Все машины, приборы и аппараты собираются из отдельных блоков, узлов и деталей. В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхности.
У цилиндрических соединений охватывающую поверхность называют отверстием, а охватываемую - валом. Названия отверстие и вал условно применимы и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям, например плоским поверхностям.
При разработке чертежа детали устанавливают размеры, как правило, предпочительного ряда, которые требуются по условиям ее работы. Этот размер называется номинальным. Он является общим размером для вала и отверстия, составляющих соединение, и служит началом отсчета отклонений.
При обработке деталей невозможно получить абсолютно точно заданный номинальный размер. Причиной этого могут быть неточность изготовления оборудования, приспособлений и инструмента, их износ, колебания температуры и режимов обработки, а также неточности, связанные с отсутствием должных навыков, в пользовании измерительным, инструментом. В результате действительный размер будет отличаться от номинального.
Действительным называется размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью. Для годных деталей действительный размер должен быть не больше наибольшего и не меньше наименьшего допустимых предельных размеров - наибольшего и наименьшего. Наибольшим предельным размером называется наибольший размер, который может быть допущен при изготовлении детали. Наименьшим предельным размером называется минимальный размер, который может быть допущен при изготовлении детали. Разность между наибольшим и наименьшим допустимыми предельными размерами называется допуском на обработку или просто допуском.
Допуск на обработку в чертежах изображается в виде-отклонении от номинального размера: верхнего предельного отклонения (ВО), нижнего предельного отклонения (НО) и основного. Основное отклонение - ближайшее к нулевой линии (номинальному размеру).; оно используется для определения поля допуска относительно нулевой линии. Верх нее предельное отклонение - разность между наибольшим Предельным размером и номинальным; нижнее - разность между наименьшим и номинальным размерами.
Когда предельный размер больше номинального, то в чертеже отклонение ставится со знаком плюс (+). Если же предельный размер (наибольший или наименьший или тот и другой) меньше номинального, то отклонение является Отрицательным и в чертеже указывается со знаком минус £-). Когда один из предельных размеров равен номинальному, то отклонение равно нулю и в чертеже не указывается,
Единая система допусков и посадок стандартов СЭВ
Единая система допусков и посадок СЭВ (ЕСДП СЭВ) регламентируется стандартами СЭВ (СТ СЭВ) и в СССР действует с 1980 г. в качестве государственных стандартов (взамен применявшейся в нашей стране системы допусков и посадок ОСТ).
Использование ЕСДП СЭВ позволяет применять в разных странах единую техническую документацию и стандартную техническую оснастку, повышать уровень взаимозаменяемости деталей и элементов.
Основу ЕСДП СЭВ составляют ряды допусков, называемых квалитетами, и ряды основных отклонений, которыми определяется положение полей допусков относительно нулевой линии. Система допусков и посадок для размеров до 3150 мм содержит 19 квалитетов, которые обозначаются IT с добавлением номера по порядку: 1ТО1; 1Т0; 1Т1; 1Т2 и т. д. до 1Т17. Все поля допусков для отверстий и валов обозначаются буквами латинского алфавита: для отвертстий - прописными буквами (А, В, С, D и т. д.), для валов- строчными (а, b , с, d и т. д.). Ряд полей допусков обозначается двумя буквами, а буквы О, W, Q, L не используются. Величина поля допуска определяется квалитетом.
Квалитет - это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров. Поля допусков имеют симметричное расположенние отклонений (±).
Посадки наименований не имеют и делятся на три группы:
с гарантированным зазором - обозначаются буквами (для отверстия - А, В, С, CD, D, E, EF, F, FG, Q, Н, для вала - а, b , с, cd , d , e , ef , f , fg , g , h);
переходные - обозначаются буквами (для отверстия - IS, I, К, М, /V, для вала - is , i , k , in , n);
с гарантированным натягом - обозначаются буквами (для отверстия - Р, R, S, Т, U, X, Y, Z, для вала - р, r , s , t , и, v , х, у, z).
ЛЕКЦИЯ № 2
Методы нормирования параметров при проектировании.
Этапы нормирования:
–– выбор номинального значения;
–– установление предельных значений или предельных отклонений
Номинальные значения – выбирают, исходя из требований к прочности, жесткости, кинематической точности машины и др.
Предельные значения – назначают для обеспечения нормальной работы сопряжений из 2-х и более деталей (в размерных цепях).
Методы нормирования:
–– исследовательский: обеспечивает правильность и качество решения для новых задач; весьма затратен.
–– метод аналогов: используется для тривиальных задач. Обеспечивает экономию времени. На основе опыта – расчет посадок с зазором, натягом, подшипников качения и др.
На рабочем чертеже деталей машин конструктором проставляется номинальный размер - общий для всех соединяемых деталей размер, определяемый из расчета на прочность, жесткость или конструктивных соображений. Он служит началом отсчета отклонений.
Любой ли размер конструктор может сделать номинальным?
В соответствии ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» его необходимо округлять до имеющихся в данном ГОСТе. Ряды нормальных линейных размеров – геометрические прогрессии. Их четыре, они обозначаются Ra5, Ra10, Ra20, Ra40.
| Ra5 | Ra10 | Ra20 | Ra40 |
| 1,6 | 1,25 | 1,12 | 1,06 |
Предпочтение отдается размерам из рядов с наиболее крупной градацией – 5-ый ряд наиболее предпочтителен.
Уменьшение числа размеров, ведет к уменьшению типоразмеров режущих и мерительных инструментов, штампов, приспособлений, обеспечивается типизация технологических процессов.
Действительный (истинный) размер – размер, который получается после изготовления и измерения детали, детали, размер с допустимой погрешностью.
d – номинальный размер;
d д – действительный размер, для годности детали он колеблется от d max до d min:
Это предельные размеры.
Проходной предел – предельный размер соответствующий максимальному количеству материала (d max и D min)
Непроходной предел – предельный размер соответствующий минимальному количеству материала (d min и D max)
Упростим задачу. Будем отсчитывать размеры от одной плоскости.
Предельные контуры имеют форму номинальной поверхности (контура) и соответствуют наибольшему d max и наименьшему d min размерам детали.
Линии предельного контура детали П.К
Этот чертеж можно еще упростить, т.к. основная задача – обеспечение точности номинального размера.
Из рисунка видно что наибольшее допустимое колебание размеров характеризуется допуском.
Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами(Т-Tolerance)
Допуск отверстия
Допуск вала
Допуск всегда Т>0. Он определяет допустимую велечину разброса размеров годных деталей в партии.(допуск на изготовление)
Отклонение размера – разность между размером и соответствующим номинальным размером (Е,е-ecart)
Нижние отклонение – разность между наименьшим предельным и номинальным размерами (I,i – inferieur):
Отверстие вал
Верхние отклонение – разность между наибольшим предельным и номинальным размером (S,s – superieur):
Отверстие вал
Нижние и верхнее – предельные отклонения.
Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами:
Отверстие вал
Предельные размеры = номинальные размеры + отклонение.
Отверстие
Поле допуска – зона между наибольшим и наименьшим предельным размерами, изображенная графически.
Нулевая линия – линия на схеме поля допуска, соответствующая номинальному размеру или номинальному контуру.
Будем откладывать отклонения по оси у. Это будут координаты относительно нулевой линии предельных контуров. Отклонения могут иметь знак «+» и «-», поле допуска относительно нулевой линии расположится по-разному. (Пример для вала)
Величину допуска можно определить через отклонения:
Допуск – алгебраическая разность верхнего и нижнего отклонения (>0)
Отклонения могут быть е>0, е<0, е=0
Схематическое изображение полей допусков.
Построение полей допуска ведется в масштабе. Поля допусков изображаются прямоугольниками. Относительно нулевой линии прямоугольник расположен так, что верхняя сторона определяет верхние отклонение, нижние – нижнее. Величины отклонений со знаками проставляют у вершин двух правых углов прямоугольников (мкм). Графически высота прямоугольника изображает величину допуска. Длина прямоугольника произвольна.
Нулевая линия, определяет номинальный размер (в мм)
В справочниках d, D – в мм; отклонения es, ei, ES, EJ и допуски TD, Td в мкм, 1 мкм = 10 -6 м = 10-3 мм.
Пример. Построить поле допуска и проставить отклонения, определить предельные размеры.
d = 40 мм; EJ = 0; TD = 39 мкм (H8); es = -25 мкм; Td = 25 мкм
Отверстие
Основные понятия о взаимозаменяемости по геометрическим параметрам удобнее рассматривать на примере валов и отверстий и их соединений.
Вал - термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров.
Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерений.
Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.
Определения даются по ГОСТ 25346-89 "Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений".
Номинальный размер - это размер, относительно которого определяются отклонения.
Номинальный размер получают в результате расчетов (прочностных, динамических, кинематических и т. п.) или выбирают из каких-либо других соображений (эстетических, конструктивных, технологических и т. п.). Полученный таким образом размер должен быть округлен к ближайшему значению из ряда нормальных размеров (см. раздел "Стандартизация"). Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости были установлены ряды нормальных линейных размеров. Ряды нормальных линейных размеров регламентируются во всем диапазоне, находящем широкое применение.
Базой для нормальных линейных размеров являются предпочтительные числа, а в отдельных случаях их округленные значения.
Действительный размер - размер элемента, установленный измерением. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится для определения годности размеров детали установленным требованиям. Под измерением понимают процесс нахождения значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, а под погрешностью измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер - размер, полученный в результате обработки детали. Значение истинного размера неизвестно, так как невозможно выполнить измерение без погрешности. В связи с этим понятие "истинный размер" заменяется понятием "действительный размер".
Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Для предельного размера, которому соответствует наибольший объем материала, т. е. наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия, предусмотрен термин предел максимума материала; для предельного размера, которому соответствует наименьший объем материала, т. е. наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия, - предел минимума материала.
Наибольший предельный размер - наибольший допустимый размер элемента (рис. 5.1)
Наименьший предельный размер - наименьший допустимый размер элемента.
Из этих определений следует, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя допустимыми значениями - наибольшим и наименьшим. У годной детали размер должен находиться между этими предельными значениями.
Отклонение - алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и номинальным размером.
Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.
Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.
Отклонения разделяются на верхние и нижние. Верхнее отклонение Е8, еа (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. (ЕЯ- верхнее отклонение отверстия, ег- верхнее отклонение вала).
Нижнее отклонение Е1, е (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. (Е1 - нижнее отклонение отверстия, е - нижнее отклонение вала).
Допуск Т- разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями (рис. 5.2).
Стандартный допуск П - любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.
Допуск характеризует точность размера.
Поле допуска - поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рис. 5.2).
Изобразить отклонения и допуски в одном масштабе с размерами детали практически невозможно.
Для указания номинального размера используется так называемая нулевая линия.
Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз (рис. 5.2).
Используя приведенные выше определения, можно вычислить следующие характеристики валов и отверстий.
Схематичное обозначение полей допусков
Для наглядности все рассмотренные понятия удобно представить графически (рис. 5.3).
На чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения от номинального размера. Учитывая, что отклонения мо-
Рис. 5.3.
гут быть положительными (+), отрицательными (-) и одно из них может равняться нулю, то возможны пять случаев положения поля допуска при графическом изображении:
- 1) верхнее и нижнее отклонения положительные;
- 2) верхнее отклонение положительное, а нижнее равно нулю;
- 3) верхнее отклонение положительное, а нижнее отклонение равно нулю;
- 4) верхнее отклонение равно нулю, а нижнее отклонение отрицательное;
- 5) верхнее и нижнее отклонения отрицательные.
На рис. 5.4, а приведены перечисленные случаи для отверстия, а на рис. 5.4, б - для вала.
Для удобства нормирования выделяют одно отклонение, которое характеризует положение поля допуска относительно номинального размера. Это отклонение получило название основного.
Основное отклонение - это одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии.
Из формул (5.1) - (5.8) следует, что требования к точности размеров можно нормировать несколькими способами. Можно задать два предельных размера, между которыми должны находиться раз-
Рис. 5.4.
а - отверстия; б- вала
меры годных деталей; можно задать номинальный размер и два предельных отклонения от него (верхнее и нижнее); можно задать номинальный размер, одно из предельных отклонений (верхнее или нижнее) и допуск на размер.
В машиностроении все детали условно подразделяют на две группы:
1. "валы " – наружные (охватываемые) элементы детали, номинальный размер вала принято обозначать d ;
2. "отверстия " – внутренние (охватывающие) элементы детали, номинальный размер отверстия обозначают D .
Термины "вал" и "отверстие" относят не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей любой другой формы.
Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров. Размер – это числовое значение линейной величины (диаметра, длины, высоты и т.п.) в выбранных единицах. В машиностроении размеры указываются в миллиметрах. Различают следующие размеры:
Номинальный размер (D, d, l ) – размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим. Номинальные размеры находят расчетом их на прочность и жесткость, а также исходя из совершенства геометрических форм и обеспечения технологичности конструкций изделий.
Для сокращения числа типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента, штампов, приспособлений, а также для облегчения типизации технологических процессов значения размеров, полученные расчетом, следует округлять (как правило, в большую сторону) в соответствии со значениями ряда нормальных линейных размеров.
Действительный размер - размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Этот термин введен потому, что невозможно изготовить деталь с абсолютно точными требуемыми размерами и измерить их без внесения погрешности. Действительный размер детали в работающей машине вследствие ее износа, упругой, остаточной, тепловой деформаций и других причин отличается от размера, определенного в статическом состоянии или при сборке. Это обстоятельство необходимо учитывать при точностном анализе механизма в целом.
Предельные размеры детали - два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называют наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Принятые обозначения их D max и D min для отверстия, d max и d min – для вала. Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.
Выбраковочный размер – размер, при достижении которого деталь изымается из работы. Выбраковочный размер обычно задается в стандартах через границу износа или предел износа.
Отклонением называется алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером. Отклонения – это вектора, которые показывают насколько предельный размер отличается от номинального. Отклонения всегда задаются со знаком "+" или "–".
Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.
Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Одно из двух предельных отклонений называется верхним, а другое - нижним. Обозначения отклонений, их определения и формулы приведены в табл. 8.1.
Верхнее и нижнее отклонения могут быть положительными (расположены выше номинального размера или нулевой линии), отрицательными (расположены под нулевой линией), и равными нулю (совпадают с номинальным размером – нулевой линией).
Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения.
Различают действительный, номинальный и предельные размеры.
Действительный размер – размер, установленный измерением с помощью средства измерения с допускаемой погрешностью измерения.
Под погрешностью измерения понимается отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер – размер, полученный в результате изготовления и значение которого нам не известно.
Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений.
Номинальный размер указывается на чертеже и является общий для отверстия и вала, образующих соединение и определяется на стадии разработки изделия исходя из функционального назначения деталей путем выполнения кинематических, динамических и прочностных расчетов с учетом конструктивных, технологических, эстетических и других условий.
Полученный таким образом номинальный размер должен быть округлен до значений, установленных ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры». Стандартом в диапазоне от 0,001 до 20 000 мм предусмотрено четыре основных ряда размеров: Ra 5, Ra 10, Ra 20, Ra 40, а также один дополнительный ряд Ra 80. В каждом ряду размеры изменяются по геометрической профессии со следующими значениями знаменателей соответственно рядам: (Геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в котором каждое последующее число получается умножением предыдущего на одно и то же число - знаменатель прогрессии.)
В каждом десятичном интервале для каждого ряда содержится соответственно номеру ряда 5; 10; 20; 40 и 80 чисел. При установлении номинальных размеров предпочтение должно отдаваться рядам с более крупной градацией, например ряд Ra 5 следует предпочесть ряду Ra 10, ряд Ra 10 - ряду Ra 20 и т.д. Ряды нормальных линейных размеров построены на базе рядов предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) с некоторым округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) берутся значения 10; 16; 25; 40; 63; 100; 250; 400; 630 и т.д.
Стандарт на нормальные линейные размеры имеет большое экономическое значение, состоящее в том, что при сокращении числа номинальных размеров сокращается потребная номенклатура мерных режущих и измерительных инструментов (сверла, зенкеры, развертки, протяжки, калибры), штампов, приспособлений и другой технологической оснастки. При этом создаются условия для организации централизованного изготовления названных инструментов и оснастки на специализированных машиностроительных заводах.
Стандарт не распространяется на технологические межоперационные размеры и на размеры, связанные расчетными зависимостями с другими принятыми размерами или размерами стандартных комплектующих изделий.
Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.
Когда необходимо изготовить деталь, то размер должен задаваться двумя значениями, т.е. предельными допустимыми значениями. Больший из двух предельных размеров называется наибольшим предельным размером, а меньший - наименьшим предельным размером. Размер годного элемента детали должен находиться между наибольшим и наименьшим допускаемыми предельными размерами.
Нормировать точность размера - это значит указать два его возможных (допускаемых) предельных размера.
Принято обозначать номинальный, действительный и предельные размеры соответственно: для отверстий - D, D Д, D max , D min ; для валов - d, d Д, d max , d mln .
Сравнивая действительный размер с предельными, можно судить о годности элемента детали. Условиями годности являются соотношения: для отверстий D min <D Д
Отклонение - алгебраическая разность между размером (предельным или действительным) и соответствующим номинальным размером.
Для упрощения простановки размеров на чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения: верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее отклонение - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.
Верхнее отклонение обозначается ES (Ecart Superieur) для отверстий и es - для валов; нижнее отклонение обозначается El (Ecart Interieur) для отверстий и ei - для валов.
Согласно определениям: для отверстий ES=D max -D; EI= D min -D; для валов es=d max –d; ei= d mln -d
Особенность отклонений заключается в том, что они всегда имеют знак (+) или (-). В частном случае одно из отклонений может быть равно нулю, т.е. один из предельных размеров может совпадать с номинальным значением.
Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.
Допуск обозначается IT (International Tolerance) или T D - допуск отверстия и T d - допуск вала.
Согласно определению: допуск отверстия T D =D max -D min ; допуск вала Td=d max -d min . Допуск размера всегда положительная величина.
Допуск размера выражает разброс действительных размеров в пределах от наибольшего до наименьшего предельных размеров, физически определяет величину официально разрешенной погрешности действительного размера элемента детали в процессе его изготовления.
Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При одном и том же допуске для одного и того же номинального размера могут быть разные поля допусков.
Для графического изображения полей допусков, позволяющего понять соотношения номинального и предельных размеров, предельных отклонений и допуска, введено понятие нулевой линии.
Нулевой линией называется линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются предельные отклонения размеров при графическом изображении полей допусков. Положительные отклонения откладываются вверх, а отрицательные - вниз от нее (рис. 1.4 и 1.5)