В современном строительстве здания и сооружения собирают из отдельных элементов и конструкций, изготавливаемых на соответствующих заводах.
При изготовлении сборных элементов практически невозможно получить абсолютно точно заданные для них проектной или нормативной документацией размеры, которые к тому же неодинаковы в разных сечениях элемента и изменяются от изделия к изделию.
Появление отклонений от заданных размеров и формы при изготовлении стальных конструкций вызвано неточностью оборудования, приспособлений для обработки, а также режущего инструмента, неточностью базирования заготовок и неправильным их закреплением, несоблюдением режимов и условий обработки и другими причинами.
Точность изготовления железобетонных изделий в значительной мере зависит от состояния технологической оснастки, т.е. искривления бортов форм, прогиба поддонов, износа замковых шарниров, смещения фиксаторов закладных деталей и многих других технологических факторов.
При составлении чертежа стального или железобетонного изделия конструктор устанавливает, исходя из условий работы, его геометрические размеры в выбранных единицах измерения. Различают действительный размер Хi и номинальный Хnom.
Действительный размер - это размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью.
Номинальный размер - это основной проектный размер, определенный исходя из его функционального назначения и служащий началом отсчета отклонений. Учитывая погрешности изготовления и монтажа, на чертежах помимо номинального (проектного) размера Хnom указывают два предельно допустимых размера, больший из которых называется наибольшим Хmax, а меньший - наименьшим Xmin предельными размерами. Действительный размер должен находиться в границах предельно допустимых размеров, т.е. Xmax ?Xi ?Xmin.
Для успешной сборки зданий и сооружений необходимо, чтобы изготовленные стальные и железобетонные изделия по размерам и конфигурации соответствовали функциональному назначению, т.е. отвечали производственным и эксплуатационным требованиям.
Основными характеристиками конфигурации сборных элементов являются прямолинейность, плоскостность, перпендикулярность смежных поверхностей, равенство диагоналей.
Размеры, форма, положение конструкций, характеризуемые линейными и угловыми величинами, получили обобщенное наименование - геометрические параметры. Последние, как и размеры, подразделяются на действительные и номинальные.
Качество монтажа зданий и сооружений в значительной мере зависит от выбранной конструкции сопряжения и достигнутой точности изготовления элементов конструкций. Поскольку вопросы точности изготовления изделий имеют прикладное значение для сборного строительства, необходимо изготовить сборные элементы с такой геометрической точностью, которая обеспечит запроектированный характер соединений и сборку конструкций без дополнительной подгонки элементов. Это предполагает, что собираемые элементы будут взаимозаменяемыми по маркам изделий.
Под взаимозаменяемостью в системе обеспечения геометрической точности в строительстве понимают свойство независимо изготовленных однотипных элементов обеспечивать возможность их применения одного вместо другого без дополнительной обработки. Взаимозаменяемость однотипных элементов достигается соблюдением единых требований к их геометрической точности.
Взаимозаменяемые сборные элементы могут быть изготовлены строго по чертежам независимо друг от друга в разное время и на различных заводах, но они должны быть одинаковыми (в пределах допуска) по размерам, форме и физико-механическим свойствам.
Принцип взаимозаменяемости элементов предопределяет собираемость конструкций, т.е. свойство независимо изготовленных элементов обеспечивать возможность сборки из них конструкций зданий и сооружений с геометрической точностью, соответствующей предъявляемым к конструкции эксплуатационным требованиям.
Взаимозаменяемость в типовом строительстве является основным и необходимым условием современного массового и серийного производства. Взаимозаменяемость сборных элементов обеспечивается точностью их параметров, в частности их размеров.
Поверхности, по которым происходит соединение деталей при сборке, называют сопрягаемыми , остальные –несопрягаемыми, илисвободными . Из двух сопрягаемых поверхностей охватывающая поверхность называетсяотверстием , а охватываемая –валом (рис. 7.1).
При этом в обозначениях параметров отверстий используют прописные буквы латинского алфавита (D , E , S ), а валов – строчные (d , e ,s ).
Сопрягаемые поверхности характеризуются общим размером, называемым номинальным размером соединения (D, d).
Действительный размер детали – это размер, полученный при изготовлении и измерении с допустимой погрешностью.
Предельные размеры – это максимальный (D max и d max ) и минимальный (D min и d min ) допустимые размеры, между которыми должен находится действительный размер годной детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском размера отверстия TD и вала Td .
TD (Td) = D max (d max ) – D min (d min ).
Допуск размера определяет заданные границы (предельные отклонения) действительного размера годной детали.
Допуски изображают в виде полей, ограниченных верхним и нижним отклонением размера. При этом номинальному размеру соответствует нулевая линия . Ближайшее к нулевой линии отклонение называютосновным . Основное отклонение отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавитаA , B , C , Z , валов – строчнымиa , b , c , … , z .
Допуски размеров отверстия TD и вала Td могут быть определены как алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями:
TD(Td) = ES(es) – EI(ei).
Величина допуска зависит от размера и требуемого уровня точности изготовления детали, который определяется квалитетом (степенью точности).
Квалитет – это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности.
Стандартом установлено 20 квалитетов в порядке уменьшения степени точности: 01; 0; 1; 2…18. Квалитеты обозначают сочетанием прописных букв IT с порядковым номером квалитета: IT 01, IT 0, IT 1, …, IT 18. С увеличением номера квалитета величина допуска на изготовление детали возрастает.
От правильного назначения квалитета зависит стоимость изготовления деталей и качество работы соединения. Ниже приведены рекомендуемые области применения квалитетов:
– с 01 по 5 – для эталонов, концевых мер длины и калибров;
– с 6 по 8 – для образования посадок ответственных деталей, широко используемых в машиностроении;
– с 9 по 11 – для создания посадок неответственных узлов, работающих при низких скоростях и нагрузках;
– с 12 по 14 – для допусков на свободные размеры;
– с 15 по 18 – для допусков на заготовки.
На рабочих чертежах деталей допуски проставляют рядом с номинальным размером. При этом буквой задается основное отклонение, а цифрой – квалитет точности. Например:
25 к6 ; 25 Н7 ; 30 h 8 ; 30 F 8 .
7.2. Понятие о посадках и системах посадок
Посадкой называется характер соединения двух деталей, определяемый свободой их относительного перемещения. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки могут быть трёх типов.
1. С гарантированным зазором S при условии: D min ≥ d max :
– максимальный зазор S max = D max – d min ;
– минимальный зазор S min = D min – d max .
Посадки с зазором предназначены для образования подвижных и неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают легкость сборки-разборки узлов. В неподвижных соединениях требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.
2. С гарантированным натягом N при условии: D max < d min :
– максимальный натяг N max = d max – D min ;
– минимальный натяг N min = d min – D max .
Посадки с натягом обеспечивают образование неразъемных соединений чаще без применения дополнительного крепления.
3. Переходные посадки , при которых возможно получение в соединении как зазора, так и натяга:
– максимальный зазор S max = D max – d min ;
– максимальный натяг N max = d max – D min .
Переходные посадки предназначены для неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают высокую точность центрирования. Требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.
В ЕСДП предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала.
Посадки в системе отверстия основного отверстия Н c различными полями допусков вала: a , b , c , d , e , f , g , h (посадки с зазором); j S , k , m , n (переходные посадки); p , r , s , t , u , v , x , y , z (посадки с натягом).
Посадки в системе вала образуются сочетанием поля допуска основного вала h с различными полями допусков отверстия: A , B , C , D , E , F , G , H (посадки с зазором); J s , K , M , N (переходные посадки); P , R , S , T , U , V , X , Y , Z (посадки с натягом).
Посадки проставляют на сборочных чертежах рядом с номинальным размером сопряжения в виде дроби: в числителе допуск на отверстие, в знаменателе допуск на вал. Например:
30
или30
.
Следует отметить, что в обозначении посадки в системе отверстия в числителе обязательно присутствует буква Н , а в системе вала в знаменателе – буква h . Если же в обозначении имеются обе буквы Н и h , например 20 Н6/ h 5 , то в этом случае предпочтение отдаётся системе отверстия.
Что такое размер, как размеры подразделяются по назначению?
Размер - это основная характеристика деталей, соединений и изделий в целом. По назначению размеры подразделяются:
Размеры на величину и форму деталей;
Координирующие размеры;
Габаритные размеры;
Сборочные размеры;
Монтажные размеры;
Технологические размеры.
Какие бывают виды размеров, оценивающих величину и форму детали?
Для изготовления деталей на чертежах наносят следующие виды размеров:
- внутренние (охватывающие) размеры - это диаметр отверстия, ширина паза, канавки и т.д. (рис.1);
- наружные (охватываемые) размеры - это диаметр вала, ширина выступа или буртика, габаритные размеры и т.д. (рис.2);
Термины «отверстие» и «вал» условно применимы и к другим наружным и внутренним поверхностям или элементам, не обязательно цилиндрическим (например, паз - «отверстие», шпонка - «вал», рис.3);
- остальные размеры - это глубина отверстия паза, высота выступа, которые нельзя отнести ни к внутренним, ни к наружным размерам (рис. 4);
- угловые размеры (рис.5);
- радиусные размеры (рис.6);
- прочие размеры - это длина резьбовой части детали (рис.7, а); участки различной шероховатости поверхности (рис.7, б); участки термообработки (рис.7, в); отделки, покрытия и т.д. (рис. 8, 9).
Рис.1. Внутренние размеры
Рис.2. Наружные размеры
Рис.3. Размеры отверстия и вала
Рис.4. Остальные размеры
Рис.5. Угловые размеры
Рис.6. Радиусные размеры
Рис.7. Прочие размеры
Рис. 8.Размеры, определяющие положение осей
Рис.9. Размеры сложных поверхностей
Какие единые термины и определения, относящиеся к размерам, установлены Единой системой допусков и посадок (ЕСДП)?
Согласно ГОСТ 25346 - 82, размер - это числовое значение линейной или угловой величины (диаметр, длина и т.д.) в выбранных единицах измерения. Номинальным (D, d, L и др.) называется размер, указанный на чертеже детали, значение которого определяется, исходя из функционального назначения детали, путем расчета (на прочность, жесткость, точность и т.д.) или выбирается из конструктивных соображений. Любой размер, полученный в результате расчета или выбранный из каких-либо соображений, должен быть округлен до ближайшего, как правило, большего значения нормальных линейных размеров по ГОСТ 6639 - 69 и уже в таком виде может быть нанесен на чертеж как номинальный размер.
Номинальный размер соединения является общим для отверстия и вала, образующих соединение (D=d) (рис.10, а). В действительности, в указанном соединении (подшипнике скольжения) вал имеет несколько меньший диаметр, чем диаметр отверстия подшипника, иначе вал не будет вращаться из-за отсутствия зазора (рис. 10, б).
Рис.10. Номинальный размер соединения
Действительным (D i и др.) называется размер, установленный непосредственным его измерением с допустимой погрешностью. Действительные размеры партии деталей, изготовленных на одном и том же станке, настроенном на заданный размер, будут отличаться один от другого, так как на их величину влияет большее число факторов, не поддающихся учету и регулированию (крепления заготовки, вибрация системы станок – приспособление – инструмент - деталь , неоднородность материала и неодинаковость припусков заготовок, колебание температуры в зоне обработки и т.д.). Избежать рассеяния действительных размеров при обработке невозможно, поэтому величину рассеяния ограничивают установлением наибольшего и наименьшего допустимых предельных размеров.
Рис.11. Предельные размеры и допуск
Предельные размеры - это два размера, между которыми должен находиться или которым может равняться действительный размер годной детали. Больший из этих размеров называется наибольшим размером (D max , d max), a меньший - наименьшим предельным размером (D min , d min) (рис.11).
Что называется отклонением размера?
Отклонение размера - это алгебраическая разность между размером и его номинальным значением. Отклонение может быть положительным, отрицательным и равным нулю.
Алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами называется предельным отклонением.
Различают верхнее и нижнее предельные отклонения (рис.12). Верхнее предельное отклонение (отверстия ES, вала es) это:
ES = D max - D; es = d max - d.
Нижнее предельное отклонение (отверстия EI, вала ei):
EI = D min - D; ei = d min - d.
Таким образом, верхнее отклонение соответствует наибольшему предельному размеру, а нижнее - наименьшему предельному размеру.
Рис.12. Отклонения размеров и допуск
На основании вышеприведенных уравнений, предельные размеры можно вычислять алгебраически путем сложения номинального размера и предельного отклонения:
D max = D + ES; d max = d + es;
D min = D + EI; d min = d + ei.
Где применяются отклонения, и как они обозначаются?
Отклонения применяются для обозначения размеров на чертежах. На чертеж детали наносят не два предельных размера (наибольший и наименьший), а номинальный размер с двумя предельными отклонениями в миллиметрах (например, , , ). Предельные отклонения со своими знаками указываются непосредственно после номинального размера более мелким шрифтом: верхнее отклонение несколько выше, а нижнее - немного ниже номинального размера. Отклонение, равное нулю, не указывается, но место его сохраняется (например, , ). Число знаков в отклонении должно быть одинаковое (например, ). Если предельные отклонения одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, то указывается одно отклонение со знаком « » рядом с номинальным размером и одинаковым с ним шрифтом (например, 20 0,01).
Основные понятия о взаимозаменяемости по геометрическим параметрам удобнее рассматривать на примере валов и отверстий и их соединений.
Вал - термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.
Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров.
Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерений.
Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.
Определения даются по ГОСТ 25346-89 "Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений".
Номинальный размер - это размер, относительно которого определяются отклонения.
Номинальный размер получают в результате расчетов (прочностных, динамических, кинематических и т. п.) или выбирают из каких-либо других соображений (эстетических, конструктивных, технологических и т. п.). Полученный таким образом размер должен быть округлен к ближайшему значению из ряда нормальных размеров. Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости были установлены ряды нормальных линейных размеров. Ряды нормальных линейных размеров регламентируются во всем диапазоне, находящем широкое применение.
Базой для нормальных линейных размеров являются предпочтительные числа, а в отдельных случаях их округленные значения.
Действительный размер - размер элемента, установленный измерением. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится для определения годности размеров детали установленным требованиям. Под измерением понимают процесс нахождения значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, а под погрешностью измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер - размер, полученный в результате обработки детали. Значение истинного размера неизвестно, так как невозможно выполнить измерение без погрешности. В связи с этим понятие "истинный размер" заменяется понятием "действительный размер".
Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Для предельного размера, которому соответствует наибольший объем материала, т. е. наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия, предусмотрен термин предел максимума материала; для предельного размера, которому соответствует наименьший объем материала, т. е. наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия, - предел минимума материала.
Наибольший предельный размер - наибольший допустимый размер элемента.
Наименьший предельный размер - наименьший допустимый размер элемента.
Из этих определений следует, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя допустимыми значениями - наибольшим и наименьшим. У годной детали размер должен находиться между этими предельными значениями.
Отклонение - алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и номинальным размером.
Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.
Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.
Отклонения разделяются на верхние и нижние. Верхнее отклонение Е8, еа - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. (ЕЯ- верхнее отклонение отверстия, ег- верхнее отклонение вала).
Нижнее отклонение Е1, е - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. (Е1 - нижнее отклонение отверстия, е - нижнее отклонение вала).
Допуск Т- разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.
Стандартный допуск П - любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.
Допуск характеризует точность размера.
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.
Изобразить отклонения и допуски в одном масштабе с размерами детали практически невозможно.
Для указания номинального размера используется так называемая нулевая линия.
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.
Посадка - характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки.
На рабочих чертежах проставляют номинальные размеры. Это размеры, рассчитанные при конструировании.
В современном машиностроении детали машин должны изготовлять так, чтобы сборка изделий и их составных частей производилась без подгонки одной детали к другой. Одинаковые детали должны быть взаимозаменяемыми. Только при этом условии возможно производить сборку машин поточным методом. Но идеально точно обработать деталь невозможно из-за неточности станков, на которых обрабатывают детали, неточность измерительных инструментов, несовершенства органов управления.
Размер, полученный в результате измерения готовой детали, называется действительным. Наибольшим и наименьшим предельными размерами называют установленные наибольшие и наименьшие допустимые значения размеров. Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Разность между результатом измерения и номинальным размером называется отклонением размера – положительным, если размер больше номинального, и отрицательным, если размер меньше номинального.
Разность между наибольшим предельным размером и номинальным называется верхним предельным отклонением, а разность между наименьшим предельным размером и номинальным – нижним предельным отклонением. Отклонения обозначают на чертеже знаком (+) или (-) соответственно. Отклонения пишут вслед за номинальным размером более мелкими цифрами одно под другим, например:
Где 100 – номинальный размер; +0,023 – верхнее, а -0,012 – нижнее отклонение.
Полем допуска называется зона между нижним и верхним предельными отклонениями. Оба отклонения могут быть отрицательными или положительными. Если одно отклонение равно нулю то оно на чертеже не проставляется. Если поле допуска расположено симметрично, то величину отклонения наносят со знаком “+-“ рядом с размерным числом цифрами такого же размера, например:
Отклонения размеров углов указывают в градусах, минутах и секундах, которые должны быть выражены целыми числами, например 38 град 43`+-24``
При сборке двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхность. Охватывающая поверхность носит общее название отверстие, а охватываемая – вал. Размер общий для одной и другой детали соединения, называется номинальным. Он служит началом отсчета отклонений. При установлении номинальных размеров для валов и отверстий необходимо расчетные размеры округлять, подбирая ближайшие размеры из ряда номинальных линейных размеров по ГОСТ 6636-60.
Различные соединения деталей машин имеют свое назначение. Все эти соединения можно себе представить как охватывание одной детали другой или как посадку одной детали в другую, причем одни соединения можно собрать и разъединить, а другие собираются и разъединяются с трудом.