Понятия о взаимозаменяемости в машиностроении

Конструкторы стремятся создать детали машин, при­боров и механизмов взаимозаменяемыми, т. е. такими, которые могут быть легко заменены при сборке или ремонте машины другими, того же номера и наимено­вания.

Взаимозаменяемость в машиностроении относится к одному из качественных показателей технологичности конструкций изделий и ее определение предусмотрено в ГОСТ 18831—73; «Взаимозаменяемость — свойство кон­струкции составной части изделия, обеспечивающее воз­можность ее применения вместо другой без дополни­тельной обработки, с сохранением заданного качества изделия, в состав которого оно входит». Взаимозаменяе­мые детали могут быть изготовлены независимо друг от друга в разное время и в разных местах, что экономи­чески выгодно.

В этом случае под независимым изготовлением дета­лей понимается изготовление их в разное время, в раз­ных местах. Например, одна деталь машины делается в одном городе, другая — в другом, а сборка машины производится в третьем месте.

Взаимозаменяемые детали должны быть одинаковы­ми по размерам, форме, твердости, прочности, химиче­ским, электрическим свойствам и др. Если все эти функциональные параметры качества деталей установ­лены в пределах допусков, которые обеспечивают высо­кие показатели работы машины (мощность, надежность, скорость и др.) и оптимальную стоимость ее, то это называется функциональной взаимозаменяе­мостью.

Взаимозаменяемость может быть полной и неполной. Полная взаимозаменяемость — это такой спо­соб конструирования и изготовления деталей, при кото­ром, любая деталь из партии может быть поставлена на соответствующее место в машине без подгонки или подбора. В машиностроении имеет место и неполная (ограниченная) взаимозаменяемость, при которой изготовленные детали сначала сортируются но размерам на ряд групп, а затем при сборке машин используются не любые детали данного типа, а только лишь определенной группы: либо при сборке одна из деталей подбирается без дополнительной обработки в пару к другой с таким размером, который лучше всего подходит по требуемому характеру сопряжения, либо дополнительно обрабатывается.

Различают взаимозаменяемость внешнюю и внутрен­нюю. Внешняя взаимозаменяемость — это взаимозаме­няемость различных сборочных единиц, которые но при­соединительным размерам входят в состав более слож­ных изделий. Например, замена подшипников качения по размерам присоединительных поверхностей.

Внутренняя взаимозаменяемость — это взаимозаме­няемость отдельных деталей, входящих в сборочную единицу, или сборочных единиц и механизмов, входя­щих в изделие. Например, в подшипниках скольжения — замена вкладышей, в подшипниках качения — замена тел качения и колец.

Взаимозаменяемость в машиностроении является основным и необходимым условием современного мас­сового и серийного производства. Без соблюдения прин­ципов взаимозаменяемости невозможно также нормаль­ное использование многих предметов и домашнего оби­хода. Например, удобно и выгодно, когда любая элек­трическая лампочка ввертывается в патрон, шариковый подшипник одного и того же номера по посадочному размеру подходит к любой машине (мотоцикл, автомо­биль и др.), ружейные патроны входят в любое ружье одного и того же калибра; гайки навертываются на любой болт одного и того же типоразмера и т. п.

Взаимозаменяемость связывает между собой и упро­щает работу конструктора и технолога. Например, при массовом выпуске специализированными заводами типо­вых деталей крепежа (болтов, шпилек, винтов, гаек, Шайб и др.), подшипников, зубчатых колес и передач и ряда других деталей и комплектующих изделий (напри­мер, шариковых подшипников) ускоряется процесс кон­струирования и изготовления новых машин. Если такие детали и другие изделия отвечают предъявляемым тре­бованиям проектируемой машины, то конструктору не нужно создавать чертежи на них, а заводу — тратить время и средства на изготовление их.

Взаимозаменяемость помогает конструктору созда­ть легкие и удобные по габаритам машины, рассчитывая иа возможность замены отдельных деталей или сборочных единиц после определенного срока их работы новыми из запасных частей. В этом случае срок работы особо нагруженных деталей можно определить расчетом.

На производстве при взаимозаменяемости упрощает­ся процесс сборки машин и обеспечиваются более высокие темпы работы. В эксплуатации у потребителя значительно упрощается ремонт машин, так как детали, шедшие в негодность или малонадежные для даль­ней эксплуатации, легко заменяются новыми. Первыми применили принцип взаимозаменяемости тульские мастера оружейного дела. В инструкциях 1706 — 1715 гг. Петр I предписал мастерам при изготов­лении ружей следить за правильным применением ка­либров, по которым делались детали, и за однород­ностью отдельных частей ружей. В 1826 г. принцип взаимозаменяемости в производстве оружия на Туль­ском оружейном заводе был блестяще продемонстриро­ван иностранным представителям. Взятые со склада без выбора тридцать ружей были разобраны и детали их перемешаны. Затем ружья были снова собраны из пер­вых попавшихся деталей и действовали безотказно.’

Широкое внедрение принципа взаимозаменяемости в гражданскую промышленность началось после первой мировой войны (1914—1918), которая заставила рас­крыть секреты конструирования и производства взаимо­заменяемых деталей на отдельных военных предприя­тиях как в России, так и за рубежом.

Развитие и повышение уровня взаимозаменяемости немыслимо без стандартизации и унификации.

Понятие о взаимозаменяемости. Виды взаимозаменяемости

Понятие о взаимозаменяемости. Виды взаимозаменяемости

На взаимозаменяемость соединений оказывает влияние не только размер, но и точность геометрической формы, и точность геометрических элементов, образующих деталь.

Взаимозаменяемость — 1) возможность сборки узлов и машин из независимо изготовленных деталей, не требующих подгонки или подбора. 2) принцип нормирования требований к размерам элементов деталей, узлов, механизмов, используемый при конструировании, благодаря которому представляется возможным изготавливать их независимо и собирать или заменять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию.

Взаимозаменяемость должна обеспечить функционирование изделия надлежащим образом.

1. Полная взаимозаменяемость — детали и узлы полностью взаимозаменяемы (устанавливают при сборке без дополнительных операций по обработке, без регулировок и подбора, т.е. только закрепляют).

Неполная (ограниченная) взаимозаменяемость — при сборке требуется установка детали, либо узла только с определёнными размерами (размерами определённой группы) — групповая взаимозаменяемость, или требуется дополнительная обработка одного из элементов детали.

2. Размерная (геометрическая) взаимозаменяемость — если в телевизоре сгорел кинескоп, то новый кинескоп устанавливают в старый корпус, на то же место (кинескоп обладает размерной взаимозаменяемостью).

Параметрическая взаимозаменяемость — распространяется на устройства, в которых эксплуатационные свойства характеризуются оптическими и др. немеханическими физическими параметрами.

3. Внешняя взаимозаменяемость — взаимозаменяемость по выходным данным узла: его присоединительным размерам и эксплуатационным параметрам (вышедший из строя подшипник можно заменить другим такого же типоразмера.

Внутренняя взаимозаменяемость — взаимозаменяемость деталей, входящих в узел, или узлов, входящих в изделие (шарики в подшипнике качения).

Размер (номинальный, предельный)

Размер — количественный признак предмета (как правило, в метрах).

Номинальный размер — размер, полученный в результате расчёта и округлённый до ближайшего размера из нормального ряда (63,83мм ® 65мм). Относительно этого размера определяются отклонения. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчётов на прочность, жёсткость и т.д., и выбирается из рядов предпочтительных чисел.

Действительный размер — размер, полученный при обработке и измерении деталей с определённой погрешностью.

Наибольший предельный размер и наименьший предельный размер ограничивают действительные размеры годных деталей:

MAX: 65.25 мм; MIN: 64.90 мм.

Допуск размера. Поле допуска

Допуск размера — разность наибольшего и наименьшего предельных размеров, или алгебраическая разность верхнего и нижнего предельных отклонений (Т).

Допуск всегда > 0. Допуск на чертеже (в тексте) изображается в виде прямоугольника, высота которого в некотором масштабе соответствует величине допуска.

Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру. Поле допуска — зона, заключённая между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям.

Примеры: 1) . Т = 0.05мм.

2) . Т = — 0,07- ( — 0,019) = 0,012мм.

Отклонения равные 0 не записываются на чертеже.

3) Æ . Т = +0.42-0 = +0.42мм.

4) Æ . Т = 0 — (0,072) = +0.072мм.

Если одно из отклонений размеров равно нулю, то допуск равен численному значению другого отклонения.

5) 150 1,5. Т = +1,5 — ( — 1,5) = 3мм.

Исполнительный (истинный) размер

Истинный размер — размер, полученный в результате изготовления и значение которого нам неизвестно, хотя он и существует. К значению истинного размера мы приближаемся по мере повышения точности измерений, поэтому понятие «истинный размер» часто заменяют понятием «действительный размер», который близок к истинному в условиях поставленной цели.

Действительный размер

Действительный размер — размер, полученный при обработке и измерении деталей с определённой погрешностью. Он выявляется экспериментальным путём, и называется действительным, если он выявлен с допустимой погрешностью, которая определена какими-либо нормативными документами.

Наибольший предельный размер и наименьший предельный размер ограничивают действительные размеры годных деталей:

MAX: 65.25 мм; MIN: 64.90 мм.

Вал. Отверстие

Вал — соединение двух деталей, охватываемое деталью.

Отверстие — соединение двух деталей, охватывающее деталь.

Номинальный размер отверстий и вала, а также поперечное сечение отверстий и вала одинаковы (поперечное сечение может быть любым).

Поле допуска отверстий и вала предпочтительно направлять в тело деталей.

Сопряжения вала и отверстия

Соединение отверстий с валами образует сопряжение (посадку). В зависимости от размеров соединяемых валов и отверстий они могут после сборки иметь различную степень свободы относительного взаимного смешения. В одних случаях после соединения одна деталь может смещаться относительно другой на определённую величину, а в других такой возможности нет.

Посадка — характер соединения деталей, определяемый значениями получающихся в ней зазоров и натягов.

В зависимости от возможности относительного перемещения сопрягаемых деталей или степени сопротивления их взаимному смещению посадки разделяют на три вида: посадки с зазором, посадки с натягом, переходные посадки.

В зависимости от действительных размеров отверстий и вала в соединении может возникать зазор, когда размер отверстия превышает размер вала. Если перед сборкой соединения размер вала превышает размер отверстия, то в соединении возникает натяг.

Кроме соединений с зазором или натягом имеются и соединения в одной части которых может возникнуть зазор, а в другой части — натяг.

9. Зазор, натяг, посадка, образование посадок

В зависимости от действительных размеров отверстий и вала в соединении может возникать зазор, когда размер отверстия превышает размер вала. Если перед сборкой соединения размер вала превышает размер отверстия, то в соединении возникает натяг.

Кроме соединений с зазором или натягом имеются и соединения в одной части которых может возникнуть зазор, а в другой части — натяг.

Зазор — разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала. Натяг — разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. «До сборки» означает, что в результате сборки может происходить деформация сопрягаемых поверхностей, что может привести к изменению итогового характера посадки.

Посадка — характер соединения деталей, определяемый значениями получающихся в ней зазоров и натягов.

1. 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. Поле допуска отверстия всегда расположено над полем допуска вала. Наименьший зазор может быть равен нулю. Наименьший зазор — при сопряжении наименьшего предельного размера отверстия с наибольшим предельным размером вала. Наибольший зазор — при сопряжении наибольшего предельного размера отверстия с наименьшим предельным размером вала.

2. Посадка с натягом — посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т.е. наименьший предельный размер вала больше наибольшего предельного размера отверстия. Поле допуска вала всегда расположено над полем допуска отверстия. Наименьший натяг — при сопряжении наименьшего предельного размера вала с наибольшим предельным размером отверстия. Наибольший натяг — при сопряжении наибольшего предельного размера вала с наименьшим предельным размером отверстия.

3. Переходная посадка — посадка, при которой можно получить в соединении как зазор так и натяг в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. Поля допусков отверстий и валов перекрываются частично или полностью. Эти посадки характеризуются наибольшим натягом и наибольшим зазором.

Для образования посадок в системе ЕСДП используются поля допусков валов с 6-ого по 11-ый квалитет, поля допусков отверстий с 6-ого по 11-ый квалитет. В редких случаях используются валы и отверстия 12-ого квалитета. Посадки в точных квалитетах по 5-ый квалитет включительно не образуются, а размеры отверстий и валов с 12-ого по 17-ый квалитет не используются для образования посадок, а используются как детали со свободными размерами.

При образовании посадок поступают так: для точных посадок, т.е. используется отверстие не грубее 7-ого квалитета, вал берётся на квалитет точнее. В грубых квалитетах (с 8-ого по 11-ый) квалитет отверстия и вала берётся одинаковым. В квалитетах, начиная с 12-ого, посадки не образуются, и эти квалитеты используются для «свободных размеров». На чертеже для «свободных размеров» указаны только номинальные значения.

Допуск посадки

Рассмотрим переходную посадку: допуск посадки (допуск натяга или допуск зазора) для переходной посадки

где T _D и T _d — поля допусков отверстия и вала соответственно.

Аналогично для посадки с натягом, посадки с зазором определяются из рассмотрения предельных отклонений допуски натяга, допуски зазора (также равны T _D + T _d).

Таким образом, для любой посадки, независимо от её типа, допуск посадки есть сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение.

Квалитеты

Квалитет — совокупность допусков, соответствующих одному уровню точности для всех номинальных размеров.

IT — допуск второго отклонения. Величина допуска будет зависеть как от размера вала или отверстия, так и от точности обработки. Численное значение части допуска, которое зависит от размера, задаётся единицей допуска ( i ). Количество единиц допуска зависит от точности обработки и задаётся квалитетом.

Для механически обрабатываемых деталей предусмотрено 19 квалитетов:

01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, …, 17. Квалитет 01 — самый точный.

Допуски для квалитетов второго и четвёртого рассчитываются, как округлённые значения членов геометрической прогрессии от 1-ого по 5-ый квалитет.

При образовании посадок поступают так: для точных посадок, т.е. используется отверстие не грубее 7-ого квалитета, вал берётся на квалитет точнее. В грубых квалитетах (с 8-ого по 11-ый) квалитет отверстия и вала берётся одинаковым. В квалитетах, начиная с 12-ого, посадки не образуются, и эти квалитеты используются для «свободных размеров». На чертеже для «свободных размеров» указаны только номинальные значения.

Для образования посадок в системе ЕСДП используются поля допусков валов с 6-ого по 11-ый квалитет, поля допусков отверстий с 6-ого по 11-ый квалитет. В редких случаях используются валы и отверстия 12-ого квалитета. Посадки в точных квалитетах по 5-ый квалитет включительно не образуются, а размеры отверстий и валов с 12-ого по 17-ый квалитет не используются для образования посадок, а используются как детали со свободными размерами.

18-ый и 19-ый квалитет и допуски этих квалитетов используются только для неметаллических деталей или металлических деталей, не обработанных резанием.

Интервалы размеров

В системах допусков весь диапазон размеров разделён на интервалы. Интервалы подразделяются на основные и промежуточные. ЕСДП предусматривает 13 интервалов размеров в диапазоне до 500мм, в пределах которых значения допусков устанавливаются постоянными — основные интервалы. Эти интервалы используются для определения всех допусков системы и тех предельных отклонений, которые более плавно изменяются в зависимости от номинального размера. Для номинальных размеров свыше 10мм ведены промежуточные интервалы, которые делят каждый интервал на 2 или 3 интервала. Промежуточные интервалы ввели в связи с необходимостью учесть не только зависимость допуска от номинального размера, но и зависимость назначаемых предельных отклонений для некоторых посадок от номинальных размеров. Последнее число интервала относится к данному интервалу, а первое число к предыдущему.

Интервалы размеров включают в себя размеры, имеющие одинаковый допуск при одинаковой точности обработки. Для диапазона до 500мм назначены следующие интервалы:

· св. 400 до 500 мм.

15. Принцип образования стандартного поля допуска

На схемах в условном масштабе откладывают предельные отклонения относительно нулевой линии — линии, соответствующей номинальному размеру. Обычно нулевую линию проводят горизонтально. Вверх от нулевой линии откладывают положительные отклонения, вниз — отрицательные. Линия верхнего отклонения всегда выше линии нижнего отклонения. Зона, заключённая между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям, называется полем допуска.

Поле допуска в ЕСДП образуется сочетанием основного отклонения (характеристика расположения) и квалитета (характеристика допуска). Условное обозначение поля допуска состоит из буквы основного отклонения и числа — номера квалитета: d11, h9 (поля допусков валов); P7, H7 (поля допусков отверстий). Обозначение поля допуска указывается после номинального размера элемента: 40h6, 40d10. В обоснованных случаях допускается обозначать поле допуска с основным отклонением H символом + IT, с основным отклонением h символом — IT, с отклонением js или JS символом , например: + IT14, — IT 14, .

По основному отклонению и допуску определяется второе предельное отклонение, ограничивающее данное поле допуска. Для тех полей допусков, у которых основным является верхнее отклонение, нижнее отклонение вычисляют по формулам:

Если основное отклонение — нижнее, то верхнее отклонение вычисляют по этим же формулам.

Размерные цепи

Размерная цепь – совокупность размеров, образующих замкнутый контур и определяющих взаимное положение поверхностей или осей одной или нескольких деталей. Состоит из отдельных звеньев.

Звено – каждый из размеров образующих размерную цепь.

Цепь состоит из одного исходного (замыкающего) и одного или нескольких составляющих звеньев.

1) Область применения

— конструкторская – обеспечение точности при конструировании деталей

— технологическая — обеспечение точности при изготовлении деталей

— измерительная – измерение величин, характеризующих точность изделия.

2) Место в изделии

— детальная – определяет точность относительного положения поверхностей или осей одной детали

— сборочная – определяет точность относительного положения поверхностей или осей одной детали, одной сборочной единицы.

3) Расположение деталей

— линейная – звенья цепи – линейные размеры, расположены на параллельных прямых

— угловая – звенья – угловые размеры, откл-я могут быть заданы в линейных величинах, отнесенных к условной длине или в градусах.

— плоская – звенья расположены произвольно водной или нескольких параллельных плавкостях.

— пространственная – звенья расположены произвольно в пространстве.

Исходное звено – звено, к которому предъявляются основные требования точности, определяющее качество изделия в соответствии с техническими условиями. Замыкающее звено не выполняется, а является результатом выполнения всех остальных звеньев.

Составляющее звено – звено, с изменением которого изменяется и замыкающее звено.

— уменьшающие – с ­ размера звена размер замыкающего звена ¯.

— увеличивающие – с ­ размера звена размер замыкающего звена ­.

Определение уменьшающих и увеличивающих звеньев можно провести применив правило обхода по контуру.

Исходному звену приписываем определенное направление. Далее все составляющие звенья обозначаются стрелками, начиная от звена, соседнего с исходным, и должны иметь один и тот же замкнутый поток направлений. Тогда звенья имеющие тоже направление, что и у исходного звена будут уменьшающими, а остальные – увеличивающими.

Сертификация производства.

Сертификация производств считается временным явлением, т.к. производится только в России, причём сертификация производств предшествует сертификации качества.

Понятие о взаимозаменяемости. Виды взаимозаменяемости

На взаимозаменяемость соединений оказывает влияние не только размер, но и точность геометрической формы, и точность геометрических элементов, образующих деталь.

Взаимозаменяемость — 1) возможность сборки узлов и машин из независимо изготовленных деталей, не требующих подгонки или подбора. 2) принцип нормирования требований к размерам элементов деталей, узлов, механизмов, используемый при конструировании, благодаря которому представляется возможным изготавливать их независимо и собирать или заменять без дополнительной обработки при соблюдении технических требований к изделию.

Взаимозаменяемость должна обеспечить функционирование изделия надлежащим образом.

1. Полная взаимозаменяемость — детали и узлы полностью взаимозаменяемы (устанавливают при сборке без дополнительных операций по обработке, без регулировок и подбора, т.е. только закрепляют).

Неполная (ограниченная) взаимозаменяемость — при сборке требуется установка детали, либо узла только с определёнными размерами (размерами определённой группы) — групповая взаимозаменяемость, или требуется дополнительная обработка одного из элементов детали.

2. Размерная (геометрическая) взаимозаменяемость — если в телевизоре сгорел кинескоп, то новый кинескоп устанавливают в старый корпус, на то же место (кинескоп обладает размерной взаимозаменяемостью).

Параметрическая взаимозаменяемость — распространяется на устройства, в которых эксплуатационные свойства характеризуются оптическими и др. немеханическими физическими параметрами.

3. Внешняя взаимозаменяемость — взаимозаменяемость по выходным данным узла: его присоединительным размерам и эксплуатационным параметрам (вышедший из строя подшипник можно заменить другим такого же типоразмера.

Внутренняя взаимозаменяемость — взаимозаменяемость деталей, входящих в узел, или узлов, входящих в изделие (шарики в подшипнике качения).