Основные понятия в области нормирования точности

Основные понятия  в области нормирования точности

 

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.

К сожалению, среди специалистов довольно часто встречается пренебрежительное отношение к строгой терминологии, замена терминов такими некорректными профессиональными жаргонизмами, как «размер в допуске», «вал, обработанный по посадке с зазором», «отрицательный допуск на толщину ленты» и ряд других. Корректное использование терминов не только признак технически грамотного и культурного специалиста, но также необходимое и обязательное условие для однозначного истолкования высказываний и правильного понимания устанавливаемых требований.

Терминология единой системы допусков и посадок является базовой для всей соответствующей области взаимозаменяемости. Такие термины как «вал», «отверстие», «поле допуска», «посадка» и ряд других используют для гладких, резьбовых, шлицевых поверхностей и сопряжений. Поэтому их знание необходимо для корректного понимания и применения всех систем допусков, а также допусков и посадок.

В таблице 2.1 представлены основные термины и определения из межгосударственного стандарта ГОСТ 25346-89 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений» с некоторыми комментариями, поясняющими примерами и рисунками.

 

Таблица 2.1 – Основные термины и определения

Термин, определение, комментарий	Рисунок, пояснение
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”	Размеры ролика d, l1 и l2
Вал – термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы	Примеры наружных элементов (размеры h1, h2)
Отверстие – термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы	Примеры внутренних элементов (размеры D, L)
Предельные размеры – два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер	Примеры предельных размеров (dmin, dmax, Dmin, Dmax)
Наибольший  предельный размер – наибольший допустимый размер элемента	dmax, Dmax (см предыдущий рисунок)
Наименьший  предельный размер – наименьший допустимый размер элемента	dmin, Dmin (см предыдущий рисунок)
Действительный  размер – размер элемента, установленный измерением с допустимой погрешностью. Комментарий: Допустимые погрешности измерений линейных размеров до 500 мм при измерительном  приемочном контроле установлены ГОСТ 8.051-81
Термин, определение, комментарий	Рисунок, пояснение
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.)
Номинальный размер – размер, относительно которого определяются отклонения Комментарий: в посадке  назначают один номинальный размер для сопрягаемых вала и отверстия
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	Отклонения от номинального размера  (на схеме – отклонения  от нулевой линии ES, EI, es, ei – см предыдущий рисунок)
Действительное  отклонение – алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами	Eд = Dд – D0 e = dд – d0
Предельное  отклонение – алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения	Предельные отклонения ES, EI, es, ei (см предыдущий рисунок)
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
Термин, определение, комментарий	Рисунок, пояснение
Допуск т – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями	Допуск отверстия тD, допуск вала Td (см предыдущие рисунки) тD = Dmax – Dmin    или тD = ES – EI Td = dmax – dmin или Td = es – ei
Стандартный допуск it – любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.	Обозначения допусков разных квалитетов it6, it9, it12, it18 (допуски квалитетов 6, 9, 12 и 18 соответственно)
Квалитет (степень точности) – совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров
Единица допуска 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 включающих единицу допуска
Основной  вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю	Обозначения полей допусков основных валов разных квалитетов h6, h9, h12, h18
Основное  отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю	Обозначения полей допусков основных отверстий разных квалитетов H6, H9, H12, H18
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
Термин, определение, комментарий	Рисунок, пояснение
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
Зазор – разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера 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
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
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
Термин, определение, комментарий	Рисунок, пояснение
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. (См предыдущий Комментарий)

 

Нормальная  температура. Допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам деталей при температуре    20 ^оС.

Комментарий: приведено  только номинальное значение температуры. Достаточно полно нормальные условия измерений, включая нормальную температуру, установлены стандартом ГОСТ 8.050-73

 

Схема ключевых понятий разработана для комплексного представления норм рассеяния линейных размеров и их реализации на деталях и в сопряжениях. Три столбца предназначены для распределения терминов по взаимосвязанным, но не пересекающимся классам.

В столбцах таблицы представлены:

• нормы, устанавливаемые разработчиком (конструктором);
• условности и допущения, принятые для описания параметров и вероятностных расчетов;
• реализация параметров на конкретных деталях или сопряжениях.

Так нормы, устанавливаемые  конструктором для размеров, включают наибольший и наименьший предельные размеры – пределы за которые не имеют права выходить действительные размеры соответствующей поверхности годной детали. Действительные размеры поверхности детали – реализация соответствующих параметров на каждой конкретной детали в соответствии с принятой интерпретацией контуров поверхности – должны располагаться между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Этим определяется годность детали по соответствующему параметру.

Представленные прямым шрифтом во втором столбце таблицы условности приняты для описания параметров и их представления. Для обозначения размеров на чертежах и схемах расположения полей допусков прибегают к такому условному понятию, как номинальный размер. Номинальные размеры элемента (вала или отверстия) и посадки дают возможность не писать на чертеже полностью два или четыре предельных размера – обходятся одним номинальным размером с двумя или четырьмя отклонениями. Отклонения на схеме полей допусков откладывают от нулевой линии, которая соответствует номинальному размеру. Условности приняты, прежде всего, для рационализации описания параметров.

Допущения (приведены в таблице полужирным курсивом), в отличие от условностей, позволяют давать вероятностные оценки будущей реализации параметров. Так вероятностные расчеты посадок выполняют на основе допущения о нормальном распределении параметров в партии деталей (нормальное распределение размеров, совпадение центра группирования с координатой середины поля допуска, значение среднего квадратического отклонения параметра равное 1/6 допуска).

При нормальном распределении  размеров деталей, образующих сопряжение, зазоры и/или натяги в сопряжении также будут распределены нормально, а средний зазор (натяг) будет соответствовать разности между центрами группирования. На таких условиях рассчитывают вероятностные наибольший и наименьший зазоры (натяги) в посадках с зазором (с натягом) или вероятность зазоров (натягов) в переходной посадке.

Следует иметь в виду, что если реализация не соответствует одному или нескольким принятым допущениям, вероятностные расчеты нельзя считать вполне корректными. Однако при нормальном производстве результаты таких расчетов в среднем подтверждаются практикой и поэтому могут быть использованы для получения ориентировочных оценок.

Назначение норм точности при проектировании и их реализация в производстве должны обеспечить удовлетворительную работу изделия. Расчеты позволяют  ориентироваться в правильности назначенных требований и/или подтвердить  работоспособность конструкции.

 

 

 

 

Система допусков и посадок. 
 
Принципы построения системы допусков и посадок. 
Системой допусков и посадок (СДП) называется совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов. Система предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин, дает возможность стандартизировать режущие инструменты и калибры, облегчает конструирование, производство и взаимозаменяемость деталей машин, а также обусловливает их качество.  

 

Первый принцип  построения СДП. 
(установлено 20 квалитетов и определены формулы для расчета допусков) 
Было принято, что две или несколько деталей разных размеров следует считать одинаковой точности (принадлежащими одному квалитету), если их изготавливают на одном и том же оборудовании при одних и тех же условиях обработки (режимах резания и т.д.). 
Отсюда следует, что точность валов, изготовленных, например, шлифованием во всем диапазоне диаметров одинакова, несмотря на то, что погрешность обработки, как показали эксперименты, растет с увеличением размера обрабатываемой детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость изменения  погрешности была представлена как  произведение двух частей. Одна часть (а) характеризовала тип станка, другая – зависела лишь от размера детали ( 3 d ):

 
A = a * 3 d  
где А – амплитуда рассеяния размеров, характеризующая погрешность обработки, мкм; 
d – диаметр обрабатываемой детали, мм; 
а – коэффициент, зависящий лишь от типа станка.

В дальнейшем было решено, что допуски одного квалитета  должны меняться так же, как изменяется погрешность обработки на станке в зависимости от размера обрабатываемой детали.

 
Допуск (IT) рассчитывается по формуле: 
IT = k * i , 
где k – число единиц допуска, установленное для каждого квалитета; 
i – единица допуска, зависящая только от размера (табл. 1.1). 
Стандартом установлены квалитеты: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, …, 11, 12…18.

 
Самые точные квалитеты (01, 0, 1, 2, 3, 4), как правило, применяются при изготовлении образцовых мер и калибров. 
Квалитеты с 5-го по 11-й, как правило, применяются для сопрягаемых элементов деталей. 
Квалитеты с 12-го по 18-й применяются для несопрягаемых элементов деталей. 
Чтобы максимально сократить число значений допусков при построении рядов допусков, стандартом установлены интервалы размеров, внутри которых значение допуска для данного квалитета не меняется.

 

Второй принцип  построения СДП. 
Установлено 27 основных отклонений валов и 27 основных отклонений отверстий.

Основное отклонение – одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии. 
Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов 
– строчными. Схема расположения основных отклонений с указанием квалитетов, в которых рекомендуется их применять, для размеров до 500 мм приведена на рис. 1.4. Затемненная область относится к отверстиям.

 

Третий принцип  построения СДП. 
Предусмотрены системы образования посадок. 
Предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала. 
 Посадки в системе отверстия – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия (рис. 1.5, а). 
 Основное отверстие (H) – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю. 
Посадки в системе вала – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала (рис. 1.5, б). 
 Основной вал (h) – вал, верхнее отклонение которого равно нулю.

Точные отверстия обрабатываются дорогостоящим мерным инструментом (зенкерами, развертками, протяжками и  т.п.). Каждый такой инструмент применяют для обработки только одного размера с определенным полем допуска. Валы же независимо от их размера обрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом. 
 При широком применении системы вала необходимость в мерном инструменте многократно возрастет, поэтому предпочтение отдается системе отверстия. 
 Однако в некоторых случаях по конструктивным соображениям приходится применять систему 
вала, апример, когда требуется чередовать соединения нескольких отверстий одинакового номинального размера, но с разными посадками на одном валу. На рис. 1.6, а показано соединение, имеющее подвижную посадку поршневого пальца 1 с шатуном 2 и неподвижную в бобышках поршня 3, которое целесообразно выполнить в системе вала (рис. 1.6, в), а не в системе отверстия (рис. 1.6,б).  
Систему вала выгоднее применять и тогда, когда оси, валики, штифты могут быть изготовлены из 
точных холоднотянутых прутков без дополнительной механической обработки их наружных поверхностей.

 

 

 Четвертый принцип построения СДП. 
Установлена нормальная температура. 
Допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам 
деталей при температуре +20° С.