Допуски, посадки и технические измерения

Погрешности измерений: виды, источники, способы повышения точности измерений. Точностью называется степень соответст­вия геометрической формы и размеров готовой детали гёомет- рической форме и размерам, заданным по чертежу. Невозмож­но получить совершенно точные и одинаковые размеры дета­лей при изготовлении их вручную слесарным методом, хотя при доводке различного рода инструментов высококвалифи­цированные слесари-инструментальщики добиваются высо­кой степени точности обработки деталей. При обычной сле­сарной работе точность изготовления деталей значительно ни­же, чем достигаемая механической обработкой на станках. При обработке деталей неизбежны некоторые отклонения и от за­данной геометрической формы. Правильное техническое из­мерение и проверка размеров, геометрической формы и со­стояния поверхности - важные условия качественного изго­товления деталей. Точность обработки и чистота поверхности зависят от точности измерения. Измерение заключается в срав­нении измеряемой величины с другой однородной величиной, называемой единицей измерения. Предметами измерения при обработке металла слесарем являются изготовляемые им дета­ли машин, станков, приборов, рабочие и контрольно-измери­тельные инструменты и другие металлические изделия. При измерении пользуются мерами, равными единице измерения (металлический метр, мерная плитка). Такие меры, выполнен­ные с наивысшей точностью, называются эталонами. Вместе с мерами широко применяются различные измерительные ин­струменты. Все это называется измерительными средствами.

В зависимости от применяемых измерительных средств разли­чают два метода измерения:

• абсолютный, который заключается в определении значения всей измеряемой величины. Нулевая точка шкалы измеритель­ного прибора устанавливается в нулевой точке измеряемого изделия, от которой происходит отсчет;
• относительный, при котором определяется значение не всей измеряемой величины, а ее отклонения от установленной ме­ры или образца. Нулевая точка прибора настраивается не на нулевую точку измеряемого изделия, а на какой-либо задан­ный размер.

Методы измерения подразделяют на два вида:

• контактный - производится путем непосредственного сопри­косновения измерительной части прибора с поверхностью из­меряемого изделия. Этим методом производится наибольшее число измерений;
• неконтактный - при измерении прибор не соприкасается из­мерительной частью с изделием. Этот метод используется при измерениях с помощью проекционных, пневматических и ем­костных приборов.

Отклонения от действительных размеров при измерении объясняются такими причинами, как: неумение слесаря-сан­техника обращаться с инструментом, неисправность или загрязненность инструмента, разница в температурах измеряе­мой детали и калибра, а также индивидуальными особенностя­ми работника. Уменьшение ошибок при измерении достигает­ся правильным обращением с инструментом и тщательностью промера. При особо точных измерениях один и тот же размер замеряют многократно (обычно берут среднее по результатам трех измерений). Измерения желательно производить при оди­наковых температурах изделия и измерительного инструмента. Обычно температуру измерения принимают равной 20 °С.

Размеры: номинальный, предельный, действительный, предель­ные отклонения, допуск размера, поле допуска. Для того чтобы обеспечить взаимозаменяемость и чтобы неточность в раз­мерах не была произвольной, сопрягаемые размеры деталей выполняются в заранее установленных пределах, за которые нельзя выходить при обработке. Таким образом, полученный в результате обработки размер детали (действительный размер) отличается от размера, указанного на чертеже (номинального размера).

Размеры, в пределах которых может колебаться действитель­ный размер, называются предельными (один из них наибольший, другой - наименьший). Разность между наибольшим и наи­меньшим предельными размерами называется допуском разме­ра. Все многообразие размеров между наибольшим и наимень­шим предельными размерами образует поле допуска.

Предельные размеры детали обычно задаются не абсолют­ными значениями, а отклонениями от номинального размера. Номинальный размер служит началом отсчета отклонений в ту или иную сторону и обычно на чертежах обозначается нулевой линией (0-0). Разность между наибольшим предельным раз­мером и номинальным размером называется верхним отклоне­нием, а разность между наименьшим предельным размером и номинальным размером - нижним отклонением. Верхнее и нижнее отклонения могут быть как положительными, так и отрицательными. Определяемый измерением действительный размер лежит между наибольшим и наименьшим предельными размерами и в частном случае может равняться одному из них.

Для изготовления деталей по допускам на чертеж наносятся соответствующие указания. При этом положительное откло­нение обозначают знаком «плюс», а отрицательное - знаком «минус». Все размеры изделия, попавшие в поле допуска, счи­таются годными. При определении допуска исходят из номи­нального размера детали, системы допусков и заданной техни­ческими условиями точности обработки. Номинальные разме­ры определяются расчетами на прочность, назначаются по конструктивным соображениям или на основании опытных данных. Значение полученного номинального размера округ­ляется в большую сторону.

Посадки: виды назначение, системы допусков и посадок. При сборке взаимно соприкасающихся деталей различают охваты­вающую и охватываемую поверхности. Так, для круглых тел ох­ватывающей поверхностью является отверстие, а охватывае­мой - вал. Понятия «отверстие» и «вал» условно применимы и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям, на­пример в сопряжении шпонки со шпоночной канавкой шпон­ка является валом, а шпоночная канавка - отверстием. Раз­ность между размерами охватывающих и охватываемых по­верхностей определяет характер сопряжения, или посадку.

Под посадкой понимается степень прочности соединения деталей или свобода их относительного перемещения. Посадка обеспечивается соответствующим выбором допусков на диа­метры отверстия и вала. Посадки делятся на подвижные, по­лучающиеся при условии, что диаметр вала меньше диаметра отверстия, и неподвижные, получающиеся при условии, что диаметр вала до сборки больше диаметра отверстия. Положи­тельная разность между диаметрами отверстия и вала, характе­ризующая свободу относительного перемещения соединяемых деталей, называется зазором. Разность между диаметрами вала и отверстия, характеризующая прочность неподвижного со­единения, называется натягом.

Зазор или натяг для данного номинального размера соеди­нения не являются постоянными, а изменяются с изменением действительного размера вала и отверстия в пределах допусков. Наибольший зазор определяется как разность между наиболь­шим предельным диаметром отверстия и наименьшим предель­ным диаметром вала. Наименьший зазор - это разность между наименьшим предельным диаметром отверстия и наибольшим предельным диаметром вала. Наибольший натяг определяется как разность между наибольшим предельным диаметром вала и наименьшим предельным диаметром отверстия. Наименьший натяг - разность между наименьшим предельным диаметром вала и наибольшим предельным диаметром отверстия. Допуском посадки называется разность между наибольшим и наименьшим зазорами или натягом. Допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала. Назначение посадок производится путем зада­ния соответствующих отклонений (верхнего и нижнего) для от­верстий и вала, причем номинальный размер соединения оста­ется без изменений и для вала, и для отверстия. Отсюда следует, что характер соединения зависит от действительных размеров сопрягаемых деталей перед сборкой.

Посадки с зазором обеспечивают возможность взаимного перемещения сопряженных деталей. При посадке с натягом достигается неподвижное положение одной детали относи­тельно другой. Эти посадки применяются для неразъемных со­единений без дополнительного крепления винтами, штифта­ми, шпонками и осуществляются под значительным давлени­ем при помощи гидравлического или механического пресса. Возможны и другие способы посадки , например нагрев детали, имеющей отверстие, или, наоборот, сильное охлаждение вала.

В зависимости от действительных размеров сопрягаемых годных отверстий и валов возможно получение как зазора, так и натяга. Такие посадки называют переходными. Обозначение посадки на сборочном чертеже включает указание поля допус­ка и посадок сопрягаемых деталей по следующему принципу: если задан размер детали Ø 60^-0,1_-0,3 , то допуск равен 0,2 мм. Лю­бое значение, оказывающееся в заданном интервале, является допустимым. Указание вида 18 H7/n6 обозначает сочетание полей допуска размеров отверстия и вала, где 18 — номинальный раз­мер соединения, Н7 - основное отверстие, n6 - основное от­клонение вала по 6-му квалитету.

Шероховатость поверхности: параметры, обозначение на черте­жах. В зависимости от применяемого инструмента и способа обработки поверхность изделия получает ту или иную шерохо­ватость. Шероховатость определяется высотой гребешков, ос­тавшихся на поверхности после обработки: чем они меньше, тем поверхность чище.

Неровность поверхности значительно влияет на износ де­тали, а также на характер сопряжения - посадку. При измере­нии размеров детали обычным способом фактически измеря­ется размер, включающий высоту гребешков неровностей по­верхности. При их смятии в процессе эксплуатации характер сопряжения может измениться: повышенное удельное давле­ние вызывает быстрый износ гребешков и соответственно уве­личение зазора в соединении. В случае неподвижных посадок наличие неровной поверхности также искажает замеренный натяг: при запрессовке гребешки срезаются и уменьшают на­тяг. Таким образом, при изготовлении деталей необходимо не только обеспечить требуемую точность, но и получить задан­ную чистоту поверхности.

В производственных условиях для оценки шероховатости обработанной поверхности применяют специальные прибо­ры - профилометры и наборы рабочих образцов. Сравнением шероховатости образцов с деталью характеризуют класс шеро­ховатости данной поверхности.

Слесарь-сантехник должен знать особенности определе­ния шероховатости и способ обозначения поверхности с раз­личной шероховатостью. ГОСТ 2789-73 устанавливает такие параметры, как среднее арифметическое отклонение профиля R_a и высота неровности профиля по 10 точкам R_Z определяе­мым на базовой длине L. Стандарт устанввливает 14 классов шероховатости поверхностей, для которых максимальны зна­чения шероховатости R_a и R_Z при базовых длинах участков по­верхности L. В общем машиностроении наиболее часто приме­няются классы с 3-го по 8-й. При установлении требований к шероховатости поверхности рекомендуется применять пара­метр R_a и особенно его предпочтительные числовые значения.

Условные обозначения шероховатости устанавливает ГОСТ 2.309-73 «Обозначение шероховатости поверхности». На чертежах значение параметра шероховатости вписывают в условное обозначение. При этом параметр R_a пишут без симво­ла, например: ^0,5√ означает, что вид обработки поверхности данного материала конструктором не оговорен, а среднее арифметическое отклонение профиля R_a составляет 0,5 мкм (микрометров).

Шероховатость поверхности зависит от технологического процесса обработки поверхности- и применяемого инструмен­та. При конструировании необходимая шероховатость поверх­ностей деталей задается с учетом их назначения и особенно­стей эксплуатации. В процессе обработки исходной заготовки для получения номинальных размеров детали слесарь должен удалить некоторый слой металла. Этот излишек металла назы­вается припуском. Припуск на обработку должен быть мини­мальным для снижения стоимости обработки и расхода метал­ла на единицу изделия. Он может быть удален путем выполне­ния нескольких операций, например путем фрезерования, опиливания и др. Слои металла, удаляемые при различных операциях, называют операционными припусками. Значения припусков на механическую обработку определяются ГОСТа­ми и нормалями. При предварительном обмере заготовки не­обходимо проверить, достаточен ли припуск для получения об­работанного изделия, так как слесарь-сантехник начинает свою работу именно с разметки заготовок и изделий из сорто­вого металла.

Основные характеристики измерительных инструментов и прибо­ров.

Все средства измерения и контроля, применяемые в сле­сарном деле, можно разделить на две группы:

• контрольно-измерительные инструменты - инструменты для контроля плоскостности и прямолинейности, плоскопарал­лельные концевые меры длины (плитки), штриховые инстру­менты, воспроизводящие любое кратное или дробное значе­ние единицы величины в пределах шкалы (штангенинструменты), микрометрические инструменты, основанные на действии винтовой пары (микрометры);
• измерительные инструменты - рычажно-механические (ин­дикаторы), оптико-механические (оптиметры), электрические (профилометры).

Приведем описание наиболее часто применяемых при сле­сарных работах контрольно-измерительных инструментов.

Масштабная линейка применяется для измерения наруж­ных и внутренних линейных размеров и расстояний. На нее на­несены деления, штрихи обычно с шагом 1 мм (реже 0,5 мм). Встречаются линейки с дюймовой шкалой. Погрешность из­мерения миллиметровой масштабной линейкой 0,5 мм. Наи­более распространенные размеры масштабных линеек: длина 150; 300; 500; 1000 мм, ширина от 15 до 35 мм, толщина от 0,3 до 1,5 мм. Масштабные линейки изготовляют из углеродистой инструментальной стали У7 или У8.

Рулетка для измерения больших линейных размеров, а так­же длины окружностей представляет собой матерчатую, пла­стиковую или стальную ленту длиной 1000; 2000; 5000; 10 000; 15 000; 20 000; 25 000 мм с миллиметровыми делениями при длине до 5000 мм и сантиметровыми - при 5000-25 000 мм. Лента помещается в круглом футляре с укрепленной в центре осью. При пользовании ленту вытягивают за свободный конец. Обратное наматывание производится вручную или автомати­чески при помощи механизма возврата ленты.

Кронциркуль и нутрометр (рисунок ниже) служат для измерения линейных размеров с последующим их отсчетом по масштабной линейке. Наружные размеры измеряются кронциркулем, внут­ренние - нутрометром. Эти инструменты различаются только формой ножек: у кронциркуля кривые ножки, а у нутрометра - прямые с изогнутыми наружу концами. Ножки кронциркуля и нутрометра закреплены на одной оси так, чтобы они могли вра­щаться обязательно с некоторым, не очень большим трением, чтобы не терялся контакт с поверхностью после замера. Крон­циркуль и нутрометр изготовляют из стали У7-У8. Их измери­тельные концы на длине около 20 мм закаливают.

При измерении детали берут кронциркуль (нутрометр) пра­вой рукой за шарнирную часть и раздвигают ножки приблизи­тельно на проверяемый размер. Затем легкими ударами сбли­жают ножки так, чтобы они прикасались губками к поверхно­сти измеряемой детали без качки и просвета. При этом инструмент надо держать строго перпендикулярно оси изме­ряемой детали. После снятия размера с детали кронциркуль или нутрометр осторожно прикладывают к масштабной ли­нейке так, чтобы одна ножка упиралась в торец линейки. Слег­ка поддерживая эту ножку мизинцем левой руки, вторую нож­ку накладывают на линейку и отсчитывают полученный раз­мер. Преимущества пружинных кронциркуля и нутрометра (см. рисунок ниже) в том, что их ножки разводят с помощью устано­вочного винта и гайки (не рукой) и раствор ножек не сбивается в случае неосторожного удара. С помощью кронциркуля и нут­рометра можно делать замеры с погрешностью до 0,5 мм.

Общий вид кронциркуля и нутрометра

а - обыкновенный и пружинный кронциркули; б - обыкновенный и пружинный нутрометры

Линейки лекальные поверочные применяются для проверки плоскостей на прямолинейность. При обработке плоскостей чаще всего пользуются линейкой ножеобразной формы, имеющей скошенный под углом 45° конец, что дает возмож­ность проверять прямолинейность деталей с углами. Продоль­ные полукруглые канавки на боковых плоскостях линейки об­легчают захват линейки рукой при работе. Лекальные линейки изготовляют из углеродистой или легированной стали трех ти­пов: с двусторонним скосом (ЛД) длиной 80; 125; 200; 320; 500 мм; трехгранные (ЛТ) - 200; 320 мм и четырехгранные (ЛЧ) - 200; 320; 500 мм.

Для проверки прямолинейности линейку накладывают на проверяемую поверхность и ведут поверку против света. Если на плоскости имеются неровности, то свет будет проходить в промежутки между линейкой и впадинами на плоскости. Так как поверочное тонкое ребро закруглено под радиусом 0,1- 0,2 мм, можно наклонять линейку до 30° и таким образом луч­ше видеть световую щель. При поверке способом «следа» рабо­чим ребром линейки, покрытым порошком (мелом), проводят по чистой проверяемой поверхности. Если поверхность пря­молинейна, то на ней останется сплошной след, в противном случае след будет прерывистым.

Поверочные линейки с широкой рабочей поверхностью из­готовляют четырех типов: прямоугольные ШП, двутавровые ШД, мостики 1ЙМ, угловые трехгранные УТ с углами 45; 55; 60°. В зависимости от допустимых отклонений от прямолиней­ности поверочные линейки типов ШП, ШД, ШМ делят на классы 0-й, 1 -й и 2-й, а линейки типа УТ - на классы 1 -й и 2-й. Линейки 0-го и 1-го классов применяют для контрольных ра­бот высокой точности, а линейки 2-го класса - для монтажных работ средней точности. Проверка прямолинейности и плоскостности этими линейками производится по линейным от­клонениям и по краске. При измерении линейных отклонений от прямолинейности линейку накладывают на проверяемую по­верхность или на две мерные плиты одинакового размера. Про­светы между линейкой и контролируемой поверхностью изме­ряют щупом. Точные результаты дает применение полосок па­пиросной бумаги, которые с определенными интервалами укладывают под линейку,- Вытягивая полоску из-под линейки, по силе прижатия каждой из них судят об отклонении от прямолинейности. При проверке «на краску» рабочую поверхность линейки покрывают тонким слоем краски, затем линейку на­кладывают на проверяемую поверхность и плавно без нажима перемещают по проверяемой поверхности. После этого линей­ку осторожно снимают и по расположению, числу, площади пя­тен на поверхности судят о прямолинейности поверхности.

Поверочные плиты используют для проверки широких по­верхностей способом «на краску», а также используют в каче­стве вспомогательных приспособлений при различных контрольных работах в цеховых условиях. Плиты изготовляют из серого мелкозернистого чугуна. По точности рабочей поверх­ности плиты бывают четырех классов: 0, 1, 2 и 3-й. Первые три класса - поверочные плиты, четвертый - разметочные.

Угольники (рисунок ниже) служат для проверки наружных и внут­ренних прямых углов. Угольники изготовляют из углеродистой инструментальной стали У8 или легированной инструменталь­ной ХГ и подвергают закалке. Угольники изготовляют цельны­ми - из одного куска металла, или составными - из двух час­тей. Стороны угольника имеют разную длину. Длина короткой стороны равна примерно ²/₃ длинной стороны.

Угольники 90°

а - нормальный; б — с Т-образной полкой; в - с утолщенной полкой

При проверке наружного угла угольник накладывают на де­таль его внутренней частью, а при проверке внутреннего угла - наружной частью. Наложив угольник одной стороной на де­таль, слегка прижимают его этой стороной к одной из сторон детали, другую сторону угольника совмещают с обрабатывае­мой стороной детали и по образовавшемуся просвету судят о правильности прямого угла.

Малки предназначаются для контроля и перенесения углов различной величины на размечаемую поверхность. Существу­ют малки простые и двойные. Простая малка состоит из обой­мы и линейки, помещенной на шарнире между двумя планка­ми обоймы. Благодаря шарнирному креплению линейка мо­жет занимать относительно обоймы положение под любым углом. Малку устанавливают на требуемый угол по образцу де­тали, по угловым плитам или по транспортиру. Простой Мал­кой можно переносить одновременно только один угол. Двойная малка состоит из трех линеек, поэтому ею можно перено­сить одновременно два разных угла.

Штангенинструменты применяют для измерения наруж­ных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин. Штанген­циркули выпускаются трех типов: ШЦ-1, ШЦ-11, ЩЦ-111. Они изготовляются с пределами измерений: 0-125 мм (ШЦ-1), 0-160 мм (ШЦ-11), 0-400 мм (ШЦ-111) и с отсчетом 0,1 мм (ШЦ-1) и 0,05 мм (ШЦ-11, ШЦ-111).

Штангенциркуль ШЦ-1

Микрометр - инструмент для измерения линейных разме­ров контактным способом. Выпускают следующие типы мик­рометров: МК (гладкие) - для измерения наружных размеров; МЛ (листовые с циферблатом) - для измерения толщины лис­тов и лент; М3 (зубомерные) - для измерения зубчатых колес. Микрометры типа МК выпускают с пределами: 0-5; 0-10; 0-15; 0-25; 25-50; 50-75; 75-100; 100-125; 125-150; 150-175; 175-200; 200-225; 225-250; 250-275;-275-300; 300-400; 400- 500; 500-600 мм. Микрометры с верхним пределом измерения 50 мм и более снабжают установочными мерами (точными ци­линдрическими стержнями).

Микрометр имеет на одном конце скобу с пяткой, на дру­гом - втулку-стебель, внутрь которой ввернут микрометриче­ский винт. Торцы пятки и микрометрического винта являются измерительными поверхностями. Ниже продольной линии на наружной поверхности стебля нанесены миллиметровые деле­ния, а выше ее - полумиллиметровые деления. Винт жестко связан с барабаном, на конической части которого нанесена шкала (нониус) с 50 делениями. Шаг микрометрического винта равен 0,5 мм. На головке микрометрического винта имеется уст­ройство, обеспечивающее постоянное измерительное усилие. Для фиксирования полученного размера служит стопор. Перед измерением проверяют нулевое положение микрометра.

Микрометрический глубиномер с погрешностью измерения 0,01 мм применяют для измерения глубины пазов, отверстий и высоты уступов до 100 мм. Глубиномеры изготовляют со смен­ными измерительными стержнями для измерения в пределах 0-25; 25-50; 50-75; 75-100 мм. Шаг микрометрического вин­та - 0,5 мм. Перед измерением проверяют нулевое положение глубиномера. При измерении левой рукой прижимают основа­ние глубиномера к верхней поверхности детали, а правой с по­мощью трещотки в конце хода доводят измерительный стер­жень до соприкосновения с другой поверхностью детали. За­тем стопорят микрометрический винт и считывают размер.

Микрометрический нутрометр с погрешностью измерения 0,01 мм предназначен для измерения внутренних размеров 50-10000 мм. Нутрометры с пределами измерений 1250-4000 мм и более поставляют с двумя головками - микрометри­ческой и микрометрической с индикатором. Шаг резьбы мик­рометрической винтовой пары нутрометра равен 0,5 мм. Мик­рометрический нутрометр имеет стебель, в отверстие которого вставлен микрометрический винт. Концы стебля и микромет­рический винт имеют сферические измерительные поверхно­сти. На винт насажен барабан с установочной гайкой. В уста­новленном положении микровинт закрепляют стопором. Для измерения отверстий более 63 мм используют удлинительные стержни длиной 25; 50; 100; 150; 200; 600 мм.

Перед навинчиванием удлинителя свинчивают гайку со стебля, а после присоединения удлинителя ее навинчивают на резьбовый конец последнего стержня. Перед измерением мик­рометрическую головку устанавливают по установочной скобе на исходный размер, проверяют нулевое положение, а затем вы­бирают наименьшее число удлинителей. Измерение нутромет- ром отверстий производится по взаимно перпендикулярным диаметрам. Левой рукой прижимают измерительный наконеч­ник к одной поверхности, а правой рукой вращают барабан до легкого соприкосновения с другой поверхностью. Отыскав наи­больший размер, стопорят микровинт и считывают размер.

Основные факторы, определяющие выбор средств для измерения линейных размеров. Чтобы получить деталь заданных размеров, необходимо обеспечить в процессе ее изготовления правиль­ную разметку, проверку и точное измерение. При выборе средств, обеспечивающих контроль линейных размеров изде­лия в процессе ее изготовления, необходимо использовать:

• требуемую техническую документацию с указанием погреш­ностей измерений;
• метод измерения линейных размеров, допустимый технологи­ческим процессом;
• измерительные инструменты и приборы, позволяющие про­вести необходимые замеры.

Осуществить контрольные измерения изделий позволяют измерительные приборы, как стандартные (описанные выше), так и сконструированные специально для одного вида замера.