Принципы построения систем допусков и посадок

Систематизация, широко применяемая в любой области науки и техники, в стандартизации является одним из важнейших рабочих инструментов. Анализ любых технически сложных изделий позволяет выявить многократно повторяющиеся типовые сопряжения и образующие их поверхности деталей, которые должны быть стандартизованы. Стандартизованы геометрические параметры подшипников качения, резьбовых поверхностей, зубчатых колес, рабочих и контрольных калибров и т.д. Можно говорить о том, что существуют системы стандартных требований к точности таких объектов. В нормировании требований к точности следует различать системы допусков (допуски формы и расположения, допуски углов) и системы допусков и посадок (допуски и посадки гладких цилиндрических, шлицевых, резьбовых, конических поверхностей).

Системы допусков разрабатывают для несопрягаемых элементов и для отдельно рассматриваемых поверхностей. Кроме систем допусков углов, допусков формы и расположения поверхностей, есть системы «грубых допусков» (для норм точности, не указанных непосредственно у размеров) и ряд других. Системы допусков и посадок разрабатывают там, где нужны стандартные сопряжения поверхностей.

Формы и содержание систем допусков, а также систем допусков и посадок весьма разнообразны и потому непосредственное их сопоставление затруднительно. Правильное использование норм точности различных поверхностей и сопряжений подразумевает знание каждой конкретной системы. Изучение всех систем порознь требует слишком большого времени из-за огромного количества фактического материала.

Анализ систем допусков и посадок подтверждает, что они построены единообразно, на некоторых общих принципах. В любых системах допусков и посадок можно обнаружить следующие принципы построения:

· принцип предпочтительности;

· принцип измерений при нормальных условиях;

· принцип ограничения предельных контуров;

· принцип формализации допусков;

· принцип увязки допусков с эффективными параметрами;

· принцип группирования значений эффективных параметров;

· принцип установления уровней относительной точности.

Принцип предпочтительности – общий принцип стандартизации, поэтому он применяться в любых стандартах и системах стандартов. В стандартных системах допусков и посадок обычно устанавливают ряды посадок с несколькими уровнями предпочтения, например, предпочтительные посадки (первый уровень), рекомендуемые посадки (второй уровень), и, наконец, все стандартные посадки (третий, самый низкий уровень предпочтительности). Примерами использования принципа предпочтительности в системах допусков могут служить уровни предпочтительности полей допусков.

В системах стандартов допусков и посадок ряды допусков обычно строятся с использованием рядов предпочтительных чисел. Возможны и другие проявления количественной стороны принципа.

Наиболее полно принцип предпочтительности использован в стандарте, устанавливающем нормальные линейные размеры (ГОСТ 6636-69). Этот стандарт не нормирует допуски размеров, но является одним из важнейших для унификации параметров. Унифицированными геометрическими параметрами являются те, у которых одинаковы не только поля допусков, но и номинальные значения. Для унификации параметров необходимо при проектировании изделий по возможности назначать нормальные линейные размеры деталей (диаметры, толщины, глубины уступов и т.д.), выбранные с учетом уровней предпочтительности.

Необходимо учитывать, что требования стандарта не распространяютсяна технологические межоперационные размеры, на размеры, зависящие от других принятых значений, а также на размеры, установленные в стандартах на конкретные изделия.

Ряды нормальных линейных размеров (обозначаются буквами Rа с соответствующим числом) построены на базе рядов предпочтительных чисел. Числовые значения нормальных линейных размеров начинаются с 0,01 мм и заканчиваются значением 20 000 мм. В дополнение к геометрическим рядам стандарт содержит также арифметический ряд размеров в диапазоне от 0,001 мм до 0,009 мм с разностью в 0,001 мм. Основные ряды нормальных линейных размеров (Rа 5 – Rа 40) построены в соответствии с рядами предпочтительных чисел R 5 – R 40 как геометрические прогрессии, но в ограниченном диапазоне (размеры до 20 000 мм) и содержат округленные значения. В дополнительный ряд включено ограниченное (неполное) число членов, не входящих в ряд Rа 40 и рассчитанных на основе ряда R 80.

Принципиальные отличия рядов нормальных линейных размеров от рядов предпочтительных чисел заключаются в том, что ряды Ra размеров конечны и содержат некоторые округленные по сравнению с рядами R значения, причем в стандарт включены все значения размеров в указанном диапазоне.

Два следующих принципа (принцип измерений при нормальных условиях и принцип ограничения предельных контуров)обеспечивают инвариантность требований, устанавливаемых в системе допусков и посадок (от латинского invariantis – неизменяющийся – свойство неизменности по отношению к какому-либо преобразованию, условию, или совокупности преобразований). Под обеспечением инвариантности элементов деталей понимают такое построение систем допусков (систем допусков и посадок), которое гарантирует геометрическую взаимозаменяемость (инвариантность) деталей, изготовленных по одним и тем же требованиям к номинальным значениям, а также к точности геометрических параметров.

Чтобы система обеспечивала инвариантность деталей, должны соблюдаться заложенные в ней условия годности деталей: единообразие трактовки годности и достоверность результатов контроля. Только при соблюдении этих условий результаты измерений можно сопоставить с моделью годной детали, которая задана чертежом, и дать объективное заключение о годности.

Принцип измерений при нормальных условиях обеспечивает единообразие информации, получаемой при неоднократных независимых измерениях одних и тех же параметров. Измерения в нормальных условияхозначают, что измерения проводят при нормальных значениях влияющих физических величин. Например, при измерении длины всегда существенное значение имеет температура контролируемой детали, от которой зависит фактическое значение размера. Понятно, что температурный фактор сказывается не только на измеряемом объекте, но и на применяемых средствах измерений.

Менее очевидно влияние таких величин, как относительная влажность или давление воздуха, параметры гравитационных и электромагнитных полей и т.д. С другой стороны, непосредственное влияние электромагнитных полей на электрические средства измерений сомнений не вызывает. Поддается анализу воздействие влажности или давления на пневматические приборы или на емкостные электрические преобразователи.

Нормальные условия измерений линейных размеров предполагают колебания влияющих величин в пределах областей их нормальных значений. Под областью нормальных значений влияющей физической величины понимают такую область ее изменений, при которых погрешности, вызванные воздействием этой величины, могут быть признаны пренебрежимо малыми. Кроме нормальных условий измерений возможно также измерение параметров в рабочих условиях – в таких условиях погрешности из-за воздействия влияющих величин не превышают заранее определенных допустимых значений.

Проблема установления номенклатуры влияющих величин и областей их нормальных значений настолько сложна, что для случая измерений линейных размеров ей посвящен специальный стандарт (ГОСТ 8.050-73).

Принцип ограничения предельных контуров необходим для соблюдения единообразия при решении вопроса о годности детали по контролируемому параметру.

Ограничение предельных контуров фактически определяет поля допусков, что необходимо для получения однозначного заключения о годности детали по результатам ее измерительного контроля. Необходимо установить правила разбраковки деталей по результатам измерений размеров элемента в нескольких сечениях. Формальным основанием для разбраковки деталей по размерам является истолкование предельных контуров детали. Деталь признается годной в том случае, если ее реальные контуры, установленные по результатам измерений, не выходят за предельные (экстремальные действительные значения размеров могут быть равны предельным).

В разных стандартах систем допусков и посадок истолкование предельных значений параметров содержится в явном виде или оформлено косвенно, через установление полей допусков. Наиболее подробно установление предельных контуров реализовано в стандартах на допуски формы и расположения поверхностей. В этих стандартах приведены описания полей допусков и методики их построения для каждого рассматриваемого случая, а также методики оценки отклонений реальных элементов от идеальной формы и расположения.