- •Учебное пособие
- •Метрология и стандартизация
- •1.1. Основные понятия метрологии и стандартизации
- •1.2. Метрология и технические измерения
- •1.2.1. Основные понятия
- •1.2.2. Методы планирования измерений
- •1.2.3. Универсальные средства измерений
- •1.2.4. Критерии оценки погрешностей измерений
- •1.2.5. Эталоны. Меры длины и угловые меры.
- •1.3. Стандартизация
- •1.3.1. Организация работ по стандартизации
- •1.3.2. Категории стандартов
- •2. Взаимозаменяемость, допуски и посадки
- •2.1. Основные понятия о взаимозаменяемости
- •2.2. Номинальный, предельный и действительный
- •2.3. Допуск размера и посадки
- •2.4. Понятие о соединениях и сопряжениях
- •2.5. Интервалы размеров
- •2.6. Ряды точности (ряды допусков)
- •2.7. Поля допусков отверстий и валов
- •2.8. Посадки в системе отверстия и в системе вала
- •2.9. Нормирование, методы и средства контроля отклонений
- •2.9.1 Система нормирования отклонений формы
- •2.9.2.Обозначение на чертежах допусков формы
- •2.9.3. Система нормирования и обозначения
- •2.9.4. Волнистость поверхностей деталей
- •2.9.5. Влияние шероховатости, волнистости, отклонений
- •3. Нормирование точности
- •3.1. Нормирование точности подшипников качения
- •3.1.1. Основные положения
- •3.1.2. Ряды точности подшипников качения
- •3.1.3. Условные обозначения подшипников качения
- •3.1.4 Посадки подшипников качения
- •3.1.5. Поля допусков колец подшипников качения
- •3.1.6. Поля допусков для размеров посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов под подшипники качения
- •3.1.7. Посадки подшипников качения на валы
- •3.1.8. Требования к посадочным поверхностям валов
- •3.1.9. Выбор посадок для колец подшипников
- •3.2. Нормирование точности метрической резьбы
- •3.2.1. Резьбовые соединения, используемые в машиностроении
- •3.2.2. Номинальный профиль метрической резьбы
- •3.2.3. Нормируемые параметры метрической резьбы
- •3.2.4. Понятие о приведенном среднем диаметре резьбы
- •3.2.5. Поля допусков для нормирования точности элементов
- •3.2.6. Соединения (посадки) резьбовых элементов деталей
- •3.3. Нормирование точности цилиндрических зубчатых колес и передач
- •3.3.1. Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач
- •3.3.2. Степени и нормы точности, виды сопряжений
- •3.3.3. Условные обозначения требований к точности
- •3.3.4. Нормируемые параметры (показатели),
- •3.3.5. Нормируемые параметры (показатели),
- •3.3.6. Нормируемые параметры (показатели),
- •4. Основы сертификации
- •3.1.1. Основные положения 103
- •3.1.4 Посадки подшипников качения 112
- •3.2.6. Соединения (посадки) резьбовых элементов деталей 142
- •3.3.1. Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач 145
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Метрология и стандартизация
1.1. Основные понятия метрологии и стандартизации
Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их, единства и способах достижения требуемой точности.
Основные задачи метрологии (ГОСТ 16263—70) — установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, разработка теории, методов и средств измерений и контроля, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств. В результате измерения получают значение физической величины:
Q = qU, (1)
где q — числовое значение физической величины в принятых единицах; U—единица физической величины.
Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным. В ряде случаев нет необходимости определять действительное значение физической величины, например при оценке соответствия физической величины установленному допуску. При этом достаточно определить принадлежность физической величины некоторой области Т:
Q ⊂ Т или Q ⊄ Т. (2)
Следовательно, при контроле определяют соответствие действительного значения физической величины установленным значениям. Примером контрольных средств являются калибры, шаблоны, устройства с электроконтактными преобразователями.
Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативно-технические документы ГСИ — государственные стандарты. В соответствии с рекомендациями XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 г. принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417—81.
Точность в технике — это степень приближения истинного значения параметра, процесса, предмета к его заданному значению.
Требования к точности могут относиться к точности механического или другого вида обработки, механизмов и машин, систем автоматизированного управления, измерений и т.д.
Вместе с термином "точность" более часто для аналогичной оценки используется термин "погрешность", поэтому необходимо дать некоторые пояснения по различию этих терминов и разграничению области их применения. Когда употребляют термин "точность", то обычно имеют в виду качественный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Поэтому, говоря о точности, употребляют выражения "высокая точность", "низкая точность" и т.д. Однако эти понятия или термин "точность" невозможно использовать при нормировании требований о приближении значения к заданному.
Термин "погрешность" используется для количественной оценки точности. Погрешность — разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением. Это определение относится к так называемой абсолютной погрешности, которая обычно нормируется для характеристики точности в машиностроении. Таким образом, строго говоря, нормируется погрешность как показатель точности. Во всех случаях, когда считают, что точность "высокая" или "низкая", необходимо в подтверждении указывать значение погрешности. Нельзя говорить, например, о "высокой точности изготовления", если не указывается погрешность этого изготовления.
Необходимо обратить внимание на необходимость говорить не о точности изготовления детали, а о точности изготовления элементов детали. Любая деталь, даже простейшая, состоит из нескольких элементов. Так, цилиндрический валик состоит из элемента в виде цилиндрической поверхности и двух элементов в виде плоскостей, требования к точности у которых разные. Цилиндрический валик может иметь несколько ступеней, и требования к точности изготовления размеров их диаметров, как правило, разные, поскольку у них разные эксплуатационные функции.
Более точно следует говорить, что в машиностроении чаще всего нормируются требования к точности элементов детали, но иногда и всего механизма.
В настоящем предмете, в основном, будут рассматриваться вопросы нормирования точности геометрических параметров элементов деталей.
Могут возникнуть вопросы: зачем нормировать требования к точности и почему нельзя изготовить абсолютно точно элементы детали и не нормировать и не рассматривать вопросы точности?
Однако изготовить абсолютно точно элементы детали невозможно да и не нужно:
а) в зависимости от назначения элемента детали требования к его точности должны быть разные;
б) по целому ряду причин (о чем будет сказано в следующем параграфе) невозможно изготовить абсолютно точно любой элемент детали, даже самый простой;
в) чем точнее требуется изготовить элемент детали, тем дороже будет это изготовление; стоимость изготовления с повышением требований к точности увеличивается по кривой второго порядка.
Таким образом, изготовить абсолютно точно элемент детали невозможно, не нужно, и чем точнее требуется изготовление, тем дороже обходится эта продукция. На последнее обстоятельство необходимо обратить Ваше внимание для того, чтобы в своей практической деятельности Вы не назначали требований к точности больше, чем в действительности требуется для работы этого элемента. Вопрос правильного назначения требований к точности очень сложный и для его решения нужны не только знания, но и практический Опыт.
В отношении элементов деталей в машиностроении нормирование точности, т.е. установление требований о степени приближения к заданному значению, состоянию или положению можно и нужно рассматривать в отношении нескольких параметров (показателей), характеризующих определенные эксплуатационные свойства и устанавливающие связь с причинами проявления неточности.
Есть много причин, по которым невозможно изготовить элементы детали абсолютно точно. Ниже рассмотрены основные из них, возникающие при изготовлении элементов деталей в машиностроении.
1. Состояние оборудования и его точность. Обрабатывающий станок в большинстве случаев почти полностью переносит свою неточность обрабатываемой детали. Так, биение шлифовального круга и вибрации приводят к появлению поверхностных неровностей. Шаг нарезаемой резьбы почти полностью копируется с шага винта токарного станка и т.д. Если устройство для подачи инструмента работает не плавно, то невозможно получить точный размер. Точность штампа полностью переносится на точность детали.
2. Качество и состояние технологической оснастки. К такой оснастке относится вспомогательное оборудование. Если в кондукторе для сверления неправильно расположены отверстия, то эта погрешность перейдет и на деталь. Если центра для установки детали на шлифовальном станке сбиты, то невозможно получить цилиндрическую деталь, она может оказаться конусной.
3. Режимы обработки. Для каждой детали и деталей с близкими размерами и близкими требованиями к точности по указанным четырем геометрическим параметрам должны быть оптимальные режимы обработки. Если при шлифовании давать очень большие подачи, то могут получиться большие неровности на поверхности, прижоги, т.е. деталь так разогреется, что закаленная поверхность может оказаться отпущенной.
4. Неоднородность материала заготовок и неодинаковость припуска на обработку. Из-за этих причин происходит износ инструмента, т.е. его размер может меняться от начала до конца обработки одной детали. Разные припуски приводят к разному разогреву детали, и ее размер после остывания оказывается другим, чем непосредственно после обработки. Неоднородность заготовок по твердости в разных местах приводит к появлению вибраций в процессе резания, а это в свою очередь — к появлению поверхностных неровностей.
5. Температурные условия. Во всем мире установлено, что все размеры должны определяться при температуре 20°С. Поэтому, если температура отличается от 20°С, особенно в процессе изготовления или измерений, то это отражается как на размере детали, так и на искажении формы и расположения ее поверхностей.
6. Упругие деформации детали, станка, инструмента. Если при установке детали на станке в центрах сильно подать ее, то практически невозможно получить цилиндрическую поверхность, поскольку деталь изогнется из-за поджимов. Сильно прижатая к плоскости станка деталь после обработки и снятия нагрузки может оказаться неправильной формы.
7. Квалификация и субъективные ошибки рабочего. При работе на определенном виде оборудования рабочий должен приобрести навык. Это дается годами и при этом не обязательно рабочие, проработавшие одинаковое время на одинаковых станках, способны сделать деталь одинаковой точности. Это в значительной мере зависит от индивидуальных особенностей человека — субъективные факторы — и имеет место, как в процессе изготовления, так и в процессе измерения.
Приведенные причины показывают, что невозможно изготовить детали совершенно одинаковые и без погрешностей. В связи с этим при решении вопроса о взаимозаменяемости приходится решать вопрос о том, насколько можно допустить отклонение по приведенным четырем геометрическим параметрам с тем, чтобы эта деталь или узел обладали свойством взаимозаменяемости, т.е. нормировать требования к точности. Конструктор должен решать вопрос о нормировании оптимальной точности, которая действительно нужна, а технолог решать вопрос, как при существующем оборудовании добиться установленной конструктором точности. Конструктор часто стремится нормировать более высокую точность (не всегда достоверно известна требуемая), а технолог заинтересован в меньшей точности (легче и дешевле изготавливать) . И так существует постоянное противоречие между разработчиком и изготовителем.
.