Чому існують поняття толерантності та придатності?
Усі виготовлені вироби, незалежно від того, наскільки точним є обладнання, і як би ми не старалися, розмір і форма не можуть повністю відповідати теоретичним чисельним вимогам. Це прірва між ідеалом і реальністю!
Отже, як виконати вимоги щодо взаємозамінності деталей? Тобто будь-яка партія частин або компонентів однієї специфікації може відповідати заданим вимогам продуктивності без будь-якого вибору або додаткових модифікацій. Це вимагає, щоб розміри виробничих деталей були в межах допустимого діапазону допусків.
01
Терміни, пов’язані з толерантністю
При обробці деталей через вплив точності верстатів, зносу інструменту, похибок вимірювань тощо неможливо абсолютно точно обробити розміри деталей. Щоб забезпечити взаємозамінність, похибка обробки розмірів деталей повинна бути обмежена певним діапазоном, а величина варіації розмірів має бути визначена.
картина
1) Основний розмір
Розміри визначаються під час проектування на основі вимог до міцності та конструкції деталі.
2) Фактичний розмір
Розміри, отримані вимірюванням.
3) Екстремальний розмір
Два обмеження для допустимих варіацій розміру. Визначається виходячи з основного розміру. Більше з двох граничних значень називається максимальним граничним розміром; менший з них називається мінімальним граничним розміром.
4) Відхилення розмірів (називається відхиленням)
Алгебраїчна різниця, отримана шляхом віднімання певного розміру від його основного розміру. Розмірні відхилення включають:
Верхнє відхилення=максимальний граничний розмір - базовий розмір
Нижнє відхилення=мінімальний граничний розмір - базовий розмір
Верхнє і нижнє відхилення разом називаються граничними відхиленнями, а верхнє і нижнє відхилення можуть бути позитивними, негативними або нульовими.
Національні стандарти передбачають, що код верхнього відхилення отвору - ES, код нижнього відхилення отвору - EI; код верхнього відхилення валу - es, а код нижнього відхилення валу - ei.
картина
▲Діаграма зон допуску
5) Допуск на розміри (називається допуском)
Допускається зміна розмірів.
Допуск розмірів=максимальний граничний розмір - мінімальний граничний розмір
=верхнє відхилення-нижнє відхилення
Оскільки максимальний граничний розмір завжди більший за мінімальний граничний розмір, тобто верхнє відхилення завжди більше ніж нижнє відхилення, розмірний допуск повинен бути позитивним.
6) Діаграма нульової лінії, зони ПР і зон допуску
Нульова лінія - це опорна лінія, яка використовується для визначення відхилення на діаграмі зон допуску, тобто лінія нульового відхилення. Зазвичай нульова лінія позначає базовий розмір. Позначте "0", "+" і "-" зліва від нульового рядка. Відхилення вище нульової лінії позитивне; відхилення нижче нульової лінії негативне. Зона допуску - це область, обмежена двома прямими лініями, що представляють верхнє та нижнє відхилення. Ширина та положення зони допуску є двома елементами, які утворюють зону допуску.
7) Стандартний допуск і стандартний ступінь допуску
Стандартний допуск — це будь-який допуск, зазначений у національних стандартах для визначення розміру зони допуску. Стандартні рівні допуску - це рівні, які визначають точність розмірів. Стандартні допуски поділяються на 20 рівні, а саме IT01, IT0, IT1~IT18, які представляють стандартні допуски. Арабські цифри позначають стандартні рівні допуску. Серед них рівень IT01 є найвищим, рівні спадають у порядку, а рівень IT18 є найнижчим. Для певного основного розміру, чим вищий стандартний рівень допуску, тим менше значення стандартного допуску та вища точність розміру.
8) Базове відхилення
Використовується для визначення верхнього або нижнього відхилення зони допуску відносно положення нульової лінії. Зазвичай відноситься до відхилення, близького до нульової лінії. Коли зона допуску знаходиться вище нульової лінії, основним відхиленням є нижнє відхилення. Коли зона допуску знаходиться нижче нульової лінії, основним відхиленням є верхнє відхилення.
Відповідно до фактичних потреб національний стандарт передбачає 28 різних основних відхилень для отворів і валів, як показано на малюнку нижче. Основні значення похибки отворів і валів можна знайти у відповідних таблицях.
картина
▲ Основні ряди відхилень
Як видно з наведеного вище малюнка:
1) Основний код відхилення позначається латинськими літерами, великі літери представляють основний код відхилення, а малі літери представляють основний код відхилення осі. Оскільки основне відхилення на малюнку представляє лише розмір зони допуску, один кінець зони допуску малюється як отвір.
2) Це відхилення від A до H як нижнє відхилення, J до ZC як верхнє відхилення, а верхнє та нижнє відхилення JS дорівнюють +IT/2 та -IT/2 відповідно.
3) Базове відхилення осі від a до h є верхнім відхиленням, j до zc є нижнім відхиленням, а верхнє та нижнє відхилення js становлять +IT/2T та -IT/2 відповідно. Інше відхилення отвору та вала можна розрахувати з основного відхилення та стандартного допуску.
02
Термінологія, пов'язана з координацією
У машинному складанні співвідношення між зонами допусків отворів і валів, що мають однаковий основний розмір і суміщених один з одним, називають посадкою. Оскільки фактичні розміри отвору та вала відрізняються, після складання можуть виникнути «зазори» або «перешкоди». У відповідності між отвором і валом алгебраїчна різниця, отримана шляхом віднімання розміру валу від розміру отвору, є зазором, коли це додатне значення, і інтерференцією, коли воно є від’ємним значенням.
(1) Типи координації
Підгонки поділяються на три категорії відповідно до різниці в зазорах або перешкодах:
картина
1) Підгонка зазору
Зона допуску отвору знаходиться над зоною PR вала. Будь-яка пара отворів, яка збігається з валом, стане відповідною з зазором (включно з мінімальним нульовим зазором), як показано на малюнку A вище.
2) Інтерференційна посадка
Зона допуску отвору нижче зони допуску вала. Будь-яка пара отворів, яка відповідає валу, є посадкою з перешкодами (включно з мінімальним нульовим зазором), як показано на малюнку b вище.
3) Надмірна співпраця
Зони допусків отворів перекриваються зонами допусків вала. Якщо будь-яка пара отворів збігається з валом, можливо, є зазор або посадка з натягом, як показано на малюнку c вище.
(2) Скоординована система порівняння
Національні стандарти передбачають дві системи порівняння, як показано на малюнку нижче.
картина
▲ Дві системи порівняння
1) Основна система отворів
Зона допуску отвору з певним основним відхиленням і зона допуску вала з основним відхиленням утворюють систему узгодження, як показано на малюнку а. Тобто в посадці з однаковими основними розмірами положення зони допуску отвору є фіксованим, а різні посадки виходять шляхом зміни положення зони допуску валу. Отвір, зроблений з базового отвору, називається опорним отвором. Національний стандарт передбачає, що нижнє відхилення базового отвору дорівнює нулю, а "H" є основним кодом відхилення базового отвору.
2) Система основного вала
Зона допуску вала з певним основним відхиленням і зона допуску отвору з різними основними відхиленнями складають систему різноманітних посадок, як показано на малюнку б. Тобто в посадці з однаковими основними розмірами положення зони допуску вала є фіксованим, а різні посадки виходять шляхом зміни положення зони допуску отвору. Отвір, просвердлений у базовому валу, називається базовою втулкою. Національний стандарт передбачає, що верхнє відхилення базового вала дорівнює нулю, а "h" - код основного відхилення базового вала.
Це видно з графіка ряду основних відхилень:
У базовій системі отворів контрольний отвір H відповідає валу, a~h (загалом 11 типів) використовуються для посадки з зазором; j~n (всього 5 типів) в основному використовуються для надгонки; (n, p, r можуть мати надмірну посадку) або інтерференційну посадку); p~zc (всього 12 типів) в основному використовуються для інтерференційної підгонки.
У базовій системі вала опорна вісь h збігається з отвором. A~H (всього 11 типів) використовуються для посадки зазору; J~N (всього 5 типів) в основному використовуються для накладки; (N, P і R можуть мати перепідгонку або інтерференцію); P~ZC (всього 12 типів) в основному використовуються для інтерференційної підгонки.
03
Допуск форми
Допуск форми означає загальну кількість варіацій, дозволених у формі окремого фактичного елемента. Допуск форми виражається в зонах допуску форми. Зона допуску форми включає чотири елементи: форму, напрямок, положення та розмір зони допуску. Позиції допуску форми включають 6 пунктів: прямолінійність, площинність, округлість, циліндричність, профіль лінії, профіль поверхні тощо.
1) Прямота
Прямолінійність означає умову, що фактична форма прямолінійних елементів на деталі зберігає ідеальну пряму лінію. Це те, що зазвичай називають прямолінійністю. Допуск прямолінійності — це максимально допустиме відхилення фактичної лінії від ідеальної прямої. Тобто те, що наведено на кресленні, використовується для обмеження допустимого діапазону зміни фактичної похибки обробки лінії.
картина
▲Приклад шаблону 1: у даній площині зона допуску має бути в області між двома паралельними прямими лініями з відстанню 0,1 мм.
картина
▲Приклад шаблону 2: додайте позначку φ перед значенням допуску, і зона допуску має бути в межах площі циліндричної поверхні з діаметром 0,08 мм.
2) Площинність
Під площинністю розуміється фактична форма плоских елементів деталі та умова збереження ідеальної площини. Це те, що зазвичай називають площинністю. Допуск на площинність - це максимально допустиме відхилення фактичної поверхні від плоскої поверхні. Тобто, це наведено на кресленні для обмеження допустимого діапазону зміни фактичної похибки обробки поверхні.
картина
▲Приклад візерунка: зона допуску – це область між двома паралельними площинами 0.08 мм одна від одної.
3) Округлість
Округлість означає фактичну форму елементів кола на частині, рівновіддаленій від його центру. Це зазвичай називають ступенем округлості. Допуск на округлість - це максимально допустиме відхилення фактичного кола від ідеального кола на тому самому поперечному перерізі. Тобто, це наведено на кресленні для обмеження допустимого діапазону зміни фактичної похибки обробки кола.
картина
▲Приклад шаблону: зона допуску має бути на одній нормальній ділянці, а різниця радіусів – це площа між двома концентричними колами зі значенням допуску 0,03 мм.
4) Циліндричність
Циліндричність означає, що всі точки на контурі циліндричної поверхні деталі рівновіддалені від її осі. Допуск на циліндричність - це максимально допустиме відхилення від фактичної циліндричної поверхні до ідеальної циліндричної поверхні. Тобто те, що наведено на кресленні, використовується для обмеження допустимого діапазону зміни фактичної похибки обробки циліндричної поверхні.
картина
▲Приклад шаблону: зона допуску – це область між двома коаксіальними циліндричними поверхнями з різницею радіусів 0,1 мм.
5) Лінія профілю
Лінійний профіль означає умову, що будь-яка крива будь-якої форми зберігає свою ідеальну форму на даній площині деталі. Допуск профілю лінії відноситься до допустимої варіації фактичного контуру некруглої кривої. Тобто те, що наведено на кресленні, використовується для обмеження допустимого діапазону зміни фактичної похибки обробки кривої.
картина
▲Приклад візерунка: зона допуску – це область між двома лініями огинання, які охоплюють серію кіл діаметром 0,04 мм. Центри кіл лежать на лініях з теоретично правильними геометричними фігурами.
6) Контур поверхні
Контур поверхні означає стан, за якого поверхня деталі довільної форми зберігає свою ідеальну форму. Допуск контуру поверхні стосується фактичної лінії контуру некруглої поверхні та допустимого відхилення від ідеальної поверхні контуру. Тобто те, що наведено на кресленні, використовується для обмеження діапазону зміни фактичної похибки обробки поверхні.
картина
▲Приклад візерунка: зона допуску знаходиться між двома огинаючими лініями, які охоплюють ряд кульок діаметром 0,02 мм. Центри куль теоретично повинні розташовуватися на поверхні теоретично правильної геометричної форми.
04
толерантність положення
Допуск положення стосується загальної величини відхилення, дозволеного від бази даних у положенні пов’язаного фактичного об’єкта.
(1) Допуск орієнтації
Допуск орієнтації стосується загальної величини зміни, дозволеної в напрямку бази даних пов’язаними фактичними елементами. Цей тип допуску включає три елементи: паралельність, перпендикулярність і нахил.
1) Паралелізм
Паралельність, широко відома як ступінь паралельності, вказує на те, що фактичні елементи, які вимірюються на деталі, залишаються рівновіддаленими від бази даних. Допуск паралельності - це максимально допустима варіація між фактичним напрямком вимірюваного елемента та ідеальним напрямком, паралельним опорній точці.
картина
▲Приклад креслення: якщо перед значенням допуску додається позначка φ, зона допуску знаходиться в межах циліндричної поверхні з опорним паралельним діаметром φ0,03 мм.
2) Вертикальність
Перпендикулярність, широко відома як ступінь ортогональності між двома елементами, вказує на те, що вимірюваний елемент на деталі зберігає правильний кут 90 градусів відносно базового елемента. Допуск вертикальності — це максимальна допустима варіація між фактичним напрямком вимірюваного об’єкта та ідеальним напрямком, перпендикулярним до точки відліку.
картина
▲Ілюстрація: якщо перед зоною допуску додається позначка φ, то зона допуску є перпендикулярною до циліндричної поверхні з початковим діаметром 0,1 мм.
картина
▲Умовні позначення: зона допуску має бути розташована між двома паралельними площинами, розташованими на відстані 0,08 мм одна від одної та перпендикулярними до базової лінії.
3) Нахил
Нахил відноситься до правильної умови збереження будь-якого заданого кута між відносними напрямками двох елементів на деталі. Допуск нахилу — це максимальна допустима варіація між фактичною орієнтацією вимірюваного об’єкта та його ідеальною орієнтацією під будь-яким заданим кутом до базової точки.
картина
▲Ілюстрація. Зона допуску виміряної осі – це область між двома паралельними площинами зі значенням допуску 0,08 мм і теоретичним кутом 60 градусів із базовою площиною A.
картина
▲Ілюстрація: додайте позначку φ перед значенням допуску, тоді зона допуску має бути розташована всередині циліндричної поверхні діаметром 0,1 мм. Зона допуску повинна бути паралельна площині B, перпендикулярній до бази A і під теоретично правильним кутом 60 градусів до бази A.
(2) Допуск на позиціонування
Допуск на позиціонування — це загальна кількість варіацій, дозволених у положенні пов’язаного фактичного елемента відносно бази даних. Цей тип допуску включає три елементи: положення, співвісність і симетрію.
1) Розташування
Позиція означає точність точок, ліній, поверхонь та інших елементів на деталі відносно їх ідеального положення. Позиційний допуск - це максимально допустима зміна фактичного положення вимірюваного елемента відносно його ідеального положення.
картина
▲Ілюстрація: коли перед зоною допуску додається позначка Sφ, то зона допуску – це область усередині кульки діаметром 0,3 мм. Положення центральної точки кульової зони допуску є теоретично правильним розміром відносно точок A, B і C.
2) Співвісність
Співвісність, широко відома як співвісність, вказує на те, що виміряна вісь деталі залишається на тій самій прямій лінії відносно опорної осі. Допуск співвісності - це допустима зміна фактичної осі, яка вимірюється, відносно базової осі.
картина
▲Умовні позначення допуску на співвісність: коли позначено значення допуску, зона допуску – це область між циліндрами діаметром 0,08 мм. Вісь кругової зони допуску збігається з опорною точкою.
3) Симетрія
Симетрія означає стан, коли два симетричні центральні елементи деталі залишаються в одній центральній площині. Допуск симетрії — це допустиме відхилення центральної площини симетрії (або центральної лінії, осі) фактичного об’єкта від ідеальної площини симетрії.
картина
▲ Умовні позначення: зона допуску – це область між двома паралельними площинами або прямими лініями з відстанню 0,08 мм і симетричним розташуванням відносно базової центральної площини або центральної лінії.
(3) Допуск до биття
Допуск до биття – це елемент допуску, який надається на основі конкретного методу виявлення. Допуск до биття можна розділити на кругове биття та повне биття.
1) Стрибок по колу
Кругове биття означає, що поверхня обертання деталі зберігає фіксоване положення відносно опорної осі в обмеженій площині вимірювання. Допуск кругового биття — це максимальна варіація, дозволена в межах обмеженого діапазону вимірювань, коли фактично вимірюваний елемент обертається навколо базової осі на повний оборот без осьового переміщення.
картина
▲ Умовні позначення 1: зона допуску – це область між двома концентричними колами, які перпендикулярні до будь-якої площини вимірювання, мають різницю радіусів 0,1 мм і мають центр кола на одній осі відліку.
картина
▲ Легенда 2: Зона допуску – це область між двома колами з відстанню 0,1 мм на поверхні вимірювального циліндра в будь-якому положенні радіуса, співвісного з базовою точкою.
2) Повний такт
Загальне биття означає биття вздовж всієї вимірюваної поверхні, коли деталь безперервно обертається навколо базової осі. Загальний допуск на биття — це максимальна допустима величина биття, коли фактичний вимірюваний елемент безперервно обертається навколо базової осі, а індикатор рухається відносно свого ідеального контуру.
