Виды взаимозаменяемости


            Взаимозаменяемость изделий — сложное свойство. Различают функциональную, полную и геометрическую взаимозаменяемость. Иногда говорят о «неполной» или «частичной» взаимозаменяемости. Функционально взаимозаменяемыми могут быть матричный, струйный и лазерный принтеры, если основным требованием является получение «твердой копии» текстового материала. Но если требуется цветная иллюстрация, значительная часть принтеров перестает отвечать требованиям взаимозаменяемости.

Функциональная взаимозаменяемость изделий гарантирует равноценное выполнение ими заранее оговоренных функций. Полная взаимозаменяемость изделий предусматривает возможность их замены с обеспечением всех оговоренных параметров. Полностью взаимозаменяемы шарикоподшипники одного типоразмера, часы одинаковой модели, кнопки или скрепки из одной коробки. Полностью взаимозаменяемы жетоны для автоматов. Полная взаимозаменяемость изделий определяется по заранее установленным правилам (требованиям). Нужно оговорить все необходимые требования, и изделия сравнивать только исходя из них. В противном случае мы всегда найдем различия между, казалось бы одинаковыми изделиями.

            Полная взаимозаменяемость предполагает наличие “неполной” или “частичной” взаимозаменяемости. Неполную взаимозаменяемость можно получить из полной “методом урезания свойств”. Например, оптические детали фотоаппаратов делают из специального оптического стекла или из пластмасс. При этом фотоаппараты можно считать полностью взаимозаменяемыми, если речь идет о получении любительских снимков. Однако для профессиональных нужд специалисты никогда не пользуются фотоаппаратами с пластмассовой оптикой и автоматической установкой экспозиции. Однако одинаковые геометрические параметры используемой фотопленки позволяют нам говорить о геометрической взаимозаменяемости большинства фотоаппаратов.

            Геометрическая взаимозаменяемость выделяется особо, так как в машиностроительном производстве именно формообразование деталей является преимущественным видом работ. Геометрические параметры взаимозаменяемых изделий всегда получают с ограниченной точностью. Абсолютная точность на практике недостижима, да и необходимости в ней нет. Как правило, нормально работают детали, изготовленные в некотором диапазоне геометрических параметров. Чем уже назначенный диапазон рассеяния параметра (допуск), тем дороже обходится деталь. Стоимость деталей резко возрастает с повышением точности обработки. Поэтому избыточные требования к точности неоправданно удорожают изделие. Но с другой стороны, заниженные требования к точности делают изделие неработоспособным.

            В дальнейшем будут рассматриваться вопросы обеспечения взаимозаменяемости изделий по геометрическим параметрам с использованием различных систем допусков и посадок.

            Допуск параметра есть разность его наибольшего и наименьшего предельных значений. Допуск параметра есть норма, которая ограничивает его возможное рассеяние заданными пределами и тем гарантирует получение нужного эффекта (в бытовых условиях – встреча партнеров во времени, в пространстве; в производстве – годность изделия и т.д.).

            Нормирование геометрических параметров достаточно сложно. Для поверхностей деталей принято нормировать допуски размеров, формы и расположения (макрогеометрия поверхностей) и параметры шероховатости (микрогеометрия поверхностей). Рассмотрим деталь простейшей геометрической формы – шар. Поверхность шара – сфера, характеризуется одним номинальным параметром (диаметром d). Для того чтобы шарики нормально работали в подшипнике, размеры их должны быть практически одинаковы, т.е.

d1 ≈ d2 ≈ d3 ≈ ... ≈ dn.

            Разность размеров отдельных шариков зависит от требуемого качества подшипника и нормируется допуском размера Td:

Td = dmax – dmin.

            Разброс размеров всех шариков — понятие скорее геометрическое, чем техническое. Оно основано на допущении, что каждый шарик характеризуется одним размером, т.е. имеет идеальную геометрическую форму. Реальный шарик имеет бесконечное множество размеров (толщин), которые хоть и незначительно, но отличаются друг от друга. Следовательно, в рассматриваемом случае допуск размера ограничивает допустимые разности размеров каждого шарика, а, тем самым, и всех шариков одного подшипника.

            Назначив допуск размеров шарика, мы одновременно установили требования к его форме. Но часто возникают ситуации, когда требования к форме должны быть жестче, чем это установлено назначенным допуском размера. Например, прижимные ролики и натяжные шкивы в ряде конструкций могут существенно отличаться по размерам без нарушения взаимозаменяемости. Что же касается круглости их наружных поверхностей – это требование закономерно вытекает из назначения деталей и должно быть жестко нормировано.

            Допуски формы и расположения поверхностей необходимо назначать и в тех случаях, когда они не ограничиваются допусками размеров. Часто нужны хорошие привалочные плоскости плит, кронштейнов и других деталей, прямолинейность направляющих, параллельность и перпендикулярность плоскостей. Требования к точности размеров могут при этом практически не устанавливаться или назначаться весьма свободно. Например, слесарный угольник должен обеспечивать прямолинейность и перпендикулярность рабочих граней, а колебания ширины и длины его сторон пользователю практически безразличны.

            Микрогеометрия поверхностей настолько существенно влияет на качество подвижных и неподвижных сопряжений, что ее нормирование обязательно. В современном машиностроении и приборостроении принято нормировать высотные и шаговые параметры шероховатости поверхности, а также некоторые другие параметры и характеристики микрогеометрии поверхностей.

            Неопределенность сопряжения двух и более деталей зависит от допусков всех деталей, входящих в сопряжение. Сопряжение двух деталей может быть оформлено как стандартная посадка. Допуск посадки (T) равен сумме допусков отверстия TD и вала Td:

T = TD + Td.

            Сопряжение нескольких (более двух) деталей следует рассматривать как размерную цепь, более сложную, чем посадка. Допуск замыкающего звена цепи TD равен сумме допусков составляющих звеньев:

                                                                                                                n-1

TD  = S Ti ,

,                                                                                               i=1

где Ti – допуск  i-того звена,

n – число звеньев цепи (включая замыкающее).

            Сопряжение двух деталей (посадку) можно рассматривать как простейшую размерную цепь из трех звеньев: отверстия, вала и замыкающего звена (зазора или натяга в сопряжении).

            Заказывая технически сложные изделия, потребитель должен убедиться в их удовлетворительном качестве. Контроль качества (технический контроль) осуществляется также и изготовителем, поскольку ему самому необходимо убедиться в соответствии изделий требованиям технической документации, чтобы гарантированно сдать изделие заказчику. Очевидно, представитель заказчика может потребовать доказательств годности изделия. Если в пищевой промышленности часто применяют органолептический (основанный на использовании органов чувств) контроль вкуса, цвета, запаха продуктов, в машиностроении и приборостроении для контроля изделий чаще применяют специальные технические средства. Объективную характеристику параметра позволяет получить измерительный контроль. Информацию для измерительного контроля обычно получают с помощью технических измерений. Контроль (контроль качества) позволяет убедиться в том, что при изготовлении были соблюдены установленные нормы.

            Технический контроль есть один из видов контроля качества. Контроль точности геометрических параметров обычно проводят средствами измерений длин и углов. Контроль с применением любых средств измерений (калибров, штриховых мер, приборов) называется измерительным. Контроль калибрами применяют для сортировки деталей на годные и брак (неисправимый и исправимый). Такой контроль достаточен для потребителя, заказчика: брак не проходит. Однако информация о годности может оказаться недостаточной для наладчика и технолога. Им нужно знать числовые значения размеров каждой детали. По этим данным можно вовремя переналадить станок или поставить его на ремонт. Результаты измерений несут информацию о точности технологического процесса и оборудования. Информация о конкретном значении каждого контролируемого параметра может быть получена в процессе технического измерения с использованием специальных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных установок и т.д.).

Терминология, применяемая в конкретной области науки или техники, для незнакомого с ней человека весьма напоминает иностранный язык. Если выражения посадка с зазором и посадка с натягом понятны непрофессионалу, то термины типа поле допуска отверстия седьмого квалитета с основным отклонением Н, переходная посадка или допуск посадки для него не менее загадочны, чем грот-бом-брам-стеньга для глубоко сухопутного человека.

На незнании терминов строят розыгрыши новичков, посылая их с ведром за люфтами или за компрессией, причем эти плоские шутки из разряда сравнительно безобидных.

К сожалению, среди специалистов довольно часто встречается пренебрежительное отношение к строгой терминологии, замена терминов такими профессиональными жаргонизмами, как размер в допуске, вал, обработанный по посадке с зазором, отрицательный допуск на толщину ленты и ряд других. Технически грамотный и культурный специалист не позволяет себе некорректного использования терминов, хотя бы для того, чтобы его всегда правильно понимали и не могли по-иному истолковать его высказывание.

Терминология единой системы допусков и посадок является базовой для всей области взаимозаменяемости. Ниже приведены основные стандартные термины и определения, а также комментарии, направленные на уточнение и корректировку не слишком удачных стандартных определений.

РАЗМЕР – числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения.

Комментарий: “линейная величина” и есть длина, которая охватывает диаметры, высоты, толщины, глубины и т.д. Кроме того, вместо термина “единицы измерения” следует использовать более корректный термин “единицы физической величины (длины)” или краткую форму “выбранные единицы”.

ВАЛ – термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

ОТВЕРСТИЕ – термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РАЗМЕР – размер элемента, установленный измерением.

Комментарий: действительный размер элемента устанавливают измерением с пренебрежимо малой погрешностью. В противном случае (по стандарту) любое измеренное значение размера можно считать действительным, что при больших погрешностях измерений исключает возможность объективного заключения о годности контролируемого элемента. Допустимые погрешности измерений линейных размеров до 500 мм при измерительном приемочном контроле установлены ГОСТ 8.051-81.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ – два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер.

НАИБОЛЬШИЙ ПРЕДЕЛЬНЫЙ РАЗМЕР – наибольший допустимый размер элемента.

НАИМЕНЬШИЙ ПРЕДЕЛЬНЫЙ РАЗМЕР – наименьший допустимый размер элемента.

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР – размер, относительно которого определяются отклонения.

НУЛЕВАЯ ЛИНИЯ – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные – вниз.

ОТКЛОНЕНИЕ – алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и соответствующим номинальным размером.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ – алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.

ПРЕДЕЛЬНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ – алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения.

ВЕРХНЕЕ ОТКЛОНЕНИЕ ES, es – алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

НИЖНЕЕ ОТКЛОНЕНИЕ EI, ei – алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

ОСНОВНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ – одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии.

ДОПУСК Т – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.

СТАНДАРТНЫЙ ДОПУСК IT – любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.

ПОЛЕ ДОПУСКА – поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.

Комментарий: вместо выражения величина допуска следует использовать более корректное выражение, например значение допуска, поскольку под величиной в метрологии понимают физическую величину (длину, угол и т.д.).

КВАЛИТЕТ (степень точности) – совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров.

ЕДИНИЦА ДОПУСКА i, I – множитель в формулах допусков, являющийся функцией номинального размера и служащий для определения числового значения допуска.

Комментарий: единица допуска используется для расчетов значений допусков квалитетов от 2 и грубее. Допуски квалитетов 01...1 рассчитывают непосредственно, с использованием зависимостей, не включающим единицу допуска.

ОСНОВНОЙ ВАЛ – вал, верхнее отклонение которого равно нулю.

ОСНОВНОЕ ОТВЕРСТИЕ – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.

ПРЕДЕЛ МАКСИМУМА МАТЕРИАЛА – термин, относящийся к тому из предельных размеров, которому соответствует наибольший объем материала, т.е. наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия.

ПРЕДЕЛ МИНИМУМА МАТЕРИАЛА – термин, относящийся к тому из предельных размеров, которому соответствует наименьший объем материала, т.е. наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.

ПОСАДКА – характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки.

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР ПОСАДКИ – номинальный размер, общий для отверстия и вала, составляющих соединение.

ЗАЗОР – разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала.

НАТЯГ – разность между размерами вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.

Комментарий: в таком случае после сборки диаметры вала и отверстия одинаковы.

ПОСАДКА С ЗАЗОРОМ – посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, т.е. наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала.

НАИМЕНЬШИЙ ЗАЗОР – разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала в посадке с зазором.

НАИБОЛЬШИЙ ЗАЗОР – разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала в посадке с зазором или в переходной посадке.

ПОСАДКА С НАТЯГОМ – посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т.е. наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала.

Комментарий: натяг можно рассматривать как отрицательный зазор.

НАИМЕНЬШИЙ НАТЯГ – разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом.

НАИБОЛЬШИЙ НАТЯГ – разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом или в переходной посадке.

ПЕРЕХОДНАЯ ПОСАДКА – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга в соединении, в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично.

Комментарий: в конкретном сопряжении может быть либо зазор, либо натяг. Переходная посадка представляет собой характеристику партии сопряжений с большей или меньшей вероятностью зазоров и натягов.

ДОПУСК ПОСАДКИ – сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение.

Комментарий: допуск посадки численно равен разности наибольшего и наименьшего зазоров (натягов) в посадке.

ПОСАДКИ В СИСТЕМЕ ОТВЕРСТИЯ – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия.

Комментарий: определение строго соответствует только посадкам в системе основного отверстия. Посадки в системе отверстия -- посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с одним полем допуска отверстия.

ПОСАДКИ В СИСТЕМЕ ВАЛА – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала.

Комментарий: определение строго соответствует только посадкам в системе основного вала. Посадки в системе вала –  посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с одним полем допуска вала.

НОРМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам деталей при температуре    20 оС.

Комментарий: определение не является достаточно строгим, поскольку приведено только номинальное значение температуры. Достаточно полно нормальные условия измерений, включая нормальную температуру, установлены стандартом ГОСТ 8.050-73.

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

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


Предыдущие материалы: Следующие материалы: