Размер как средство описания конструктивной формы детали

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Краткий конспект лекций по дисциплине

«Нормирование точности в машиностроении»

Для студентов направления 15.03.05

«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Профиль «Технология машиностроения»

Составитель:

Прокопец Г.А.

Ростов-на-Дону

2017 г.

БЛОК

Тема 1. Явление рассеяния показателей качества изделий

Размер как средство описания конструктивной формы детали

Машиностроительная промышленность нашей страны выпускает огромное различных машин и механизмов для народного хозяйства. Важнейшей предпосылкой, обеспечивающей экономичность производства и эксплуатацию машин, механизмов и приборов с минимальными простоями, а также ускорение их ремонта, является взаимозаменяемость деталей. Готовые детали, которые можно использовать без дополнительной обработки (пригонки) при сборке узла или машины, а также для замены изношенных деталей, называются взаимозаменяемыми. Взаимозаменяемость деталей исключает необходимость трудоемкой работы по пригонке деталей при монтаже, позволяет обеспечивать высокие темпы сборки на конвейере. Кроме того, взаимозаменяемые заготовки деталей при обработке легко устанавливать в приспособления. Изготовление запасных частей для различных машин, станков, тракторов, комбайнов, автомобилей, самолетов и др. позволяет ремонтировать машины в полевых условиях, в лесу, а также в любой мастерской при малой затрате времени. Взаимозаменяемость стала основой не только поточной сборки, но и необходимой предпосылкой комплексной механизации и автоматизации цехов и заводов.

Каждая деталь в различных машинах и механизмах имеет определенное функциональное назначение и геометрические параметры элементов деталей, особенно тех, которые находятся во взаимодействии друг с другом, играют важнейшую роль в исполнении возложенных на них функций. Геометрические параметры элементов деталей определяют создатели механизмов и машин исходя из назначения деталей и на основе расчетов различного характера и результатов экспериментальных исследований. Степень возможных, с точки зрения работоспособности каждой детали, отклонений ее геометрических параметров от заданных определяет конструктор. Естественно, что одни элементы деталей требуется выполнить более точно, чем другие в соответствии с их назначением. В то же время известно, что абсолютно точно изготовить геометрические элементы детали невозможно вследствие целого ряда причин, свойственных любому технологическому процессу.

Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения. Другими словами, под размером конструктивного элемента детали понимают расстояние между двумя характерными точками этого элемента. Размер конструктивного элемента (далее просто "элемента"), установленный измерением с допускаемой погрешностью, называют действительным размером. Это размер, который выявляется экспериментальным путем, т.е. измерением, и называется действительным, если он выявлен с допустимой погрешностью, которая определена нормативными документами. Следует отметить, что действительный размер находят в случаях, когда требуется определить соответствие размеров элементов детали установленным требованиям. Когда же такие требования не установлены и измерения проводят не с целью приемки продукции, то возможно использование термина измеренный размер, т.е. размер, полученный в результате измерений. В любом случае погрешность измерений выбирается в зависимости от поставленной цели измерений.

Истинный размер - размер, полученный в результате изготовления и значение которого нам неизвестно, хотя он и существует. К знанию истинного размера мы приближаемся по мере повышения точности измерений, поэтому понятие «истинный размер» часто заменяют понятием «действительный размер», который близок к истинному в условиях поставленной цели. Действительный размер готовой детали всегда будет отличаться от указанного на чертеже размера (номинального). Причем величина этого отклонения будет зависеть от метода изготовления детали, типа измерительного инструмента и квалификации рабочего. Разность между номинальным и действительным размерами не может превышать определенной величины, так как в противном случае необходима будет дополнительная обработка вала (если, например, диаметр сопрягаемого с ним отверстия слишком мал) или этот вал вообще нельзя будет использовать (если диаметр сопрягаемого с ним отверстия слишком велик). Поэтому для определения границ размеров, полученных в результате обработки установлены предельные размеры.

Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или быть им равным) действительный размер. Как видно из определения, размер годного элемента детали задают двумя предельными значениями, при которых он должен правильно выполнять свои функции. Эти размеры называют наибольшим предельным размером (наибольший допустимый размер элемента детали) и наименьшим предельным размером (наименьший допустимый размер элемента детали). Таким образом, устанавливать (нормировать) точность размера - это значит указать два его возможных (допускаемых) предельных значения.

Номинальный размер - размер, относительно которого определяются отклонения. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов на прочность, жесткость, при определении габаритов и т.д. или с учетом конструктивных и технологических соображений. Этот размер указывают на чертеже и он является номинальным. Он обычно указывается на чертеже целыми числами миллиметра, но иногда встречаются и доли миллиметра.

Для повышения экономической эффективности производства ограничиваются. Для таких значений размеров централизованно налажен выпуск режущих (сверл, разверток, фрез и т.д.) и измерительных средств (контрольных калибров - пробок, колец, скоб и т.д.). Во всем мире существуют ограничения на использование значений размеров, которое заложено в понятия предпочтительных чисел рядов предпочтительных чисел, т.е. стандартизованы значения, до которых надо округлять расчетные значения. Такой подход дает возможность сократить количество типоразмеров деталей и узлов, количество режущего инструмента и другой технологической и измерительной оснастки. Ряды предпочтительных чисел одинаковы во всем мире и представляют собой члены геометрических прогрессий со знаменателями, которые приблизительно равны 1,6; 1,25; 1,12; 1,06. Эти ряды условно названы R5; R10; R20; R40. Номинальные значения линейных размеров берут из указанных рядов предпочтительных чисел с некоторым округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) принимают значения из ряда 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 и т.д.

Отклонение - алгебраическая разность между соответствующим (предельным или действительным) размером и номинальным размером. Поэтому под отклонением следует понимать величину возможного или действительного отличия рассматриваемого размера от номинального размера при нормировании требований к точности или по результатам измерений.

Поскольку размер может быть как больше, так и меньше номинального, при нормировании требований к его точности используют термины «верхнее» и «нижнее» отклонения. Верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным размером. Нижнее отклонение - алгебраическая разность между наименьшим предельным размером номинальным размером. Отклонение всегда имеет знак (+) или (-). Верхнее отклонение принято обозначать латинскими буквами ES для отверстий и es для валов. Нижнее отклонение обозначают буквами EI для отверстий и ei для валов. Обозначения, относящиеся к отверстию, записывают прописными буквами, а к валу - строчными.

Допуск (обычно обозначается «Т») - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями. Допуск - это существенно положительная величина, он не может быть отрицательным. Это интервал значений размеров, между которыми должен находиться размер годного элемента детали. Например, если мы говорим о допуске в 10 мкм, то это значит, что в партии годных могут быть детали, размеры которых могут отличаться друг от друга не более чем на 10 мкм. Чем меньше допуск, тем точнее должен быть изготовлен нормируемый элемент детали и тем труднее, сложнее и потому дороже его изготовление. Чем больше допуск, тем грубее требования к элементу детали и тем проще и дешевле его изготовление.

Существуют следующие типы размеров: линейные размеры, угловые и радиальные размеры. Размер - это числовое значение линейной или угловой величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения.

Линейные размеры представляются размерными линиями, которые привязываются к вершинам и контурам элементов детали (изделия).

Радиальные размеры представляют значения радиуса криволинейных элементов. Радиальные размеры можно считать частным случаем линейных размеров.

Угловые размеры представляют значения углов между парами линий и/или ребер линейных элементов и скругленных сторон многоугольников.

Для отверстий размер - это диаметр наибольшего правильного воображаемого цилиндра, который может быть вписан в отверстие так, чтобы плотно контактировать с наиболее выступающими точками поверхности на длине соединения (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы прилегающей к отверстию без зазора), не должен быть меньше, чем предел максимума материала. Дополнительно наибольший диаметр в любом месте отверстия, определенный путем двухточечного измерения, не должен быть больше, чем предел минимума материала.

Для валов размер - это диаметр наименьшего правильного воображаемого цилиндра, который может быть описан вокруг вала так, чтобы плотно контактировать с наиболее выступающими точками поверхности на длине соединения (размер сопрягаемой детали идеальной геометрической формы прилегающей к валу без зазора), не должен быть больше чем предел максимума материала. Дополнительно наименьший диаметр в любом месте вала, определенный путем двухточечного измерения, не должен быть меньше, чем предел минимума материала.

Как уже было сказано, невозможно получить точно размер элемента детали, поэтому и задаются предельные размеры. Максимальный размер элемента в партии изготовленных деталей должен быть меньше наибольшего предельного размера, а минимальный размер элемента должен быть больше наименьшего предельного размера.

На рис. 1 приведена схема функционирования некоторой технологической системы, в которой на металлорежущем станке изготавливается партия деталей. На вход технологической системы поступает партия заготовок (например, отливок или штамповок). Размер подлежащей обработке поверхности у каждой заготовки в партии не одинаков и может быть любым в пределах допуска. Неодинаковы в пределах соответствующих допусков химический состав, структура и физико-механические свойства материала каждой следующей заготовки. Количество энергии, подаваемой в технологическую систему в единицу времени непостоянно, например, заметны колебания напряжения в электрических сетях, колеблется в некоторых пределах давление в гидро- и пневмосетях и т.д. Машина работает в некоторой окружающей среде, показатели состояния которой не сохраняются в течение времени обработки партии заготовок (температура, освещенность, запыленность и т.д.). Состояние самой технологической системы подвержены различным изменениям во времени: она нагревается или остывает, части ее изнашиваются в подвижных соединениях и т.д.

Все эти изменения условий работы технологической системы в большинстве своем носят случайный характер и ограничиваются некоторыми пределами. Поэтому обработанные в этой технологической системе детали будут различаться как по размерам обработанной поверхности, так и по показателям свойств материала, другими словами результат процесса будет нестабилен в партии, и у каждой детали будет иметь свою количественную величину, в разной степени приближающуюся к заданной (желаемой). Поэтому говорят, что результат любого производственного процесса случаен и рассеян по некоторому полю. Рассеяние величины А (размера конструктивного элемента детали) в партии деталей характеризуется прежде всего полем рассеяния ωА.

Аналогичным образом в силу различия условий эксплуатации, рассеяния показателей качества изготовленных изделий, своевременности и полноты технического обслуживания изделия возникает рассеяние показателей эксплуатационных характеристик в процессе эксплуатации изделия (например, износ, коррозионные повреждения и др.).