Основы взаимозаменяемости
При конструировании современных изделий конструктор должен предписывать необходимую точность их изготовления, обеспечивающую взаимозаменяемость деталей. Определив расчетом или приняв по конструктивным соображениям номинальные размеры деталей, конструктор устанавливает и указывает на чертеже их допустимые предельные отклонения, при которых детали будут взаимозаменяемыми. Это условие необходимо, поскольку даже в установившемся процессе формирования размеров, как уже указывалось, встречается явление рассеяния размеров.
Для характеристики точности группы деталей достаточно определить или указать погрешности двух из всей группы деталей - наибольшей и наименьшей. Исходя из этого, для предписания точности, изготовления группы взаимозаменяемых деталей необходимо и достаточно также указать только два ограничительных предельно допустимых отклонения. Началом отсчета отклонений при этом является номинальный размер. Предельные отклонения могут быть положительными и отрицательными. В зависимости от этого они указываются с соответствующим знаком, проставляемым впереди цифры, означающей величину отклонения. В деревообработке отклонения указываются в размерности номинального размера в миллиметрах (мм). Отклонение наибольшего допустимого размера от номинального называют верхним, а наименьшего - нижним. На чертеже отклонения проставляются после номинального размера: верхнее над нижним.
Явление рассеяния размеров обусловливает противоречивость в достижении общей цели между желанием конструктора и техническими возможностями производства, предопределяющим поле рассеяния размера. Устранение этого противоречия достигается системой допусков и посадок. Стандарты на допуски и посадки обеспечивают оптимальное решение лтри установлении точности изготовления деталей, обеспечивая их практическую взаимозаменяемость и оптимальное качество получаемых из них изделий с учетом существующих условий и возможностей производства, так, чтобы изготовление взаимозаменяемых деталей было экономически эффективным.
Явление рассеяния размеров встречается даже при формировании размеров на автоматических и поточных линиях обработки.
Стандарт на допуски и посадки дает оптимальное решение при установлении требуемой и необходимой точности изготовления деталей с учетом существующих условий обеспечения требуемого качества изделий и эффективности производства.
Первая международная система допусков и посадок была разработана в 1931 г. и оформлена в 1940 г. После войны была создана новая международная организация стандартизации ИСО. На основе рекомендаций ИСО разработана Единая система допусков и посадок (ЕСДП) СЭВ. Общие положения ЕСДП СЭВ изложены в СТ СЭВ 145-75 и СТ СЭВ 144-75. Пользуясь стандартами на допуски и посадки, конструктор должен указывать предельные отклонения для устанавливаемых им номинальных размеров. Эти отклонения указываются на чертеже с их знаком после номинального размера. Например: 10Zo,2; 86+2 и т. д. Предельные отклонения равные 0 не указываются. Предельные отклонения регламентируют точность изготовления деталей. По предельным отклонениям легко определить значения допустимых действительных размеров всех годных деталей и их пределы. При таком условии практически обеспечивается их размерная взаимозаменяемость и возможность осуществления сборки без подбора и подгонки. Однородность изготовления партии деталей одинакового назначения (их относительная точность) характеризуется разностью между наибольшим и наименьшим действительными значениями полученных размеров. Чем меньше эта разность, тем точнее в этой партии изготовлены детали, их размеры более близки друг к другу.
Разность между предельными отклонениями называется допуском. Допуск характеризует предписанную конструктором точность изготовления всех деталей, для которых на чертеже указан номинальный размер с его предельными отклонениями. При этом можно видеть, что допуск равен разности между верхним и нижним предельными отклонениями. Значения размеров, ограниченные предельными отклонениями, образуют поле допуска.
Каждое соединение пары деталей можно охарактеризовать одной конкретной величиной разности их размеров, которая имеет фактическое значение зазора или натяга. Группу одинаковых соединений проще охарактеризовать одной посадкой, для которой характерны два возможных предельных значения максимального и минимального зазора или натяга. Однозначная характеристика каждого из соединений этой посадки находится между этими возможными предельными значениями зазоров или натягов, характерными для условно принятой посадки. Поскольку зазоры и натяги в соединениях одной посадки находятся между установленными предельными, характерными для этой посадки значениями, то разность между этими значениями зазоров и натягов образует допуск посадки. Допуск посадки характеризует однородность характера соединений, объединяемых понятием одной посадки.
Допуск посадки равен сумме допусков деталей, образующих посадку. Общий характер сопряжения деталей, определяемый понятием - посадка, практически обеспечивает функциональную взаимозаменяемость. Это отражается в названии стандартов на систему допусков и посадок.
По принципу образования посадок принято различать две системы допусков и посадок: система отверстия и система вала. В системе отверстия различные посадки для сопряжений заданного номинального размера образуются за счет преднамеренного изменения предельных размеров вала. При этом предельные значения размеров отверстий для всех посадок одного номинального размера остаются без изменения. Размер отверстая является в этом случае основным размером, а присоединительным, определяющим характер сопряжения - посадку, является размер вала (шипа). При изготовлении отверстий для всех видов посадок данного номинального размера используют инструмент одного номинального размера. Это является важным преимуществом системы отверстий. В системе вала основным размером является охватываемый размер вала, а присоединительным- размер отверстия. Для получения различных посадок необходимо при этом отверстия изготавливать преднамеренно различных размеров с учетом характера сопряжения - посадки. Для осуществления этого условия потребуется несколько единиц инструментов для получения отверстий, обеспечивающих требуемый характер сопряжения для каждой посадки. Необходимо иметь столько комплектов инструмента для получения отверстий, сколько посадок будет использоваться. Это усложнило бы технологию и производство. В деревообработке используют только одну систему отверстия как более выгодную в технологическом отношении. В машиностроении используются обе системы, которые в своем сочетании позволяют решать все проблемы конструирования и широко использовать унифицированные элементы, в частности шариковые и роликовые подшипниковые опоры.
Сопряжение шарикоподшипника с цапфой вала по размеру внутреннего отверстия осуществляется в системе отверстия, по размеру наружного кольца - в системе вала. Эти размеры у шарикоподшипника являются основными, не подлежащими обработке. Характер посадки регулируется за счет размера цапфы вала и отверстия в корпусе для подшипника.
При изготовлении отверстий путем сверления, фрезерования или выпиливания режущий инструмент оказывается всегда внутри образуемого им отверстия. Если для этого используют инструмент с номинальным размером, соответствующим номинальному размеру отверстия, то получаемый при этом действительный размер отверстия за счет биения инструмента будет всегда больше этого номинального размера. По этой причине действительные отклонения размера отверстия практически могут быть только положительными. Погрешности изготовления группы отверстий следует ограничивать указанием только верхнего отклонения, так как предельное нижнее отклонение при этом всегда принимается равным нулю.
Если отверстие образуется в результате формирования сборочной единицы, то в таком случае предельные отклонения его могут быть как положительные, так и отрицательные. Для наглядности представления посадок используется графический метод изображения сопряжений. Представим две детали, соединяемые цельным плоским прямым открытым шипом до их сборки. Предельные отклонения их обозначены, как принято. Номинальный размер этих деталей показан с обозначением Ао=Во. Линия начала отсчета соответствует номинальному размеру Ло=50 и обозначена как нулевая линия 00. Принято все положительные предельные отклонения показывать выше нулевой линии, отрицательные - ниже. Предельная величина зазора показана стрелкой и обозначена натяга.
В стандартных системах допусков и посадок принято, что поле допуска основного размера всегда направлено в тело детали, а одно из отклонений основного размера равно нулю: поле допуска отверстия в системе отверстия всегда располагается выше нулевой линии, а вала в системе вала - ниже. Равны нулю: в системе отверстия нижнее отклонение отверстия, в системе вала - верхнее отклонение вала. Виды посадок, применяемых в стандартных системах допусков и посадок, могут быть графически представлены.
Ограничения формы и расположения поверхностей взаимозаменяемых деталей с учетом возможного изменения при колебаниях влажности материала в допускаемых пределах определяют допуском формы и расположения поверхностей. Нормируются отклонения формы в деталях из древесины от прямолинейности в плоскости или оси в пространстве, от плоскостности и от цилиндричности. Отклонения расположения подразделяются на 7 видов: от параллельности плоскостей, оси и плоскости, прямых линий на плоскости; перпендикулярности плоскостей или оси к плоскости; наклона плоскостей или оси к плоскости; симметричности относительно базового элемента; позиционное отклонение оси в пространстве, плоскости симметрии или оси в заданном направлении; пересечения осей.
Суммарные отклонения формы и расположения различают на отклонение формы заданного профиля и отклонение формы заданной поверхности. Допуски по соответствующим видам названных отклонений установлены в зависимости от принятых степеней точности от 10 до 20. Величина допуска при переходе от одной к последующей другой степени точности изменяется в соответствии производных рядов предпочтительных чисел R10. Кроме допуска формы заданной поверхности при нормировании геометрической точности сложной формы можно использовать указание предельных отклонений координат отдельных точек сложной поверхности.
Для обеспечения взаимозаменяемости деталей с отверстиями, соединяемых болтами и круглыми вставными шипами, необходимо указывать допуски на расположение осей отверстий. При этом используется два способа: позиционными допусками осей отверстий или предельными отклонениями размеров, координирующих оси отверстий. Для отверстий, образующих одну сборочную группу при числе элементов в группе более двух, предпочтительно назначать позиционные допуски их осей. Числовые значения позиционных допусков в диаметральном выражении Т соответствуют округленным значениям предпочтительных чисел RW от 0,1 до 6,0 мм.
Соединения крепежными деталями могут быть трех типов: А, В а С. В типе А зазоры для прохода крепежных деталей предусмотрены в обеих соединяемых деталях. В типе В зазоры предусмотрены только в одной из соединяемых деталей. В типе С крепежные детали входят в отверстия соединяемых деталей с односторонним натягом (соединение на круглых вставных шипах).
