 |
Понятия о точности и погрешности размера
|
|
|
|
Точность в технике – это степень приближения истинного значения параметра, процесса, объекта к его заданному значению.
Качество машин, их надежность и долговечность зависят, в значительной мере, от точности обработки деталей при их изготовлении. Совершенствование и усложнение конструкций автомобилей, станков и других машин, увеличение рабочих скоростей, нагрузок предъявляют все более высокие требования к качеству деталей и точности обработки.
При проектировании конструктором определяются номинальные размеры и форма каждой детали, которые обеспечивают необходимые эксплуатационные характеристики соединений деталей и, в конечном счете, – механизма или машины в целом. Однако, при изготовлении деталей, в связи с большим количеством факторов, проявляющихся при обработке, появляются отклонения от заданных размеров и формы.
Точность обработки часто бывает различной даже в пределах одной поверхности в разных сечениях и точках.
Степень соответствия действительных геометрических размеров параметрам, заданных чертежом, принято называть точностью обработки. Под погрешностью обработки понимают разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением.
Когда употребляют термин “точность”, то обычно имеют в виду качественный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Термин “погрешность” используется для количественной оценки точности.
Для оценки точности деталей принято использовать укрупненную классификацию отклонений геометрических параметров:
-отклонения размера;
-отклонения расположения поверхностей;
-отклонения формы;
-волнистость поверхности;
|
|
|
-шероховатость поверхности.
Факторов, влияющих на точность обработки, достаточно много.
Точность элементов станка, их взаимное расположение (биение шпинделя, отклонения от прямолинейности направляющих станины или суппорта, отклонения от параллельности и перпендикулярности перемещений суппорта относительно оси шпинделя, несовпадение оси центров передней и задней бабок и т.п.) влияют на точность размеров, формы и взаимное положение обрабатываемых поверхностей.
Особое значение имеют погрешности элементов приспособлений, предназначенных для установки обрабатываемой детали, а также для определения положения режущего инструмента.
Существенное влияние оказывает точность мерного инструмента (сверла, развертки, метчики и т.п.) и профильного (фасонного) инструмента (резцы, фрезы и т.п.), так как точность их изготовления непосредственно влияют на форму и размер обрабатываемой поверхности.
Еще одним фактором, влияющим на точность обработки деталей для всех режущих инструментов, является износ их режущей части.
Погрешность установки инструментачаще всего называют погрешностью настройки инструмента на размер. Возникает она при первоначальной установке режущего инструмента или при его замене.
Деформации элементов станка, приспособления, инструмента возникают под действием сил резания в процессе обработки. Величина этих деформаций определяется жесткостью системы “станок – приспособление – инструмент – заготовка” и зависит, в основном, от его конструкции и качества изготовления.
Погрешность обработки может возникать в результате действия сил зажима нежестких деталей (тонкостенные цилиндры, длинные валы, кольца и т.п.) при их закреплении и сил резания при обработке, а также в результате перераспределения остаточных напряжений.
Деталь, поступившая на определенную операцию, имеет погрешности, возникшие на предшествующих операциях (будь то заготовительные, промежуточные или финишные). Они влияют на точность обработки, достигаемую на данной операции. Это так называемая наследственная погрешность.
|
|
|
Температура отдельных частей станка, приспособления, инструмента, заготовки в процессе обработки изменяется не одинаково. Материалы, из которых они изготовлены, имеют различные коэффициенты линейного расширения. В результате первоначальное взаимное положение поверхностей изменяется, что является причиной возникновения погрешностей.
Погрешности, возникающие при измерении или контроле, погрешность изготовления и настройки средств измерения, другие факторы не позволяют определять истинные значения размеров, полученных при обработке, и вынуждают пользоваться действительными размерами.
Указанные причины не постоянны во времени, и они вызывают различные по величине отклонения геометрических параметров деталей при обработке каждой последующей детали. В результате действительные размеры деталей в одной партии отличаются друг от друга и происходит, так называемое, рассеяние размеров.
Размеры, предельные отклонения,
Допуски и посадки
Основные термины и определения установлены ГОСТ 25346 – 89 “Основные нормы взаимозаменяемости. ЕСДП. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений”.
Все размеры делят на номинальные, действительные и предельные.
Номинальный размер – размер, служащий началом отсчета отклонений и относительно которого определяются предельные размеры. Как отмечалось выше, номинальный размер выбирают как результат расчета деталей при их проектировании, или исходя из конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Для деталей, входящих в соединение, номинальный размер является общим.
Для сокращения количества типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента, а также для облегчения типизации технологических процессов значения размеров, полученных при расчете, округляются, как правило, в большую сторону в соответствии со значениями нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636–69 “Нормальные линейные размеры”.
В стандарте представлено четыре ряда линейных размеров Rа 5, Rа 10, Rа 20, Rа 40, устанавливающие нормальные линейные размеры от 0,001 до 20000 мм. Так для ряда Ra 5 предусмотрены нормальные размеры: 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0, 10,0 и т.д., для ряда Ra 10 – 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0 и т.д., для ряда Ra 20 – 1,0; 1,1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 … и т.д.
|
|
|
Во всех случаях необходимо стремиться применять одно из основных предпочтительных чисел, указанных в таблице. Причем, при округлении размера параметров, следует отдавать предпочтение значениям ряда Ra 5 перед значениями ряда Ra 10, ряда Ra 10 – ряду Ra 20, ряда Ra 20 – ряду Ra 40.
Указанный стандарт не распространяется на производные размеры, зависящие от принятых исходных размеров и параметров, в том числе на технологические межоперационные размеры, а также размеры, регламентированные в стандартах на конкретные изделия (например, средний диаметр резьбы).
Действительный размер – размер, установленный при измерении с допустимой погрешностью. Как уже отмечалось, деталь изготовить с абсолютно точными размерами и измерить без внесения погрешностей практически невозможно, поэтому и введено это понятие.
Предельные размеры – два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали (рис.2.7, а). Больший из них называется наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Эти размеры принято обозначать D ma x и D min - для отверстий, d maxи d min – для валов (рис.2.7, б). Если сравнить величину действительного размера (d д, D д) с его предельными значениями, то можно сделать заключение о годности детали.
Так, если для вала выполняется условие:
d max ≥ d д ≥ d min,
то вал считается годным. Для отверстия условие годности детали выглядит следующим образом:
D max ≥ D д ≥ D min
Проходной предел – термин, применяемый к одному из предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, то есть верхнему пределу для вала или нижнему пределу для отверстия (рис.2.8, а).
Непроходной предел – термин, применяемый к одному из предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала, то есть нижнему пределу для вала или верхнему пределу для отверстия (рис.2.8, б).
|
|
|
В соответствии с ГОСТ 25346 – 89 для упрощения чертежей введены понятия предельных отклонений от номинального размера (рис.2.7, б):
- верхнее предельное отклонение (ES, es) – алгебраическая разность
между наибольшим предельным размером и номинальным размером:
ES = D max - D;
es = d max – d
- нижнее предельное отклонение (EI, ei) – алгебраическая разность между наименьшим предельным размером и номинальным размером:
EI = D min - D;
ei = d min – d
- действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным размером и номинальным размером.
Отклонения могут быть положительными, если предельный или действительный размер больше номинального, и отрицательными, если предельный или действительный размер меньше номинального.
На конструкторских и технологических чертежах номинальные и предельные размеры, а также их отклонения указывают в миллиметрах без обозначения единицы (ГОСТ 2.307–68 “ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений”), например, 85 
; 42 
; 50 
; 50 
.
Угловые размеры и их предельные отклонения указываются в градусах, минутах или секундах с указанием единицы, например, 30 
15 
40 
.
При равенстве абсолютных значений отклонений они указываются один раз со знаком 
рядом с номинальным размером, например 85 ± 0,02;
90 ± 5°.
Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляется. Наносят только одно отклонение – положительное на месте верхнего отклонения, отрицательное – на месте нижнего предельного отклонения, например, 60 ; 89 
.
Одним из основных понятий, определяющих точность изготовления деталей, является допуск. Допуском T называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями параметра.
Если говорят о допуске размера, то под этим понимается разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним предельными отклонениями (рис.2.7, б).
TD = D max - D min = / ES - EI /
Td = d max - d min = / es - ei /
Допуск всегда положительная величина.
От величины допуска во многом зависит качество деталей и стоимость их изготовления. С увеличением допуска, как правило, качество деталей ухудшается, а стоимость изготовления становится меньше.
На рис. 2.7, а представлено условное изображение деталей: отверстия и вала. Заштрихованная зона между наибольшим и наименьшим предельными размерами является допуском. Однако, такая схема, хотя и достаточно наглядна, но трудно выполнима в масштабе, так как разница между значениями номинального размера, отклонений и допусков очень большая. Поэтому применяется графическое изображение допусков и предельных отклонений в виде поля допуска (рис. 2.7, б).
|
|
|
Поле допуска – это поле, ограниченное верхним и нижним предельными отклонениями, относительно номинального размера – нулевой линии. Нулевая линия это линия соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Как правило, нулевая линия располагается горизонтально, и отклонения относительно нее откладываются: положительные - вверх, а отрицательные - вниз.
Введены понятия “основной вал” и “основное отверстие”:
- основной вал – это вал, верхнее предельное отклонение которого равно нулю (es = 0),
- основное отверстие – это отверстие, нижнее предельное отклонение которого равно нулю (EI = 0).
Допуски размеров охватывающих поверхностей принято сокращенно называть допуском отверстия и обозначать его TD, а охватываемых поверхностей – допуском вала с условным обозначением Td.
Когда говорят о деталях, находящихся в соединении, применяют термин “посадка”. Посадкой называется характер соединения деталей одинакового номинального размера, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения деталей в соединении или степень сопротивления их взаимному перемещению.
Зазор S - разность размеров отверстия и вала, если размеры вала меньше размеров отверстия. Собранное с зазором соединение допускает перемещение деталей друг относительно друга.
Натяг N - разность размеров вала и отверстия до сборки соединения, если размер вала больше размера отверстия. Собранное с натягом соединение обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки.
Различают посадки с зазором (рис. 2.9, а), с натягом (рис. 2.9. в) и переходные (рис. 2.9, д).
Посадка с зазором - посадка, при которой зазор в соединении обеспечивается за счет разности размеров отверстия и вала. На рис. 2.9, б показана схема посадки с зазором. Видно, что поле допуска отверстия 1 располагается над полем допуска вала 2 и в любом случае размеры вала, будут меньше размеров отверстия. Посадка с зазором характеризуется следующими основными параметрами:
-наибольшим зазором S max= D max - d min;
-наименьшим зазором S min= D min - d max;
-средним зазором S m= (S max+ S min )/ 2.
-допуском посадки TS = S max - S min = TD + Td
К посадкам с зазором относятся также такие посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. D min = d max. В этом случае S min= 0.
Посадка с натягом –посадка, при которой натяг в соединении обеспечивается за счет разности размеров вала и отверстия. На рис. 2.9, г показана посадка с натягом. Видно, что поле допуска отверстия 1 располагается под полем допуска вала 2 и в любом случае, в данном соединении, размеры вала будут больше размеров отверстия. Основные параметры посадки с натягом:
-наибольший натяг N max= d max- D min;
-наименьший натяг N min= d min - D max;
-средний натяг N m= (N max+ N min )/ 2.
-допуском посадки TN = N max - N min= TD + Td
К посадкам с натягом также относятся такие посадки, в которых нижняя граница поля допуска вала совпадает с верхней границей поля допуска отверстия, т. е. D max= d min. В этом случае N min= 0.
Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков вала 2 и отверстия 1 перекрываются полностью или частично). На рис.2.9, е показана схема переходной посадки. Такая посадка характеризуется следующими основными параметрами:
-наибольшим зазором S max= D max- d min;
-наибольшим натягом N max= d max - D min;
-допуском посадки TS(N) = TD + Td
В качестве примеров расчета посадок рассмотрим три типа соединений деталей, имеющие различные виды посадок.
Необходимо определить предельные размеры сопрягаемых деталей, допуски, зазоры и натяги в соединениях.
Предельные отклонения выбираются из ГОСТ 25346–82.
Пример 2.1: посадка с зазором Æ 50 H 7 /f 7.
Отверстие: номинальный размер Æ 50 мм, верхнее предельное отклонение ES = +25 мкм, нижнее предельное отклонение EI = 0.
Предельные размеры отверстия: D max= D + ES = 50 + 0,025 = 50,025 мм;
D min= D + EI = 50 + 0 = 50,000 мм;
Допуск отверстия: TD = D max - D min = 50,025 - 50,000 = 0,025 мм.
Вал: номинальный размер Æ 50, верхнее предельное отклонение es = - 25 мкм, нижнее предельное отклонение ei = - 50 мкм.
Предельные размеры вала: d max= d + es = 50 + (- 0,025) = 49,975 мм;
d min= d + ei = 50 + (- 0,050) = 49,950 мм;
Допуск вала: Td = d max- d min = 49,975 - 49,950 = 0,025 мм.
Величины зазоров в посадке этих деталей составят:
S max= D max- d min = 50,025 - 49,950 = 0,075 мм;
S min= D min- d max = 50,000 - 49,975 = 0,025 мм.
Допуск посадки с зазором:
TS = S max- S min = 0,075 - 0,025 = 0,05мм,
или TS = TD + Td = 0,025 + 0,025 = 0,05 мм.
Схема расположения полей допусков для этой посадки представлена на рис. 2.10.
Пример 2.2: посадка с натягом Æ 50 H 7/ p 6.
Отверстие: предельные размеры и величина допуска остаются такими же как в примере 1.
Вал: номинальный размер Æ 50, верхнее предельное отклонение es = + 42 мкм, нижнее предельное отклонение ei = + 26 мкм.
Предельные размеры вала: d max= d + es = 50 + 0,042 = 50,042 мм;
d min= d + ei = 50 + 0,026 = 50,026 мм;
Допуск вала: Td = d max- d min = 50,042 - 50,026 = 0,016 мм.
Величины натягов в посадке составят:
N max= d max - D min = 50,042 - 50,000 = 0,042 мм;
N min= d min - D max = 50,026 - 50,025 = 0,001 мм.
Допуск посадки с натягом:
TN = N max- N min = 0,042 - 0,001 = 0,041мм,
или TN = TD + Td = 0,025 + 0,016 = 0,041 мм.
Схема расположения полей допусков для этой посадки представлена на рис. 2.11.
Пример 2.3: посадка переходная Æ 50 H 7/ m 6.
Отверстие: предельные размеры и величина допуска остаются такими же как в примере 1.
Вал: номинальный размер Æ 50, верхнее предельное отклонение es = + 25 мкм, нижнее предельное отклонение ei = + 9 мкм.
Предельные размеры вала: d max= d + es = 50+ 0,025 = 50,025 мм;
d min= d + es = 50 + 0,009 = 50,009 мм;
Допуск вала: Td = d max- d min = 50,025 - 50,009 = 0,016 мм.
Величины натягов в посадке составят:
S max= D max- d min = 50,025 - 50,009 = 0,016 мм;
N max= d max- D min = 50,025 - 50,000 = 0,025 мм.
Допуск посадки:
TS(N) = TD + Td = 0,025 + 0,016 = 0,041 мм.
Схема расположения полей допусков для этой посадки представлена на рис. 2.12.
Предельные отклонения размеров деталей, находящихся в сопряжении, записываются в виде дроби (ГОСТ 2.307–68) (рис. 2.13, а). В числителе дроби указываются числовое значение предельных отклонений отверстия, а в знаменателе – числовые значения предельных отклонений вала.
Например, Æ 40 
.
При нанесении числовых значений отклонений на сборочных чертежах в некоторых случаях допускаются надписи, поясняющие, к какой из деталей относятся эти отклонения (рис. 2.13, б,в).
|
|
|
