Нормирование точности формы и расположения поверхностей

4.2.1 Понятие прилегающего элемента.

В процессе изготовления и эксплуатации деталей их поверхности приобретают реальную форму, которая из-за множества погрешностей, сопровождающих любой технологический процесс, отличается от идеальной (номинальной) формы, заданной чертежом. Погрешности формы сопрягаемых поверхностей деталей приводят к снижению качества машин и эффективности их эксплуатации.

Реальная поверхность – это поверхность, образованная при обработке заготовки или эксплуатации детали и отделяющая их от окружающей среды.

Номинальная поверхность – это идеальная поверхность, характеристики которой заданы чертежом или другой технической документацией.

Отклонение формы реальной поверхности от номинальной называется отклонением формы. А отклонения в расположении реальной поверхности относительно её номинального расположения называется отклонением расположения.

В основу нормирования и количественной оценки отклонений формы и расположения положен принцип прилегающих элементов (поверхностей, профилей, линий).

Элемент – обобщённый термин, под которым может пониматься поверхность (часть поверхности), профиль, линия, (в том числе ось)  или плоскость симметрии. 

Прилегающий элемент – это элемент(поверхность, профиль, линия), который должен иметь форму номинального геометрически правильного элемента (поверхности, профиля или линии), и располагаться  вне материала реального элемента детали так, чтобы отклонение от него до наиболее удалённой точки реального элемента в пределах нормируемого участка имело минимальное значение.

Это определение для прилегающих элементов не распространяется на цилиндрические поверхности.

Нормируемый участок – участок реального элемента (поверхности или линии), к которому относятся требования точности  формы или расположения.

Если нормируемый участок не задан, то требования точности (допуск или отклонение) относятся ко всей рассматриваемой поверхности или длине рассматриваемого элемента. Если не задано расположение нормируемого участка, то он может занимать любое расположение в пределах всей поверхности.

На рисунке 4.5 показаны в сечении реальный профиль поверхность с нормируемым участком АВ и три прямые (1 – 1, 2 – 2, 3 – 3), проведённые касательно (вне материала) к реальному профилю. В качестве прилегающей принята линия 3-3, так как при таком её положении расстояния Аа₃ и Вв₃ от неё до реального профиля поверхности становятся наименьшими, что и удовлетворяет условию прилегающего элемента, в данном случае - линии.

 E – отклонение формы прямой линии на нормируемом участке AB.

 

 

Рисунок 4.5 – Схема к определению прилегающего элемента (поверхности, линии, контура)

 

Прилегающие элементы при измерениях могут быть материализованы: поверхности -  поверхностями поверочных плит, тремя точками, точкой и прямой, двумя пересекающимися и двумя параллельными прямыми; линии – двумя точками, поверхностями оправок (для осей отверстий), измерительными поверхностями лекальных угольников.

Все виды отклонений формы разделяются на комплексные и дифференцированные (частные). Выделение дифференцированных видов отклонений связано с тем, что: 1) изменение формы поверхности даже одной детали может оказать существенное влияние на функционирование машины в целом;

2) во многих случаях измерение дифференцированных отклонений обеспечено необходимыми методами и средствами измерения, и потому они более доступны на практике, чем комплексные.

 

4.2.2 Отклонения формы плоских поверхностей

Комплексным показателем точности формы плоской поверхности является отклонение от плоскостности EFE, определяемое как наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающей (рисунок 4.6). Отклонение от плоскостности поверхности на чертежах нормируется допуском плоскостности, который обозначается знаком    .

Дифференцированными отклонениями от плоскостности являются вогнутость и выпуклость (рисунок 4.7), которые не имеют специальных обозначений на чертеже. Требования к ним указываются на поле чертежа текстом. Например, вогнутость (выпуклость) не допускается, или вогнутость (выпуклость) не более 0,2 мм.

А, Б, С – точки реальной поверхности, материализующие прилегающую поверхность; EFEi – отклонения точек реальной поверхности от прилегающей; EFE₂ – отклонение от плоскостности реальной поверхности

 

Рисунок 4.6 - Пример материализации прилегающей поверхности

 

Рисунок 4.7 - Примеры дифференцированных отклонений формы плоской поверхности: а – вогнутость плоскости; б – выпуклость плоскости

 

4.2.3 Отклонения расположения плоских поверхностей

Установлено, что на точность измерения отклонений расположения влияют отклонения формы измеряемой поверхности. Поэтому для получения более точного результата отклонения формы измеряемой поверхности должны исключаться. Это можно сделать, если реальные поверхности заменить прилегающими или их элементами (точки, линии).

О тклонение от параллельности плоскостей EPA (рисунок 4.8 а) – разность наибольшего и наименьшего расстояний между прилегающими плоскостями в пределах нормируемого участка.

На чертежах отклонение от параллельности нормируется допуском параллельности, который обозначается знаком.

Величину отклонения можно определить по результатам измерений и расчётом по формуле

                           ,                                                  (4.1)

где EPA – отклонение от параллельности;

L – нормируемая длина;

l – длина, на которой производят измерения расстояний h _нб и h _нм;

h _{нб ,} h _нм – наибольшее и наименьшее расстояния между прилегающими поверхностями.

                                     

                            а)                                                                  б)

EPA – отклонение от параллельности; EPR – отклонение от перпендикулярности;

1, 2 – действительные поверхности; 3 – 3; 4 – 4; 5 – 5 – прилегающие поверхности;

L – длина нормируемого участка

 

Рисунок 4.8 – Схемы к определению отклонения расположения плоскостей:

 а -  от параллельности; б - от перпендикулярности

 

Отклонение от перпендикулярности плоскостей EPR – отклонение угла от прямого между прилегающими плоскостями, выраженное в линейных единицах, на длине нормируемого участка (см. рисунок 4.8 б). Величину отклонения от перпендикулярности поверхностей можно определить по результатам измерений и расчётом по формуле:

                                          ,                                                  (4.2)

где L – нормируемая длина;

l – длина, на которой производились измерения расстояния h _i;

h – измеренное расстояние между прилегающей поверхностью и номинальным положением измеряемой поверхности.

 

На чертежах отклонение от перпендикулярности нормируется допуском перпендикулярности, который обозначается знаком.

4.2.4 Отклонения формы цилиндрических поверхностей

Для цилиндрических поверхностей в соответствии с нормативными документами во всём мире нормируется три вида комплексных отклонений формы:

1) отклонение от цилиндричности – комплексное (обобщённое) отклонение формы реального цилиндра от геометрически правильного;

2) отклонение от круглости – комплексное отклонение, рассматриваемое в поперечном сечении цилиндра;

3) отклонение профиля продольного сечения – комплексное отклонение, рассматриваемое в продольном сечении, проходящем через ось поверхности.

Для оценки величины названных отклонений следует материализовать следующие прилегающие элементы:

- прилегающий цилиндр – цилиндр наименьшего возможного диаметра, описанный вокруг действительной поверхности (действительного цилиндра) (рисунок 4.9);

- прилегающая окружность - окружность наименьшего возможного диаметра, описанная вокруг действительного наружного профиля (вал) или вписанная в действительный внутренний профиль (отверстие) (рисунок 4.10);

- прилегающий профиль продольного сечения – две взаимосвязанные параллельные прямые, соприкасающиеся с реальным профилем продольного сечения и расположенные вне материала детали так, чтобы наибольшее отклонение точек реального профиля от соответствующей стороны прилегающего профиля в том же сечении в пределах нормируемого участка имело бы минимальное значение (рисунок 4.11).

Отклонением от цилиндричности называется наибольшее отклонение EFZ от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка (см. рисунок 4.9).

 

 

 

Рисунок 4.9 - Схема определения размера прилегающего цилиндра

 

При определении величины отклонения от цилиндричности необходимо найти наиболее удалённые точки реальной поверхности. Они могут находиться в разных поперечных и продольных сечениях. На рисунке 4.9 такими точками будут В, принадлежащая поперечному сечению 3 и С – сечению 4.

Отклонение от круглости и отклонение профиля продольного сечения представляют собой как бы разделённый комплексный показатель отклонения от цилиндричности в соответствующих сечениях цилиндра.

Отклонение от круглости – наибольшее расстояние EFK от точек реального профиля до прилегающей окружности (см.рисунок 4.10).

За отклонение от круглости EFK для измеренной поверхности принимается наибольшая из величин отклонений, выявленных при измерении в разных сечениях.         

             а)                                                   б)

 

                           в)                                                               г)

Рисунок 4.10 - Отклонение от круглости: а – наружной поверхности; б - внутренней поверхности; в, г - дифференцированные отклонения в поперечном сечении

цилиндрической поверхности (наружной или внутренней): в – овальность; г – огранка

 

Отклонение профиля продольного сечения – наибольшее расстояние EFP от точек реальной поверхности, лежащих на образующей в плоскости, проходящей через её ось, до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка (рисунок 4.11).

В случае, изображённом на рисунке, за отклонение профиля продольного сечения следует принять расстояние EFP ₂ , как наибольшее из измеренных.

Рисунок 4.11 - Отклонения профиля продольного сечения

 

При построении прилегающего профиля следует иметь в виду, что его образующие должны быть параллельны друг другу, касательны к реальному профилю с его внешней стороны и расположены таким образом, чтобы наибольшее расстояние от одной из образующих до соответствующей образующей реального профиля, измеренное вдоль оси ординат, было минимальным.

Дифференцированными видами отклонения профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность и седлообразность (рисунок 4.12). На рисунке тонкими линиями показаны образующие прилегающего цилиндра.

 

 

                  а)                                          б)                             в)

Рисунок 4.12 - Дифференцированные виды отклонений профиля продольного сечения: а – конусообразность; б – бочкообразность; в – седлообразность

 

Отклонение от цилиндричности может быть определено следующими методами:

- методом поперечных сечений;

- методом образующих;

- методом винтовой линии;

- методом экстремальных значений.

Каждый из методов может быть реализован непрерывным или дискретным измерением.

На практике чаще всего измерение отклонения от цилиндричности осуществляют с использованием двухточечных средств измерения, например, микрометра, рычажной скобы, нутромеров микрометрического и индикаторного.

При абсолютном методе измерений (микрометр, микрометрический нутромер) определяем значение размеров d _i, а при относительном (скоба, индикаторный нутромер) – отклонения x_i от настроечного размера d _н.

За размер прилегающего цилиндра при абсолютном методе измерений принимается:

- для наружных поверхностей наибольший из всех измеренных размеров: 

                                       d _пр = d _нб,

- для внутренних поверхностей наименьший из всех измеренных размеров:  

                                      D _пр = D _нм.

При относительных измерениях внутренней поверхности размер прилегающей окружности определится значением наименьшего (с учётом знака) отклонения от настроечного размера.

                                     D _пр = D _н + Е _нм.

За отклонение от цилиндричности при дискретных измерениях отклонений принимается:

- при абсолютных измерениях полуразность предельных размеров, измеренных в заданных сечениях и направлениях на всей поверхности:

                                      EFZ = (d _нб – d _нм)/2;

- при относительных измерениях полуразность предельных отклонений от настроечного размера, измеренных в заданных сечениях и направлениях на всей поверхности:

                                            EFZ = (Е _нб – Е _нм)/2

 

4.2.5 Нормирование

После изготовления деталей, точность формы и расположения поверхностей контролируют путём измерения отклонений выбранным методом и средством измерений. В результате измерений определяют действительные отклонения формы и расположения поверхностей от номинальной формы и номинального расположения.

Степень соответствия реальной и номинальной формы поверхности, реального  и номинального их расположения определяется степенью точности.

Для нормирования точности формы и расположения установлено шестнадцать (16) степеней точности (ГОСТ 24643), которые назначаются в зависимости от функциональных требований к  поверхности.

Нормирование отклонений формы и расположения поверхностей заключается в ограничении их допусками.

Допуск формы – наибольшее допускаемое значение отклонения формы.

Допуск расположения (суммарный допуск формы и расположения) - предел, ограничивающий допускаемое значение отклонения.

Следует иметь в виду, что при нормировании точности формы одно отклонение направлено в «тело» детали, а другое всегда равно нулю (это следует из определения прилегающей поверхности).

Поэтому нормирование отклонений формы и расположения поверхностей производится односторонним отклонением, которые в ГОСТ 24643 указаны в виде допусков на соответствующие параметры поверхности.  

Заключение о годности изготовленной детали делают на основании сравнения наибольшего действительного отклонения полученного в результате измерений, взятого по абсолютной величине,  с допусками, указанными в стандарте для соответствующей степени точности и номинального размера.

                       

4.2.6 Обозначения в тексте допусков и отклонений

В тексте нормативного документа, в отчёте по научной или учебной работе, в технических требованиях чертежей  отклонения формы и допуски следует обозначать в соответствии с приведёнными в таблицах 4.2 - 4.4.