НОРМИРОВАНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ

Вопросы / ответыНОРМИРОВАНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ
0 +1 -1
antfiksa Админ. спросил 1 месяц назад
1 ответ
0 +1 -1
antfiksa Админ. ответил 1 месяц назад

При анализе точности геометрических параметров деталей различают поверхности: номинальные (идеальные, не имеющие от­клонений формы и размеров), форма которых задана чертежом, и реальные (действительные), которые ограничивают деталь, отделяя ее от окружающей среды. Реальные поверхности деталей получают в результате обработки или видоизменения при эксплуатации ма­шин. Аналогично следует различать номинальный и реальный про­филь, номинальное и реальное расположение поверхности (профиля). Номинальное расположение поверхности определяется номиналь­ными линейными и угловыми размерами между ними и базами или между рассматриваемыми поверхностями, если базы не даны. Реаль­ное расположение поверхности (профиля) определяется действитель­ными линейными и угловыми размерами. База — поверхность, ли­ния, точка детали (или выполняющее ту же функцию их сочетание), определяющие одну из плоскостей или осей системы координат, по отношению к которой задается допуск расположения или опреде­ляется отклонение расположения. Профиль поверхности — линия пересечения (или контур) поверхности с плоскостью или заданной поверхностью. Реальные поверхности и профили отличаются от номинальных.
Вследствие отклонений действительной формы от номинальной один размер в различных сечениях детали может быть различным (рис. 3.1). Размеры в поперечном сечении можно определить пере­менным радиусом R, отсчитываемым от геометрического центра О номинального сечения (рис. 3.1). Этот радиус называют текущим размером, т. е. размером, зависящим от положения осевой коорди­наты х (сечения Б—Б) и угловой координаты φ точки, лежащей на измеряемой поверхности (φ1 — угловая координата радиуса R1). Отклонение ΔR текущего размера R (при выбранном значении х) от номинального (постоянного) размера R0, можно выразить зави­симостью
 
ΔR = R – R0 = f(φ),                             (3.1)
где f(φ) —функция, характеризующая погрешность профиля
 (φ — полярный угол).
Контур поперечного сечения удовлетворяет условию замкну­тости, следовательно,
 
 f(φ + 2π) = f(φ),                                 (3.2)
 
т. е. функция имеет период 2π.
Для анализа отклонений профиля контур сечения действительной поверхности можно характеризовать совокупностью гармонических составляющих отклонений профиля, определяемых спектрами фазо­вых углов и амплитуд, т. е. совокупностью отклонений с различными частотами. Для аналитического изображения действительного про­филя (контура сечения) поверхности используют разложение функ­ции погрешностей f(φ) в ряд Фурье.
Отклонения геометрических параметров можно классифицировать более укрупненно: отклонения собственно размера (ΔD на рис. 3.1) относят к отклонениям нулевого порядка, отклонения расположения поверхностей (е) — к отклонениям 1-го порядка; отклонения формы поверхности (ΔФ) — к отклонениям    2-го порядка; волнистость — к отклонениям 3-го порядка; шероховатость поверхности — к откло­нениям 4-го порядка. Дальнейшее изложение материала основано на понятии фиксированных (постоянных) размеров.
 
 
Рис. 3.1. Отклонения гео­метрических параметров
различных порядков
 
Для получения оптимального качества изделий в общем случае необходимо нормировать и контролировать точность линейных и угловых размеров, формы и расположения поверхностей деталей и составных частей, а также волнистость и шероховатость поверх­ностей деталей.
 
3.1.2. Система нормирования отклонений формы
и расположения поверхностей деталей
 
Отклонения и допуски формы. Термины и определения, относящиеся к основным видам отклонений и допусков формы и расположения, установлены техническим регламентом. Под отклонением формы поверхности (или профиля) понимают отклонение формы реальной поверхности (реального профиля) от формы номинальной поверхности (номинального профиля). Шерохо­ватость поверхности в отличие от волнистости не считают отклонением формы. В обоснованных случаях допускается нормировать отклонение формы, включая шероховатость поверхности, а волни­стость нормировать отдельно (или нормировать часть отклонения формы без учета волнистости).
В основу нормирования и количественной оценки отклонений формы и расположения поверхностей положен принцип прилега­ющих прямых, поверхностей и профилей. Прилегающая прямая — прямая, соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удален­ной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение (рис. 3.2, а). Прилегающая окруж­ность — это окружность минимального диаметра, описанная во­круг реального профиля наружной поверхности  вращения (рис. 3.2, б), или максимального диаметра, вписанная в реальный профиль внутренней поверхно­сти вращения (рис. 3.2, в). При­легающая плоскость — это пло­скость, соприкасающаяся с ре­альной поверхностью и располо­женная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки ре­альной поверхности в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. Прилегающий цилиндр — это цилиндр ми­нимального диаметра, описанный вокруг реальной наружной поверх­ности, или максимального диаметра, вписанный в реальную внут­реннюю поверхность.
 
Рис. 3.2. Прилегающие прямая (а) и окружности (б, в)
 
Прилегающие поверхности и профили соответствуют условиям сопряжения деталей при посадках с нулевым зазором. При измере­нии прилегающими поверхностями служат рабочие поверхности контрольных плит, интерференционных стекол, лекальных и пове­рочных линеек, калибров, контрольных оправок и т. п. Количе­ственно отклонение формы оценивают наибольшим расстоянием Δ от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающей поверх­ности (профиля) по нормали к последней.
Приняты следующие буквенные обозначения: Δ — отклонение формы или отклонение расположения поверхностей; Т — допуск формы или допуск расположения; L — длина нормируемого участка. Термины некруглость, неплоскостность и т.п. не рекомендованы.
Отклонения формы цилиндрических поверхностей. Отклонение от круглости — наибольшее расстояние Δ от точек реального про­филя до прилегающей окружности (рис. 3.3, а). Допуск круглости Т — наибольшее допускаемое значение отклонения от круглости. Поле допуска круглости — область на плоскости, перпендикулярной оси поверхности вращения или проходящей через центр сферы, ограниченная двумя концентрическими окружностями, отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску круглости Т.
Рис. 3.3. Отклонения формы цилиндри­ческих поверхностей                 в поперечном сече­нии
 
Частными видами отклонений от круглости являются овальность и огранка. Овальность — отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой овалообразную фигуру, наи­больший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 3.3, б). Огранка — откло­нение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру. Огранка может быть с четным и не­четным числом граней. Огранка с нечетным числом граней характе­ризуется равенством размера d. (рис. 3.3, в). Овальность детали воз­никает, например, вследствие биения шпинделя токарного или шлифовального станка, дисбаланса детали и других причин. Появле­ние огранки вызвано изменением положения мгновенного центра вращения детали, например, при бесцентровом шлифовании.
Отклонение от цилиндричности — наибольшее расстояние Δ от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пре­делах нормируемого участка L (рис. 3.4, а). На рис. 3.4, б показано поле допуска цилиндричности, определяемое пространством, огра­ниченным соосными цилиндрами 1 и 2, отстоящими один от другого на расстоянии, равном допуску цилиндричности Т.
Отклонение профиля продольного сечения — наибольшее рас­стояние Δ от точек образующих реальной поверхности, лежащих в плоскости, проходящей через ее ось, до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка L (рис. 3.4, в). Поле допуска Т такого отклонения показано на рис. 3.4, в. Отклонение профиля продольного сечения характеризует отклонения от прямолинейности и параллельности образу­ющих. Частными видами отклонения профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность и седлообразность. Кону сообразность — отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие прямолинейны, но не параллельны (рис. 3.4, г).
Бочкообразность — отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие непрямолинейны и диаметры увеличиваются от краев к середине сечения (рис. 3.4, д).
Рис. 3.4. Отклонения от цилиндричности и профиля
продольного сечения
 
Седло-образность — отклонение профиля продольного сечения, при ко­тором образующие непрямолинейны и диаметры уменьшаются от краев к середине сечения (рис. 3.4, е). Бочкообразность чаще всего возникает при обтачивании тонких длинных валов в центрах без люнетов (в средней части под влиянием сил резания возникают большие упругие прогибы, чем по краям). Толстые короткие валы чаще получаются седлообразными из-за большого смещения вала по краям (составляющие силы резания распределяются между обоими центрами более равномерно). Бочко образность и седлообразность могут возникнуть также вследствие погрешности направляющих станин станков и других причин. Для получения требуемой формы деталей целесообразно отделочные операции выполнять после окончательной термической обработки. Причиной конусообразности являются износ резца, несовпадение геометрических осей шпинделя и пиноли задней бабки станка (сме­щение центров), отклонение от параллельности оси центров направ­ляющим станины.
Отклонение Δ от прямолинейности оси (или линии) в простран­стве и поле допуска прямолинейности оси Т показаны на рис. 3.4, ж.
Отклонения формы плоских поверхностей. Отклонение от плос­костности определяют как наибольшее расстояние Δ от точек реаль­ной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка (ряс. 3.5, а). Поле допуска плоскостности — область в про­странстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоя­щими одна от другой на расстоянии, равном допуску плоскостности Т (рис. 3.5, б). Частными видами отклонений от плоскостности яв­ляются выпуклость (рис. 3.5, в) и вогнутость (рис. 3.5, г). Отклоне­ние от прямолинейности в плоскости (рис. 3.5, д) определяют как наибольшее расстояние Δ от точек реального профиля до прилега­ющей прямой. Поле допуска прямолинейности в плоскости показано на рис. 3.5, д.
Рис. 3.5. Отклонение фор­мы плоских поверхностей
 
Отклонение формы заданного профиля (поверхности), в случаях, когда профиль (поверхность) задан номинальными размерами [ко­ординатами отдельных точек профиля (поверхности) без предельных отклонений этих размеров], отклонение формы заданного профиля (поверхности) есть наибольшее отклонение Δ (рис. 3.6, а) точек реального профиля (поверхности) от номинального, определяемое но нормали к номинальному профилю (поверхности). Допуск формы Т можно определить в диаметральном выражении как удвоенное большее допускаемое зна­чение отклонения формы заданного профиля (по­верхности) или в радиус­ной выражении как наи­большее допускаемое зна­чение отклонения формы заданного профиля (по­верхности).
Поле допуска формы заданного профиля — область на заданной плоскости сечения поверх­ности ограниченная двумя линиями, эквидистантными номинальному профилю и отстающими одна от другой на расстоянии, равном допуску формы заданного профиля в диаметральном выражении Т или удвоенному допуску формы в радиусном выражении Т/2. Линии, ограничивающие поле допуска, являются огибающими семейства окружностей, диаметр которых равен допуску формы заданного профиля в диаметральном выражении Т, а центры находятся на номинальном профиле (рис. 3.6, б).
 
Рис. 3.6. Отклонение формы заданного профиля
 
Отклонения расположения поверхностей. Отклонением расположения поверхности, или профиля называют отклонение реального расположения поверхности (профиля) от его номинального располо­жения. Количественно отклонения расположения оценивают в соот­ветствии с определениями, приведенными ниже. При оценке откло­нений расположения отклонения формы рассматриваемых поверх­ностей (профилей) и базовых элементов (обобщенный термин, под которым понимают поверхность, линию или точку) должны быть исключены из рассмотрения. При этом реальные поверхности (про­фили) заменяют прилегающими, а за оси, плоскости симметрии и центры реальных поверхностей (профилей) принимают оси, плоскости симметрии и центры прилегающих элементов.
Суммарные отклонения и допуски формы и расположения поверх­ностей. Радиальное биение поверхности вращения относительно базовой оси является результатом совместного проявления откло­нения от круглости профиля рассматриваемого сечения и отклонения его центра относительно базовой оси. Оно равно разности наи­большего и наименьшего расстояний от точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси в сечении, перпендикулярном этой оси (Δ1). Если определяется разность наибольшего и наименьшего расстояний от всех точек реальной поверхно­сти в пределах нормированного участка L до базовой оси, то на­ходят полное радиальное биение
Δ = Rmax — Rmin; оно является результатом совместного прояв­ления отклонения от цилиндричности поверхности и отклонения от ее соосности относительно базовой оси.
Торцовое биение (полное) — разность Δ наибольшего и наимень­шего расстояния от точек всей торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси; оно является результатом совмест­ного проявления отклонения от плоскостности рассматриваемой поверхности и отклонения от ее перпендикулярности относительно базовой оси. Торцовое биение иногда определяют в сечении торцовой поверхности цилиндром заданного диаметра d. (Δ).
Зависимый и независимый допуски расположения (формы). До­пуски расположения или формы, устанавливаемые для валов или отверстий, могут быть зависимыми и независимыми. Зависимым называют переменный допуск расположения или формы, минималь­ное значение которого указывается в чертеже или технических тре­бованиях и которое допускается превышать на величину, соответ­ствующую отклонению действительного размера поверхности детали от проходного предела (наибольшего предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия). Зависимые допуски расположения назначают главным образом в случаях, когда необ­ходимо обеспечить собираемость деталей, сопрягающихся одновременно по нескольким поверхностям с заданными зазорами или на­тягами.
Пример. Для отверстий диаметром 15+0,043 и 25+0,052 мм детали, показанной на рис. 3.7, a, назначен зависимый допуск соосности 0,05 мм. Значение допускаемого отклонения от соосности является  наименьшим и относится к деталям, у которых диаметры отверстий имеют наименьшие предельные размеры. С увеличением диаметров отверстий в соединении образуются зазоры. Отклонение от соосности Δ опре­деляется разностью радильных расстояний от осей отверстий, а зазоры — разностью предельного и номинального диаметров, поэтому отклонение от соосности Δ связано с суммарным зазором в обеих ступенях S1 + S2 зависимостью:
 
Δ = (S1 + S2)/2.                                           (3.3)
 
 
Риc. 3.7. Зависимый допуск соосности отверстий (а)
 и обозначение зависимых допусков (бе)
 
При наибольших предельных диаметрах отверстий (15,043 и 25,052 мм) возможно дополнительное отклонение от соосности, равное 0,5 (0,043 + 0,052) ≈ 0,047 мм Допуск соосности в этом случае Тmах == 0,05 + 0,047 = 0,097 мм.
Зависимые допуски обычно контролируют комплексными калибрами, являющимися прототипами сопрягаемых деталей. Эти калибры всегда проходные, что гарантирует беспригоночную сборку изделий.
Независимым называют допуск расположения (формы), числовое значение которого постоянно для всей совокупности деталей, изготов­ляемых по данному чертежу, и не зависит от действительных разме­ров рассматриваемых поверхностей. Например, когда необходимо выдержать соосность посадочных гнезд под подшипники качения, ограничить колебание межосевых расстояний в корпусах редукторов и т. п., следует контролировать собственно расположение осей по­верхностей.
Числовые значения допусков формы и расположения поверхностей для каждого вида до­пуска формы и расположения поверхностей установлено 16 степе­ней точности. Числовые значения допусков от одной степени к дру­гой изменяются с  коэффициентом   возрастания 1,6. В зависимости от соотношения между допуском размера и допусками формы или расположения устанавливают следующие уровни относительной геометрической точности: А — нормальная относительная геометриче­ская точность (допуски формы или расположения составляют при­мерно 60 % допуска размера); В—повышенная относительная гео­метрическая точность (допуски формы или расположения состав­ляют примерно 40 % допуска размера); С — высокая относительная геометрическая точность (допуски формы или расположения состав­ляют примерно 25 % допуска размера).
Допуски формы цилиндрических поверхностей, соответствующие уровням А, В и С, составляют примерно 30, 20 и 12 % допуска раз­мера, так как допуск формы ограничивает отклонение радиуса, а допуск размера — отклонение диаметра поверхности.
Допуски формы и расположения можно ограничивать полем допуска размера. Эти допуски указывают только, когда по функциональным или тех­нологическим причинам они должны быть меньше допусков размера или неуказанных допусков.