книги из ГПНТБ / Брук С.И. Основы взаимозаменяемости и технические измерения учеб. пособие с элементами программир. обучения
.pdfМИНИСТЕРСТВО 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
1* |
3 |
успеваемости студентов, в книге нет указания о том, какой из приведенных ответов правильный. Студент, самостоятельно про
рабатывающий курс, |
может осуществить самоконтроль |
лишь |
в специализированных |
аудиториях для программированного |
обу |
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.
Типовые вопросы и задачи могут быть использованы также для |
|
безмашинного контроля успеваемости. Для этого однотипные |
|
вопросы или задачи и правильные ответы к ним |
объединяются |
в один комплексный вопрос. В числе ответов может быть размещено |
|
и несколько неправильных. Вопросы и правильные ответы к ним |
|
записываются в измененной последовательности. |
Проверка осу |
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
|
|
§ 1. В з а и м о з а м е н я е м о с т ь |
|
|
||||
|
|
|
в |
машиностроении |
|
|
||
Два |
принципа |
производства |
|
машин: |
а) способ индивидуальной |
при |
||
гонки и б) способ, основанный на взаимозаменяемости продукции. — |
Поня |
|||||||
тие «взаимозаменяемость». — Понятие о |
функциональной |
взаимозаменя |
||||||
емости.' — Практическое |
значение |
взаимозаменяемости в |
сфере |
произ |
||||
водства. — Взаимозаменяемость |
в |
сфере |
эксплуатации. — |
Взаимозаменя |
||||
емость и |
ремонт |
машин. — Различные |
степени (уровни) |
взаимозаменя |
||||
емости. — |
Количественная |
оценка |
степени взаимозаменяемости. — |
Усло |
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
единиц), создающее возможность их |
нормальной сборки, |
а также |
замены при эксплуатации и ремонте |
без индивидуальной |
пригонки |
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
вления взаимозаменяемых |
изделий, |
но также их |
эксплуатации |
|
и |
ремонта. |
|
|
|
|
Отметим основное практическое значение осуществления прин |
|||
ципа взаимозаменяемости |
в сферах |
производства, |
эксплуатации |
|
и |
ремонта. |
|
|
|
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
бования достигается |
соответствующей |
точностью изготовления |
всех деталей узла, то |
значит, что все |
детали взаимозаменяемы. |
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
которых дополнительных работ |
перед сборкой или в |
процессе |
ее, качественно ограничивающих |
взаимозаменяемость, |
а также |
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
ственно |
уменьшиться. |
Так, например, при |
ремонте |
узла, изображенного |
на рис |
1, надобность |
в пригонке детали 7 |
может |
возникнуть не только |
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