Основные положения взаимозаменяемости по геометрическим параметрам

Детали машин и других изделий ограничены замкнутыми поверхностями, обычно комбинированными из участков цилиндрических, конических, сферических, плоских и других простых поверхностей. Различают номинальные геометрические поверхности, имеющие предписанные чертежом формы и размеры без неровностей и отклонений, и действительные (реальные) поверхности, полученные в результате обработки деталей, размеры которых определены путем измерения с допустимой погрешностью.

Аналогично различают номинальный и действительный профили, номинальное и действительное расположение поверхностей и осей. Под профилем понимается линия пересечения (или контур сечения) поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении. Действительные поверхности и профили отличаются от номинальных поверхностей.

В Казахстане действует Единая система допусков и посадок (ЕСДП) и Основные нормы взаимозаменяемости, базирующиеся на стандартах и рекомендациях ИСО. ЕСДП распространяется на допуски размеров гладких (ограниченных цилиндрическими и плоскими поверхностями) элементов деталей и на посадки, образуемые при соединении этих деталей. Основные нормы взаимозаменяемости содержат системы допусков и посадок на резьбы, зубчатые передачи, конуса и другие детали и соединения общего назначения.

1.2 Понятие о допусках

Характеристика размеров. Расчетный размер детали, проставляемый на чертеже, от которого отсчитываются отклонения, называется номинальным размером. Обычно номинальные размеры выражаются в целых миллиметрах.

Отклонением называется разность между предельным и номинальным размерами детали. На чертеже отклонения обозначаются обычно числовыми величинами при номинальном размере, причем верхнее отклонение указывается выше, а нижнее — ниже.

Номинальный размер — это окончательно принятый в процессе проектирования и проставляемый на чертеже размер детали или соединения. Он является общим для отверстия и вала, составляющих соединение. Номинальный размер служит началом отсчета отклонений, и относительно него определяют предельные размеры.

Требуемый размер не может быть выдержан в производстве абсолютно точно и достигается с погрешностью, образующей действительный размер.

Действительный размер – размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Размеры, между которыми может колебаться действительный размер, называются предельными. Больший из них называют наибольшим предельным размером (D_max, d_max), меньший — наименьшим предельным размером (D_min, d_min), мм.

Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

Предельное действительное отклонение – алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размером.

Верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размером.

Для отверстия: ES = D_max­­–D

Для вала: es = d_max – d, мкм

Нижнее отклонение - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размером.

Для отверстия: EI = D_min – D

Для вала: ei = d_min – d, мкм

В зависимости от расположения нулевой линии отклонения могут быть положительными и отрицательными, поэтому их всегда указывают со знаком.

Допуск – определяет заданную точность изготовления. Всегда больше нуля.

TD = D_max – D_min = ES –EI
Td = d_max – d_min = es – ei

Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок.

Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонением.

Поле допуска отличается от допуска тем, что оно определяет не только величину, но и расположение этого допуска относительно номинального размера (т.е. нулевой линии).

D_max = D + ES/ D_min = D + EI
d_max = d + es/ d_min = d + ei

Сопрягаемые детали – две или несколько соединенных детали.
Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю (es = 0).
Основное отверстие-отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю (EI=0).

Соединения деталей может быть подвижным и неподвижным.

Подвижное соединение характеризуется величиной зазоров.

Зазор (S) – положительная разность действительных размеров отверстия и вала.

S_max = D_max – d_min = ES – ei

S_min= D_min –d_max= EI –es

Допуск зазора:

TS = S_max – S_min = TD + Td

Неподвижные соединения характеризуются наличием натяга.

Натяг (N)– разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия

N_max = d_max – D_min = es – EI

N_min = d_min – D_max = es – ES

Допуск натяга:

TN = N_max – N_min = TD + Td.

Р
Разновидностью неподвижных посадок являются переходные, при которых после сборки может получиться либо натяг, либо зазор. Неподвижность таких соединений обеспечивается введением конструктивного элемента (шпонки, штифты, стопорные болты). При переходных посадках поля допусков сопрягаемых деталей пересекаются. Посадки применяются в системах отверстия и в системах вала.

Система отверстий – система посадок, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных размеров валов с основным отверстием.

Система вала – система посадок, в которой различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом.

Экономически выгодно применять систему отверстий, так как вал обрабатывать легче.

Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов – строчными.

Последовательность алфавитного порядка соответствует уменьшению размеров отверстия и увеличению размера вала

Всего существует 21 основное отклонение + 9 дополнительных.

Дополнительные отклонения применяются в диапазоне до 10 мм для подвижных соединений: cd (CD), ef (EF), fg (FG); от 10 до 18 мм для особо тяжелых посадок с натягом и только с восьмым квалитетом: za8, zb8, zc8.

На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют следующим образом: 42^{+0, 003}_{-0, 013}

Предельные отклонения в таблицах допусков всегда указывают в микрометрах.

При равенстве абсолютных значений отклонений их указывают один раз со знаком рядом с номинальным размером, например 60 ± 2;

Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, наносят только одно отклонение - положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения, например: 200_{-0, 3}; 200^{+0, 2}.

Для размеров от 1 до 500 мм установлены предпочтительные посадки, которые обозначаются *.

На чертежах присоединения отверстия с валом обозначается: Ø 40 .

Применяют три метода выбора допусков и посадок:

1. Метод аналогов. Заключается в том, что конструктор отыскивает в одиночных машинах случаи применения сборочной единицы подобно проектируемой и назначает такие же допуски и посадки.

2. Метод подобия. Устанавливают аналогичные конструктивные признаки и условия эксплуатации проектируемой сборочной единицы с данными в справочниках.

3.Расчетный метод (наилучший).
Расчетный метод является наиболее обоснованным методом выбора допусков и посадок. Квалитеты (классы, степени точности), допуски и посадки при проектировании машин и других изделий нужно выбирать так, чтобы добиться удовлетворения эксплуатационно-конструктивных требований, предъявляемых к детали, составной части (узлу) и машине в целом. Для повышения надежности, долговечности и точности машины иногда появляется необходимость максимального приближения размеров деталей к расчетным.

1.3 Правила образования посадок

1. Можно применять любое сочетание полей допусков, установленных стандартом.

2. Посадки должны назначаться либо в системе отверстия, либо в системе вала.

3. Применение системы отверстия предпочтительней.

4. Следует отдавать предпочтение рекомендуемым посадкам (см. ГОСТ 25347-82), при этом в первую очередь - предпочтительным.

5. Посадки с 4-го по 7-й квалитеты рекомендуется образовывать путем сопряжения отверстия на квалитет грубее, чем вал. Отверстия при прочих равных условиях изготавливаются с большими погрешностями, чем валы, поэтому и допуск посадки делится не поровну, большая часть отдается отверстию, меньшая - валу.

2 Устройство и область применения окулярных микрометров

Окуляр-микрометр (окуляр микрометр) - специальный окуляр, или более сложное оптическое устройство, предназначенное для определения размеров наблюдаемых объектов. Простейший окуляр-микрометр представляет собой стеклянную пластинку с микрометрической шкалой, введенную в окуляр.

Обычно микрообъект изучают или фотографируют, используя окуляр с мерной шкалой. Такой окуляр называют окуляр-микрометром. Цена деления его шкалы зависит от увеличения микроскопа.

Фотографии, выполненные через окуляр-микрометр, имеют, на мой взгляд, два существенных недостатка.

Во-первых, микрометрическая шкала при этом располагается в центре снимка; её можно повернуть, но нельзя переместить в сюжетно важное место фотографии.

Второй недостаток – это цена деления шкалы, зависящая от увеличения микроскопа. Мало того, что она обычно имеет дробное значение, это дробное значение нигде на снимке не отображается и легко может быть утрачено.

2.1 Тарировка окуляр-микрометра

Для плодотворной работы нужно измерить цену деления окуляр-микрометра для всех используемых увеличений. С этой целью проводят тарировку (калибровку) окуляр-микрометра.

При тарировке применяют объект-микрометр – плоскую стальную или стеклянную пластину, в центре которой выполнена высокоточная шкала с воспроизводимой (всегда одинаковой) ценой деления в 10 мкм или 5 мкм. Судя по названию, объект-микрометр используют в качестве объекта исследования, помещая его на предметный столик микроскопа.

Тарировку просто осуществить, совмещая в поле зрения окуляра две шкалы – шкалу объект-микрометра и шкалу окуляр-микрометра. Теперь отсчитываем число делений на обеих шкалах между совпавшими делениями.

Стеклянный объект-микрометр - микрометрическая шкала расположена в центре.

Путём несложных математических расчётов можно определить цену деления шкалы окуляр-микрометра для данного увеличения. Например, при увеличении 500 крат получим, что 10 делений шкалы объект-микрометра с ценой деления, равной 10 мкм, соответствуют 40 делениям окулярной шкалы. При таком увеличении цена деления шкалы окуляр-микрометра составит 10 х 10 / 40 = 2, 5 мкм.

При увеличении 400 крат получим для тех же 10 делений шкалы объект-микрометра 32 деления окулярной шкалы, что даст в результате расчёта цену деления шкалы окуляр-микрометра 3, 125 мкм.

Такую поверочную операцию рекомендуется периодически проводить для всех используемых увеличений микроскопа.

2.2 Устройство окулярного микрометра

Окулярный микрометр представляет собой круглое стекло в металлической оправе, на котором на равных расстояниях нанесено десять больших делений или нанесена сетка. Каждое большое деление, в свою очередь, разделено еще на десять частей. Окулярный микрометр помещается в окуляр на специальную вставку примерно на половине фокусного расстояния. Цена деления окулярного микрометра зависит от увеличения данной системы объектив - окуляр. При замене объектива или окуляра цена деления микрометра изменяется.

Для этого применяют окулярный микрометр. Простейший окулярный микрометр представляет собой круглую стеклянную пластинку, на которой нанесена шкала с делениями. Микрометр устанавливают в плоскости изображения, получаемого от объектива. При рассматривании в окуляр изображения объекта и шкалы совмещаются, можно отсчитать, какое расстояние по шкале соответствует измеряемой величине. Предварительно определяют по известному объекту цену деления окулярного микрометра.

2.3 Цена деления окулярного микрометра

Цена деления окулярного микрометра зависит от увеличения данной оптической системы. При замене одного окуляра или объектива другим цена деления микрометра также изменяется.

Определение цены деления окулярного микрометра - соответствующее заданному 60-кратному увеличению микроскопа, производится следующим образом. На столик микроскопа помещается счетная камера. В окуляр вставляется окулярный микрометр и затем определяется, сколько делений микролинейки приходится на одну сторону большого или малого квадрата.

Определение цены деления окулярного микрометра, проверка правильности показания прибора и его центрирование выполняются преподавателем или лаборантом.

При определении цены деления окулярного микрометра часто бывает трудно одновременно отчетливо видеть шкалы окулярного микрометра и объект-микрометра. В таком случае на зеркальце объект-микрометра накладывают кусочек бумаги, который располагают так, чтобы он закрыл все деления шкалы объект-микрометра наполовину. Шкала окулярного микрометра (половины делений) будет отчетливо видна на бумаге.

Для определения цены деления окулярного микрометра пользуются объективным микрометром, представляющим собой предметное стекло, на котором на расстоянии в один миллиметр нанесено сто равных делений. Объективный микрометр помещают на предметный столик микроскопа и фокусируют до резкого очертания линий шкалы. Затем совмещают линии окулярного и объективного микрометров и выбирают две точки, в которых совпадают линии шкал обоих микрометров. Нужно так расположить объективный микрометр, чтобы эти две точки находились вблизи от центра поля и на расстоянии приблизительно одной трети диаметра поля друг от друга. Расчет производится по формуле: А0 10 т / я, где А0 - число мкм, отвечающее одному делению окулярного микрометра при данном объективе; п - число делений окулярного микрометра; т - число делений объективного микрометра.

Предварительно определяют цену деления окулярного микрометра при данном увеличении микроскопа. Для этого на предметный столик микроскопа помещают объективный микрометр.

Калибровка окулярного микрометра. Калибровка окулярного микрометра.

Затем вычисляют цену деления окулярного микрометра для данного увеличения и записывают ее.

Для каждого окуляра определяют цену деления окулярного микрометра по шкале объективного микрометра, у которого каждое деление соответствует 10 мкм, и находят переводной коэффициент окулярного микрометра.

Для определения диаметров шариков необходимо установить цену деления окулярного микрометра.

Для того чтобы узнать истинную толщину диффузионного слоя, определяют цену деления окулярного микрометра. Для этого окуляр данного микроскопа переносят в другой микроскоп, снабженный таким же объективом, как и микроскоп для определения толщины диффузионного слоя.

Для измерения отверстий диаметром от 0, 05 до 2 мм используют контактно-оптический микроскоп с увеличением 75х, ценой деления окулярного микрометра 1 мкм и измерительным усилием 0 01 II. Основными приборами для измерения отверстий диаметром до 1 мм являются измерительные микроскопы, перфлектометры и проекторы, причем увеличение микроскопов доходит до 500ХР а цена деления их окулярных микрометров составляет доли микрометров. Предельная погрешность измерения равна 0 3 - 0 4 мкм.

Для этого определяют, какому числу делений окулярной линейки соответствует величина измеряемого объекта, и умножают это число на цену деления окулярного микрометра.

Для определения диаметров шариков необходимо установить цену деления окулярного микрометра.

2.4 Область применения окулярных микрометров

Окулярные микрометры предназначены для линейных измерений объектов.

Величина объектов измеряется единицами длины микрометрами (мкм), которые раньше назывались микронами.

Изображение объектов под микроскопом измеряется окуляр-микрометром в делениях его шкалы. Поворотом окуляра, в который вложен окуляр-микрометр, и перемещением препаратоводителя на столике микроскопа, совмещают шкалу окуляр-микрометра с измеряемым объектом по направлению измерения. Определяют сколько делений окуляр-микрометра приходится на длину (ширину) объекта. При работе с винтовым окуляр-микрометром, наблюдая в окуляр и вращая барабан по часовой стрелке, подводят центр перекрестия до совмещения с краем измеряемого объекта и делают первый отсчет по шкалам окуляр-микрометра по положению рисок.

По шкале в поле зрения отсчитывают полные мм, а по шкале барабана - сотые доли мм. Таким образом подводят перекрестие до совмещения его центра с изображением второго края измеряемого объекта и делают второй отсчет по шкалам микрометра. Вычисляют разность отсчетов, которая является величиной изображения объекта.

Например, первый отсчет по окуляр-микрометру равен 3, 52 мм; второй отсчет равен 3, 64 мм. Величина изображения объекта = 3, 64 мм - 3, 52 мм = 0, 12 мм (120 мкм).

Для вычисления абсолютной величины объекта нужно определить цену деления окуляр-микрометра. Для этого на предметный столик микроскопа, вместо препарата помещают объект-микрометр, находит его шкалу и совмещают ее со шкалой окуляр-микрометра. Определяют сколько делений окуляр-микрометра приходится на какое-то определенное, возможно большее, число делений объект-микрометра.

Высчитывают цену деления окуляр-микрометра: L = (N x s)/ n, где

L- Цена деления окуляр-микрометра

N- Число делений объект-микрометра

S- Цена одного деления объект-микрометра (см. маркировку)

n- Число делений окуляр-микрометра, совпадающих с числом делений объект-микрометра

Пример: 40 делений окуляр-микрометра точно совпадают с 9 делениями объект-микрометра. Цена деления объект-микрометра равна 0, 01 мм (10 мкм).

Расчитаем цену одного деления окуляр-микрометра: L = (9 х 0, 01 мм)/40 = 0, 00225 мм» 2 мкм.

Таким образом, цена деления окуляр-микрометра при данной комбинации окуляра и объектива равна двум мкм. Цена деления окуляр-микрометра зависит от комбинации окуляра и объектива, а также от длины тубуса микроскопа. Поэтому она определяется для каждого сочетания окуляра и объектива, применяемого для измерения, и записывается. При работе на одном микроскопе можно один раз определить цену деления окуляр-микрометра при различных комбинациях окуляров и объектвов и использовать полученные величины при последующих измерениях. При работе с объективами, у которых имеется коррекционное устройство на толщину покровного стекла, все сравнительные измерения проводят при одинаковом его значении.

Абсолютную величину объекта вычисляют, умножая величину изображения объекта, определенную в делениях окуляр-микрометра на цену деления окуляр-микрометра.

В нашем примере: абсолютная величина объекта = 120 мкм х 2 мкм= 240 мкм.

Список использованной литературы

1. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 256 с.

2. Никифоров А.Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 2007. - 512 с.

3. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1985. - 304 с.

4. Марусина М.Я., Ткалич В.Л., Воронцов Е.А., Скалецкая Н.Д. Основы метрологии стандартизации и сертификации - СПб: СПбГУИТМО, 2009. - 164 с.

5. 28. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 1. Общая теория измерений: Учеб. пособие для вузов. - СПб.: Питер, 2010. - 192 с.

6. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 2. Обеспечение единства измерений: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2012. - 240 с.