книги из ГПНТБ / Брук С.И. Основы взаимозаменяемости и технические измерения учеб. пособие с элементами программир. обучения

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

G . И . Б Р У К

Основы

взаимозаменяемости и технические измерения

У ч е б н о е пособие с элементами

программированного

обручения

ИЗД А Т Е Л Ь С Т ВО ЛЕНИНГРАДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1973

Рекомендовано к изданию Ленинградской ордена Ленина '.ической академией имени С. М. Кирова

УДК 621.763

Основы взаимозаменяемости и технические измерения. Б р у к С. И. Изд-во ЛГУ, 1973.

В учебном пособип рассмотрены теоретиче­ ские основы взаимозаменяемости, основные поло­ жения теории допусков, методика инженерных расчетов для выбора оптимальных допусков п по­ садок на гладкие цилиндрические сопряжения. Обращено большое внимание на методику решения прикладных инженерных задач. По каждой теме составлены контрольные вопросы и задачи. Пособие написано по программе курса «Основы взаимозаменяемости п технические измерения» для механических и машиностроительных специ­ альностей вузов и предназначено для студентов дневных, вечерних и особенно заочных отделений. Ил. — 49, табл. — 16, библ. — 6 назв.

©Издательство Ленинградского университета, 1973 г.

Предисловие

В последние годы новые методы обучения приобрели широкое признание в системе высшего и среднего образования. Предлага­ емое пособие составлено на основе многолетнего опыта внедрения программированных методов обучения в Лесотехнической акаде­ мии им. С. М. Кирова. Оно охватывает часть курса «Основы вза­ имозаменяемости и технические измерения» — допуски на цилин­ дрические соединения. Остальные темы курса являются содержа­ нием подготавливаемой к изданию второй части учебника.

Книга предназначена для самостоятельной проработки ма­ териала студентами заочного и очного отделений, а также для преподавателей, внедряющих программированные методы в учеб­ ный процесс.

Пособие составлено по линейной программе. Каждая тема со­ стоит из трех частей: 1) обучающего текста, 2) примеров решения задач и 3) контрольных вопросов и задач.

Для лучшего усвоения материала разделы каждой темы реко­ мендуется прорабатывать в изложенной последовательности.

Обучающий текст составлен сравнительно кратко. Он предста­ вляет собой конспективное изложение курса лекций. Более де­ тальное изучение материала производится по литературе, реко­ мендованной в пособии. Для облегчения самостоятельной прора­ ботки материала и конспектирования его, а также для отыскания необходимых справок в начале каждого параграфа приведен пере­ чень основных вопросов излагаемой темы.

Степень усвоения материала проверяется по контрольным во­ просам и задачам. Последние составлены т'аким образом, чтобы проверка правильности ответа могла осуществляться с помощью современных технических средств обучения. Для этого по .каж­ дому вопросу и задаче приведено пять ответов, один из которых правильный, либо, наоборот, вопрос поставлен так, что приведено четыре правильных ответа и один неправильный.

Сцелью того, чтобы приведенные в пособии типовые вопросы

изадачи могли быть использованы преподавателями курса «Ос­ новы взаимозаменяемости и технические измерения» для контроля

успеваемости студентов, в книге нет указания о том, какой из приведенных ответов правильный. Студент, самостоятельно про­

чения при наличии перфокарт, составленных по приведенным в пособии вопросам и задачам, или на устной консультации у пре­ подавателя. Ответы по отдельным типам задач, например № 1—6, 19, 29, 30, 38, 45—47 к главе I I и другим, могут быть проверены по справочникам г .

Контрольные вопросы и задачи, а также ответы к ним соста­ влены таким образом, чтобы обеспечить возможность непосред­ ственного перенесения текста на перфокарты, что позволяет ускорить внедрение программированных методов контроля.

ществляется по матрицам или иным способом.

Как правило, все предлагаемые в пособии задачи носят не отвлеченный, а практический характер. Это способствует разви­ тию у студентов навыков к решению прикладных инженерных задач.

Для того чтобы не создавать у студентов неправильного пред­ ставления об искомой величине и затруднить возможность угады­ вания правильного ответа или нахождения его на основе логиче­ ских рассуждений без выполнения расчетов, все приведенные в за­ дачах числовые ответы, включая и неправильные, соответствуют реально возможным значениям искомой величины.

Во многих задачах неправильные ответы подобраны так, чтобы повторить типовые ошибки, допускаемые обычно студентами при решении подобных задач. Указанное лишний раз акцентирует вни­ мание изучающего курс на недопустимости повторения такого рода ошибок.

Когда ответ на контрольный вопрос или задачу может быть дан с известным приближением, то в запрограммированных карточках целесообразно указывать возможные пределы искомой величины или же давать неправильные ответы существенно отличными от требуемого.

На некоторые вопросы может быть дано несколько правиль­ ных ответов. В таких случаях среди приведенных ответов поме­ щен лишь один правильный. Однако при организации контроля в аудитории можно указывать в карточках и несколько правиль­ ных ответов, соответствующим образом запрограммировав их.

1 См., например [1].

Г Л А В А I

Основные положения учения о взаимозаменяемости

вия качественного понимания степени взаимозаменяемости. — Свободный подбор деталей. — Селективная сборка. — Метод конструктивных компен­ саторов. — Внешняя и внутренняя взаимозаменяемость.

Вмашиностроении различают два способа производства машин

иприборов: 1) способ индивидуальной пригонки и 2) способ, основанный на применении принципов взаимозаменяемости. При первом из них окончательная сборка машин осуществляется после индивидуальной пригонки сопрягаемых поверхностей меязду со­ бой, т. е. после опиливания, шабрения и других методов оконча­ тельной обработки одной сопряженной детали по другой. Этот

способ изготовления изделий требует большой затраты времени и использования высококвалифицированных рабочих. Качество выпускаемых машин в этом случае во многом зависит от индиви­ дуальных условий изготовления: квалификации рабочего, тща­ тельности произведенной пригонки и пр. Наибольшее распростра­ нение метод индивидуальной пригонки имел в прошлом, когда производство еще не было достаточно оснащено необходимым оборудованием ж инструментами. В настоящее время этот метод сохранился лишь в мелкосерийном производстве. На большинстве современных заводов производство организовано на использова­ нии принципа взаимозаменяемости, что означает независимую обработку деталей машин на всех стадиях изготовления без по­ следующей пригонки частей. При этом, что не менее важно, вза­ имозаменяемость проявляется не только в процессе изготовления машин, но также и при их эксплуатации и ремонте.

В общем понятие взаимозаменяемости можно сформулировать следующим образом. Взаимозаменяемостью называется свойство ча­ стей изделия (деталей, узлов, механизмов или других сборочных

5

и обработки по месту и при соблюдении требуемых качеств работы изделия.

Иными словами, привзаимозаменяемости, во-первых, должна быть обеспечена беспригоночная сборка независимо изготовленных частей. Так, вал должен входить во втулку, независимо от него обработанную, болт должен свинчиваться с гайкой, шестерня сое­ диняться с колесом и т. д. Во-вторых, полученное в результате сборки сопряжение должно удовлетворять требуемым условиям. Например, между валом и отверстием должен быть получен опре­ деленной величины зазор, обеспечивающий свободу их относитель­ ного перемещения, или, наоборот, натяг, создающий необходимую прочность соединения. В целом характер сопряжения взаимоза­ меняемых частей должен обеспечивать сохранение требуемого качества работы машины в отношении общей точности л надеж­ ности выполняемых функций.

Нормальная сборка и замена частей без пригонки требует в первую очередь правильного выполнения геометрических пара­ метров этих частей — размеров и формы элементов. Естественно, что на взаимозаменяемость в широком смысле слова, т. е. на обес­ печение требуемого качества работы объекта, влияют также меха­ нические, электрические, оптические, гидравлические, химиче­ ские, тепловые и другие параметры деталей, определенным образом связанные с эксплуатационными показателями машины или прибора.

Взаимозаменяемость по сумме всех показателей — геометри­ ческих, физических и химических — называется ф у н к ц и о ­ н а л ь н о й . Например, при замене электроламп или электродви­ гателей единицами другой мощности функциональная взаимозаме­ няемость будет нарушена. Аналогично режущие инструменты одного и того же типа и размера, но различающиеся между собой маркой инструментального материала, не будут обладать функцио­ нальной взаимозаменяемостью.

Для обеспечения взаимозаменяемости детали по всем пара­ метрам изготовляются с определенной точностью. Чем более строгие требования предъявляются к работе машины, тем более точно должны быть выполнены ее отдельные части (детали). Есте­ ственно, что с повышением требований к точности деталей при прочих равных условиях повышается и стоимость их изготовле­ ния. Вместе с тем производство взаимозаменяемой продукции, как правило, значительно дешевле, чем при методе индивидуаль­ ной пригонки. Причем уменьшается стоимость не только изгото­

6

Производство машин на основе взаимозаменяемости более производительно, а следовательно, и более дешевое. Основные преимущества осуществления принципа взаимозаменяемости в сфере производства могут быть пояснены следующими положе­ ниями.

1. Благодаря отсутствию пригонки и обработки по месту сборка машин значительно упрощается, так как сводится лишь к соединению деталей между собой. Кроме того, отсутствие при­ гоночных операций на сборке создает определенный ритм сбо­ рочного процесса, что дает возможность еще больше повысить производительность сборочных работ путем организации конвейер­ ной и поточной сборки.

2. Значение взаимозаменяемости проявляется не только при сборке, т. е. в конце технологического процесса изготовления ма­ шин, но на всех стадиях заготовительных и механических опера­ ций. Так, например, заготовки, поступающие в механический цех, взаимозаменяемы по станочным приспособлениям. Иными сло­ вами, заготовки изготавливаются с такой точностью, что устана­ вливаются и зажимаются в приспособлениях без предварительной разметки их и выверки на станках. И так на всех операциях меха­ нической обработки. Таким образом, взаимозаменяемое произ­ водство позволяет отказаться от длительных по времени и дорого­ стоящих операций разметки и выверки деталей.

3. Минимальное наличие ручного труда (разметка, выверка, пригонка, управление универсальным оборудованием) позволяет широко использовать рабочих сравнительно низкой квалифика­ ции наряду с небольшим отрядом высококвалифицированных на­ стройщиков.

4. Независимое изготовление деталей машин создает широкие возможности для кооперирования продукции различных заво­ дов, а следовательно, создает предпосылки высокой специали­ зации . производства, г. е. выпуска унифицированной про­ дукции.

ч 5 . Необходимо отметить также повышение производительности контрольных операций благодаря возможности использования калибров и специальных контрольных приборов и автоматов.

При использовании различных машин, станков, приборов, приспособлений, инструментов и других изделий, изготовленных на разных производствах, во многих случаях практически необ­ ходима взаимозаменяемость этой продукции, т. е. обеспечение принципа взаимозаменяемости в сфере эксплуатации изделий. На­ пример, при эксплуатации металлорежущих и деревообрабатыва­ ющих станков, изготовленных на станкостроительных заводах, практически необходима взаимозаменяемость режущего инстру­ мента и приспособлений. Действительно, при работе, например, сверлильного станка возникает необходимость в частой смене сверл, зенкеров, разверток разных диаметров. Такая смена должна осуществляться, разумеется, без всякой пригонки к станку, тем

7

более, что иногда инструмент заменяется даже без остановки шпин­ деля.

Все навесные и прицепные орудия к тракторам, расширяющие область их "применения, изготавливаются взаимозаменяемыми. Для эксплуатации предметов вооружения должна быть гаранти­ рована полная взаимозаменяемость боеприпасов соответствующего калибра .по стволу оружия. Все это означает обеспечение прин­ ципа взаимозаменяемости в сфере эксплуатации изделий.

Большое практическое значение имеет взаимозаменяемость при ремонте машин. Действительно, при износе или поломке взаи­ мозаменяемых деталей ремонт машины сводится к замене пришед­ шей в негодность детали или узла одноименной частью, взятой из числа запасных. При установке взаимозаменяемых запасных ча­ стей, как и при сборке новых машин, нет надобности в индиви­ дуальной пригонке и обработке по месту. Если бы составные части машин не обладали свойством взаимозаменяемости, то цикл ре­ монта неизбежно удлинялся бы не только вследствие необходи­ мости пригонки заменяемой части, но во многих случаях из-за изготовления ее заново.

Взаимозаменяемость составных частей машин создала также предпосылки для организации прогрессивного метода обезличен­ ного ремонта. При этом методе на ремонтных предприятиях ма­ шины собирают из деталей и частей, принадлежащих ранее раз­ ным машинам.

Выше мы отметили, что различают два способа организации производственного процесса: способ, основанный на индивидуаль­ ной пригонке деталей, и способ, основанный на взаимозаменяе­ мости частей.

Как правило, на большинстве современных предприятий нахо­ дят применение оба способа одновременно. Вопрос только в том, какой из них преобладает. Чем больше массовость выпускаемой продукции, чем выше техническая оснащенность предприятия и чем лучше организация производственного процесса, тем более преобладает метод взаимозаменяемости. И наоборот, на заводах мелкосерийного производства, оснащенных универсальным обо­ рудованием, доминирующим будет метод индивидуальной при­ гонки. Поэтому практически возникает необходимость в оценке степени (уровня) взаимозаменяемости продукции. Оценка этого может осуществляться двумя разными показателями, один из кото­ рых носит количественный характер, а второй — качественный.

При количественной оценке обычно указывают, какая доля деталей обладает свойствами взаимозаменяемости. Пусть, напри­ мер, по техническим условиям для обеспечения нормальной работы узла, изображенного на рис. 1, требуется выполнение осевого зазора z в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Если выполнение этого тре­

Но для этого точность осевого размера каждой детали должна быть

8

в среднем не ниже 0,015 мм, что экономически не всегда оправдано. Поэтому может быть и иное решение: выполнять детали узла с меньшей точностью, а требуемый зазор достигать путем пригонки торца детали 7, для чего последняя первоначально изготавливается с припуском на пригонку по длине. Значит, в данном случае только шесть деталей являются взаимозаменяемыми, т. е. коли­ чественный показатель взаимозаменяемости равен 85% . .

При наличии опиловки или других обработок по месту отдель­ ных деталей употребляется термин «неполная» или «частичная» взаимозаменяемость г .

Качественное снижение уровня взаимозаменяемости оцени­ вается не по соотношению числа взаимозаменяемых деталей к об­ щему числу деталей объекта, а по необходимости выполнения не­

по некоторому снижению эксплуатационных качеств объекта при замене частей.

1 Интересно обратить внимание на такое обстоятельство.- Если новая машина изготовлена по методу неполной взаимозаменяемости, т. е. не все детали машины (или узла, как, например, на рис. 1} взаимозаменяемы., то при ремонте количественный уровень взаимозаменяемости может суще­

при замене самой детали 7, но также и при замене любой другой из деталей 4—6, ибо требуемый зазор 2 был достигнут в новой машине при каких-то вполне конкретных значениях всех сопрягаемых деталей узла. Замена лю­ бой из этих деталей может вызвать необходимость повторной пригонки или, наоборот, наращивания шайбы.

9