ГЛАВА 2. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ФОРМЫ, ШЕРОХОВАТОСТИ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

2.1. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ И ЕE НОРМИРОВАНИЕ

На поверхности детали после еe обработки остаются следы от кромок режущего инструмента в виде неровностей и гребешков, близко расположенных друг от друга. Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенная на базовой длине (L). Ше-роховатость поверхностей влияет на эксплуатационные свойства деталей машин и механизмов. В подвижных посадках за счет износа поверхностей увеличивается зазор. В соединениях с натягом ослабляется прочность соединения и величена натяга за счет смятия гребешков. Шероховатость влияет на герметичность соединения, коррозионную стойкость, усталостную прочность и другие качественные показатели изделия.
Нормирование шероховатости поверхности по ГОСТ 2789 выполнено с учетом международных стандартов.
Для нормирования шероховатости поверхностей по ГОСТ 2789 установлено шесть параметров: три высотных (Rа; Rz; Rmax), два шаговых (Sm; S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp). Выбор параметров производится с учетом эксплуатационных свойств поверхности
Предпочтительным принят параметр Ra ? среднее арифметическое отклоне-ние профиля, так как он определяет шероховатость по всем точкам профиля.
Средняя высота неровностей по 10 точкам Rz используется в тех случаях, когда нельзя измерить Ra на приборах типа профилометр путем ощупывания поверхности алмазной иглой. Шаговые параметры влияют на виброустойчивость, сопротивление в волноводах и электропроводность в электротехнических деталях. Параметр tp необходимо учитывать при высоких требованиях к контактной жесткости и герметичности. В старом ГОСТ 2789-59 предусматри-валось 14 классов шероховатости в порядке уменьшения значений параметров. В сравнительной даны соотношения между классами шероховатости и другими высотными параметрами. С 1983 г. для всех классов введен ряд значений Ra предпочтительного применения. Примеры нормирования параметров шероховатости для типовых поверхностей даны в табл. 2.2. Указание требований к шероховатости поверхностей производится на чертежах согласно ЕСКД по ГОСТ 2.309. Обозначение шероховатости состоит из условного значка и числовых значений.
С 2005г. требуется указывать символ и числовые значения под полкой зна-ка.
Например: Ra 1,6 ; Rz 40 . Изменения №3 в ГОСТ 2.309-73.
Числовые значения параметров шероховатости зависят от требований к точности размера и требований к форме поверхности, т. е. устанавливаются соотношения между квалитетом размера, степенью точности формы поверхности и ее шероховатостью.

2.2. НОРМИРОВАНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Вследствие целого ряда причин при изготовлении геометрическая форма деталей не выдерживается. Поверхности также должны правильно располагаться одна относительно другой, однако они имеют погрешности взаимного расположения. Все эти погрешности формы, взаимного расположения, а также шероховатость поверхностей влияют на эксплуатационные (износ, шум, прочность, герметичность и т.д.) и на технологические (трудоемкость обработки, сборки, контроля, себестоимость) показатели. Поэтому отклонения формы и расположения поверхностей должны быть ограничены допусками. Основные нормативные требования к допускам формы и расположения поверхностей отражены в государственных стандартах, а указания на чертежах выполняются согласно требованию ЕСКД по ГОСТ 2.308.
Для каждого вида допуска установлено 16 степеней точности в порядке возрастания величины допуска.
При установлении соотношения между допуском размера и допуском формы для цилиндрических деталей принят диаметр рассматриваемой поверхности, а для плоских деталей допуск на толщину детали, так как наибольшая погрешность равна этому допуску (100 %).
Для цилиндрических деталей допуск формы задан в радиусном выражении, поэтому наибольшая погрешность формы принята равной 50 % от допуска на диаметр.
Для деталей жесткой конструкции (L?2d) по соотношению допусков размера (Т) и формы (Тф) установлено [4] три уровня относительной геометрической точности:
А - нормальный (для поверхностей без особых требований к точности формы);
В - повышенный (для поверхностей, работающих при значительных скоростях и нагрузках при наличии ударов и вибраций);
С - высокий (для поверхностей, работающих при высоких нагрузках с ударами и вибрациями, при скоростях свыше 1000 об/мин, а также при требованиях герметичности, плавности хода).
Расчет допусков формы и шероховатости поверхности производится в этом случае с учетом коэффициентов формы (Кф) и коэффициентов шероховатости (Кr) по следующими зависимостям:
Тф = Kф Т ; Ra = КrТ.
Для деталей значительной длины (L/2d> 1) допуски формы рассчитываются с учетом коэффициента жесткости Кж =L/2d по формуле:
Тф = Кф Кж Т.
Назначение допусков формы может быть выполнено также методом подобия. Тогда по условиям эксплуатации детали определяется степень точности (табл. 2.3) . Затем степень точности снижается на одну, если L/d от 2 до 5; на две степени точности грубее, если L/d>5 и определяется допуск.
Числовые значения и степень точности для допусков расположения обычно определяются методом подобия (см. табл. 2.11) по рекомендациям справочной литературы. Расчетный метод с учетом теории размерных цепей применяется в следующих случаях:

2.3. ЗАВИСИМЫЕ И НЕЗАВИСИМЫЕ ДОПУСКИ РАСПОЛОЖЕНИЯ

Стандартами установлены два вида допусков расположения: зависимые и независимые. Зависимыми могут быть следующие допуски расположения поверхностей: позиционные допуски, допуски соосности, симметричности, перпендикулярности, пересечение осей, а также допуск прямолинейности оси и допуск плоскостности для плоскости симметрии. Допуск параллельности и наклона может быть только независимый. Независимый допуск имеет постоянное числовое значение для всех деталей и не зависит от их действительных размеров. Зависимый допуск имеет переменное значение и зависит от действительных размеров базового и рассматриваемого элементов.
При отсутствии на чертеже специальных обозначений допуски понимаются как независимые. Зависимые допуски должны быть обозначены символом М или оговорены текстом в технических требованиях. Для независимых допусков может использоваться символ S , хотя его указание необязательно.
Независимые допуски используются для ответственных соединений, когда их величина определяется функциональным назначением детали.
Условия выбора зависимого допуска расположения
Зависимый
Крупносерийное, массовое производство
Требуется обеспечить только собираемость при условии полной взаимозаменяемости
Контроль калибрами расположения
Вид соединений:
Неответственные соединения
Сквозные отверстия под крепеж
Независимый
Требуется обеспечить правильное функционирование соединения (соосность, герметичность, балансировка, и другие требования)
Контроль универсальными средствами
Вид соединений:
Ответственные соединения с натягом или по переходным посадкам
Резьбовые отверстия под шпильки или отверстия под штифты
Посадочные места под подшипники, отверстия под валы зубчатых передач
Зависимые допуски устанавливаются для деталей, сопрягаемых одновременно по двум или более поверхностям, для которых взаимозаменяемость сводится к обеспечению собираемости по всем сопрягаемым поверхностям (соединение фланцев с помощью болтов). Используются зависимые допуски в соединениях с гарантированным зазором в крупносерийном и массовом производстве, контроль их производится калибрами расположения. На чертеже указывается минимальное значение допуска, которое соответствует проходному пределу (наименьший предельный размер отверстия или наибольший предельный размер вала). Фактическая величина зависимого допуска расположения определяется действительными размерами соединяемых деталей, т. е. в разных сборках она может быть разная.

2.4. НЕУКАЗАННЫЕ ДОПУСКИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Неуказанные допуски расположения поверхностей относятся к неответственным поверхностям деталей машин и в чертежах специально не оговариваются, а должны обеспечиваться технологически (обработка с одной установки, от одной базы, одним инструментом и т.д.). В технических требованиях чертежа детали должна быть ссылка на ГОСТ 25069, который определяет числовые значения неуказанных допусков расположения. Пример такой записи: «Неуказанные допуски перпендикулярности и соосности по ГОСТ 25069».
Неуказанные допуски расположения условно можно разделить на три группы:
– первая группа – показатели, отклонения которых допускаются в пределах всего поля допуска размера рассматриваемого элемента или размера между элементами;
– вторая группа – показатели, отклонения которых не ограничиваются полем допуска размера и не являются его составной частью, на них распространяются таблицы ГОСТ 25069;
– третья группа – показатели этих параметров косвенно ограничиваются допусками других размеров (предельные отклонения межосевых расстояний при позиционной системе задания осей отверстий, допуск наклона и допуск угла в мкм).
Отклонения расположения поверхностей в пределах всего поля допуска размера используются:
– для свободных (несопрягаемых) поверхностей, к которым не предъявляется особых эксплуатационных требований;
– поверхностей, образующих соединения с зазором, необходимым для обеспечения сборки, а взаимное перемещение деталей отсутствует;
– поверхностей, образующих соединения с натягом или по переходным посадкам, к которым не предъявляется требований по точности центрирования и которые не подвергаются повторной сборке и тяжелым нагрузкам при эксплуатации.
Вторая группа включает в себя следующие виды допусков: перпендикулярности, соосности, пересечения осей, симметричности, радиального и торцового биения.
Выбор вида допуска определяется конструктивной формой детали.
Выбор базовой поверхности производится следующим образом:
– неуказанные допуски должны определяться от ранее выбранных баз для указанных одноименных допусков расположения или биения;
– если база ранее не выбрана, то за базовую поверхность принимается поверхность наибольшей протяженности, обеспечивающая надежную установку детали при измерении (например, для допуска соосности базой будет ступень вала большей длины, а при одинаковых длинах и квалитетах – поверхность большого диаметра).
Выбор степени точности зависит от квалитета определяющего допуска размера, т.е. размера по которому назначается неуказанный допуск расположения.
Примеры назначения определяющих допусков размеров
– для перпендикулярности – допуск длины базовой поверхности или допуск на расстоянии от плоскости, перпендикулярной базовой плоскости до оси отверстия, если задано несколько координирующих размеров, то размер - по более точному квалитету ;
– для торцового биения – допуск длины ступени вала, так как этот размер определяет перпендикулярность торца к оси вала, если на чертеже несколько размеров различной точности, то необходимо выбрать размер с более точным квалитетом;
– для симметричности (B), радиального биения, соосности (d1), пересечения осей – допуск размера с более грубым квалитетом.
В качестве номинальных размеров принимаются:
– для допуска перпендикулярности размер меньшей стороны прямого угла или длина рассматриваемого элемента (L);
– для допуска торцового биения – диаметры рассматриваемых поверхностей( d1 и d2);
– для допусков симметричности (B), соосности (d1), пересечения осей и радиального биения – наибольший из номинальных размеров базового или рассматриваемого элементов.