Файл: Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник.pdf

себестоимость изготовления деталей в этих случаях по мере уменьшения величины допуска возрастает по гиперболе.

Итак, изготовление деталей по более точному классу связано с повышением себестоимости. Но при этом обеспечиваются высокая точность сопряжений, постоянство их характера в большой партии и более высокие эксплуатационные показатели изделия в целом.

Изготовление деталей по расширенным допускам проще, не требует точного оборудования и отделочных технологических процессов, но снижает точность и, следовательно, долговечность машин.

Отсюда перед конструкторами, а также перед технологами и метрологами всегда стоит задача — рационально, на основе тех­ нико-экономических расчетов, разрешать противоречия между

U-)

Рис. 9. Зависимость процента возможного брака (а) п относи­ тельной себестоимости (б) от допуска:

1 — холодное волочение; 2 — обтачивание на токарном станке; 3 — обтачи­ вание и шлифование; 4 — обтачивание, шлифование, притирка

эксплуатационными требованиями и технологическими возмож­ ностями исходя в первую очередь из выполнения эксплуатацион­ ных требований. Вместе с тем нельзя назначать предельные отклонения и допуски, проверка соблюдения которых не обеспе­ чена достаточно точными и надежными измерительными средствами.

Гарантированный запас работоспособности машин и других изделий. Как известно, для предупреждения разрушения деталей машин (вследствие неоднородности механических свойств мате­ риала, возможных перегрузок, недостаточной точности определе­ ния расчетной нагрузки и методов расчета на прочность и других причин) вводятся коэффициенты запаса прочности, коэффициенты безопасности по устойчивости и др. Однако серийно изготовляе­ мые маилпш и другие изделия в большинстве случаев выходят из строя не из-за разрушения, а из-за потери работоспособности, вызываемой снижением точности их рабочих органов. Для изде­ лий с механическими кинематическими связями потеря точности связана с износом деталей. С потерей точности ответственных

60

деталей, соединений и кинематических пар резко ухудшаются эксплуатационные показатели машин, приборов и других изде­ лий, что и является причиной изъятия их из эксплуатации.

13 некоторых зарубежных странах при изготовлении изделий разрешается использовать только часть установленного допуска. Оставшаяся часть допуска составляет необходимый запас точ­ ности. На многих заводах нашей страны стремятся к тому, чтобы для ответственных изделий создавался технологический запас точности, т. е. чтобы отношение допуска б к фактическому полю рассеяния со было больше единицы (см. гл. XIII). Советские станкостроительные заводы поставляют новые станки но сдаточ­ ным нормам, в которых установлены отклонения, уменьшенные на 40—50% по сравнению со стандартными нормами точности.

Рис. 10. Схема расположения нолей функциональных допусков: а — размеров несоирягаемых поверхностей; б — для посадок с зазором

Для того, чтобы машины, приборы и другие изделия сохранили эксплуатационные показатели в заданных пределах к концу срока их службы, необходима такая система, которая обеспечивала бы гарантированный запас точности функциональных параметров и ответственных соединений, а следовательно, и эксплуатацион­ ных показателей. Для функциональных размеров и посадок с зазором методика расчета запаса точности общая. Устанавливают максимальные допуски как на функциональные размеры несопрягаемых поверхностей (например, на диаметры сопел пневмо- н гидросистем, жиклеров карбюраторов и т. п.), так и на посадки для ответственных соединений. Эти допуски и расположение их полей назначают исходя из допустимых отклонений эксплуатацион­ ных показателеймашины или другого изделия и соответственно называют функциональными допусками размера 6ф и функциональ­ ным допуском посадки 6 Д ф .

Допуск бф для функциональных размеров несопрягаемых поверхностей (рис. 10, а) равен разности между наибольшим и наименьшим допустимыми значениями этого размера, определен­ ными исходя из допустимого изменения эксплуатационных пока­ зателей изделия:

61

Функциональный допуск посадки с зазором бДф равен раз­ ности между наибольшими и наименьшими допустимыми зазорами, определенными исходя из допустимого изменения эксплуатацион­ ных показателей узла или машины:

Функциональные допуски бф и бДф должны быть наибольшими, но такими, при которых изделие еще будет работать с допустимыми эксплуатационными показателями.

Допуск функциональных размеров бф несопрягаемых поверх­ ностей и функциональный допуск посадки бДф необходимо делить на две части. Первая часть бф и бДф предназначается для создания запаса точности (например, запаса на износ сопл и на износ деталей в трущихся парах), необходимого для сохранения тре­ буемого уровня эксплуатационных показателей изделия в про­ цессе его длительной эксплуатации. Назовем эту часть эксплуата­ ционным допуском (бэке и 6Д3!;()- Эксплуатационный допуск по­ садки бДЭкс, в свою очередь, делится на эксплуатационный до­ пуск отверстия бакс А и эксплуатационный допуск вала бэкс В. При этом учитывают скорость потери точности отверстием и валом и трудности восстановления их точности при ремонте.

13торая часть функционального допуска посадки бДф (рис. 10, б) в общем случае идет на компенсацию погрешностей изготов­ ления деталей Дпзг (Дизг = 6Л + 8В), погрешностей сборки узла и изделия в целом и его регулировку Дсч1, а также на компен­ сацию прочих погрешностей Дпр. Эту часть бф и бДф назовем конст­ руктивным допуском бк и 6ДК.

Из приведенных определений следует:

для функциональных размеров несопрягаемых поверхностей

относятся изменения размеров под влиянием силовых Дсд и тем-

У~

Силовые и температурные деформации, возникающие в про­ цессе изготовления деталей пли сборки узлов, входят соответст­ венно в Д„зг нлп Дсд.

Перечень и допустимая величина указанных погрешностей определяются особенностями конструкции изделия и условиями, в которых оно работает.

Расположение допустимых полей погрешностей Дсо.доп и Лпр.доп на рис. 10, б показано условно. При расчете посадок учитывают суммарное влияние погрешностей сборки ДСб и прочих погрешностей Дпр вала и отверстия на величину поля зазора Драсч, так как знаки погрешностей у соединяемых деталей могут быть различными.

После определения допустимых величин составляющих по­ грешностей, для компенсации которых предназначен допуск 6ДК, устанавливают посадку и допуски на изготовление каждой из со­

единений, определяемый величиной 6ДЭКС.

Для посадок с натягом необходимо создавать эффективные запасы прочности при эксплуатации и сборке (см. гл. VII).

В настоящее время допуск па изготовление б (6Л или бВ) предназначается для компенсации погрешностей изготовления Дизг, включая и погрешности измерения Дизм. В некоторых слу­ чаях, особенно при установлении допуска на физические функ­ циональные параметры сложных приборов, из допуска б выделяют часть допуска на компенсацию погрешностей измерения Дизм, что оговаривается на чертеже.

Для обеспечения взаимозаменяемости машин по эксплуата­ ционным показателям кроме допуска б целесообразно, где это необходимо, назначать также допуски бф и бэкс для функциональ­ ных размеров несопрягаемых поверхностей и бДф и 6ДЭКС для ответственных посадок с зазором. В инструкциях по эксплуата­ ции изделий для ответственных деталей, имеющих функциональ­ ные размеры сопрягаемых и несопрягаемых поверхностей, по­ лезно указывать также наибольшие и наименьшие допустимые значения этих размеров для периодического контроля их в про­ цессе эксплуатации. Такой контроль позволяет сохранять эксплу­ атационные показатели изделий в заданных пределах, предупреж­ дать выход изделий из строя из-за катастрофически быстрого износа поверхностей трущихся Деталей и своевременно заменять износившиеся детали.

Сумма эксплуатационных допусков бэкс А + бэкс В в подвиж­ ных соединениях или кинематических парах определяет эксплуа­ тационный допуск зазора, величину которого нужно рассчиты­ вать исходя из заданной долговечности и допустимого изменения других эксплуатационный показателей изделия.

Запас точности целесообразно характеризовать коэффициен­ том запаса точности К т, определяемым отношениехм допускаемой

63

погрешности детали, соединения, узла, машины или прибора и конце срока их эксплуатации к погрешности новых машин пли приборов, их узлов, соединений и деталей. Например, если ра­ диальное биение шпинделя нового шлифовального станка равно 0,005 мм, а допускаемое биение в конце срока эксплуатации (до ремонта) станка данного класса точности равно 0,01 мм, то

Для деталей, имеющих функциональные несолрягаемые по­ верхности, К-? определяется отношением функционального до­ пуска размера этой поверхности к конструктивному допуску

(см. рис. 10), т. е.

Например, если для обеспечения экономичной работы дви­ гателя внутреннего сгорания отклонения диаметра жиклера карбюратора не должны превышать 10 мкм (6ф = 10 мкм),

а из них 5 мкм используются для компенсации всех погрешностей, в том числе и погрешностей изготовления (6К = 5 мкм), то

Для подвижных соединений К травен отношению максималь­ ного допуска посадки бДф к конструктивному допуску посадки 6Д„, который используется для компенсации всех погрешностей, в том числе и погрешностей изготовления, сборки и измерения

(см. рис. 10, б).

Для частного случая, когда Дсо и Дир равны нулю,

Величина коэффициента запаса точности Кт зависит от эксплуа­ тационного назначения изделия и допустимого снижения его на­ чальной точности, от намечаемого срока службы, характера изме­ нения функциональных параметров и эксплуатационных показа­ телей в процессе работы изделия и других факторов.

Запас точности нужно устанавливать для всех машин, при­ боров и других изделий длительного действия. Он должен созда­ ваться по каждому функциональному параметру, влияющему на эксплуатационные показатели изделия. Например, для порш­ невых компрессоров необходим запас точности зазора в сопряже­ нии поршень — цилиндр, так как этот зазор влияет на произво­ дительность и удельную мощность компрессора. В тех случаях,

* При заданных диаметре и длине жиклера, вязкости жидкости, вели­ чине напора, под которым происходит истечение жидкости, н постоянстве других факторов.

64

когда функциональный размер является одновременно замыкаю­ щим (или исходным), точность его определяется точностью состав­ ляющих размеров, входящих в соответствующую размерную цепь. Значит, необходимо создавать запас точности и для состав­ ляющих размеров, величина которых изменяется в процессе эксплуатации. Запас точности нужно устанавливать также для каждого эксплуатационного показателя, характеризующего точ­ ность машины или другого изделия. Это особенно важно для металлорежущих станков и измерительных приборов. Так, если допустимая погрешность результата измерения оптиметра при определенных условиях измерения равна 0,(5 мкм, то действитель­ ная погрешность результата измерения должна быть меньше допустимой. Например, при действительной погрешности но­ вого оптиметра, равной 0,4 мкм, создается запас точности, характеризуемый Кт г~ 1,5.

При разработке норм точности, по которым осуществляется окончательная приемка изделий, целесообразно устанавливать значение допускаемой погрешности нормируемого параметра для нового изделия и для изделия в конце срока его эксплуатации (до ремонта машины или до новой юстировки прибора). Запас точности следует создавать не только по геометрическим парамет­ рам, но и по электрическим, упругим и другим функциональным параметрам, изменяющимся в процессе работы изделия. Например, нужно предусматривать запас точности упругой характеристики чувствительных элементов приборов, длины волны резонансных электромагнитных колебаний в резонаторных системах, опреде­ ляющих качество электровакуумных приборов, и т. д.

Из изложенного следует, что установление точностных харак­ теристик имеет не меньшее значение, чем определение самих размеров деталей путем расчета на прочность, жесткость и т. п.

3 А. И. Якушев

ГЛАВА III

ПОНЯТИЕ О ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ В МАШИНОСТРОЕНИИ

§ 14. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Технический прогресс, совершенствование прецизионных тех­ нологических процессов, производство точных, надежных и дол­ говечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение взаимозаменяемости и кооперирования производства невозможны без развития метрологии и постоянного совершенст­ вования техники измерений.

Мет.рология * — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ ности. Основные проблемы метрологии: развитие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их сис­ темы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измере­ ний, единообразия средств и требуемой точности измерения, установление эталонов и образцовых средств измерений; разра­ ботка методов передачи размеров единиц от эталонов или образ­ цовых средств измерений рабочим средствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится госу­ дарственной метрологической службе, имеющей научно-исследова­ тельские институты и разветвленную сеть лаборатории государ­ ственного надзора и других организаций. Большую роль в раз­ витии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой в России в период 1892—1907 гг.

Под измерением понимается нахождение значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств.

Единица физической величины — это единица измерения, оп­ ределяемая установленным числовым значением, которое принято за исходную (основную или производную) единицу (например, метр — единица длины и т. п.).

66