Метрология, стандартизация и сертификация: Учебно-методическое пособие (практикум)

Камчатский государственный технический университет Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Г.О. Заляева

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром (ДВ РУМЦ) в качестве учебно-методического пособия (практикума) для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» вузов региона

Издательство

КамчатГТУ

Петропавловск-Камчатский 2006

УДК 620.186 (075.8) ББК 34.40 З25 Рецензент П.А. Ковалев, главный инженер ООО «КЖБФ» Р.И. Пашкевич кандидат технических наук, заведующий кафедрой естественнонаучных и технических дисциплин филиала Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) в г. Петропавловске-Камчатском Заляева Г.О. З25

Метрология, стандартизация и сертификация: Учебно-методическое пособие (практикум). – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2006. – 124 с. ISBN 5–328–00101–X Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация», входящей в основные образовательные программы подготовки специалистов по специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

УДК 620.186 (075.8) ББК 34.40 © КамчатГТУ, 2006 © Заляева Г.О., 2006

ISBN 5–328–00101–X

2

Оглавление Введение……………………………………………... ………...4 Лабораторная работа № 1. Выбор средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений. Поверка мерительного инструмента………………………. ………...6 Лабораторная работа № 2. Определение годности детали…………………….. ……….14 Лабораторная работа № 3. Точность размера и формы цилиндрических поверхностей……………………....……….21 Лабораторная работа № 4. Контроль шероховатости поверхности………….. ……….31 Лабораторная работа № 5. Измерения на горизонтальном оптиметре………... ……….40 Лабораторная работа № 6. Определение отклонения расположения поверхностей………………………..……….45 Лабораторная работа № 7. Измерение параметров резьбы…………………….. ……….53 Практическая работа №1. Допуски и посадки гладких цилиндрических соединений……………….. ……….61 Практическая работа № 2. Обработка данных экспертных оценок качества продукции………………………………… ……….73 Практическая работа № 3. Определение эффективности работ по стандартизации…………………………………. ……….86 Расчетно-графическая работа. Требования к оформлению………………………….. ……….91 Задача № 1. Расчет и выбор посадок с зазором….. ……….91 Задача № 2. Расчет и выбор посадок с натягом…. ……...107 Задача № 3. Выбор посадок подшипников качения..……...115 Литература…………………………………………………...124 3

Введение Основными задачами, стоящими перед специалистами в области пищевого машиностроения на современном этапе развития производства, являются работы по созданию и производству комплексов и систем машин, обеспечивающих переход к полной механизации и автоматизации производственных процессов, расширение выпуска высокоэффективных машин и оборудования, оснащенных роботизированными устройствами и микропроцессорами, ускоренная реконструкция и техническое перевооружение предприятий, ввод новых производственных мощностей. Именно этим определяются повышенные требования к уровню подготовки инженеров в области метрологии, стандартизации и сертификации. Знания в области стандартизации, сертификации и метрологии дают возможность специалистам творчески подходить к выработке и принятию новых прогрессивных решений, позволяющих производить продукцию, реализовывать ее в стране и за рубежом на должном уровне. Они способствуют формированию инженерного мышления и должны стать научно-методической и практической базой для творческой разработки узловых вопросов и самостоятельных тем по актуальным проблемам улучшения качества технической эксплуатации в дальнейшей профессиональной деятельности. Учебное пособие предназначено для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» и служит для закрепления теоретических знаний полученных в результате изучения дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация». При выполнении лабораторных, практических и расчетно-графических работ перед студентами ставятся следующие задачи: – составить систему оценки качества продукции в соответствии с нормативно-технической документацией; – уметь пользоваться системой сертификации продукции; – знать правовые, организационные и методические основы стандартизации на национальном и международном уровнях; 4

– знать правовые и организационные основы метрологии. Студент должен правильно выбрать: – посадку с учетом требований эксплуатации, марки материала, действующих нагрузок, характера сопряжений; – мерительный инструмент для контроля действительных параметров детали при изготовлении и эксплуатации; – в соответствии с чертежом технологические методы, обеспечивающие заданную конструктором точность. Он должен уметь оценить годность детали с учетом требований нормативно-технической документации.

5

Лабораторная работа № 1 ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОВЕРКА МЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с метрологическими характеристиками средств измерений. Освоение техники составления блоков из наименьшего числа единичных плиток, отработка навыков притирки плиток на молекулярный контакт. Ознакомление с методами поверки измерительных приборов. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ Набор плоскопараллельных концевых мер, микрометр, ветошь, спирт, вата или марля (бязь). ЗАДАНИЕ 1. Составить блок концевых мер заданного размера с притиркой плиток на молекулярный контакт. 2. Определить погрешность показаний микрометра. 3. Дать заключение о годности инструментов. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Единица физической величины есть физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для качественного оценивания физических величин той же породы. 6

Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерения (СИ). Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с известной точностью вводят метрологические характеристики СИ. Метрологические характеристики СИ вводятся с целью: – обеспечения возможности установления точности измерения; – достижения взаимозаменяемости СИ; – сравнения СИ между собой; – определения погрешностей СИ; – оценки технического состояния СИ при поверке. К основным метрологическим характеристикам СИ относятся: 1. Диапазон измерений – область значения измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности СИ. 2. Пределы измерений измерительного средства – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерения. Для мер это номинальное значение воспроизводимой величины. 3. Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной шкалой – переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления1. Примечание. Цена деления шкалы не является точностью прибора. Точность прибора определяется погрешностью и может быть больше или меньше цены деления.

4. Чувствительность – отношение изменения сигнала Δу на выходе СИ к вызвавшему это изменение изменению Δх сигнала на входе: S = Δу/ Δх. Для неравномерных шкал величина S = var, и степень неравномерности шкалы оценивают через коэффициент J = Smax / Smin. 7

Для равномерных шкал S = Sср = const. 5. Порог чувствительности – наименьшее значение измеряемой величины, вызывающее заметное измерение показаний прибора. 6. Постоянная прибора – величина, обратная чувствительности: C = 1/S. Как правило, выходным сигналом СИ является отсчет (показание) в единицах величины. В этом случае постоянная прибора С равна цене деления. Поэтому для СИ с неравномерной шкалой чувствительность – величина переменная. 7. Допускаемая погрешность измерительного средства Δ – наибольшая погрешность, при которой измерительное средство может быть допущено к применению, – основная характеристика СИ. Определяют допускаемую погрешность измерительного средства по ГОСТ 8.051-81. Допускаемые погрешности измерения Δ выявлены теоретическим и экспериментальным путем и опубликованы. При использовании средств измерения возникают погрешности измерения. 8. Погрешность измерений Δизм. – это отклонение результата измерения Хi от истинного значения Хист: Δизм = Хi – Хист. Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополнительные. Основная погрешность – это погрешность СИ при нормальных условиях эксплуатации. Как правило, нормальными условиями эксплуатации являются: – температура 20±5оС; – относительная влажность воздуха 65±15% при 20оС; – напряжение в сети питания 220В±10% с частотой 50 Гц ±1%; – атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок). В рабочих условиях, зачастую отличающихся от нормальных более широким диапазоном влияющих величин, возникает дополнительная погрешность измерения. 8

Вследствие сложности разделения дополнительных и основных погрешностей поверку СИ выполняют только при нормальных условиях, т. е. дополнительные погрешности исключены. Поверка СИ чаще всего проводится методом непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых рабочими эталонами. Наибольшая разность между результатом измерения и соответствующим ему размером эталонов является основной погрешностью прибора. Плоскопараллельные концевые меры Для воспроизведения длины (в качестве рабочих эталонов) в промышленности широко используются концевые меры. Плоскопараллельные концевые меры предназначены для проверки и настройки различных измерительных средств. Они имеют разные размеры и комплектуются в наборы непосредственного измерения линейных размеров, для поверки, настройки измерительных приборов, инструментов, станков и т. д. Плоскопараллельные концевые меры – это меры, изготовленные в виде бруска прямоугольного сечения с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Благодаря способности к притираемости, т. е. к сцеплению, обусловленной действием межмолекулярных сил притяжения, концевые меры можно собирать в блоки нужных размеров, которые не распадаются при перемещениях. Рабочим размером концевой меры является длина перпендикуляра, опущенного из любой точки измерительной поверхности концевой меры на ее противоположную измерительную поверхность. При помощи плиток можно составлять наборы различных размеров, для чего несколько плиток притираются друг к другу и собираются в блоки из двух, трех, но не более четырех плиток. Блок концевых мер следует собирать из минимального количества мер, чтобы уменьшить число составляющих погрешностей измерений из-за неточностей каждой меры и их соединения. 9

Составление блока заключается в притирке между собой на молекулярный контакт концевых мер, выбранных путем расчета. Первая мера должна содержать тысячные доли миллиметра, вторая – сотые и, если возможно, десятые (в зависимости от имеющегося набора), так чтобы остаток представлял целое число или целое с десятыми долями (0,5 мм). Этот остаток показывается одной, двумя мерами. Пример. Требуется собрать блок 67,895 мм из набора мер, состоящего из 103 плиток. Решение _ 67,895 1,005 – 1-я мера остаток _ 66,890 1,390

– 2-я мера

остаток _ 65,500 5,500

– 3-я мера

60,000

– 4-я мера

Таким образом, блок будет состоять из следующих мер: 1,005 + 1,390 + 5,500 + 60,000 = 67,895. Микрометрические инструменты Микрометрические измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт–гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Большинство микрометрических приборов имеет винт с шагом, равным 0,5 мм, поэтому поворот винта в гайке на 360о вызывает его перемещение вдоль оси на 0,5 мм. Микрометры предназначены для измерения линейных размеров прямым абсолютно контактным методом. Приборостроительные заводы выпускают следующие микрометрические инструменты: – микрометры гладкие для измерения наружных размеров; 10

– нутромеры для определения внутренних размеров; – глубиномеры и т. д.

Микрометры гладкие для измерения наружных размеров выпускают с пределами измерений через 25 мм. Следовательно, самый маленький микрометр имеет предел измерений 0 – 25, затем 25 – 50, 50 – 75 и до 300 мм, далее через 100 мм: 300 – 400; 400 – 500 и т. д. Измерительная сила у микрометров равна 500 + 200 кН. Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых относительно друг друга на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют, таким образом, одну продольную шкалу с ценой деления, равной шагу микрометра. Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта 0,5 мм). По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм, а по круговой шкале – десятые и сотые доли миллиметра (рис. 1). Прежде чем пользоваться микрометром, необходимо проверить установку микрометра на «ноль». Проверка проводится измерением эталона, соответствующего нижнему пределу измерений. Микрометр выставлен на «ноль», если первая цифра на продольной шкале совпадает с нулем на круговой шкале. Если совпадения нет, погрешность учитывают при каждом измерении как систематическую. Отсчет

а

б

Отсчет 0–25

в Рис. 1. Микрометр гладкий (а) и примеры отсчета (б,в)

11

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Составить блок концевых мер заданного размера. 1.2. Перед притиркой очистить меры, протерев их вначале сухой мягкой тканью, затем тканью, смоченной в спирте. 1.3. Притереть меры. Притирку лучше начинать с мер малого размера, последовательно притирая к ним меры большего размера. При обнаружении забоин или пятен ржавчины на измерительных поверхностях заменить плитки другими. Размеры дефектных плиток и характер дефекта показать в отчете. 2. Проверить годность микрометра для измерений. 2.1. Отрегулировать микрометр на нуль. 2.2. Микрометром, отрегулированным на нуль, проверить один раз показание микрометра на блоке концевых мер. Записать в табл. 1 истинный размер блока и показание микрометра. Результат измерений должен сниматься со шкалы микрометра с точностью не выше 0,005 мм (т. е. половины цены делений барабана). Убрать с блока концевую меру меньшего размера, проверить показание микрометра на оставшемся блоке, и записать в таблицу истинный размер оставшегося блока и показание микрометра. Далее повторить все до тех пор, пока не останется одна мера или размер блока не выйдет за пределы измерения данным микрометром. Погрешность измерения определяется как разность между показанием микрометра и истинным размером блока при каждом измерении:

Δизм = xi – xист. Таблица 1 Размер блока Х, мм

Показание микрометра Хi , мм

12

Погрешность измерения Δизм , мкм

Предел допускаемой погрешности Δс.и. , мкм

За погрешность микрометра принимается наибольшая абсолютная погрешность измерений. 2.3. Допускаемую погрешность измерения микрометра выбрать по табл. 2. 2.4. Дать заключение о годности микрометра для измерения по условию Δизм < Δc.и.. Если оно выполняется, то микрометр годен для измерений. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование, цель работы. 2. Задание. 3. Применяемый измерительный инструмент (наименование, тип, модель, предел измерений, предел допустимой погрешности измерения). 4. Расчет блока мер. 5. Результаты измерений и расчетов, сведенные в таблицу. 6. Заключение о годности микрометра для измерений. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое метрология? Назовите основные задачи метрологии. 2. Назовите основные метрологические показатели средств измерений. 3. Чем отличается цена деления шкалы, указанной на средстве измерения, от погрешности измерения этим средством? 4. Для каких целей применяют наборы концевых мер? 5. Почему надо стремиться к возможно меньшему количеству концевых мер при составлении блока? 6. Как определяется годность микрометра для измерений?

13

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Таблица 2 Предел допустимой погрешности измерения наружного размера микрометром гладким Интервал 1 – 18 18 – 30 30 – 50 50 – 80 80 – 120 180 – 260 размеров, мм Предел допускаемой погрешности измере5,5 6,5 7,5 9,5 13 22 ния Δс.и., мкм

Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДНОСТИ ДЕТАЛИ ЦЕЛЬ Ознакомиться с принципами построения ЕСДП; научиться определять соответствие действительных размеров деталей размерам, указанным на рабочих чертежах; научиться составлять отчетные данные о состоянии проверяемой поверхности с использованием национальных стандартов. ЗАДАНИЕ В соответствии с рабочим чертежом детали произвести оценку соответствия действительных размеров с размерами, указанными на чертеже, и сделать вывод о годности детали. ОБОРУДОВАНИЕ Микрометры гладкие, штангенциркули, штангенглубиномеры, ветошь, спирт, детали, рабочие чертежи деталей. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Единая система допусков и посадок (ЕСДП) разработана в соответствии с комплексной программой и рекомендациями международных стандартов. Она распространяется на сопря14

ei

Td

Отверстие

TD

гаемые гладкие цилиндрические элементы и элементы, ограниченные плоскостями. Все детали, из которых состоят соединения, узлы, агрегаты и машины, характеризуются геометрическими размерами. Размеры выражают числовое значение линейных величин (диаметр, длину, ширину и т. д.) и делятся на номинальные, действительные и предельные. На чертежах все размеры указываются в миллиметрах. Рассмотрим на схеме (рис. 2) указанные параметры. Номинальный размер (Dн, dн) является основным размером детали или их соединений. Он назначается исходя из расчетов деталей на прочность, жесткость и другие параметры, а также на основании конкретных конструктивных, технологических и эксплуатационных соображений. В соединении (посадке) две детали имеют общий номинальный размер. Именно номинальный размер указывается на чертежах.

Рис. 2. Схема расположения полей допусков отверстия и вала

Предельные размеры детали (Dmax, dmax; Dmin, dmin) – два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым равен действительный размер годной детали. Действительный размер – размер, установленный измерением с допустимой погрешностью. Для годных деталей действительный размер должен быть не больше наибольшего и не меньше наименьшего допускаемых предельных размеров. Верхнее предельное отклонение (ES, es) – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами: 15

ES (es) = D(d)max – D(d)н. Нижнее предельное отклонение (EI, ei) – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальными размерами: EI (ei) = D(d)min – D(d)н. Примечание. В расчетных зависимостях D – размер отверстия, d – размер вала.

Когда предельный размер больше номинального, то на чертеже отклонение ставится со знаком плюс (+). Если предельный размер (наибольший или наименьший) меньше номинального, то отклонение является отрицательным и на чертеже ставится со знаком минус (–). Допуском (ТD, Td) называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями того или иного параметра: TD = Dmax – Dmin ; Td = dmax – dmin . Допуск размера – 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. Допуск размера дается для компенсации погрешностей, возникающих при изготовлении деталей. Для упрощения допуски изображают графически в виде полей допусков. При этом ось изделия (рис. 3) всегда располагают под схемой. Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется значением допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изобра16

жении допусков и посадок. Положительные отклонения откладывают от нулевой линии вверх, отрицательные – вниз. Поля допуска определяются значениями 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. 3).

–

Рис. 3. Схема расположения полей допусков

При проектировании машин конструктор стремится к более точному выполнению заданных размеров. Для него важно, чтобы допуски на обработку были наименьшими. При небольших допусках на обработку точнее будет сборка по различным соединениям машин, надежней обеспечивается выполнение машиной заданных функциональных показателей работы: надежности, скорости, мощности, производительности, грузоподъемности и др. Большие допуски на обработку приводят к большим колебаниям действительных размеров деталей, что ухудшает качество сборки машин и снижает надежность и долговечность их работы. Но практика показывает, что чем меньше допуск на обработку, тем сложнее и дороже процесс обработки и контроля деталей, так как требуются более точные средства измерения и обработки. Поэтому для производственников желательно иметь на чертежах большие допуски на обработку, поскольку они не требуют точного оборудования и технологической оснастки, точных и дорогих средств контроля, а также привлечения рабочих высокой квалификации.

17

Интервалы номинальных размеров В ЕСДП для упрощения построения системы допусков делят весь диапазон номинальных диаметров на 13 интервалов. Полученный допуск или предельные отклонения принимают постоянными для всех номинальных размеров, относящихся к данному интервалу. Ряды допусков Ряды допусков представлены в 20 квалитетах. Квалитет обозначается порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска: IT01; IT0; IT1; IT2 и далее до IT18, где IT – «международный допуск». Допуски по квалитетам от IT01 до IT7 назначаются на калибры и измерительные средства; IT4 – IT11 – на сопрягаемые размеры; IT12 – IT18 – для неответственных несопрягаемых размеров или размеров в грубых соединениях. Ряды допусков строятся по определенной закономерности. Допуски с 5-го по 18-й квалитет определяются по зависимости Т = аi, где а – коэффициент, зависящий от квалитета и не зависящий от номинального размера; i – единица допуска. Квалитет – это совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью для всех номинальных размеров данного диапазона. Точность в пределах одного квалитета зависит только от номинального размера. При одном номинальном размере одинакового квалитета допуски вала и отверстия равны. Единица допуска i В качестве единицы точности, с помощью которой можно установить зависимость изменения допуска от изменения диаметра, является единица допуска. Практикой установлено, что трудности обработки возрастают в основном с увеличением размеров деталей по закону кубической параболы в виде 18

3

D.

Ряды основных отклонений Основное отклонение – одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. В системе ИСО ЕСДП таким отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой линии. Всего для валов и отверстий предусмотрено по 28 рядов основных отклонений, которые обозначаются одной или двумя буквами латинского алфавита: прописной для отверстий и строчной для валов. Основное отверстие обозначается буквой Н (EI = 0), основной вал – буквой h (es = 0). Ряды основных отклонений от А (а) до H (h) предназначены для образования посадок с зазором; от J(j) до N(n) – переходных и от Р(р) до ZC(zc) – посадок с гарантированным натягом (рис. 4). Для каждого буквенного обозначения величина и знак основного отклонения, а также допуск Т приведены в ГОСТ 25346-89 и ГОСТ 25347-82. Второе (неосновное) отклонение определяется исходя из зависимостей EI(ei) = ES(es) – T или ES(es) = EI(ei) + T. Величина основного отклонения для большинства полей допусков не зависит от квалитета. Сочетание основного отклонения с номером квалитета образует поле допуска, которое проставляется конструктором в технической документации после номинального размера. Примеры. 1. ∅40Н10 – номинальный размер 40 мм относится к основному отверстию Н, квалитет 10. 2. ∅80g6 – номинальный размер 80 мм относится к валу с основным отклонением g, квалитет 6. Оценка годности детали Для того чтобы оценить, соответствует ли действительный размер детали размеру, указанному на чертеже, на рабочих чертежах деталей должны быть указаны поля допусков всех размеров.

19

Рис. 4. Основные отклонения отверстий и валов

Чтобы не затруднять чтение чертежа, на часть размеров поля допусков и (или) предельные отклонения указывают в поле чертежа рядом с размером. Для всех остальных размеров поля допусков указываются в технических требованиях в следующем виде: неуказанные предельные отклонения размеров валов h14, отверстий Н14, остальных ± I14 . 2 Данная запись означает, что на все охватываемые размеры, на которые не установлены предельные отклонения или поля допусков, назначаются поля допуска h14, на охватываю20

щие размеры – Н14, на размеры, не являющиеся охватываемыми или охватывающими (являющиеся неответственными, свободными), допуск размера назначается по 14-му квалитету. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Получить деталь и рабочий чертеж этой детали. 2. В соответствии с чертежом заполнить графы 1 – 3 табл. 3. 3. Определить действительные размеры детали и заполнить графу 4 табл. 3. 4. Оценить соответствие действительных размеров детали указанным на чертеже. Заполнить графу 5 табл. 3. 5. Привести эскиз детали с указанием действительных размеров. 5.6. Сделать вывод о годности детали. Таблица 3 Размер по чертежу 1

Поле допуска 2

Предельные размеры 3

Действительный размер

Оценка соответствия

4

5

Лабораторная работа № 3 ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРА И ФОРМЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦЕЛЬ Освоить технику определения погрешностей формы цилиндрических поверхностей деталей машин; научиться со21

ставлять отчетные данные о состоянии проверяемой цилиндрической поверхности с использованием национальных стандартов. ЗАДАНИЕ Выполнить измерение поршневого пальца. Дать заключение о годности деталей. ОБОРУДОВАНИЕ Микрометр гладкий, нутромер индикаторный, детали для измерения, рабочие чертежи деталей. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В машиностроении детали конструируют обычно из простейших геометрических фигур, так как это упрощает изготовление. Наиболее часто отдельные детали или отдельные части их делают в виде плоскости или цилиндра. Более редко применяют детали в виде других геометрических фигур. Однако вследствие целого ряда причин, влияющих на изготовление, строгая геометрическая форма деталей не выдерживается. Это приводит к тому, что на отклонения от правильной геометрической формы устанавливают отдельные нормы. Отклонения от заданной формы искажают характер сопряжения деталей при сборке и ухудшают качество работы сборочных единиц и машины в целом. Поэтому в зависимости от назначения деталей и сборочных единиц, а также условий их работы конструктор ограничивает величины возможных отклонений форм и расположения поверхностей допусками, предусмотренными ГОСТ 24643-81. Термины и определения для установления единых понятий об отклонениях при оценке качества деталей всеми работниками завода (конструкторами, рабочими, контролерами и т. д.) предусматривает ГОСТ 24642-81. Для нормирования и количественной оценки отклонений формы введены следующие понятия. 22

Реальная (действительная) поверхность – поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая ее от окружающей среды. Она имеет отклонения формы, волнистость и шероховатость. Номинальная поверхность – идеальная поверхность, номинальная форма которой задана чертежом или другой технической документацией. Базовая поверхность – поверхность, имеющая форму номинальной поверхности и служащая базой для количественной оценки отклонения формы реальной поверхности. В качестве баз для количественной оценки отклонения формы устанавливают прилегающую поверхность (плоскость, цилиндр, прямую, окружность, профиль). Прилегающая поверхность – поверхность, имеющая форму номинальной поверхности, соприкасающаяся с реальной поверхностью и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реальной поверхности имело минимальное значение (рис. 5, а). Стандартные определения и предельные отклонения установлены для плоскостей, формы цилиндра в поперечном и продольном сечениях, взаимного положения поверхностей, осей и поверхностей. Для каждого вида допуска формы стандартом установлены 16 степеней точности, включающих как точные (1-я степень), так и грубые (16-я степень) допуски. В пределах одной степени точности стандартом установлены три уровня относительной геометрической точности (А, В, С), зависящие от условий работы детали. При нормальной относительной геометрической точности А, назначаемой при нормальных условиях работы (незначительные перегрузки, отсутствие вибрации и т. д.), допуски формы составляют 60% допуска размера. При относительной геометрической точности В (условия работы тяжелые, допускаются кратковременные перегрузы, незначительная вибрация и т. д.) допуски формы составляют 40% допуска размера. При относительной геометрической точности С, которая устанавливается для деталей, работающих в очень тяжелых условиях (допускаются значительные 23

перегрузы, знакопеременные и ударные нагрузки и т. д.) допуски формы составляют 25% допуска размера. Стандартом также установлен другой способ назначения величины допуска формы. В зависимости от относительной геометрической точности (А, В или С), назначаемой, как говорилось выше, от условий работы детали, определяется степень точности формы: – при относительной геометрической точности А степень точности формы назначается на одну единицу меньше квалитета размера; – при относительной геометрической точности В степень точности формы устанавливается на две единицы меньше квалитета размера; – при относительной геометрической точности С степень точности формы назначается на три единицы меньше квалитета размера. Затем по назначенной таким образом степени точности формы из стандарта ГОСТ 24643-81 и размеру детали определяется численное значение допуска формы. Кроме степеней точности в стандарте предусмотрен и основной ряд числовых значений допусков формы и расположения без связи с номинальными размерами. Отклонения и допуски формы К отклонениям формы относятся отклонения плоских и цилиндрических деталей. Плоские поверхности детали характеризуются отклонениями от плоскостности и прямолинейности. Отклонения от плоскостности определяются наибольшим расстоянием точек плоскости детали до прилегающей плоскости. Отклонение от прямолинейности определяется как отклонение от прямой линии поверхности детали в заданном направлении (рис. 5, а). Частными видами отклонения от прямолинейности и плоскостности являются вогнутость и выпуклость (рис. 5, б, в). Отклонения формы детали в виде цилиндра характеризуются отклонением от цилиндричности, под которой 24

понимаются отклонения поверхности детали от идеального цилиндра. Для осуществления измерения непосредственно на производстве нормируются два вида отклонений профиля: в поперечном и продольном сечениях. Отклонения в поперечном сечении цилиндра характеризуются отклонением от круглости (рис. 5, д), под которым понимается также наибольшее отклонение реальных точек контролируемой детали от идеальной окружности, которая ее охватывает. Частными показателями круглости являются овальность (рис. 5, г) и огранка. Овальность определяется как d max − d min . 2

∆ < ∆2 а

б

dmax

в

dmin д г Рис. 5. Отклонение формы плоских поверхностей

25

dmin dmax

dmax

dmin

dmin dmax

Под огранкой понимается фигура, состоящая из нескольких граней вместо плавной окружности. На рис. 5, д показана четко выраженная трехгранная огранка.

в б Рис. 6. Отклонения формы продольного сечения: а – конусообразность; б – бочкообразность; в – седлообразность а

Частными видами отклонения профиля продольного сечения цилиндра являются конусообразность (рис. 6, а), бочкообразность (рис. 6, б), седлообразность (рис. 6, в), которые определяются как d max − d min . 2 Совокупность всех отклонений формы цилиндрической поверхности определяется с помощью комплексного показателя – отклонения от цилиндричности. Отклонение от цилиндричности – наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка (рис. 7). Рис. 7. Отклонение от цилиндричности

Нанесение отклонений формы и расположения поверхностей и осей на чертежах

В целях установления единства в понимании требований к отклонениям формы поверхностей разработаны условные символические обозначения отклонений с наименованиями (табл. 4). Эти обозначения предусмотрены в ГОСТ 2.308-78. 26

Допускаемые отклонения формы указываются на чертеже рядом с соответствующим символическим обозначением или текстовой записью на свободном поле чертежа. Наиболее распространен первый способ нанесения отклонений формы на чертежах, так как он требует меньше времени и более удобен для чтения чертежа. Текстовые записи на чертеже применяются в тех случаях, когда условные обозначения слишком затемняют чертеж или не раскрывают полностью технических требований к изготовлению детали. В текстовой части дается краткое наименование заданного отклонения и буквенное обозначение или наименование параметра (например, поверхности), для которого задается отклонение и его числовая величина. Таблица 4 Условные обозначения допусков отклонения формы (по ГОСТ 24642-81*) Группа допусков Допуски формы

Вид допуска

Знак

Допуск прямолинейности Допуск плоскостности Допуск круглости

Допуск цилиндричности Допуск профиля продольного сечения Суммарные допуски формы и расположения

Допуск радиального биения Допуск торцового биения

Символические обозначения и допускаемые величины отклонений формы помещают в прямоугольных рамках, которые соединяются выносной линией (со стрелкой на конце) с контурной линией поверхности или с размерной линией па27

раметра, а также с осью симметрии, если отклонение относится к общей оси. Прямоугольные рамки делятся на две: в первой показывается символическое обозначение отклонения, во второй – величина предельного отклонения (рис. 8).

Рис. 8. Пример условного обозначения отклонения формы на чертежах

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Сделать эскиз измеряемой детали. 2. Составить таблицу результатов измерений (табл. 5). 3. Наметить на детали сечения и направления для измерения отклонений в соответствии со схемой замера (рис. 9).

Рис. 9. Схема замера детали

4. Измерить наружную поверхность: – проверить микрометр на нуль; 28

– измерить наружную поверхность детали в трех сечениях (I, II, III) и четырех направлениях (а, б, в, г); результаты занести в табл. 5. 5. Определить точность исполнения наружного размера: 5.1. По чертежу определить значение номинального диаметра dн; 5.2. Определить величины действительных отклонений и начертить схему (рис. 10) расположения действительного поля допуска относительно нулевой линии: esд = dнаиб – dн, eiд = dнаим – dн. 5.3. Определить величину действительного допуска Тд по разности предельных значений или отклонений из всех измерений: Тд = dнаиб – dнаим, или Тд = esд – eiд. 5.4. Изобразить схему действительного поля допуска; нанести на ней величины предельных отклонений и обозначить стандартное поле допуска (рис. 10).

es

es ei ei

d

Рис. 10. Схема расположения полей допусков вала (действительного и стандартного)

5.5. На эскизе детали указать в соответствии с ЕСКД требования точности к измеренному размеру. 6. Определить точность формы наружной поверхности. 6.1. Определить величины отклонений от круглости и отклонения профиля продольного сечения по разности измеренных предельных значений в соответствующих сечениях и направлениях; результаты записать в табл. 5. 6.2. Нанести на эскизе детали требования к точности формы поверхности в соответствии с ЕСКД. 29

6.3. Назначить степень точности формы из предположения, что условия работы детали нормальные. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование, цель, задание. 2. Используемые инструменты (наименование, тип, модель, цена деления, пределы измерения, предел допускаемой погрешности). 4. Эскиз детали с указанием требований точности. 5. Схема расположения полей допусков действительного и стандартного валов. 6. Результаты измерений и расчетов, сведенные в табл. 5 и 6. 7. Заключение о годности детали. Таблица 5 Наименование поверхности Результат измерений Номер сечения

А

Б

В

Г

Действительное отклонение от круглости

I–I II – II III – III Действительное отклонение профиля продольного сечения Таблица 6 Наибольший размер dнаиб, мм

Наименьший размер dнаим, мм

Действительный допуск Тд, мм

Номинальный размер dн, мм

Допуск по чертежу Td, мм

30

Действительные отклонения esд, eiд, мм

Обозначение основного отклонения

Номер квалитета

Обозначение поля допуска

Лабораторная работа № 4 КОНТРОЛЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение методов контроля шероховатости. Ознакомление с национальными стандартами на нормирование шероховатости. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ Образцы шероховатости поверхности, профилографпрофилометр мод. 252, детали для определения шероховатости, рабочие чертежи деталей. ЗАДАНИЕ 1. Проанализировать чертеж детали. Найти параметры, характеризующие шероховатость поверхности. 2. Определить действительные параметры шероховатости поверхности путем сравнения с образцами шероховатости. 3. Сравнить действительную шероховатость поверхностей детали с шероховатостью, указанной на чертеже. 4. Указать требования шероховатости поверхности на эскизе детали и сделать вывод о годности детали. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Поверхности деталей после обработки не являются идеально гладкими, так как режущие кромки инструментов и зерна шлифовальных кругов оставляют на поверхности следы в виде неровностей и гребешков, близко расположенных друг к другу (рис. 11). Совокупность всех микронеровностей на рассматриваемой поверхности называется шероховатостью. Шероховатость поверхностей ухудшает качественные показатели работы деталей. В подвижных посадках шероховатость приводит к преждевременному износу поверхностей, так как при работе деталей металлические гребешки стираются, смешиваются с маслом и ускоряют процесс износа поверхностей. При неподвижных посадках шероховатость ос31

лабляет прочность соединения, поскольку при измерении у вала получается завышенный размер, а у отверстия – заниженный, и при смятии гребешков натяги в соединении станут меньше. Шероховатость поверхностей ухудшает герметичность соединений и их антикоррозионную стойкость. Согласно ГОСТ 2789-73 шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления (получения поверхности) можно оценивать количественно одним или несколькими параметрами, а именно: 1) высотными: Ra, Rz, Rmax; 2) шаговыми: S, Sm; 3) относительной опорной длиной профиля tp.

Линия выступов

Линия впадин

Рис. 11. Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

Среднеарифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины: Ra =

y1 + y 2 + y 3 + ... + y n n

=

1 n ∑ yi , n i =1

(4.1)

где п – число выбранных точек профиля на базовой длине; у – расстояние между любой точкой профиля и средней линией. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz – сумма средних абсолютных значений высоты пяти наиболь32

ших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины: 5

Rz =

5

∑ y pi + ∑ y vi

i =1

i =1

,

5

(4.2)

где уpi – высота i-гo наибольшего выступа профиля; yvi – глубина i-й наибольшей впадины профиля. Наибольшая высота неровностей профиля Rmax – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины (рис. 11). Средний шаг неровностей Sm – среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины: Sm =

1 n ∑ S mi , n i =1

(4.3)

где n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины; Smi – шаг неровностей профиля по средней линии. Средний шаг местных выступов профиля S среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины: S=

1 n ∑ Si , n i =1

(4.4)

где n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины; Si – шаг неровностей профиля по вершинам. Относительная опорная длина профиля tp – это отношение опорной длины профиля к базовой длине: n

tp =

∑b i =1

l

i

,

(4.5)

где в числителе – сумма длин отрезков bi, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней линии m в пределах базовой длины (рис. 11). 33

Опорную длину профиля определяют на уровне его сечения, т. е. на заданном расстоянии между линией выступов и линией, пересекающей профиль эквидистантно этой линии. Выбор параметров шероховатости и их числовых значений производят в зависимости от требований к шероховатости поверхности деталей, исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости не устанавливают и ее не контролируют.

а

и (или)

Параметр(ы) шероховатости по ГОСТ 2789-73

б Рис. 12. Структура обозначения шероховатости поверхности: а – в настоящее время; б – с 01.01.2005 г. (согласно ИСО 1302)

Обозначение допусков на шероховатость на чертежах в соответствии с международными стандартами регламентирует ГОСТ 2.309-73. В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктор не устанавливает, применяют знак, показанный на рис. 13, а. Этот знак является предпочтитель34

ным. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т. д., применяют знак, указанный на рис.13, б. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой без снятия слоя материала, например литьем, ковкой, объемной штамповкой, прокатом, волочением и т. д., применяют знак, показанный на рис. 13, в.

а

б

в

Рис 13. Знаки обозначения шероховатости поверхности: а – вид обработки не устанавливается; б – обработка методом удаления слоя материала; в – обработка без удаления слоя материала

Обозначения шероховатости поверхностей на изображении детали располагают на линиях контура, выносных линиях (по возможности ближе к размерной линии) или на полках линий – выносок. При недостатке места допускается располагать обозначения шероховатости на размерных линиях или их продолжениях, а также разрывать выносную линию. При изображении изделия с разрывом обозначение шероховатости наносят только на одной части изображения и по возможности ближе к месту указания размеров. В случае одинаковой шероховатости для всех поверхностей детали соответствующее обозначение помещают в правом верхнем углу чертежа и на изображении не указывают. С 1 января 2005 г. введено в действие изменение к ГОСТ 2.309-73 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей». С этого времени национальный стандарт ГОСТ 2.309-73 будет полностью соответствовать международному 35

стандарту ИСО 1302. Изменения касаются структуры обозначения шероховатости поверхности (рис. 12, б), а также символического обозначения шероховатости. Согласно ИСО 1302 значение параметра шероховатости Ra указывают после соответствующего символа, например:

– –

заменить

–

заменить

–

заменить

заменить

0, 4

3, 2

на на

Ra 0,4 ; Ra3,2 ;

Контроль шероховатости поверхности

Контроль шероховатости поверхности может осуществляться: 1) сравнением реальной поверхности изделия с рабочими образцами шероховатости, которые имеют стандартные значения шероховатости, полученные точением, фрезерованием, шлифованием и т. д. 2) измерением параметров шероховатости с помощью щуповых и оптических приборов. Устройство и принцип работы профилометрапрофилографа мод. 252. Профилометры предназначены для непосредственного показа среднего арифметического отклонения профиля поверхности Ra. Профилографы служат для записи профиля поверхности в виде профилограммы. Профилограф-профилометр мод. 252 с унифицированными блоками и цифровым устройством (рис. 14) предназначен для измерения в лабораторных условиях шероховатости и волнистости поверхности изделий, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию. Прибор состоит из стойки 6 с приводом 5, универсального предметного столика 2, блока управления 4, счетнорешающего блока 3, измерительного преобразователя (датчика) 1 и записывающего устройства 7. 36

Рис. 14. Профилограф-профилометр мод. 252 (общий вид)

Принцип действия прибора (рис. 15) основан на ощупывании исследуемой поверхности алмазной иглой с радиусом закругления 10 мкм и преобразовании колебаний иглы в соответствующие изменения напряжения. Алмазная игла закреплена на якоре измерительного преобразователя.

Рис. 15. Принципиальная схема профилографа-профилометра мод. 252

При перемещении преобразователя относительно исследуемой поверхности игла и якорь колеблются на опоре 8 относительно сдвоенного Ш-образного сердечника, на котором закреплены две катушки преобразователя. Катушки включены в мостовую схему, которая питается от генератора 4. При колебаниях якоря изменяются воздушные зазоры между якорем и сердечником, индуктивности катушек и выходное на37

пряжение мостовой схемы. Выходные сигналы с мостовой схемы поступают на блок управления и счетно-решающий блок, а затем на записывающее устройство. Частота выходных сигналов соответствует шагу микронеровностей, а амплитуда пропорциональна высоте микронеровностей. Числовые значения параметров шероховатости поверхности определяются с помощью пятиразрядного устройства, расположенного на передней панели счетно-решающего блока. По показывающему устройству определяются: Ra; Hmax – высота наибольшего выступа профиля; Hmin – глубина наибольшей впадины профиля; tp – относительная опорная длина; n – число шагов. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Определить ориентировочно класс чистоты поверхности проверяемой детали сравнением с образцами шероховатости. Пользуясь табл. 7, перевести класс точности в соответствующий параметр шероховатости согласно ГОСТ 2789-73. Измеряемую деталь установить на предметный столик 2. В зависимости от конструкции детали и требований шероховатости поверхности провести настройку профилографапрофилометра. Выбрать базовую длину для определения параметров шероховатости. Записать профилограмму поверхности на самописце. Измерить соответствующие высоты и шаги неровностей по формулам (4.1), (4.2), (4.3) и подсчитать действительные значения указанных параметров. Сделать эскиз детали с указанием действительных параметров шероховатости. Сравнить полученные результаты с указанными на чертеже. Дать заключение о годности детали. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование, цель, задание. 2. Принципиальная схема профилографа-профилометра. 3. Профилограмма. 38

4. Эскиз детали с обозначением шероховатости поверхности. 5. Заключение о годности детали. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что называется шероховатостью поверхности? 2. Какими параметрами нормируется шероховатость? 3. Как обозначается шероховатость на чертежах? 4. Какой из высотных параметров шероховатости является предпочтительным и почему? 5. От чего зависит шероховатость поверхности? Таблица 7 Выбор значений параметров Ra и Rz в соответствии с классами шероховатости

Класс чистоты (по ГОСТ 2789-68) Грубее 1

Шероховатость поверхности (по ГОСТ 2789-73), мкм Параметр предпочтительного Параметры применения, Ra Rz 400 100

▽1

Rz 320

50

▽2

Rz160

25

▽3

Rz 80

12,5

▽4

Rz 40

6,3

▽5

Rz 20

3,2

▽6

Ra 2,5

1,6

▽7

Ra 1,25

0,80

▽8

Ra 0,63

0,40

▽9

Ra 0,32

0,20

▽10

Ra 0,16

0,10

▽11

Ra 0,08

0,05

▽12

Ra 0,04

0,025

▽13

Rz 0,1

0,012

▽14

Rz 0,05

0,008

39

Лабораторная работа № 5 ИЗМЕРЕНИЯ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ОПТИМЕТРЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомиться с устройством горизонтального оптиметра и техникой измерения точных наружных поверхностей. Научиться определять годность калибров к применению. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ Оптиметр горизонтальный, концевые меры длины, калибры-пробки и калибры-скобы. ЗАДАНИЕ Измерить калибр-пробку или плунжер и дать заключение о годности. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей изделия предписанным (или указанным на чертеже) применяются бесшкальные контрольные инструменты, называемые калибрами. Наибольшее распространение в машиностроении получили предельные калибры, ограничивающие наибольший и наименьший предельные размеры детали. Калибры бывают нормальные и предельные. Нормальными называют калибры, размеры которых соответствуют номинальным размерам контролируемой детали. Предельные калибры имеют два рабочих размера: один соответствует наибольшему предельному размеру, второй – наименьшему предельному размеру. Предельные калибры делятся на рабочие, предельные и контрольные. Рабочие калибры (проходной Р-ПР и непроходной Р-НЕ) предназначены для проверки изделий в процессе их изготовления. Комплект рабочих предельных калибров (рис. 16) для контроля размеров гладких цилиндрических деталей состоит 40

из проходного калибра ПР (им контролируют предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта) и непроходного калибра НЕ (им контролируют предельный размер, соответствующий минимуму материала объекта). Предельные калибры определяют не числовое значение измеряемой величины, а годность детали, т. е. находится ли ее размер между заданными предельными размерами. Деталь считается годной, если проходная сторона калибра (проходной калибр) под действием собственного веса или усилия, примерно равного ему, проходит, а непроходная сторона (непроходной калибр) не проходит по контролируемой поверхности детали.

Рис. 16. Схема для выбора номинальных размеров предельных гладких калибров

Калибры, предназначенные для контроля отверстий, называются пробками, а для контроля валов – скобами. На каждом калибре наносится маркировка, которая содержит следующие данные по проверяемой детали: номинальный размер, обозначение поля допуска, цифровые величины предельных отклонений размера, тип калибра (ПР и НЕ), товарный знак завода-изготовителя. Для калибров, так же как и для гладких цилиндрических деталей, установлены допуски на неточность изготовления, которые регламентируются ГОСТ 24853-81. Предельные отклонения на изготовление калибров отсчитываются от соответствующих номинальных размеров, причем для проходных (ПР) и непроходных (НЕ) калибров они будут различны (рис. 16). 41

Непроходная сторона Проходная сторона

Рис. 17. Схема расположения полей допусков калибра-пробки относительно поля допуска отверстия: Н – допуск на изготовление калибра-пробки; Z – координата середины поля допуска калибра-пробки; Y – допуск на износ

Устройство горизонтального оптиметра

Оптиметры наружные (рис. 18) используются для измерения точных наружных и внутренних поверхностей. Повышение точности отсчета и точности измерений достигается сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством. Принцип автоколлимации – свойство объектива ОБ (рис. 19) превращать пучок расходящихся лучей, исходящих из точечного источника света О, расположенного в фокусе объектива ОБ, в пучок параллельных лучей, который после отражения плоским зеркалом собирается в том же фокусе объектива. Основной отсчетной частью прибора является трубка оптиметра, построенная по рычажнооптической схеме. Трубку оптиметра устанавливают на горизонтальной стойке оптиметра ОГО-1. Через окуляр трубки оптиметра производится отсчет по шкале. Метрологические характеристики прибора ОГО-1: Цена деления 0,001 мм Диапазон измерений прибора 0 – 350 мм Диапазон показаний шкалы трубки оптиметра + 0,1 мм Измерительная сила 50–200 кН Погрешность показаний оптиметра +0,2 … +0,7 мкм 42

Рис. 18. Горизонтальный оптиметр

Рис. 19. Оптическая схема оптиметра

Настройка оптиметра на измерение

1. С помощью концевых мер установить оптиметр на размер. Для этого надо поставить блок плиток на столик оптиметра (симметрично Т-образному столику), затем передвижением кронштейнов относительно оптической трубки и пиноли придвинуть измерительные наконечники к блоку плиток. С помощью зеркальца осветить шкалу оптической трубки; микроподачей пиноли установить шкалу на нуль (предварительная установка); наблюдая за показаниями шкалы, покачиванием столика вокруг горизонтальной оси ликвидировать перекос блока в горизонтальной плоскости. 43

2. Отсутствие перекоса определяется минимальным показанием шкалы. 3. Микроподачей пиноли окончательно установить шкалу на нуль и закрепить стопор микроподачи. 4. Опустить столик, снять блок плиток и установить на столик проверяемый калибр. 5. Покачиванием столика вокруг горизонтальной и вертикальной осей устранить перекос калибра, найдя точку возврата. Точка возврата и является отклонением калибра от настроечного (номинального). 6. Измерить действительные размеры калибра в нескольких сечениях. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. По маркировке калибра установить номинальные размеры и поле допуска контролируемой поверхности. 2. Составить блок концевых мер по номинальному размеру калибра (порядок набора концевых мер приведен в работе № 1). 3. При помощи концевых мер установить оптиметр на размер. Для этого надо поставить блок плиток на столик оптиметра (симметрично Т-образному столику). 4. Построить схему расположения полей допусков контролируемой поверхности калибра. 5. Измерить калибр в двух сечениях и двух направлениях. Результаты измерений занести в табл. 8. 6. Дать заключение о годности калибра. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование, цель, оборудование, задание. 2. Схема расположения полей допусков сторон калибра. 3. Измерения и расчеты, сведенные в табл. 8. 4. Заключение о годности калибра. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Типы калибров. Что указывается на маркировке калибра? 2. Как настроить оптиметр для измерений? 3. Как определяется годность калибра к дальнейшему использованию по результатам измерений? 44

4. Для чего используются калибры? Какие исполнительные размеры сторон калибров указываются на чертеже? Таблица 8 Данные маркировки калибра Номинальный размер детали dн , мм

Поле Предельные допуска отклонения, детали мкм

Допуск на изготовление калибра Н (Н1), мкм

Координата середины поля допуска проходного калибра Z (Z1), мкм

Результаты измерения на оптиметре, мкм Проходной калибр Непроходной калибр НаправНаправление ление Действительное Действительизмере№ сеч. № сеч. измереотклонение ное отклонение ния ния а б а б

Результаты расчетов, мм Тип калибра Наименование размера калибра Проходной Непроходной Наибольший Предельный Наименьший Действительный Заключение о годности калибра

Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобретение навыков измерения отклонения взаимного расположения поверхностей; отработка навыков работы с нормативно-технической документацией и чертежами. 45

ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ Поверочная плита, индикатор часового типа со стойкой, штангенциркуль, микрометр, штангенрейсмас, призма, детали. ЗАДАНИЕ 1. Определить величину полного радиального биения. 2. Определить величину полного торцового биения. 3. Определить годность детали. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Каждая деталь имеет целый ряд поверхностей, причем необходимо, чтобы они правильно располагались относительно друг друга. Например, обычный цилиндрический валик имеет цилиндрическую поверхность, а с торца – плоскую. Необходимо, чтобы торцовая плоскость была перпендикулярна цилиндрической Очень редко деталь представляет собой вал одного диаметра. Чаще всего это бывают так называемые ступенчатые валики, состоящие из отдельных цилиндров разных диаметров. Часто требуется, чтобы оси этих цилиндров располагались на одной прямой. А поскольку абсолютно точно поверхности детали между собой расположить не представляется возможным, то возникает необходимость нормировать отклонения на взаимное расположение поверхностей. Типовыми видами отклонений от правильного расположения поверхностей и осей стандартом выделены отклонения от параллельности (рис. 20, а, б), перпендикулярности (рис. 20, в, г, и, д), соосности (рис. 20, е) и симметричности (рис. 20, ж). Кроме перечисленных отклонений расположения в стандарте введены отклонение, или допуск наклона, который позволяет нормировать любой номинальный угол (кроме 0 и 90°) методом, аналогичным допускам перпендикулярности и параллельности, а также позиционное отклонение. Допуск наклона целесообразно применять тогда, когда для монтажа или функционирования имеет значение линейное отклонение на всей длине элемента. Допуск наклона ограничивает отклонения, симметричные относительно номи46

нального значения угла. Во всех случаях, когда важно ограничить непосредственно отклонения угла или отклонения должны быть односторонними, следует переходить к назначению допусков угловых размеров. II I

7

а

7

=

б

д

г

в

ж

е

α

и

з

Рис. 20. Виды отклонений расположения поверхностей и осей: а – от параллельности плоскостей; б – от параллельности оси и плоскости; в – от перпендикулярности плоскостей; г – от перпендикулярности осей; д – от перпендикулярности оси и плоскости; е – от соосности; ж – - от симметричности; з – от наклона; и – позиционное отклонение

Отклонение наклона – отклонение угла между плоскостью и базовой плоскостью или базовой осью от номинального угла, выраженное в линейных единицах Δ на длине нормируемого участка (рис. 20, з). Позиционное отклонение (смещение оси от номинального расположения) есть наибольшее расстояние Δ между реаль47

ным расположением элемента (его центра, оси или плоскости симметрии) и его номинальным расположением в пределах нормируемого участка (рис. 20, и). Допуски соосности, симметричности, пересечения осей и позиционные можно задавать в чертежах в радиусном или диаметральном выражениях. Различие между допусками в диаметральном и радиусном выражениях обеспечивается указанием дополнительного знака перед числовым значением. Предпочтение отдается диаметральному выражению. ГОСТ 24642-81 предусматривает два вида допусков расположения охватывающих и охватываемых поверхностей – зависимые и независимые. Величина зависимого допуска расположения определяется действительными отклонениями размеров поверхностей деталей. Независимый допуск расположения устанавливается из функционального назначения детали или соединения, и величина его не зависит от действительных отклонений поверхностей. Зависимым называется допуск формы или расположения, минимальное значение которого указывается в чертежах или технических требованиях и которое допускается превышать на величину, соответствующую отклонению действительного размера детали от проходного предела (наибольшего предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия): Тзав = Тmin + Tдоп где Тmin – минимальная часть допуска, связанная при расчете с зазором наименьшим, т. е. Tmin = 0,5Smin; Tдоп – дополнительная часть допуска, зависящая от действительных размеров рассматриваемых поверхностей. Зависимые допуски расположения устанавливаются для деталей, которые сопрягаются с контрдеталями одновременно по двум и более поверхностям и для которых требования взаимозаменяемости сводятся к обеспечению собираемости, т. е. возможности соединения деталей по всем сопрягаемым поверхностям. Зависимые допуски связаны с зазорами между сопрягаемыми поверхностями, и предельные отклонения их должны быть в соответствии с наименьшим предельным раз48

мером охватывающей поверхности (отверстий) и наибольшим предельным размером охватываемой поверхности (валов). Суммарные отклонения и допуски формы и расположения

К суммарным отклонениям формы и расположения относятся все виды биений. Радиальное биение – результат проявления эксцентриситета и отклонений от круглости. Определяется радиальное биение как разность Δ наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси в сечении плоскостью, перпендикулярной базовой оси (рис. 21, а).

в а

б

д

г

Рис. 21. Виды биений: а – радиальное; б – схема радиального биения; в – торцовое; г – полное радиальное, д – полное торцовое;

49

Торцовое биение есть разность Δ наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси (рис. 21, в). Торцовое биение является результатом проявления отклонений от перпендикулярности торцовой поверхности относительно базовой оси и отклонений от плоскостности на измеряемом диаметре. Кроме радиального и торцового биения в стандарте введены полное радиальное и полное торцовое биения. Понятие полного радиального биения применимо, когда эту разность находят по всей нормируемой длине поверхности относительно базовой оси (рис. 21, г). Полное торцовое биение применяется к плоским торцовым элементам и суммарно ограничивает отклонения их от плоскостности и перпендикулярности. Полное торцовое биение определяется как наибольшая разность показаний измерительной головки при ее радиальном перемещении и вращении детали вокруг базовой оси (рис. 21, д). К суммарным характеристикам следует отнести и допуск формы любого профиля или любой поверхности, заданных номинальными размерами относительно баз. Вид допуска расположения поверхности должен обозначаться на чертеже знаком (символом) (табл. 9). Знак и числовое значение допуска вписывают в рамку: на первом месте указывают знак, на втором – числовое значение допуска, на третьем – базу, относительно которой определяют допуск. Зависимый допуск обозначается буквой М и проставляется в кружочке, помещенном в прямоугольную рамку рядом с величиной допускаемого отклонения (рис. 22).

Рис. 22. Пример условного обозначения отклонения расположения

50

Таблица 9 Группа допусков Допуски формы

Вид допуска Прямолинейности Плоскостности

Знак

Круглости Цилиндричности Профиля продольного сечения Допуски расположения

Параллельности Перпендикулярности Наклона Соосности Симметричности Позиционный Пересечения осей

Суммарные допуски формы и расположения

Группа допусков Суммарные допуски формы и расположения

Радиального биения Торцевого биения Биения в заданном направлении Полного радиального биения Полного торцевого биения Формы заданного профиля Формы заданной поверхности Вид допуска

Знак

Зависимые Независимые

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Сделать эскиз проверяемой детали, пронумеровать измеряемые поверхности. 2. Установить деталь на призме (рис. 23). 3. Определить величину радиального биения каждой ступени детали. Для этого индикаторную головку установить на стой51

ке так, чтобы измерительный наконечник касался одной из точек измеряемой поверхности и был направлен к ней радиально при натяге в один-два оборота стрелки. Поворачивая деталь рукой, снять показания индикатора через каждые 45о. Повторить измерения 2–3 раза, за результат принять среднее значение. За величину радиального биения принимается разность предельных значений, измеренных для каждой поверхности.

а)

б)

Рис. 23. Схема измерения радиального и торцового биений

4. Определить величину торцового биения одной из ступеней детали. Для этого измерительный наконечник индикатора установить так, чтобы он касался торцовой поверхности в точке, ближайшей к максимальному диаметру, с натягом в один–два оборота стрелки и был направлен перпендикулярно к проверяемой поверхности. Повернуть деталь и снять отсчет амплитуды колебаний стрелки индикатора за один полный оборот (величину торцового биения на данном диаметре). 5. Указать на эскизе требования точности в соответствии с ГОСТ 2.307-79. 6. Определить годность детали, сравнив полученные величины радиального и торцового биений с указанными на чертеже. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование, цель, оборудование, задание. 2. Применяемый измерительный инструмент (название, модель, пределы измерения, цена деления и предельная погрешность измерения). 52

3. Схемы и результаты измерений. 4. Эскизы деталей с указанием требований точности. Выводы о годности детали. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что называется радиальным (торцовым) биением? 2. Что называется полным радиальным (торцовым) биением? 3. Приведите характеристику измерительных средств, используемых в работе. 4. Как обозначаются на чертежах отклонения расположения поверхности?

Лабораторная работа № 7 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЬБЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить устройство и освоить технику измерения приборов, используемых при измерении параметров резьбы. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ Микроскоп ММИ-2, резьбовой микрометр, детали с наружной и внутренней резьбой. ЗАДАНИЕ 1. Изучить устройство и принцип работы резьбового микрометра. 2. Изучить устройство и принцип работы инструментального микроскопа. 3. Выполнить измерения. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Резьба служит для образования неподвижных (крепежных) и подвижных (кинематических) соединений. Обычно 53

для неподвижных соединений применяют метрическую и дюймовую резьбу, для подвижных – трапецеидальную и упорную. Резьбовые поверхности имеют сложную форму. Главным условием взаимозаменяемости резьбы является свинчиваемость винтов и гаек, имеющих резьбу одинакового профиля, шага и номинального диаметра при получении заданного характера соединения без пригонки.

H

d1 (D1)

d2 (D2)

H1

d (D)

α = 60о

Рис. 24. Профиль и основные параметры метрической резьбы

К основным параметрам метрической резьбы (рис. 24) относятся следующие: d, D (наружный диаметр резьбы) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного касательно к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней резьбы (наружный диаметр резьбы для метрической резьбы принимается за номинальный диаметр резьбы); d2, D2 (средний диаметр резьбы) – диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, образующие которого пересекают номинальный профиль резьбы в точках, где ширина выступов равна ширине впадин; d1, D1 (внутренний диаметр резьбы) – диаметр воображаемого цилиндра, вписанного касательно к вершинам внутренней резьбы или впадинам наружной резьбы; Р (шаг резьбы) – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренное в направлении, параллельном оси резьбы; 54

α (угол профиля) – угол между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости; l (длина свинчивания) – длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьбы в осевом направлении; Н – высота теоретического профиля; Н1 – рабочая высота профиля. Значение среднего диаметра резьбы, увеличенное для наружной резьбы или уменьшенное для внутренней резьбы на суммарную диаметральную компенсацию отклонений шага резьбы и половины угла наклона профиля, называется приведенным средним диаметром резьбы. Внутренняя и наружная резьба общего назначения соединяется по боковым сторонам профиля. Возможность контакта по вершинам и впадинам резьбы исключается обеспечением зазора при расположении полей допусков по наружному (d, D) и внутреннему (d1, D1) диаметрам резьбового соединения. В зависимости от характера сопряжения по боковым сторонам профиля, т. е. по среднему диаметру (d2, D2) различают резьбы с зазором, натягом и переходными посадками (рис. 27). Структура обозначения резьбовой детали

Поля допусков диаметров резьбы образуются сочетанием степени точности и основного отклонения. Поле допуска резьбы обозначается цифрой, показывающей степень точности, и буквой, показывающей основное отклонение: например, 7Н, 8g. При этом поле допуска среднего диаметра ставится на первое место, затем – поле допуска внутреннего диаметра для гаек или наружного для болтов, например: 5Н6Н (рис. 25), где 5Н – обозначение поля допуска среднего диаметра гайки, 6Н – обозначение поля допуска внутреннего диаметра гайки. Если обозначение поля допуска диаметра по вершинам резьбы (d, D1) совпадает с обозначением поля допуска среднего диаметра, то оно в обозначении поля допуска не повторяется, например, 6g – поля допусков среднего и наружного диаметров болта совпадают (рис. 26). 55

D

D

D

D

d

d

d

d

Td

Td

Рис. 25. Схема расположения полей допусков внутренней резьбы (основное отклонение Н)

TD

Td

d1(D1)

d2(D2)

d(D)

H

Td

TD

Рис. 26. Схема расположения полей допусков наружной резьбы (основное отклонение h)

P

Рис. 27. Схема расположения полей допусков резьбовой посадки М16 – 6Н/6h c зазором

56

Допуск резьбы, если нет оговорок, относится к наибольшей нормальной (N) длине свинчивания или ко всей длине резьбы, если она меньше наибольшей нормальной длины свинчивания. Длина свинчивания при необходимости должна быть оговорена в технических требованиях или указана в обозначении резьбы в следующих случаях: если она относится к группе S (большие); если она относится к группе L (малые), но меньше, чем вся длина резьбы. Средства контроля резьбовых изделий

Для измерения отдельных параметров резьбы применяют: – резьбовые микрометры со вставками для измерения собственного диаметра резьбы с пределами измерений 0–25 мм, 25–50 мм и далее до 350 мм; – резьбовые скобы с отсчетным устройством для контроля наружной резьбы диаметром 10 – 30 мм; – шагомеры и индикаторные приборы для контроля наружной резьбы с шагом от 0,4 до 6 мм; – проволочки и рамки для косвенного измерения среднего диаметра резьбы (рис. 28). P

М d

d

α

а

б

Рис. 28. Измерение среднего диаметра: а – схема измерения; б – номинальный профиль с указанием параметров

57

Назначение, принцип действия и область применения микроскопа

Микроскоп ММИ-2 (рис. 29) предназначен для измерения линейных и угловых размеров изделия в прямоугольных координатах. В частности, с его помощью можно измерить основные элементы наружной резьбы, углы, конусы, радиусы, установить размеры различных шаблонов и т. д. (рис. 30). Принцип действия микроскопа основан на наблюдении увеличенного изображения изделия и определения путем поРис. 29. Инструментальный микроскоп следовательного визирования расстояний между различными его точками с помощью шкалы и специальных профильных сеток. А Б

А

Б

А

А

Рис. 30. Оптическая схема инструментального микроскопа: АБ – измеряемая деталь; А1, Б1 – действительное обратное увеличение изображения детали; А2, Б2 – мнимое обратное увеличенное окуляром изображение

Б

Прибор применяется в цехах и измерительных лабораториях машиностроительных, приборостроительных и инструментальных заводов, а также в учебных и научно-исследовательских институтах. 58

Характеристика прибора Угол поворота стола, град 360 Цена деления лимба, град 1 Увеличение микроскопа (крат), 24 Поле зрения, мм 5 Цена деления: барабана микрометрического винта, мм 0,01 Настройка микроскопа на измерение

1. Подготовить микроскоп к измерениям, для чего надо включить освещение и отрегулировать освещенность поля. 2. Добиться четкого изображения сетки окулярной головки, штрихов градусного лимба и минутной шкалы поворотом окуляров. 3. Установить отсчетный микроскоп на нуль, совместив нулевой штрих лимба с нулевым штрихом шкалы. 4. Произвести измерение диаметров, шага, угла профиля резьбы. Для измерения шага линия перекрестия совмещается с одной из сторон профиля резьбы так, чтобы центр перекрестия находился посередине боковой стороны (рис. 31, а, положение 2). В этом положении снимается отсчет. Затем центр перекрестия устанавливается в положение 2 (рис. 31, б)и снимается второй отсчет. Разность отсчетов дает величину шага. Для измерения угла профиля линия перекрестия устанавливается в положение 1 так, чтобы центр перекрестия находился посередине боковой стороны профиля и одна из линий совместилась с ней в этом положении. Снимается первый отсчет с углового лимба. Далее центр перекрестия переводится в положение 2. Вращением углового лимба перевести линию из положения 2 в положение 1 и снять второй отсчет. Разность отсчетов дает величину угла профиля.

59

Р

Р/2

Р/2

б

а

Рис. 31. Схемы измерения шага (а) и угла профиля (б)

Общие указания для всех измерений: 1. Каждый замер производится не менее трех раз, за результат принимается среднеарифметическое значение замеров: Х = (Х1 + Х2 + …+ Хn )/n . 2. Погрешность измерений не должна превосходить погрешности инструментального микроскопа Δℓmin: X – X1 = ∆1 X – X2 = ∆2 X – X3 = ∆3

< ∆ℓmin

Типовая запись имеет следующий вид: α = 60 + Δℓmin = 60 + 2; S = 1,5 мм + Δℓmin = 1,5 мм + 0,01; d = 21,42 мм + Δℓmin = 21,42 мм + 0,01, где Δℓmin – погрешность прибора при данном измерении. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Получить деталь, подлежащую измерению. 2. Изучить устройство инструментального микроскопа и ознакомиться с его метрологическими характеристиками. 3. Выполнить измерение шага резьбы и основных параметров в I, II, III сечениях. Результаты измерений занести в табл. 10. 4. Выполнить эскиз детали, привести схему расположения полей допусков и дать заключение о годности детали. 60

Таблица 10 Результаты расчетов Действительное значение наружного диаметра резьбы d(D), мм

Действительное значение шага профиля Р, мм

Действительное значение внутреннего диаметра резьбы d1(D1), мм

Действительное значение угла профиля резьбы α, град

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Цель и задание работы. 2. Основные сведения о методах контроля резьбовых деталей. 3. Эскиз детали с указанием номинальных размеров основных параметров. Схема расположения полей допусков. 4. Заключение о годности детали. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите основные параметры метрической резьбы. 2. Что такое приведенный средний диаметр резьбы? 3. Какова структура обозначения резьбовых деталей? 4. Классификация резьбовых соединений. 5. Устройство и принцип работы приборов для измерения параметров резьбовой детали.

Практическая работа № 1 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобрести навыки расчетов предельных размеров и графического изображения полей допусков валов и отвер61

стий. Приобрести навыки расчетов различных по характеру посадок. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Любую машину или прибор собирают из отдельных сборочных единиц (узлов) и деталей. В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают отверстие и вал (рис. 32). Отверстие и вал – термины, применяемые для обозначения соответственно внутренних (охватывающих 1) и наружных (охватываемых 2) элементов деталей не только цилиндрических (рис. 32, а), но и плоских с параллельными плоскостями (паз, шпонка и др.) (рис. 32, б).

а

б

Рис. 32. Соединение двух деталей: а – гладкое цилиндрическое; б – плоское; элементы: 1 – охватывающие, 2 – охватываемые

При обработке невозможно получить абсолютно точно заданный размер не только у ряда изготовленных деталей, но даже и у одной детали в разных сечениях. Это объясняется тем, что на процесс обработки влияют многочисленные причины, вызывающие отклонения размеров детали и ее геометрической формы. Основными источниками появления отклонений от заданных размеров и формы изделий являются: − неточность изготовления оборудования (станков, прессов и т. д.), приспособлений для обработки и режущих инструментов и степень изношенности их; − неоднородность заготовок для деталей по размерам, форме, механическим свойствам; 62

− неточность базирования заготовок и их неправильное закрепление в приспособлениях; − температурные влияния, приводящие к изменению размеров обрабатываемых заготовок, а также отдельных частей оборудования, приспособлений или режущих инструментов; − упругие деформации деталей оборудования, приспособлений, режущих инструментов и изготовляемых изделий; отклонения от установленных режимов обработки (скоростей, подач, глубин резания и др.); − вибрации фундамента, на котором установлено оборудование, и т. д. При составлении чертежа детали конструктор устанавливает, исходя из условий работы, ее размер, называемый номинальным (d) и служащий началом отсчета отклонений. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим для отверстия и вала. Учитывая погрешности обработки, конструктор указывает в чертежах не один размер, а два предельно допустимых размера, больший из которых называется наибольшим, а меньший – наименьшим предельными размерами (dнб и dнм). Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском на обработку, или допуском, обозначаемым Т: T = dнб – dнм. Следовательно, допуск показывает как бы разрешенную погрешность обработки, заранее предусмотренную и отраженную в чертеже детали. В этом случае годными и взаимозаменяемыми будут такие детали, у которых размер, получившийся после обработки, находится в пределах допуска. Допуск – всегда положительная величина. Предельные отклонения и поля допусков

Допуск на обработку в чертежах показывается в виде двух отклонений от номинального размера. Одно отклонение называется верхним, другое – нижним. Отклонения обозна63

чаются буквами латинского алфавита: прописными – для отверстия, строчными – для вала. Установлением предельных отклонений на размеры деталей регламентируется требуемая точность выполнения размеров и определяется характер соединения деталей. Верхним отклонением ES (es) называется алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным: ES (es) = D(d)нб – D(d). Нижним отклонением EI(ei) называется алгебраическая разность между наименьшим предельным размером и номинальным: EI (ei) = D(d)нм – D(d).

Примечание. В расчетных зависимостях D — размер отверстия, d – размер вала.

Когда предельный размер больше номинального, то в чертеже отклонение ставится со знаком плюс (+). Если предельный размер (наибольший или наименьший) меньше номинального, то отклонение является отрицательным и в чертеже ставится со знаком минус (–). Когда один из предельных размеров равен номинальному, то отклонение оказывается равным нулю и в чертеже не проставляется. На рис. 33, а, г показаны размеры отверстия и вала с отклонениями. Для наглядного представления о возможном соотношении размеров применяется метод графического построения предельных отклонений, при котором принято величины возможных отклонений откладывать только с одной стороны рассматриваемого размера (рис. 33, б). Величины положительных отклонений откладываются вверх относительно номинального размера, а отрицательные отклонения – вниз. Так, на рис. 33, б, д изображены отверстие с двумя положительными отклонениями и вал с двумя отрицательными отклонениями. Пространство, ограниченное линиями верхнего и нижнего отклонений (заштрихованные полоски), называется полем допуска. 64

отв

нб

нб

нм

б

в

д

е

г

нм нб

нб нм

а

Рис. 33. Графическое построение полей допусков а – эскиз втулки с отверстием; б – схема отверстия; в – упрощенное изображение поля допуска; г – эскиз; д – схема вала; е – упрощенное изображение поля допуска вала

Более распространено упрощенное построение полей допусков, при котором схемы отверстия и вала не изображаются, – проводятся только контуры предельных отклонений относительно нулевой линии, соответствующей номинальному размеру (рис. 33 в, е). На указанных схемах верхняя граница поля допуска соответствует наибольшему предельному размеру, нижняя – наименьшему. Наибольший предельный размер равен алгебраической сумме номинального размера и верхнего отклонения: D(d)нб = D(d) + ES (es). Наименьший предельный размер равен алгебраической сумме номинального размера и нижнего отклонения: D(d)нм = D(d) + EI (ei). Предельные диаметры рассчитываются по следующим формулам: – для отверстия (рис. 33 а, б, в): Dнб = 55 + 0,05 = 55,05 мм, Dнм = 55 + 0,02 = 55,02 мм; 65

– для вала (рис. 34 г, d, е): dнб = 55 + (–0,03) = 54,97 мм; dнм = 55 + (–0,06) = 54,94 мм; – для вала (рис. 34 г, д, е) допуск равен 0,03 мм, т. е. Т = (–0,03) – (–0,06) = 0,03 мм. На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения представляют в миллиметрах без указания единицы измерения (ГОСТ 2.307-79), например: 58+0,013; 42–0,024; 50+0,107; 74±0,2. Угловые размеры и их предельные отклонения указывают в градусах, минутах или секундах с указанием единицы измерения, например: 0º 30' 40", 120º±20º. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, указывают только отклонение положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонений, например: 200–0,2; 200+0,2. Предельные отклонения в таблицах допусков указывают в микрометрах. В машинах и приборах детали не стоят обособленно друг от друга. Они собираются в определенные сборочные единицы. Соединения деталей имеют различный характер. Характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов, называется посадкой. Различают следующие типы посадок: подвижные (с зазором), неподвижные (с натягом) и переходные. Посадками с зазором называются посадки, при которых обеспечивается зазор в соединении, характеризующий большую или меньшую свободу относительного перемещения деталей. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 34, а). Зазор S есть разность размеров отверстия и вала, т. е. (D > d); S = D – d. В связи с колебаниями действительных размеров сопрягаемых деталей в пределах заданных допусков зазоры также будут колебаться от наибольшего значения до наименьшего. Наибольший зазор Sнб есть положительная разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала, или алгебраическая разность 66

между верхним предельным отклонением отверстия и нижним предельным отклонением вала: Sнб = Dнб – dнм = ES – ei. Наименьший зазор Sнм есть положительная разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала, или алгебраическая разность между нижним отклонением отверстия и верхним предельным отклонением вала: Sнм= Dнм – dнб = EI – es. Посадки с натягом – это посадки, при которых обеспечивается натяг в соединении. При графическом изображении (рис. 34, б) поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия. Натягом N называется разность размеров вала и отверстия до сборки, т. е. d > D. Натяг характеризует степень сопротивления взаимному смещению деталей, поэтому посадки с натягом задаются в соединении неподвижных деталей машин. Наибольшим натягом называется положительная разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия, или алгебраическая разность между верхним отклонением вала и нижним отклонением отверстия:

Nнб = dнб – Dнм = es – EI.

Наименьшим натягом Nнм называется положительная разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия, или алгебраическая разность между нижним отклонением вала и верхним отклонением отверстия:

Nнм = dнм – Dнб = ei – ES. Переходными являются такие посадки, в которых возможно получение как наибольшего зазора, так и наибольшего натяга. При графическом изображении у переходной посадки поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично (рис. 34, в).

67

нм нб нм

нб

а

нб нм

нб нм

нб нм

нб нм

нб

в б Рис. 34. Схема изображения полей допусков посадки: а – с зазором; б – с натягом; в – переходная

Неподвижность переходных посадок при наибольшем натяге обеспечивается силами трения, при наибольшем зазоре – применением дополнительных крепежных устройств в виде шпонок и др. Для оценки точности соединений пользуются понятием допуска посадки, который определяется суммой допусков вала и отверстия:

Тпос = Тотв + Твала ,

а также разностью предельных зазоров (в посадках с зазором) или натягов (в посадках с натягом), т. е. TS = Тпос = Sнб – Sнм ; TN = Тпос = Nнб – Nнм. Иногда важно знать не только наибольшие и наименьшие зазоры или натяги, но и средние их значения. 68

Средний зазор Scp или средний натяг Ncp получаются тогда в соединении, когда сопрягаемые размеры изготовлены по средним значениям своих допусков. Для подвижных посадок средний зазор определяется так: S cp =

Т + Тв S max + S min = S max − отв 2 2

= S min + Т отв + Т в . 2

Для посадок с натягом средний натяг вычисляется по формуле: Nср =

N max + N min Т + Тв Т + Тв = Nmax – отв = Nmin + отв . 2 2 2

Для переходных посадок средний зазор Sср или средний натяг Nср определяются как Sср = Smax –

Т отв + Т в Т + Тв ; Nср = Nmax – отв . 2 2

Практика показывает, что средние зазоры и натяги в соединении обеспечиваются чаще, чем предельные, так как наибольшую вероятность при изготовлении имеют детали с размерами, близкими к средним. Образование различных посадок связано со следующими понятиями: посадки в системе отверстия и посадки в системе вала. Посадки в системе отверстия – это посадки, в которых различные зазоры или натяги получают соединением различных валов (g, m, p и др.) с основным отверстием Н (рис. 35, а). Посадки в системе вала – это посадки, в которых различные зазоры или натяги получают соединением различных отверстий (F, R, N и др.) с основным валом h (рис. 35, б). В системе отверстия (рис. 35, а) предельные отклонения отверстия (верхнее и нижнее, равное нулю) для всех посадок одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений валов. В системе вала (рис. 35, б), наоборот, предельные отклонения вала (верхнее, равное нулю, и нижнее) для всех посадок одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений отверстий. 69

Н h

а

б

Рис. 35. Примеры расположения полей допусков: а – в системе отверстия; б – в системе вала

В обозначение посадки входит номинальный размер, общий для соединения, за которым следует дробь. В числителе дроби указывается поле допуска отверстия, а в знаменателе – поле допуска вала: H7 ∅60 , ∅60 H 8 , ∅60 H 9 – посадки в системе e8 d9 f9 отверстия; ∅60 E8 , ∅60 D9 , ∅60 F 9 – посадки в системе вала. h7

h8

h9

Из приведенных примеров видно, что одну и ту же посадку можно получить как в системе отверстия, так и в системе вала. При выборе системы посадок учитывают следующие соображения. Наиболее распространена система отверстия, так как при работе по этой системе на производстве образуется меньше различных по размерам отверстий. Следовательно, производство потребует меньше различных режущих инструментов для обработки отверстий, непосредственно формирующих размер (сверл, зенкеров, протяжек), калибров-пробок и оправок для приспособлений. Обработка валов с разными размерами проще. Так, на одном токарном или шлифовальном станке можно получить разные значения размеров вала. Экономически и технологически выгодней применять систему 70

вала, когда используется цельнотянутый материал в виде прутка или проволоки без последующей дополнительной механической обработки. Но это возможно только при квалитетах 8 и грубее. Систему вала применяют также при использовании в конструкциях машин унифицированных или стандартных сборочных единиц и деталей (подшипников при посадке в корпус, контрольных штифтов, валиков и т. п.). При выборе допусков на обработку рекомендуется в первую очередь применять предпочтительные поля допусков, согласованные с рекомендациями ИСО. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Задание № 1. 1.1. Изобразить графически поля допусков валов по заданным номинальным размерам и предельным отклонениям (табл. 11). Подсчитать предельные размеры и допуск размера. Таблица 11 Параметр

1

2

Номинальный размер, мм 50 60 Верхнее отклонение es, мкм –150 +90 Нижнее отклонение ei, мкм –300 –90

3

4

130

55

Вариант 5 6 80

95

7

8

30 150

–80 –190 –120 –145 +43 330 –240 –490 –260 –395

+3

9

10

100

70

+77 –100 +31 –191 Таблица 12

Параметр

1

Номинальный размер, мм 10 Верхнее отклонение ES, мкм –12 Нижнее отклонение EI, мкм –21

2

3

4

Вариант 5 6

7

8

15

20

35

60

130

150 200

270

+77

–27 +119 +146 +16 +106 +215 –33

+25

+50

–48

–56

85

9

+80 +100 –38 +43 +100 –79

71

10

1.2. Изобразить графически поля допусков отверстий по заданным номинальным размерам и предельным отклонениям (табл. 12). Подсчитать предельные размеры и допуск размера. 2. Задание № 2. 2.1. Определить характеристики посадок (табл. 13): – систему посадки (отверстия или вала); – номинальный размер посадки. Определить отклонения по ГОСТ 25346-89 и ГОСТ 25347-82. Подсчитать предельные размеры и допуски отверстия и вала. 2.2. Рассчитать основные характеристики сопряжения: – допуск посадки; – предельные (наибольший и наименьший) и средний зазоры для посадок с зазором; – предельные и средний натяги для посадок с натягом; – наибольшие зазор и натяг для переходных посадок. 2.3. Изобразить схему расположения полей допусков указанных посадок с обозначением номинального диаметра сопряжения, отклонений, предельных размеров, зазоров или натягов. Таблица 13 № 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ø30Н7/d8 Ø40D7/h7 Ø50H7/e8 Ø60H7/f7 Ø70H7/f7 Ø80H7/h6 Ø90F8/h6 Ø55H8/d9 Ø20H8/e8 Ø90E9/h8 Ø85D7/h7

Задание 2 Ø35H7/n6 Ø45N7/h6 Ø55H7/m6 Ø65H7/k6 Ø75H7/js6 Ø85H8/k7 Ø95H8/m7 Ø110H8/k7 Ø120H8/js7 Ø130H8/js7 Ø90H7/js6

72

Ø100H7/p6 Ø110H7/r6 Ø120H8/s7 Ø130H7/s6 Ø140H8/x8 Ø150H7/t6 Ø160Н8/u8 Ø170H8/u7 Ø180H8/z8 Ø190H8/z7 Ø155H7/p6

Окончание табл. 13 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ø95E7/h7 Ø105F7/h7 Ø115H8/f8 Ø125H9/d9 Ø30H8/h8 Ø40E9/h8 Ø50F8/h7 Ø60F8/h8 Ø70F9/h8

2 Ø100H7/k6 Ø110H7/js6 Ø120H8/n7 Ø130H7/m7 Ø35H8/k7 Ø45JS/h7 Ø55H8/js7 Ø65N7/h6 Ø75JS7/h6

Ø165H7/r6 Ø175H7/s6 Ø185H7/s7 Ø195H7/p6 Ø100P7/h6 Ø110R7/h6 Ø120P7/h6 Ø130R7/h6 Ø140 H7/s6

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое посадка? 2. Как образуются посадки в системе вала? 3. Как образуются посадки в системе отверстия? 4. Что такое допуск посадки? 5. Чем отличаются поле допуска и допуск размера? 6. Что определяется в переходной посадке?

Практическая работа № 2 ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

ЦЕЛЬ Ознакомление с основными показателями качества продукции и основными методами определения показателей качества. ЗАДАНИЕ Произвести ранжирование однородных объектов по степени выраженности заданного показателя качества. По результатам оценок экспертной группы произвести обобщенную оценку качества продукции. 73

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В условиях рыночной экономики решающее значение приобретает конкурентоспособность продукции. Чтобы был спрос на то или иное изделие, оно должно обладать определенными потребительскими свойствами: исправно работать в соответствии со своим функциональным назначением, быть приемлемым по цене, удовлетворять требованиям безопасности, экологичности, эстетичности и т. д. Совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением, называют качеством. Квалиметрия изучает вопросы оценивания качества. Само по себе обобщенное свойство, называемое качеством, не является физической величиной и в строгом понимании не может быть измерено, поскольку не существует узаконенной меры этого свойства. Тем не менее на основе аналогий с измерениями физических величин в квалиметрии получены практические рекомендации по оцениванию качества, в том числе количественного. Аналогом физических величин в квалиметрии служат показатели качества. Следовательно, чтобы оценить качество, нужно сравнить показатели качества продукции с показателями качества однородной продукции, принятой за образец. Поэтому ясно, что на первый план выступает проблема оценивания показателей качества. Показатель качества и физическая величина близки, но не тождественны. Физическая величина отражает объективные свойства природы, а показатель качества – общественную потребность в конкретных условиях. Так, масса – физическая величина, а масса изделия – показатель его транспортабельности; освещенность – физическая величина, а освещенность на рабочем месте – эргономический показатель. Качество представляет собой сложное, многомерное свойство продукции, обобщенную характеристику множества ее потребительских свойств. Для целей же оценивания оно представляется упрощенной моделью, учитывающей лишь небольшое число определяющих качество компонент. По мере необходимости модель качества может совершенствовать74

ся, в рассмотрение могут включаться новые свойства продукции, все более полно характеризующие качество. Не исключен и обратный процесс – упрощение модели. Показатели качества делятся на единичные и комплексные. Единичные показатели относятся к одному из свойств, определяющих качество, комплексные формируются из нескольких единичных показателей. Комплексные показатели качества могут быть сформированы из единичных на основании известных функциональных зависимостей между ними, а могут представлять собой комбинацию из единичных, принятую по соглашению. Так, приняв в качестве единичных показателей качества радиоаппаратуры напряжение питания U и потребляемый ток I, можно получить комплексный показатель – потребляемую мощность Р, используя известную функциональную зависимость P = U I. Примером комплексного показателя качества, принятого по соглашению, является коэффициент готовности аппаратуры, определяемый по формуле

КГ =

То , То + Тв

где То – наработка на отказ; Тв – среднее время восстановления. В случае отсутствия объективной функциональной зависимости для формирования комплексных показателей качества применяют субъективный способ – расчет комплексного показателя по принципу среднего взвешенного, используя одну из формул: – среднее арифметическое взвешенное: n

Q = ∑ g i Qi ; i =1

– среднее гармоническое взвешенное: n

g ~ ∑ i Q = i =1 ; n Q ∑ i i =1 g i

75

– среднее геометрическое взвешенное: ⎛ n ⎞ 1 Q = ⎜ ∏ Q igi ⎟ n . ⎝ i=1 ⎠ g ∑ i i=1

Посредством весовых коэффициентов gi учитывается важность или ценность (вес) каждого единичного показателя качества Qi. Обычно наиболее важным считают показатели назначения, т. е. показатели, определяющие основные функции и для выполнения которых предназначена продукция. Задача определения весов показателей качества обычно решается исходя из условия n

∑g i =1

i

= 1.

Практикой выработаны следующие рекомендации: – среднее арифметическое взвешенное используется для вычисления комплексного показателя качества в том случае, когда объединяются однородные показатели, имеющие незначительный разброс; – при значительном разбросе показателей рекомендуется использовать среднее гармоническое взвешенное; – при значительном разбросе единичных неоднородных показателей (относятся к разнородной продукции или разным условиям ее применения) наиболее универсальный прием формирования комплексного показателя – это комплексирование по принципу среднего геометрического взвешенного. Для оценивания свойств продукции комплексными показателями не исключены попытки компенсировать низкие значения одних единичных показателей необоснованным завышением других. Для исключения такой возможности комплексный показатель качества умножают на коэффициент вето. Этот коэффициент обращается в нуль при выходе любого из важнейших единичных показателей за допустимые пределы и равен единице во всех остальных случаях. Комплексный показатель качества падает до нуля, если хотя бы одно из важных свойств продукции недопустимо мало. 76

Комплексные показатели качества могут быть сформированы применительно к определенной группе свойств продукции. Такие показатели называются групповыми. Для промышленной продукции групповыми показателями качества являются показатели назначения. Разновидностью комплексного показателя, позволяющего оценить качество с экономических позиций, является интегральный показатель качества: отношение суммарного полезного эффекта от использования продукции к величине затрат на его создание и эксплуатацию. Методы определения показателей качества

Для определения значений показателей качества могут быть использованы инструментальные и экспертные методы. Инструментальные методы применяют тогда, когда показатели качества представляют собой физические величины. Экспертные методы применяют тогда, когда использование технических средств измерения невозможно или экономически необоснованно. Разновидностями экспертного метода являются органолептический и социологический методы. Органолептический метод основан на определении свойств объекта с помощью органов чувств человека. Социологический метод строится на массовых опросах населения или его групп, когда каждый индивидуум выступает в роли эксперта. Экспертная оценка качества продукции

Для обеспечения эффективности экспертных оценок подбирается и аттестовывается экспертная комиссия. Основой для отбора кандидатов в экспертную комиссию является проверка их компетентности путем тестирования. Для этого каждому кандидату предлагается ответить на вопросы специальных анкет, ответы которых оцениваются по балльной шкале. При удовлетворительных результатах кандидат включается в группу. 77

Далее обеспечивается необходимость согласованных мнений при оценивании свойств реальных объектов. Для проверки согласованности мнений m экспертов каждому из них предлагается дать оценку Qi определенному свойству объекта. Если мнение аттестуемого эксперта не оказывается крайним (наибольшим и наименьшим) в полученном ряду оценок, то квалификационный уровень его можно считать соответствующим уровню комиссии. В противном случае данную им оценку считают «противоречивой» групповому мнению при доверительной вероятности 0,95 (или α = 0,95), если Qi − Q > βS , где Q – среднее арифметическое значение оценки; S – среднее квадратичное отклонение индивидуальных оценок в группе. Значение коэффициента β для α = 0,05 принимают по табл. 15 в зависимости от количества членов группы. Более глубокой является оценка согласованности мнений группы по коэффициенту конкордации W, представляющего собой общий коэффициент ранговой корреляции для группы. Такая оценка производится по количественным оценкам некоторых свойств (факторов), оказывающих влияние на один конечный результат (качество). Коэффициент конкордации рассчитывается по формуле W=

12S , [m (n2 − n )]

где m – число экспертов в группе; n – число оцениваемых факторов. В зависимости от степени согласованности мнений экспертов коэффициент конкордации может принимать значения от нуля (при отсутствии согласованности) до единицы (при полном единодушии). Для оценки значимости коэффициента конкордации необходимо и достаточно, чтобы

(n − 1) mW > x2 . Значение х2 принимают по табл. 16 в зависимости от числа степеней свободы, γ = n – 1 и принятой доверительной вероятности. 78

Численность экспертной группы рекомендуется в пределах 7–20 человек, так как слишком малое число экспертов резко увеличивает недостоверность групповой оценки, а слишком большое приводит к ненужным дебатам и снижению эффективности этой оценки. Способы получения экспертных оценок

Мнения экспертов выясняются путем их индивидуального или группового опроса. При решении задачи оценивания перед ними могут быть поставлены следующие задачи: 1. Произвести ранжирование однородных объектов по степени выраженности заданного показателя качества (построение ранжированного ряда). 2. Дать количественную оценку показателей качества продукции в условных единицах (долях единиц, баллах) или оценить вес этих показателей. Для построения ранжированного ряда применяют способ попарного сопоставления объектов. Сначала объекты сопоставляются между собой попарно и для каждой пары результат сопоставления выражается в форме «больше – меньше», «лучше – хуже». Затем на основании результатов попарного сопоставления производится ранжирование. 1. Для проверки однородности массива данных рассчитывают суммарную оценку рангов: 2

⎛ m ⎞ R = ∑ ⎜ ∑ Rij ⎟ , j =1 ⎝ i =1 ⎠ где j – номер ранга (j = 1, 2, 3, … , n); n – число рангов; i – номер эксперта (i = 1, 2, 3, … , m); m – число экспертов; Ry – ранги, присвоенные каждым экспертом. Массив данных считается однородным, если R ≥ Rкр. Значение критической оценки суммы рангов Rкр находят по табл. 17, рассчитанной для уровня значимости 0,05. n

79

2. Если согласованность данных достаточная, то оценкам отдельных экспертов находят обобщенную оценку в виде обобщенной ранжировки: m m R j = ∑ R i1 ; ...∑ R in . i =1

i =1

Если согласованность данных недостаточная, то эксперты должны быть ознакомлены с полученными результатами, причем необходимо принять меры к повышению квалификации экспертов, а экспертизу провести повторно. 3. Значение критической оценки находят умножением числа, найденного в поле таблицы при заданных m и n, на множитель, помещенный в нижней строке табл. 17. Для количественной экспертной оценки показателей качества используют безразмерные шкалы – в долях единиц или баллах. Балльная шкала позволяет приписать объектам количественные характеристики, отражающие интенсивность того или иного свойства продукции, определяющего его качество. Основной характеристикой балльной шкалы является диапазон (балльность) шкалы – количество градаций, которое включает шкала, т. е. количество оценочных точек. Число градаций определяется характером решаемой задачи, квалификацией экспертов, требуемой достоверностью результата. В нашей стране приняты десяти-, двадцатипяти- и стобалльные шкалы. Исключение составляет пятибалльная шкала оценивания качества знаний в учебных заведениях. Шкала балльной оценки для отнесения продукции к определенной сортности строится следующим образом: 1. Устанавливается максимальная общая оценка продукции в баллах. 2. Каждому отдельному показателю качества, входящему в принятую модель качества продукции экспертами присваивается определенный вес, устанавливая таким образом его роль в формировании качества. 3. Исходя из общей максимальной оценки, с учетом веса отдельных показателей, устанавливают балльную оценку каждого показателя качества. 80

4. Устанавливаются скидки от показателей качества идеальной продукции при различной степени снижения уровня качества. К примеру, если идеальное качество поверхности изделия оценивается в 7 баллов, то при наличии незначительных царапин оно снижается на 2 балла. 5. Определяется число степеней качества исходя из возможных балльных оценок соответствующего свойства. Так, могут быть приняты четыре степени качества: отличное, хорошее, удовлетворительное, плохое.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Организовать группы экспертов из 10 человек, каждому эксперту присвоить порядковый номер. Оценить согласованность и независимость оценок экспертов. 2. Произвести оценку согласованности и независимости групп экспертов «на противоречивость». Для этого для оцениваемой продукции выбрать одно из свойств и каждому из экспертов оценить выбранное свойство по десятибалльной шкале, например: Q1 = 8; Q2 = 9; Q3 = 10, … , Q10=8. Рассчитать среднее арифметическое оценки указанного свойства по формуле

∑Q , ∑т

Q=

где т – количество экспертов. Определить среднее квадратичное отклонение индивидуальных оценок в группе по формуле

∑ (Q т

S=

i

i =1

−Q

т −1

)

2

.

Определить значение коэффициента β при α = 0,05 по табл. 15 в зависимости от количества членов группы экспертов. Если оценка какого-нибудь эксперта удовлетворяет условию Qi − Q > βS , то она считается «противоречивой». 81

3. Произвести ранжирование однородных объектов по степени выраженности заданного показателя качества. Выбрать пять однородных объектов (например, пять сортов шоколада; пять докладов студентов и т. д.) и определить показатель качества для оценки Q («вкус», «раскрытие темы» и т. д.). Пронумеровать каждый объект исследования (i-й – номер объекта). Сопоставить объекты между собой попарно и для каждой пары результат сопоставления выразить в форме «лучше – хуже» (0 или 1). Результаты сопоставления каждой пары свести в табл. 14. Таблица 14 № п/п 1 2 3 4 5

1 –

2

Номер объекта i 3 4

5

Итого

– – – –

Например, в результате сопоставления выбранного свойства объектов 4 и 5 объект 4 оценен как «лучше». Тогда в пересечении строки 4 и столбца 5 ставится «1», а в пересечении строки 5 со столбцом 4 ставится «0». Произвести ранжирование в виде

Q3 > Q2 > Q1 > Q4 > … Qn, где Qn – оценка качества n-го объекта. По результатам мнения экспертной группы построить ранжированный ряд. 4. Проранжировать 5 свойств исследуемых объектов, влияющих на качество. Результат ранжирования представить в виде таблицы. Максимальное число рангов (5) присвоить свойству, с точки зрения эксперта максимально влияющих на качество.

82

Эксперты

Оцениваемый фактор 2 3 4

1

5

Первый Второй Третий Четвертый Пятый Шестой Седьмой Сумма рангов Отклонение от средней суммы рангов Квадраты отклонений

5. Произвести оценку согласованности мнений группы по коэффициенту конкордации W. Рассчитать коэффициент конкордации по формуле 12 S , W= [ m (n2 − n )] где m – число экспертов в группе; n – число оцениваемых факторов; S – среднее квадратичное отклонение индивидуальных оценок в группе. Оценить значимость коэффициента конкордации: (n − 1) mW > x 2 , где х2 принимают по табл. 16. 6. По результатам, полученным в п. 4 (выбранному свойству) организовать экспертную группу и представить мнение групп экспертов о 5 объектах экспертизы. (Максимальное число рангов, которое присваивается объекту, равно 5). Эксперты

Объекты экспертизы 2 3 4

1

Первый Второй Третий Четвертый Сумма рангов

83

5

7. Рассчитать суммарную оценку рангов по формуле 2

⎛ m ⎞ R = ∑ ⎜ ∑ Rij ⎟ , j =1 ⎝ i =1 ⎠ n

где j – номер ранга (j = 1, 2, 3, … , п); n – число рангов; i – номер эксперта (i = 1, 2, 3, … , т); m – число экспертов; Ry – ранги, присвоенные каждым экспертом. Проверить однородность массива данных из условия R ≥ Rкр. Значение критической оценки суммы рангов Rкр находят по табл. 17, рассчитанной для уровня значимости 0,05. Значение критической оценки находят умножением числа, найденного в поле таблицы при заданных n и m, на множитель, помещенный в нижней строке таблицы. Найти сумму рангов для каждого объекта исследования, просуммировав итоговый результат оценки каждым экспертом: Q1 = … Q2 = … Произвести результат группового оценивания выбранного показателя в виде ранжированного ряда. Например: Q3 > Q2 > Q1 > Q4 > Q5. Определить весовые коэффициенты для каждого объекта: ∑ Qi . g=

∑j

Определить суммарный весовой коэффициент:

∑g

i

= g1 + g 2 + ... + g n . Таблица 15

Значение коэффициента β в зависимости от количества членов группы Число экспертов в группе Коэффициент β

3

4

1,15

1,46

5

6

1,67 1,82

84

7

8

9

10

1,82

1,94

2,11

2,18

Таблица 16 Значение х2 при уровне значимости 0,05 Число степеней 2 4 6 8 10 12 14 16 20 25 30 свободы γ* Значение 5,99 9,49 12,59 15,51 18,31 21,03 23,69 26,3 31,41 37,65 43,77 х2 *γ = п – 1, где п – число оцениваемых факторов. Таблица 17 Значение критической оценки суммы рангов для уровня значимости 0,05 Число экспертов 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Множитель

Количество рангов 3

4

5

6

7

8

9

6,6 12,6 21,7 33,1 47 63 81,7 102,6 126,1 10

1,2 2,6 4,5 6,9 9,8 13,1 17 21,4 26,3 100

2,2 4,7 8,1 12,4 17,6 23,8 29,8 37,5 46,2 100

3,6 7,6 13,3 20,8 30,0 40,7 48,3 60,9 75 100

5,0 11,1 19,7 30,8 44,4 60,5 73,2 92,8 113,8 100

7,1 15,8 28,1 43,8 63,1 85 105 135 160 100

9,7 21,6 38,4 60,0 86,5 115 145 185 225 100

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое «качество продукции» и какими показателями оно оценивается? 2. В каком случае для вычисления комплексного показателя качества используется среднее арифметическое взвешенное, а в каком – среднее гармоническое взвешенное? 3. Какие основные оценки используют для определения значений показателей качества? 85

4. Как обеспечивается согласованность и независимость оценок экспертов при экспертной оценке показателей качества? 5. Для чего используется коэффициент конкордации? 6. Как производится построение ранжированного ряда? 7. Как производится количественная экспертная оценка показателей качества?

Практическая работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ

ЦЕЛЬ Ознакомление с основными показателями уровня стандартизации и унификации по числу типоразмеров, составным частям, стоимостному выражению; определение коэффициента применяемости.

ЗАДАНИЕ В соответствии с исходными данными определить показатели уровня стандартизации и унификации по составным частям, стоимостному выражению, числу типоразмеров. Рассчитать коэффициент повторяемости составных частей и среднюю повторяемость составных частей в изделии.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Стандартизация – деятельность по установлению правил и характеристик в целях добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции, а также на повышение конкурентоспособности продукции, работ и услуг. Но в то же время стандартизация – это и комплекс методов, необходимых для установления оптимального решения повторяющихся задач и узаконивания его в качестве норм и правил. 86

Метод стандартизации – это прием или совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации. Одним из широко применяющихся в стандартизации методов является унификация. Унификация продукции – это деятельность по рациональному сокращению числа деталей, агрегатов одинакового функционального назначения. Основными направлениями унификации являются: – разработка параметрических и типоразмерных рядов изделий, машин, оборудования, приборов, узлов, деталей; – разработка типовых изделий в целях создания унифицированных групп однородной продукции; – разработка унифицированных технологических процессов, включая технологические процессы для специализированных производств продукции межотраслевого назначения; – ограничение целесообразным минимумом номенклатуры разрешаемых к применению изделий и материалов. В зависимости от области проведения унификация изделий может быть межотраслевой (унификация изделий и их элементов одинакового или близкого назначения, изготавливаемых двумя или более отраслями промышленности), отраслевой и заводской (унификация изделий, изготавливаемых одной отраслью промышленности или одним предприятием). Эффективность работ по унификации характеризуется уровнем унификации. Под уровнем унификации и стандартизации изделий понимают насыщенность их соответственно унифицированными и стандартными составными частями (деталями, узлами, механизмами). Для расчета уровня унификации наиболее часто используют коэффициенты применяемости и повторяемости. Коэффициент применяемости Кпр показывает уровень применяемости составных частей, т. е. уровень использования во вновь разрабатываемых конструкциях деталей, узлов, механизмов, применявшихся ранее в предшествовавших аналогичных конструкциях. Его рассчитывают по количеству типоразмеров, составным частям изделий и в стоимостном выражении. 87

Коэффициент применяемости в различных отраслях промышленности в основном определяют с помощью дифференцированных показателей, характеризующих уровень (степень) унификации изделий в процентах: 1. Показатель уровня стандартизации и унификации по числу типоразмеров определяют по формуле n − n0 100 , K пр.т = n где n – общее число типоразмеров; n0 – число оригинальных типоразмеров, которые разработаны впервые для данного изделия. Типоразмером называют такой предмет производства (деталь, узел, машину, прибор), который имеет определенную конструкцию, присущую только данному предмету, конкретные параметры, размеры и записывается отдельной позицией в графу спецификации изделия. 2. Показатель уровня стандартизации и унификации по составным частям определяют по формуле N − N0 100 , K пр.ч = N где N – общее число составных частей изделия; N0 – число оригинальных составных частей изделия. 3. Показатель уровня стандартизации и унификации по стоимостному выражению определяют по формуле: С − С0 100 , K пр.с = С где С – стоимость общего числа составных частей изделия; С0 – стоимость числа оригинальных составных частей изделия. Любая из приведенных формул характеризует уровень унификации только с одной стороны. Более полную характеристику уровня унификации изделия может дать комплексный показатель – коэффициент применяемости. 4. Коэффициент применяемости рассчитывают как K пр.к =

Ау.в С у + Ау.т Ад.в С м + Ад. т h 88

100 ,

где Су – средняя стоимость веса унифицированных деталей; См – средняя стоимость веса материала изделия в целом; h – средняя стоимость, нормо-ч; Ау.в – вес унифицированных деталей в изделии; Ау.т – суммарная трудоемкость изготовления унифицированных деталей; Ад.в – общий вес изделия; Ад.т – полная трудоемкость изготовления изделия. 5. Коэффициент повторяемости составных частей в общем числе составных частей данного изделия определяется так: N −n 100 , Kп = N −1 где N – общее число составных частей изделия; n – общее число оригинальных типоразмеров. Коэффициент повторяемости характеризует уровень унификации и взаимозаменяемости составных частей изделий определенного типа. 6. Коэффициент повторяемости вычисляется по формуле N K сп = . n Коэффициент повторяемости характеризует среднюю повторяемость составных частей в изделии. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Выбрать исходные данные в соответствии с табл. 18. 2. Определить уровень стандартизации и унификации рыбообрабатывающей машины по коэффициенту применяемости, а именно: а) по числу типоразмеров; б) по составным частям; в) в стоимостном выражении. 3. Определить уровень унификации и взаимозаменяемости: а) по коэффициенту повторяемости составных частей; б) по средней повторяемости составных частей изделия.

89

Таблица 18 Исходные данные для расчета

№ п/п

Общее число типоразме ров

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

1657 1700 1750 1800 1738 1689 1345 1467 1754 1798 1564 1678 1693 1802 1768 1696 1743 1698 1599

Число оригинальных типоразмеров 203 216 208 210 231 214 209 207 217 214 198 200 215 234 216 209 208 214 198

Число Стоимость оригиСтоимость всех денальоригинальных талей ных деталей деталей

Общее число деталей

5402 5435 5489 5608 5413 5426 5306 5409 5411 5419 5423 5414 5419 5501 5425 5389 5487 5398 5367

620 624 632 657 631 626 612 618 633 645 598 618 619 623 611 609 632 629 598

85 000 87 100 83 200 87 000 86 700 89 100 75 900 79 000 86 000 85 500 82 100 84 500 87 700 90 100 86 400 89 300 76 500 75 400 96 500

27 200 32 100 28 900 27 600 28 750 26 500 25 200 25 900 26 400 27 100 26 800 26 100 26 500 29 300 28 600 26 500 26 800 25 400 25 300

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое унификация объектов стандартизации? 2. Перечислите основные задачи унификации. 3. На какие виды подразделяется унификация? 4. Какие основные работы проводят при унификации? 5. Что такое уровень стандартизации и унификации?

90

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Расчетно-графическая работа выполняется в виде расчетно-пояснительной записки, изложенной на стандартных листах писчей бумаги формата А4. Графическая часть изображается на листах формата А2, располагаемых по ходу текста с основной надписью чертежей по ГОСТ 2.104-68*. Текст в расчетно-пояснительной записке пишется на одной стороне листа с оставлением полей: слева 25 мм, сверху и снизу по 15 мм. Схемы расположения полей допусков можно выполнять в произвольном масштабе и приводить их как в расчетно-пояснительной записке, так и на чертеже. При решении задач следует давать краткие пояснения к расчетам со ссылкой на литературные источники и нормативно-техническую документацию с указанием номеров страниц, графиков, страниц, стандартов и т. д. Объем расчетно-пояснительной записки составляет 10–15 листов формата А4. Объем графической части РГР составляет: – один лист формата А2; – один лист формата А4 (деталировка). ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Задача № 1 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОСАДОК С ЗАЗОРОМ 1. Для заданных условий работы соединения рассчитать и выбрать посадку с зазором сопряжения 5/4 (рис. 36) из Единой системы допусков и посадок (ЕСДП). 2. Выполнить эскиз соединения с обозначением выбранной посадки, выполнить эскизы деталей соединения с указа91

нием полей допусков, предельных отклонений, шероховатости поверхности, допуска цилиндричности. 3. Построить схему расположения полей допусков выбранной посадки. 4. На чертеже шатунно-поршневой группы указать выбранную посадку. Исходные данные Соединение с зазором является подшипником скольжения местного нагружения, в котором сопрягаются поршневой палец и вкладыш головки шатуна. Варианты исходных данных приведены в табл. 19. Условия работы подшипника являются одинаковыми для всех вариантов: материал поршневого пальца – закаленная сталь 45 втулки – бронза Бр.А11Ж6Н6 рабочая температура подшипника – tп 50оC . Рекомендации по решению задачи № 1 Расчет выполняется по методике, приведенной в работе [4] на с. 223–297. Подшипник скольжения является наиболее ответственным соединением с зазором, в котором зазор служит для размещения слоя смазки при обеспечении жидкостного трения (рис. 37). Установлено, что жидкостное трение создается лишь при зазоре, лежащем в определенном диапазоне значений, ограниченном функциональными предельными зазорами [Smin] и [Smax], которым соответствует минимальная толщина масляного слоя [hmin]. При оптимальном зазоре толщина масляного слоя Sopt достигает максимального значения. В процессе эксплуатации толщина масляного слоя h сначала будет возрастать с увеличением зазора от Smin до Sopt, а затем уменьшаться вплоть до разрыва масляного слоя, когда зазор будет близок к нулю (рис. 38). При решении задачи для определения [Smin] и [Smax] используется график зависимости А = f(λ) (рис. 39). 92

8

Рис. 36. Шатунно-поршневой механизм

93

ω=0

D

а

б

Рис. 37. Схема подшипника жидкостного трения: в состоянии покоя (а) и в рабочем состоянии (б)

Рис. 38. График зависимости толщины масляного слоя от величины зазора

94

0,9 0,8

Рис. 39. График зависимости А = f(λ ) Таблица 19 Исходные данные к задаче №1 № п/п 1 1 2

Диаметр цапфы вала d1, мм

Длина опорной поверхности l, мм

Частота вращения вала n, об/мин

Радиальная нагрузка, R, кН

2 50 60

3 55 65

4 550 600

5 10 11

95

Окончание табл. 19 1

2

3

4

5

3

70

75

650

12

4

80

85

700

13

5

90

95

750

14

6

100

110

800

15

7

55

50

850

10

8

65

60

900

11

9

75

70

950

12

10

85

80

1000

13

11

95

90

500

14

12

105

100

550

15

13

110

110

600

16

14

50

60

650

10

15

60

70

700

11

16

70

80

750

12

17 18 19 20

80 90 100 110

90 100 110 120

800 850 900 950

13 14 15 16

21 22

55 65

50 60

550 600

10 11

23

75

70

650

12

24

85

80

700

13

25

95

90

750

14

Выбор масла осуществляется согласно табл. 20. Выбор посадки производится согласно табл. 21 исходя из условия: табл табл [S max ] ≤ S min ; [S min ] > Smax .

96

Таблица 20 Основные смазочные масла для машино- и приборостроения Вязкость кинематическая*, сСт 2

динамическая*, * μ ·103 , Н ·с /м2 3

И-5А

4,0–5,0

3,6–4,5

120

И-8А (вазелиновое)

6–8

5,4–7,2

130

Сепараторное Л

6,0–10,0

5,4–9

135

Приборное МВП

6,3–8,0

5,8–7,2

125

Наименование и марка масла

1

Температура вспы- застышки вания 4

Легкие индустриальные:

Область применения

5 6 Вязкость при 50оС Для точных механизмов, работающих при малых нагрузках со скоростью 1 500–2 000 рад/с или 4,5–6 м/с на цапфе вала; шпинделей токарных, шлифовальных и –25 других высокоскоростных станков, подшипников маломощных электродвигателей и т. п. Используется для смазки прядильных и других подобных машин, а также контрольно-измерительных приборов –20 Для механизмов, работающих при малых нагрузках со скоростью 1 000–1 500 рад/с или 3–4,5 м/с на цапфе вала; шпинделей шлифовальных и других станков, подшипников электродвигателей и т. п. Используется для смазки легких трикотажных машин и контрольно-измерительных приборов +5 То же, что и для марки И-8А. Используется в основном для смазки центрифуг и сепараторов –60 Для контрольно-измерительных приборов, работающих на низких температурах; для заполнения маслянопневматических амортизаторов

97

Продолжение табл. 20 1

2

3

4

5

Средние индустриальные

10–14

9–12,6

165

–30

Сепараторное Т

14 – 17

12,6 – 5,3 165

+5

И-20А (И-20)

17–23

15,3–0,7

180

–15

И-25А (ИС-25) И-30А (И-30)

24–27 28–33

21,6–24,2 180 25,2–9,7 190

–15 –15

И-40А (И-45)

35–45

31,5–40,5 200

–15

И-50А (И-50)

47–55

42,3–49,5 200

–20

И-70А (ИС-65)

65–75

58,5–67,5 200

–10

6 Для механизмов, работающих со скоростью до 1 000 рад/с или до 3 м/с на цапфе вала; шпинделей шлифовальных и других станков Для тяжелых сепараторов и центрифуг, а также для высокоскоростных механизмов, работающих со средними или малыми нагрузками Для малых и средних станков, работающих при повышенных скоростях, текстильных машин, электродвигателей средней мощности с кольцевой системой смазки, пневматических устройств и т. п.; для заполнения гидросистем механизмов со средней мощностью То же, что и для марки И-20А Широко применяется во многих отраслях промышленности металлообрабатывающей (крупные и тяжелые станки, гидравлические системы с поршневыми регулирующими насосами), металлургической, бумажной, легкой; на транспорте и др. Основной смазочный материал в среднем машиностроении. Используется для заполнения гидросистем средней мощности То же, что и для марки И-30А (И-30) при больших нагрузках, а также для тяжелых станков, работающих с малыми скоростями Для ответственных сильно нагруженных механизмов, работающих со скоростью менее 1 м/с и с частыми остановками То же

98

Продолжение табл. 20 1 Турбинные: Т22 (Л)

Тяжелые индустриальные масла: Цилиндровое 38 (цилиндровое 6) Для прокатных станков П-28 Автомобильные: АС-6 АС-8 АС-10 Трансформаторные: ТК ТК Компрессорные: К-12 К-19

2

3

4

5

6

20–23

18–20,7

32–50

28,3–45

Для смазывания подшипников и вспомогательных ме180 –15 ханизмов турбоагрегатов, а также для работы в системе регулирования этих машин в качестве гидравлической жидкости Вязкость при 100о С Для тяжело нагруженных зубчатых и червячных передач, а также для смазывания паровых машин, работающих на перегретом паре, и механизмов, работающих с 300 +17 большими нагрузками и малыми скоростями

26–30

23,4–27

285

–10

>5 8 ±0,5 10±0,5

> 5,4 7,2±0,45 9±0,45

190 200 200

–30 –25 –15

9,0** 9,6**

8,1** 8,6**

135 135

–45 –45

11–14 17–21

9,9–12,6

216 245

–25 –5

То же Для смазывания карбюраторных двигателей, автомобилей, тракторов Для заливки трансформаторов, масляных выключателей и другой высоковольтной аппаратуры Для смазки поршневых, ротационных компрессоров и воздуходувок

99

Окончание табл. 20 * Кинематической вязкостью пользуются при производстве масел. Динамическая вязкость используется во всех гидродинамических расчетах. Она определена по формуле μ (Н·с/м2) = νρ, где ν – кинематическая вязкость, м2/c; ρ – плотность масла, ρ = 900 кг/м3 . ** При t = 50о С. Динамическая вязкость μ (Н ·с/м2) определяется по величине μ, заданной в других единицах (пз, спз, кгс/м2), а также по кинематической вязкости ν (Ст, сСт, м3/с) и условной вязкости УВ (при плотности масла 900 м3/с): μ (Н ·с/м2) = 0,1 μ (пз) = 0,001 μ (спз) = 9,81 μ (кгс/м2) = 0,0009 ν (сСТ) ≈ 900 ν (м2/c), где μ (Н·с/м2) – динамическая вязкость в СИ (1 Н·с/м2 = 10 пз = 1 000 спз = 0,102 кгс/м2); μ (пз) – динамическая вязкость в пуазах (1 пз = 100 спз = 0,0102 кгс/м2 = 0,1 Н·с/м2); μ (спз) – динамическая вязкость в сантипуазах (1 спз = 0,01 пз); μ (кгс/м2) – динамическая вязкость в Мкгс (1 кгс/м2 = 98,1 пз = 9 810 спз = 9,81 Н·с/м2); ν (сСт) – кинематическая вязкость в сантистоксах (1 сСТ = 0,01 см2/с = 10–6 м2/с); ν (м2/с ) – кинематическая вязкость в СИ (1 м2/с = 104 см2/с = 104 Ст = 104 сСТ). Пример. Определить μ (Н·с/м2), если ν = 14 сСТ (масло индустриальное И = 12). Решение: μ = 0,0009 ·14 = 12,6·10-3 Н·с/м2 . Примечания: 1. При смазке подшипников скольжения рабочих машин применяются преимущественно индустриальные масла. При выборе смазочных масел руководствуются следующим: а) марка масла выбирается по требуемой вязкости при рабочей температуре масла; б) при большой окружной скорости цапфы и малом удельном давлении следует применять менее вязкое масло; в) требуемая вязкость масла в подшипнике жидкостного трения определяется в соответствии с условиями гидродинамической теории трения; г) с возрастанием вязкости ухудшается подвижность масла, что затрудняет его циркуляцию и проникновение в малые зазоры подшипника. 2. В таблице приведены наиболее употребительные масла из большого количества моторных, индустриальных, турбинных, трансмиссионных, автотракторных, авиационных, компрессорных и др., технические условия на которые приведены в соответствующих стандартах.

100

Таблица 21 Предельные зазоры в посадках с зазорами при размерах от 1 до 500 мм

Номинальные размеры, мм

Н5 g4

Н5 h4

G5 h4

Н5 h4

Посадки в системе отверстия Н6 Н6 Н6 – h4 g4 f6 Посадки в системе вала G6 F7 Н6 – h5 h5 h4 Предельные зазоры

От 1 до 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 250 Св. 250 до 315 Св. 315 до 400 Св. 400 до 500

9 2 13 4 15 5 19 6 22 7 27 9 31 10 37 12 44 14 49 15 56 17 61 18 67 20

7 0 9 0 10 0 13 0 15 0 18 0 21 0 25 0 30 0 34 0 39 0 43 0 47 0

18 6 26 10 31 13 38 16 46 20 57 25 68 30 80 36 93 43 108 50 120 56 134 62 148 65

101

20 6 27 10 34 13 42 16 50 20 61 25 73 30 86 36 101 43 116 50 131 56 144 62 158 68

12 2 17 4 20 5 25 6 29 7 36 9 42 10 49 12 57 14 64 15 72 17 79 18 87 20

S max , S min 10 0 13 0 15 0 19 0 22 0 27 0 32 0 37 0 43 0 49 0 55 0 61 0 67 0

–

Н7 d8

D8 h6

D8 h7

40 20 56 30 71 40 88 50 111 65 135 80 165 100 196 120 233 145 271 170 303 190 335 210 367 230

44 20 60 30 77 40 95 50 119 65 144 80 176 100 209 120 248 145 288 170 323 190 356 210 390 230

мкм

Номинальные размеры, мм

Н7 e7

–

–

E8 h6

Продолжение табл. 21 Посадки в системе отверстия Н7 Н7 Н7 Н7 – – e8 g 6 f7 h6 Посадки в системе вала E8 F7 F7 F8 h7 h7 h6 h6 Предельные зазоры

От 1 до 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 250 Св. 250 до 315 Св. 315 до 400 Св. 400 до 500

34 14 44 20 55 25 68 32 82 40 100 50 120 60 142 72 165 85 192 100 214 110 239 125 261 135

34 14 46 20 56 25 70 32 86 40 105 50 125 60 148 72 173 85 201 100 223 110 250 125 272 135

38 14 50 20 62 25 77 32 94 40 114 50 136 60 161 72 188 85 218 100 243 110 271 125 295 135

102

26 6 34 10 43 13 52 16 62 20 75 25 90 30 106 36 123 43 142 50 160 56 176 62 194 68

22 6 30 10 37 13 45 16 54 20 66 5 79 30 93 36 108 43 125 50 140 56 155 62 171 68

G7 h6

H7 h6

18 2 24 4 29 5 35 6 41 7 50 9 59 10 69 12 79 14 90 15 101 17 111 18 123 20

16 0 20 0 24 0 29 0 34 0 41 0 49 0 57 0 65 0 75 0 84 0 93 0 103 0

S max , мкм S min 26 6 36 10 44 13 54 16 66 20 80 25 95 30 112 36 131 43 151 50 169 56 187 62 205 68

Продолжение табл. 21 Посадки в системе отверстия

Н8 d8

Н8 d9

Н8 e8

Номинальные размеры, мм

Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 250 Св. 250 до 315 Св. 315 до 400 Св. 400 до 500

Н8 f7

Н8 f8

Н8 f9 Н9 f8

Н7 h6

Н8 h8

F9 h8

Н8 h7

H8 h8

24 0 30 0 37 0 45 0 54 0 64 0 76 0 89 0 103 0 118 0 133 0 146 0 160 0

28 0 36 0 44 0 54 0 66 0 78 0 92 0 108 0 126 0 144 0 162 0 178 0 195 0

Посадки в системе вала D8 h8

От 1 до 3

Н8 e9 Н9 e8

48 20 66 30 84 40 104 50 131 65 158 80 192 100 228 120 271 145 314 170 352 190 388 210 424 230

D9 h8

59 20 78 30 98 40 120 50 150 65 181 80 220 100 261 120 308 145 357 170 401 190 439 210 482 230

E8 h8

E9 h8

F8 h7

F8 h8

Предельные зазоры

S max , мкм S min

42 12 56 20 69 25 86 32 106 40 128 50 152 60 180 72 211 85 244 100 272 110 303 125 329 135

34 6 46 10 57 13 70 16 86 20 103 25 122 30 144 36 169 43 194 50 218 56 240 62 262 68

53 14 68 20 83 25 102 32 125 40 151 50 180 60 213 72 248 85 287 100 321 110 354 125 387 135

103

30 6 40 10 50 13 61 16 74 20 89 25 106 30 125 36 146 43 168 50 189 56 208 62 228 68

45 6 58 10 71 13 86 16 105 20 126 25 150 30 177 36 206 43 237 50 267 56 291 62 320 68

Продолжение табл. 21 Посадки в системе отверстия Н8 h9 Н9 h8

Номинальные размеры, мм

От 1 до 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 250 Св. 250 до 315 Св. 315 до 400 Св. 400 до 500

Н9 d9

Н9 е9

–

Н9 f9

Н9 h9

Н 10 d10

Н 10 h9

Н 10 h 10

D 10 h 10

Н 10 h9

H 10 h 10

65 0 78 0 92 0 113 0 136 0 162 0 194 0 227 0 260 0 300 0 340 0 370 0 405 0

80 0 96 0 116 0 140 0 168 0 200 0 240 0 280 0 320 0 370 0 420 0 460 0 500 0

Посадки в системе вала H8 h9 H9 h8

39 0 48 0 58 0 70 0 85 0 101 0 120 0 141 0 163 0 187 0 211 0 229 0 252 0

D9 h9

70 20 90 30 112 40 136 50 169 65 204 80 248 100 294 120 345 145 400 170 450 190 490 210 540 230

D10 h9

E9 h9

F9 h9

H9 h9

Предельные зазоры

S max , мкм S min

85 20 108 30 134 40 163 50 201 65 242 80 294 100 347 120 405 145 470 170 530 190 580 210 635 230

50 0 60 0 72 0 86 0 104 0 124 0 148 0 174 0 200 0 230 0 260 0 280 0 310 0

64 14 80 20 97 25 118 32 144 40 174 50 208 60 246 72 285 85 330 100 370 110 405 125 445 135

104

56 6 70 10 85 13 102 16 124 20 149 25 178 30 210 36 243 43 280 50 316 56 342 62 378 68

100 20 126 30 156 40 190 50 233 65 280 80 340 100 400 120 465 145 540 170 610 190 670 210 730 230

Продолжение табл. 21

Номинальные размеры, мм

Н7 с8

Н 11 а 11

Посадки в системе отверстия* Н 11 Н 11 Н 11 Н 11 b 11 c 11 d 11 h 11

Н 12 b 12

Н 12 h 12

–

A11 h 11

Посадки в системе вала B11 C11 D11 Н 11 h 11 h 11 h 11 h 11

B12 h 12

H 12 h 12

Предельные зазоры От 1 до 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 40 Св. 40 до 50 Св. 50 до 65 Св. 65 до 80 Св. 80 до 100 Св. 100 до 120 Св. 120 до 140 Св. 140 до 160 Св. 160 до 180 Св. 180 до 200

84 60 100 70 117 80 140 95 164 110 184 120 194 130 216 140 226 150 259 170 269 180 303 200 313 210 333 230 358 240

390 270 420 270 460 280 510 290 560 300 630 310 640 320 720 340 740 360 820 380 850 410 960 460 1020 520 1080 580 1 240 660

260 140 290 140 330 150 370 150 420 160 490 170 500 180 570 190 580 200 660 220 680 240 760 260 780 280 810 310 920 340

180 60 220 70 260 80 315 95 370 110 440 120 450 130 520 140 530 150 610 170 620 180 700 200 710 210 730 230 820 240

105

140 20 180 30 220 40 270 50 325 65 400 80 400 80 480 100 480 100 560 120 560 120 645 145 645 145 645 145 750 170

S max , мкм S min 120 0 150 0 180 0 220 0 260 0 320 0 320 0 380 0 380 0 440 0 440 0 500 0 500 0 500 0 580 0

340 140 380 140 450 150 510 150 580 160 670 170 680 180 790 190 800 200 920 220 940 240 1 060 260 1 080 280 1 110 310 1 260 340

200 0 240 0 300 0 360 0 420 0 500 0 500 0 600 0 600 0 700 0 700 0 800 0 800 0 800 0 920 0

Продолжение табл. 21 Посадки в системе отверстия* Н7 с8

Номинальные размеры, мм

Н 11 а 11

Н 11 b 11

Н 11 c 11

Н 11 d 11

Св. 225 до 250 Св. 250 до 280 Св. 280 до 315 Св. 315 до 355 Св. 355 до 400 Св. 400 до 450 Св. 450 до 500

Н 12 b 12

Н 12 h 12

B12 h 12

H 12 h 12

1300 380 1340 420 1 520 480 1 580 540 1740 600 1 820 680 2020 760 2 100 840

920 0 920 0 1 040 0 1 040 0 1 140 0 1 140 0 1 260 0 1 260 0

Посадки в системе вала –

A11 h 11

B11 h 11

C11 h 11

D11 h 11

Предельные зазоры Св. 200 до 225

Н 11 d 11

3 782 60 398 280 433 300 463 330 506 360 546 400 600 440 640 480

1 320 740 1 400 820 1 560 920 1 690 1 050 1 920 1200 2 070 1 350 2 300 1 500 2 450 1 650

960 380 1 000 420 1 120 480 1 180 540 1 320 600 1 400 680 1 560 760 1 640 840

106

840 260 860 280 940 300 970 330 1 080 360 1 120 400 1 240 440 1 280 480

Н 11 h 11

S max , мкм S min

750 170 750 170 830 190 830 190 930 210 930 210 1 030 230 1 030 230

580 0 580 0 640 0 640 0 720 0 720 0 800 0 800 0

Задача № 2 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОСАДОК С НАТЯГОМ

Для соединения, подверженного действию осевой силы и крутящего момента, рассчитать и выбрать посадку, обеспечивающую относительную неподвижность деталей без дополнительного крепления и сохраняющую прочность деталей при сборке. Выполнить схему расположения полей допусков и чертежи соединения в соответствии с ЕСКД, с простановкой буквенных обозначений и числовых величин предельных отклонений размеров, параметров шероховатости и входных фасок.

Исходные данные Соединением с натягом является сопряжение ¾ (рис. 36). Варианты исходных данных приведены в табл. 22. Условия, одинаковые для всех вариантов заданий, следующие: – шероховатость поверхностей: вала – Rad = 0,8…3,2 мкм; отверстия – RaD = 1,6–3,2 мкм; – температура сборки: tсб = 20оС, температура рабочая tр = 50оС; – сборка механическая, без смазки, под прессом.

Рекомендации по решению задачи № 2 Расчет ведется по методике, предложенной в работе [2, с. 333–339]. Посадки с натягом предназначены для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей винтами, шпонками, штифтами и т. п. Относительная неподвижность деталей обеспечивается за счет сил сцепления (трения), возникающих на контактирующих поверхностях вследствие их деформации, создаваемой при сборке соединения. Однако при этом максимальное напряжение, возникающее в материалах деталей, не должно превышать допустимого значения, что ограничено прочностью деталей. 107

Следовательно, предельные значения натягов выбранной посадки с натягом должны удовлетворять следующим условиям: 1) при наименьшем натяге Nmin должна обеспечиваться неподвижность, или плотность, соединения; 2) при наибольшем натяге Nmax должна обеспечиваться прочность соединяемых деталей при сборке. Справочные материалы приведены на рис. 40, а также в табл. 23–27. Таблица 22 Исходные данные к задаче № 2 НомиНаружДиаОсе- Крутянальный Длина метр вое щий ный № диаметр соедидиаметр отверстия уси- момент п/п вклады- нения, соеди- пальца, лие Мкр, ша, l, мм нения, Н·м d1, мм R, кН d2, мм dнс, мм 1 2 3 4 5 6 7 1

60

40

80

55

10

300

2

70

50

90

65

11

350

3

80

60

100

75

12

400

4

90

70

110

85

13

450

5

100

80

120

95

14

500

6

110

90

130

110

15

550

7

65

45

85

50

10

300

8

75

55

95

60

11

350

9

85

65

105

70

12

400

10

95

75

120

80

13

450

11

105

90

125

90

14

500

12

115

90

135

100

15

550

13

120

90

140

110

16

600

14

60

40

80

60

10

300

15

70

50

90

70

12

350

16

80

55

100

80

13

400

17

90

60

110

90

14

450

108

Материал

пальца

вкладыша

8

9

Сталь 45

Латунь ЛЦ38 Мц2 С2

Сталь 30

Чугун СЧ30

Сталь 50

Бронза Бр.А11 Ж6Н6

Сталь 35

Латунь ЛЦ23

Окончание табл. 22 1

2

3

4

5

6

7

18

110

80

130

100

15

500

19

120

90

150

110

16

550

20

130

100

160

120

18

600

8

9 А6Ж3 Мц2

Таблица 23 Значение коэффициентов трения при установившемся процессе распрессовки или проворачивания Материал сопрягаемых деталей

Коэффициент трения

Сталь – сталь

0,06–0,13

Сталь – чугун

0,07–0,12

Сталь – магниево-алюминиевые сплавы Сталь – латунь

0,03–0,05 0,05–0,1

Сталь – пластмассы

0,15–0,25 Примечание. При образовании соединений с использованием температурных деформаций (нагрев охватывающей, охлаждение охватываемой детали) значения f в 1,5 – 1,6 раза выше приведенных. При стальных и чугунных деталях часто принимают f = 0,14. Таблица 24 Значения Е и μ для некоторых материалов Е, Н/м2

μ

Сталь и стальное литье

(1,96 – 2) · 1011

0,3

Чугунное литье

(0,74 – 1,05) · 1011

0,25

Бронза оловянистая

0,84 · 1011

0,35

Латунь

0,78 · 1011

Материалы

Пластмассы

(0,005 – 0,35) · 10

109

0,38 11

Таблица 25 Рекомендуемые размеры входных фасок для деталей, собираемых под прессом, мм

а

Группа посадок

a

A

До 30 Св. 30 до 100 Св. 100 до 250 Св. 250 до 500 До 30 Св. 30 до 100 Св. 100 до 250 Св. 250 до 500

d´

0,5 1,0 2,0 3,0 1,0 2,0 3,0 4,0

1,0 1,6 2,5 4,0 1,6 2,5 4,0 5,0

Посадки с натягом типа H/x, X/h

До 30 Св. 30 до 100 Св. 100 до 250 Св. 250 до 500

1,6 2,0 4,0 6,0

2,0 2,5 5,0 8,0

Посадки с натягом типа H/z; Z/h

До 30 Св. 30 до 100 Св. 100 до 250 Св. 250 до 500

2,0 3,0 5,0 8,0

2,5 4,0 6,0 10,0

Все посадки переходные, с натягом, отверстиями до 7-го квалитета включительно и валами до 6-го квалитета включительно Все посадки переходные с натягом 7-го и 8-го квалитетов, кроме посадок типа H/x (X/h) и H/z (Z/h)

Примечания: 1. Входные фаски изготавливаются с одной стороны деталей. 2. При H ≥ d′ допускается увеличение фасок до ближайшего большего размера для данной группы посадок.

110

Рис. 40. График зависимости коэффициента γуд от размеров деталей Таблица 26 Предельные натяги в посадках с натягами при размерах от 1 до 500 мм Посадки в системе отверстия Номинальные размеры, мм

От 1 до 3 Св. 3 до 6 Св. 6 до 10 Св.10 до 18 Св.18 до 30 Св. 30 до 50 Св. 50 до 65 Св. 65 до 80

Н5 п4

Н6 р5

N5 h4

P5 h4

7** 0 12 3 14 4 17 4 21 6 24 6 28 7 28 7

10** 0 17 4 21 6 26 7 31 9 37 10 45 13 45 13

Н6 r5

Н6 s5

Н7* р6

Н7* r6

Н7* s6

Н7 s7

Посадки в системе вала –

–

P7 * h6

R7 * h6

Предельные натяги, мкм 14 18 12** 16** 4 8 -4 0 20 24 20 23 7 11 0 3 25 29 24 28 10 14 0 4 31 36 29 34 12 17 0 5 37 44 35 41 15 22 1 7 45 54 42 50 18 27 1 9 54 66 51 60 22 34 2 11 56 72 51 62 24 40 2 13

111

S7 h6

20** 4 27 7 32 8 39 10 48 14 59 18 72 23 78 29

– 24 4 31 7 38 8 46 10 56 14 68 18 83 23 89 29

Продолжение табл. 26 Посадки в системе отверстия Номинальные размеры, мм

Св. 80 до 100 Св. 100 до 120 Св. 120 до 140 Св. 140 до 160 Св. 160 до 180 Св. 180 до 200 Св. 200 до 225 Св. 225 до 250 Св. 250 до 280 Св. 280 до 315 Св. 315 до 355 Св. 355 до 400 Св. 400 до 450 Св. 450 до 500

Н5 п4

Н6 р5

N5 h4

P5 h4

Н6 r5

Н6 s5

Н7* р6

Н7* r6

Н7* s6

Н7 s7

Посадки в системе вала

33 8 33 8 39 9 39 6 39 9 45 11 45 11 45 11 50 11 50 11 55 12 55 12 60 13 60 13

53 15 52 15 61 18 61 18 61 18 70 21 70 21 70 21 79 24 79 24 87 26 87 26 95 28 95 28

–

–

P7 * h6

R7 h6

Предельные натяги, мкм 66 86 59 73 29 49 2 16 69 94 59 76 32 57 2 19 81 110 68 88 38 67 3 23 83 118 68 90 40 75 3 25 86 126 68 93 43 83 3 28 97 142 79 106 48 93 4 31 100 150 79 109 51 101 4 34 104 160 79 113 55 111 4 38 117 181 88 126 62 126 4 42 121 193 88 130 66 138 4 46 133 215 98 144 72 154 5 51 139 233 98 150 78 172 5 57 153 259 108 166 86 192 5 63 159 279 108 172 92 212 5 69

112

S7 h6

–

93 36 101 44 117 52 125 60 133 68 151 76 159 84 169 94 190 106 202 118 226 133 244 151 272 169 292 189

106 36 114 44 132 52 140 60 148 68 168 76 176 84 186 94 210 106 222 118 247 133 265 151 295 169 315 189

Продолжение табл. 26 Посадки в системе отверстия Номинальные размеры, мм

Н7 r6

–

Св. 3 до 6

–

Св. 6 до 10

–

Св. 10 до 14

–

Св. 14 до 18

–

Св. 18 до 24

–

Св. 30 до 40 Св. 40 до 50 Св. 50 до 65 Св. 65 до 80 Св. 80 до 100 Св. 100 до 120 Св. 120 до 140 Св. 140 до 160 Св. 160 до 180 Св. 180 до 200 Св. 200 до 225

Н8 s7

–

Н8 u8

Н8 x8

Н8 z8

–

–

34 6 46 10 56 12 67 13 72 18 87 21 97 31 119 41 136 58 168 76 192 100 232 124 264 156 311 185 343 217 373 247 422 278 457 313

40 12 56 17 64 20 77 23 87 33 106 40 121 55 151 73 175 97 218 126 256 164 312 204 364 256 428 302 478 352 528 402 592 448 647 503

Посадки в системе вала Т7 h6

От 1 до 3

Св. 24 до 30

Н7 u7

54 20 64 23 70 29 85 36 94 45 113 56 126 69 147 52 159 94 171 106 195 120 209 134

– 28 8 35 11 43 13 51 15 51 15 62 20 69 27 85 35 95 45 117 57 132 72 159 89 179 109 210 130 230 150 250 170 282 190 304 212

–

U8 h7

–

Предельные натяги, мкм 24 32 32 0 8 4 31 41 41 1 11 5 38 50 50 1 13 6 46 60 60 1 15 6 46 60 60 1 15 6 56 74 74 2 20 8 56 81 81 2 27 15 68 99 99 4 35 21 68 109 109 4 45 31 83 133 133 7 57 41 89 148 148 13 72 56 106 178 178 17 89 70 114 198 198 25 109 90 132 233 233 29 130 107 140 253 253 37 150 127 148 273 273 45 170 147 168 308 308 50 190 164 176 330 330 58 212 186

113

Окончание табл. 26 Посадки в системе отверстия Номинальные размеры, мм

Св. 225 до 250 Св. 250 до 280 Св. 280 до 315 Св. 315 до 355 Св. 355 до 400 Св. 400 до 450 Св. 450 до 500

Н7 r6

Н7 u7

Н8 s7

–

Н8 u8

Н8 x8

Н8 z8

–

–

Посадки в системе вала Т7 h6

–

225 150 250 166 272 188 304 211 330 237 370 267 400 297

330 238 367 263 402 298 447 333 492 378 553 427 603 477

–

U8 h7

–

Предельные натяги, мкм 186 356 356 68 238 212 210 396 396 77 263 234 222 431 431 89 298 269 247 479 479 101 333 301 265 524 524 119 378 346 295 587 587 135 427 393 315 637 637 155 477 443

497 353 556 394 606 444 679 501 749 571 837 643 917 723

712 568 791 629 871 709 989 811 1 089 911 1 197 1 003 1 347 1 153

*Предпочтительные посадки. **Данные относятся к посадке в системе отверстия. Для посадок в системе вала предельные натяги при размерах от 1 до 3 мм следующие: N5 h4

P6 h5

P7 h6

R7 h6

S7 h6

8 1

12 2

16 0

20 4

24 8 Таблица 27

Пределы текучести и коэффициенты линейного расширения

Марка материала 1 Сталь 30 Сталь 35 Сталь 40

Коэффициент линейного расширения, α · 106, град-1

Предел текучести, σт , Па

2 11,1 ± 1 11,5 ± 1 11,8 ± 1

3 2,94 · 108 3,14 · 108 3,33 · 108

114

Окончание табл. 27 1 Сталь 45 Сталь 50 Чугун СЧ30 Латунь ЛЦ38Мц2С2 Латунь ЛЦ23А6ЖЗМц2 Бронза Бр.А11Ж6Н6

2 12,0 ± 1 12,2 ± 1 10 ± 1 17 ± 1 18,7 ± 1 17,1 ± 1

3 3,5 · 108 3,8 · 108 2,94 · 108 2,43 · 108 6,86 · 108 6,5 · 108

Задача № 3 ВЫБОР ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Для заданных условий работы подшипникового узла рассчитать и выбрать посадки (рис. 36) колец подшипников качения. Построить схемы расположения полей допусков посадок колец подшипника с цапфой вала и отверстием в корпусе. Выполнить эскиз узла подшипника и эскизы посадочных мест под кольца подшипника с указанием размеров, обозначений посадок и полей допусков, шероховатости и отклонений формы посадочных поверхностей вала и корпуса. Исходные данные приведены в табл. 28. Во всех вариантах заданий вращается сплошной вал.

Рекомендации по решению задачи № 3 Выбор посадок в соединениях колец подшипника с валом и отверстием в корпусе осуществляется в зависимости от типа, размера, конструкции и класса точности подшипника, условий его эксплуатации, а также от величины, направления и характера нагрузок, действующих на подшипник. Основные размеры подшипников качения установлены по ГОСТ 3478-79*. Точность размеров, формы и взаимного расположения подшипников назначаются в зависимости от классов точности. В соответствии с ГОСТ 520-89 (ИСО 492-86, ИСО 199-79) установлены следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности: 0, 6, 5, 4, 2. 115

Соединение подшипников качения с валами и корпусами осуществляется в соответствии с ГОСТ 3325-85*, согласно которому различают три вида нагружений: циркуляционное, местное и колебательное. При местном и колебательном нагружении колец подшипника поля допусков для соединения подшипника с валом и корпусом выбирают с учетом условий работы, типа, размера и класса точности подшипника. При циркуляционном нагружении поля допусков следует выбирать в соответствии с интенсивностью нагрузки Рr по посадочной поверхности кольца.

Последовательность выполнения расчета По ГОСТ 8338-7* в соответствии с заданным механизмом (рис. 36) выбирается тип подшипника и определяются его основные размеры. В зависимости от условий работы подшипникового узла по ГОСТ 3325-85* определяется вид нагружения колец. Для определения интенсивности посадки циркуляционнонагруженного кольца рассчитывают интенсивность нагрузки по посадочной поверхности: R Pr = K п K 1K 2 , B − 2r где R – радиальная реакция на подшипник, кН; В, r – ширина и радиус закруглений подшипника, м; Kп – динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки; K1 – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе, при сплошном вале K1 =1; K2 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами роликов и двухрядных конических шарикоподшипников или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки на опору (для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом К2 = 1). По величине интенсивности нагрузки Рr, классу точности подшипника и диаметру циркуляционно-нагруженного кольца 116

выбирается из табл. 32 рекомендуемое поле допуска посадочного места. Поле допуска посадочного места для местно-нагруженного кольца выбирается в зависимости от номинального диаметра кольца, типа подшипника и характера нагрузки (табл. 31). По ГОСТ 25347-82* (табл. 29, 30) определяются предельные отклонения диаметров посадочных мест вала и корпуса согласно выбранным полям допусков внутреннего и наружного колец подшипника. Ограничиваются отклонения формы и расположения посадочных поверхностей вала и отверстия корпуса. Для ограничения отклонения формы назначается допуск цилиндричности, который зависит от класса точности подшипников. Для 0 и 6-го классов точности допуск цилиндричности цапфы вала и отверстия корпуса не более ¼ допуска размера диаметра. Для 5-го и 4-го класса точности допуск цилиндричности не должен превышать 1/8 допуска размера диаметра. Шероховатость посадочных поверхностей назначается по табл. 33. Таблица 28 Исходные данные к задаче № 3 № п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Класс точности подшипника 2 2 0 6 5 4 2 0 6 5 4 2 0 6

Радиальная нагрузка R, постоянная по направлению, кН 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

117

Динамический коэффициент посадки 4 1 1 1 1 1 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1 1 1

Окончание табл. 28 1 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

2 5 4 2 0 6 5 4 2 0 6 5

3 10 11 12 13 14 15 5 6 7 8 9

4 1 1 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1 1 1 1

Таблица 29

верхние

нижние

От 0,6 до 2,5

0

Свыше 2,5 до 10 » 10 » 18

9

10

11

0

–40

12

10

0

–8

+2 –10

0

+15

0

–120

15

10

0

–8

+3 –11

0

+18

0

–120

20

10

118

верхние

8

–8

4 5 6 7 Класс точности Р0 +1 –9 0 –

нижние

3

нижние

верхние

2

1

нижние

верхние

Отверстие цилиндрическое коническое (конусШирина ность кольца В 1 : 12), Номинальный d d* Δdк – Δd m диаметр отверстия d, мм Отклонения, мкм

Непостоянство ширины кольца Радиальное биение дорожки качения

Точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. Подшипники шариковые и роликовые радиальные и шариковые радиально-упорные. Кольца внутренние

не более

Продолжение табл. 29 » 18 » 20 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 » 180 » 180 » – 250

0 0 0 0 0 0

–10 –12 –15 –20 –25 –30

От 0,6 до 2,5 Свыше 2,5 до 10 » 10 » 18 » 18 » 20 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 » 180 » 180 » – 250

0 0

+3 +3 +4 +5 +6 +8

–120 –120 –150 –200 –250 –300

20 20 25 25 30 30

13 15 20 25 30 40

–7 –7

–13 0 +21 0 –15 0 +25 0 –19 0 +30 0 –25 0 +35 0 –31 0 +40 0 –38 0 +45 0 Класс точности Р6 +1 –8 0 – 0 +1 –8 0 +9 0

–40 –120

12 15

5 6

0 0 0 0 0 0 0

–7 –8 –10 –12 –15 –18 –22

+1 +1 +1 +2 +3 +3 +4

–120 –120 –120 –150 –200 –250 –300

20 20 20 25 25 30 30

7 8 10 10 13 18 20

От 0,6 до 2,5 Свыше 2,5 до 10 » 10 » 18 » 18 » 20 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 » 180 » 180 » 250

0 0

–5 –5

0 0

3,5 3,5

7 7

7 7

0 0 0 0 0 0 0

–5 –6 –8 –9 –10 –13 –15

0 0 0 0 0 0 0

3,5 4 5 5 6 8 10

7 8 8 8 9 10 11

7 8 8 8 9 10 13

От 0,6 до 2,5 Св.2,5 до 10 » 10 » 18 » 18 » 20 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 » 180 » 180 » 250

0 0 0 0 0 0 0 0 0

–4 –4 –4 –5 –6 –7 –8 –10 –12

– – – 0 0 0 0 0 0

2,5 2,5 2,5 3 4 4 5 6 8

3 3 3 4 4 5 5 6 7

3 3 3 4 4 4 5 7 8

–8 0 +11 0 –9 0 +13 0 –11 0 +16 0 –14 0 +19 0 –18 0 +22 0 –21 0 +25 0 –26 0 +29 0 Класс точности Р5 – – –40 5 +6 0 –40 5 +8 0 –80 5 +9 0 –120 5 +11 0 –120 5 +13 0 –150 6 +15 0 –200 7 +18 0 –250 8 +20 0 –300 10 Класс точности Р4 – 0 –40 2,5 – 0 –40 2,5 – 0 –80 2,5 +6 0 –120 2,5 +7 0 –120 3 +8 0 –150 4 +10 0 –200 4 +12 0 –250 5 +14 0 –300 6

119

Окончание таблицы 29 1 От 0,6 до 2,5 Свыше 2,5 до 10 » 10 » 18 » 18 » 30 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 » 150 » 150 » 180 » 180 » 250

2

3

5 6 7 8 Класс точности Р2 0 –2,5 – – 0 –40 1,5 0 –2,5 – – 0 –40 1,5

9

10

11

1,5 1,5

1,5 1,5

1,5 1,5

0 0 0 0 0 0 0 0

1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 5 5

1,5 1,5 1,5 1,5 2,5 2,5 4 5

1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 5 5

–2,5 –2,5 –2,5 –4 –5 –7 –7 –8

4

– 0 0 0 0 0 0 0

– +4 +4 +5 +6 +8 +8 +10

0 0 0 0 0 0 0 0

–80 –120 –120 –150 –200 –250 –300 –350

1,5 1,5 1,5 1,5 2,5 2,5 4 5

* В классе 0 – только для подшипников серий диаметров 8 (до d ≤ 10 мм), 9 (до d ≤ 10 мм), 0 (до d ≤ 60 мм), 1, 2, 3, 4 – при двухточечном измерении; в классах 5, 4, 2 – только для подшипников серий диаметров 8 (d ≤ 10 мм), 9 (до d ≤ 10 мм), 0, 1,2, 3, 4 – при двухточечном измерении. Примечания: 1. Принятые обозначения: Δd – отклонение диаметра d у подшипников с коническим отверстием; Δdк – отклонение наибольшего расчетного диаметра dк конического отверстия; dк = d + 0,0833В. 2. Отклонения Δd диаметра d у подшипников с коническим отверстием принимаются: для класса 0 – по Н8, класса 6 – Н7, класса 5 – Н6, класса 4 – Н5, класса 2 – Н4,3. Средняя конусообразность отверстий подшипников классов точности 6, 5, 4, 2 и непостоянство диаметра подшипников классов 5, 4, 2 должны соствлять не более 50% допуска на dm.

120

Таблица 30 Точность размера, формы и взаимного расположения поверхностей. Подшипники шариковые, роликовые радиальные и шариковые радиально-упорные. Кольца наружные Допускаемые отклонения наружного диаметра кольца, мкм Dm

Номинальный наружный диаметр D, мм

Dm и D*

Классы точности 0,6 Верхние

От 2,5 до 6 Свыше 6 до 18 Свыше 18 до 30 Свыше 30 до 50 Свыше 50 до 80 Свыше 8о до 120 Свыше 120 до 150 Свыше 150 до 180 Свыше 180 до 250 Свыше 250 до 315

D*

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 6 Нижние –8 –8 –9 –11 –13 –15 –18 –25 –30 –35

–7 –7 –8 –9 –11 –13 –15 –18 –20 –25

Верхние

Нижние

4 Нижние

2

Нижние

5,4,2 Верхние

5

Верхние

0

6

+1 +2 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9

–9 –10 –11 –14 –17 –20 –24 –32 –38 –44

+1 +1 +1 +2 +2 +2 +3 +3 +4 +4

–8 –8 –9 –11 –13 –15 –18 –21 –24 –29

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

–5 –5 –6 –7 –9 –10 –11 –13 –15 –18

–4 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10 –11 –13

–2,5 –2,5 –4 –4 –4 –5 –5 –7 –8 –8

* Диаметр наружного кольца с учетом отклонения формы.

Таблица 31 Рекомендуемые поля допусков валов и отверстий корпусов под подшипники качения с местно-нагруженными кольцами Номинальный Поля допусков диаметр, валов отверстий в корпусе мм (осей) неразъемном разъемном Нагрузка спокойная или с умеренными толчками и вибрацией, перегрузка до 150% h5, h6 До 80 H6, H7 Все типы, кроме g5, g6 H6, H7, Свыше 80 до 260 f6*, js6 штампованных H8* G8, G7 игольчатых Свыше 260 до 500 J6, js6 Нагрузка с ударами и вибрацией, перегрузка до 300% Все типы, кроме До 80 Js6, Js7 штампованных h5, h6 Свыше 80 до 260 игольчатых и Js6, Js7 роликовых коH6, H7 нических двухСвыше 260 g5, g6 рядных Роликовые коДо 120 h5, h6 нические двухH6, H7 Js6, Js7 Свыше 120 g5, g6 рядные Нагрузка любая Js6, Js7 Игольчатые k5, k6** K6, K7*** (в стальной Все размеры штампованные Js6, Js7 js5, js6** стакан) Типы подшипников

* Поля допусков f6 и H8 применять при частоте вращения не более 60% от предельно допустимой. ** Соединения подшипников с валами k5, k6, js5, js6 осуществляются с помощью селективной сборки. *** Для корпусов из цветного металла.

122

Таблица 32 Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочных поверхностях валов и корпусов Диаметр d отверстия внутреннего кольца подшипника, мм

Допускаемые значения Рr , кН/м2 Поля допусков для валов js6, js5

k6, k5

m6, m5

Свыше 18 до 80 Свыше 80 до 180 Свыше 180 до 360 Свыше 360 до 630 Диаметр D наружного кольца, мм

До 300 До 600 До 700 До 900

300–1 400 600–2 000 700–3 000 900–3 500

1 400–1 600 2 000–2 500 3 000–3 500 3 500–5 400

K7, K6

M7, M6

Свыше 50 до 180 Свыше 180 до 360 Свыше 360 до 630 Свыше 630 до 1 600

До 800 До 1 000 До 1 200 До 1 600

800–1 000 1 000–1 500 1 200–2 000 1 600–2 500

n6, n5 1 600–3 000 2 500–4 000 3 500–6 000 5 400–8 000

Поля допусков для отверстий N7, N6 1 000–1 300 1 500–2 000 2 000–2 600 2 500–3 500

P7 1 300–2 500 2 000–3 300 2 600–4 000 3 500–5 500

Примечание. Допускаемые значения Pr подсчитаны по средним значениям посадочных натягов. Таблица 33 Шероховатость посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов под подшипники качения Посадочные поверхности Валов

Отверстий корпусов

Класс точности подшипников

Номинальный диаметр, мм до 80 свыше 80 до 500 Шероховатость поверхности Ra, мкм

0 6и5 4

1,25 0,63 0,32

2,5 1,25 0,63

0 6, 5 и 4

1,25 0,63

2,5 1,25

Примечание. Шероховатость посадочных поверхностей валов для подшипников на закрепительных втулках или закрепительно-стяжных (буксовых) втулках Ra ≤ 2,5 мкм.

123

ЛИТЕРАТУРА

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. – М.: Машиностроение, 2000. 2. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. – М.: Юрайт, 2003. 3. Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и сертификация. – М.: Юрайт, 2004. 4. Мягков В.Д. и др. Допуски и посадки: Справочник. – М.: Машиностроение, 1983. 5. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. – М.: Логос, 2001. – С. 6. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. – М.: Высш. шк., 2002. 7. ГОСТ 2.308-79. Единая система конструкторской документации. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей. 8. ГОСТ 2.309-73. Единая система конструкторской документации. Обозначение шероховатости поверхности. 9. ГОСТ 2.307-68. Единая система конструкторской документации. Нанесение размеров и предельных отклонений. 10. ГОСТ 25347-82. Поле допусков и рекомендуемые посадки. 11. ГОСТ 25346-89. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. 12. ГОСТ 24643. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения. 13. ГОСТ 24642-81. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. 14. ГОСТ 3325-85. Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочной поверхности валов и корпусов. Посадки. 15. ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общие требования.

124

Учебно-методическое пособие (практикум)

Заляева Галина Олеговна МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Редактор Г.Ф. Майорова Технический редактор Е.Е. Бабух Набор текста Г.О. Заляева., Т.В. Гудожникова Верстка, оригинал-макет Е.С. Серостанова Подписано в печать 04.08.2006 г. Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 7,45. Уч. изд. л. 7,69. Усл. печ. л. 7,88 Тираж 85 экз. Заказ № 689 Издательство Камчатского государственного технического университета Отпечатано полиграфическим участком издательства КамчатГТУ 683003 г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35

125