъемные соединения, отличающиеся от предыдущих тем, что в них возможно перемещение одной детали относительно другой при регулировке и разборке соединения при ремонте (например, крепежные резьбовые, шлицевые, шпоночные, клиновые и штифтовые соединения);
• в) подвижные соединения, в которых одна соединяемая деталь во время работы механизма перемещается относительно другой в определенных направлениях.

В каждую из групп  входит много разновидностей соединений, имеющих свои конструктивные особенности  и свою область применения. В зависимости  от эксплуатационных требований сборку соединений осуществляют с различными посадками.

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов.

Посадка характеризует  большую или меньшую свободу  относительного перемещения или  степень сопротивления взаимному смещению соединяемых деталей. Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков отверстия и вала. Номинальный размер отверстия и вала, составляющих соединение является общим и называется номинальным размером посадки. 

Если размер отверстия больше размера вала, то их разность называется зазором (S), т.е. S = D - d больше или равно 0; если размер вала до сборки больше размера отверстия, то их разность называется натягом (N), т.е. N = d - D > 0. В расчетах натяг принимают как отрицательный зазор.

При расчёте  посадок определяют предельные и  средний зазоры или натяги. Наибольший (Smax), наименьший (Smin) и средний зазор (Sm), равны: Smax = Dmax - dmin; Smin = Dmin - dmax; Sm = 0,5·(Smax + Smin). Наибольший (Nmax), наименьший натяги (Nmin) и средний натяг (Nm) равны: Nmax = dmax - Dmin; Nmin = dmin - Dmax; Nm = 0,5·(Nmax + Nmin). 
Посадки разделяются на три группы: с зазором, с натягом и переходные посадки.

Посадка с зазором - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 2.2, а.. К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. Smin= 0.

Посадка с натягом - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 2.2, в.

Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 2.2, б.

 
 
Рис.2.2. Схемы полей допусков посадок: а - с зазором; б - переходные; в - с  натягом

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 равен сумме наибольшего зазора и наибольшего натяга, взятых по абсолютному значению TS(N) = Smax + Nmax. Для всех типов посадок допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала, т. е. TS(N) = ТD + Td. 
В переходных посадках при наибольшем предельном размере вала и наименьшем предельном размере отверстия получается наибольший натяг (Nmax), а при наибольшем предельном размере отверстия и наименьшем предельном размере вала - наибольший зазор (Smax). Минимальный зазор в переходной посадке равен нулю (Smin = 0). Средний зазор или натяг равен половине разности наибольшего зазора и наибольшего натяга Sm(Nm) = 0,5·(Smax - Nmax). Положительное значение соответствует зазору Sm, отрицательное - натягу Nm.

 

 

 

 

 

3. Единые принципы стандартизации систем допусков и посадок 

Системой допусков и посадок называют совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов.

Система предназначена  для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин, дает возможность стандартизовать режущие инструменты и калибры, облегчает конструирование, производство и достижение взаимозаменяемости изделий и их частей, а также обусловливает повышение их качества.

В настоящее время  большинство стран мира применяет  системы допусков и посадок ИСО. Системы ИСО созданы для унификации национальных систем допусков и посадок  с целью облегчения международных  технических связей в металлообрабатывающей  промышленности. Включение международных рекомендаций ИСО в национальные стандарты создает условия для обеспечения взаимозаменяемости однотипных деталей, составных частей и изделий, изготовленных в разных странах. Советский Союз вступил в ИСО в 1977 году, а затем перешёл на единую систему допусков и посадок (ЕСДП) и основные кормы взаимозаменяемости, которые базируются на стандартах и рекомендациях ИСО.

Основные нормы  взаимозаменяемости включают системы  допусков и посадок на цилиндрические детали, конуса, шпонки, резьбы, зубчатые передачи, и др. Системы допусков и посадок ИСО и ЕСДП для типовых деталей машин основаны на единых принципах построения, включающих:

• систему образования посадок и видов сопряжений;
• систему основных отклонений;
• уровни точности;
• единицу допуска;
• предпочтительные поля допусков и посадок;
• диапазоны и интервалы номинальных размеров;
• нормальную температуру.

Система образования  посадок и видов сопряжений предусматривает посадки в системе отверстия (СА) и в системе вала (СВ).

Посадки в системе отверстия - это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием (рис. 3.1, а).

Посадки в системе вала - это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом (рис. 3.1, б).

Рис. 3.1. Примеры  расположения полей допусков для  посадок: а - в системе отверстия; б - в системе вала

Для всех посадок  в системе отверстия нижнее отклонение отверстия EI = 0, т. е. нижняя граница поля допуска основного отверстия, всегда совпадает с нулевой линией. Для всех посадок в системе вала верхнее отклонение основного вала es = 0, т. е. верхняя граница поля допуска вала всегда совпадает с нулевой линией.

Поле допуска основного отверстия откладывают вверх, поле допуска основного вала - вниз от нулевой линии, т. е. в материал детали.

Система основных отклонений представляет собой ряд основных отклонений валов в СА и отверстий в СВ, обозначаемых соответственно строчными и заглавными буквами латинского алфавита, например a, b,…, zb, zc; A, B, …, ZB, ZC.

Значение основного отклонения определяется соответствующей буквой и зависит от номинального размера.

В системах допусков и посадок разных типов деталей установлено разное число основных отклонений, наибольшее их количество содержится в системе допусков и посадок гладких цилиндрических деталей.

Уровни точности могут называться по-разному: квалитеты точности - для гладких деталей, степени точности - для резьбовых деталей и зубчатых колёс или классы точности - для подшипников качения, но в любом случае они определяют требуемую ступень точности деталей для выполнения своих функций. Обозначаются уровни точности, как правило, арабскими цифрами, чем меньше цифра, тем выше уровень точности, т.е. точнее деталь.

Единица допуска - это зависимость допуска от номинального размера, которая является мерой точности, отражающей влияние технологических, конструктивных и метрологических факторов. Единицы допуска в системах допусков и посадок установлены на основании исследований точности механической обработки деталей. Значение допуска можно рассчитать по формуле T = a·i , где a - число единиц допуска, зависящее от уровня точности (квалитет или степень точности); i - единица допуска.

Предпочтительные поля допусков и посадок представляют собой совокупность отобранных из числа наиболее часто применяемых в производстве изделий полей допусков и составляемых из их числа посадок или видов сопряжений. Эти поля допусков и посадок составляют ряды предпочтительных и рекомендуемых и должны в первую очередь использоваться при проектировании изделий.

Диапазоны и интервалы номинальных размеров учитывают влияние масштабного фактора на значение единицы допуска. В пределах одного диапазона размеров зависимость единицы допуска от номинального размера - постоянна. Например, в системе допусков и посадок гладких деталей для диапазона размеров от 1до 500 мм единица допуска равна ;для диапазона размеров свыше 500 до 3150 мм единица допуска равна i = 0,004D + 2,1.

Для построения рядов допусков каждый из диапазонов размеров, в свою очередь, разделен на несколькоинтервалов. Поскольку назначать допуск для каждого номинального размера экономически нецелесообразно для всех размеров, объединенных в один интервал, значения допусков принятыодинаковыми. В формулах единиц допусков в системе ИСО и ЕСДП в качестве размеров подставляют среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала.

Размеры по интервалам распределены так, чтобы допуски, подсчитанные по крайним значениям в каждом интервале, отличались от допусков, подсчитанных по среднему значению диаметра в том  же интервале, не более чем на 5-8 %.

Нормальная температура, при которой определены допуски и отклонения, устанавливаемые стандартами, принята равной + 20 °С (ГОСТ 9249-59). Такая температура близка к температуре рабочих помещений производственных помещений. Градуировку и аттестацию всех линейных и угловых мер и измерительных приборов, а также точные измерения следует выполнять при нормальной температуре, отступления от нее не должны превышать допускаемых значений, содержащихся в ГОСТ 8.050-73 (Государственная система измерений).

Температура детали и измерительного средства в момент контроля должна быть одинаковой, что может быть достигнуто совместной выдержкой детали и измерительного средства в одинаковых условиях (например, на чугунной плите). Если температура воздуха в производственном помещении, контролируемой детали и измерительного средства стабилизированы и равны 20 °С, температурная погрешность измерения отсутствует при любой разности температурных коэффициентов линейного расширения. Таким образом, для устранения температурных погрешностей необходимо соблюдать нормальный температурный режим в помещениях измерительных лабораторий, инструментальных, механических и сборочных цехов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

 

Колчков В.И. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ. М.: Учебное пособие, 2009