Справочник конструктора. В 2 кн. Кн. 2: Проектирование машин и их деталей


В. Н. Фещенко







                СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА





Книга 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН И ИХ ДЕТАЛЕЙ
Учебно-практическое пособие



3-е издание







Инфра-Инженерия Москва— Вологда 2019

УДК 621.001.66(035)
ББК 34.42я2
   Ф44

                         ФЗ Издание не подлежит маркировке № 436-ФЗ в соответствии сп. 1ч.4ст. 11


                       Рецензенты:
Ветров С. И., и. о. генерального директора ОАО Завод «Красный Пролетарий», г. Москва. Абоймов А. В., зам. директора по учебно-производственной работе ГОУПО, лицей №2, г. Мытищи, Московской обл.
Ломаев А. Н., главный конструктор по изделиям гражданского назначения, ОАО «Воткинский завод», г. Воткинск.




      Фещенко В. Н.

Ф44 СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА. Книга 2. Проектирование машин и их деталей : учебно-практическое пособие. / В. Н. Фещенко. — 3-е изд. испр. и доп. —М. : Инфра-Инженерия, 2019. — 400 с.

ISBN 978-5-9729-0253-8 (К.2)
ISBN 978-5-9729-0254-5


    Изложены основы и правила проектирования машин и передаточных механизмов и их деталей, приведены основы взаимозаменяемости, сведения по Единой системе допусков и посадок и по размерным цепям, применяемые при конструировании в соединениях деталей механизма или машины. Изложены методы определения нагрузочной способности и принципы конструирования деталей с вращательным и поступательным движением, корпусных литых и сварных деталей и др. Дана методика конструирования и расчета нагрузочной способности механических передач, а также нормы и показатели их точности. Приведены особенности конструкций подшипников скольжения и качения и методы определения их нагрузочной способности, а также даны методы их выбора и применения в конструкциях механизмов машин.
    Предназначено для инженеров, техников-конструкторов, студентов машиностроительных специальностей технических вузов и учащихся профессионально-технических училищ.











© Фещенко В.Н., автор, 2019
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2019




ISBN 978-5-9729-0253-8 (К.2)
ISBN 978-5-9729-0254-5

Справочник конструктора. Книга 2. «Проектирование машин и их деталей». Фещенко В.Н.

ВВЕДЕНИЕ

        В своем историческом развитии человек прошел сложный путь познаний, как говорят, «от сохи до трактора». Но на этом пути продолжаются поиски и находки новых технических решений, которые позволили бы с меньшими физическими и умственными затратами и более полно обеспечивать потребности жителей планеты.
        Машины, которыми в настоящее время оснащены производственные процессы, на момент их создания и внедрения в производство были совершенны и отвечали требованиям своего времени. Однако, по истечении времени, происходит интеллектуальный рост человеческого общества, изменение условий жизни и изменение структуры его потребностей. Эти изменения постоянно побуждают людей-специалистов совершенствовать производственные процессы, т.е. внедрять новые, более совершенные машины, отвечающие современным потребностям и требованиям человеческого общества. И этому нет конца.
        В процессе совершенствования машин и механизмов и их деталей постоянно совершенствуются методы модернизации работающих машин и методы создания новых машин и механизмов, а также методы расчета и проектирования деталей. Накопленный положительный опыт в этой области обобщается, систематизируется (в таблицах), и результаты обобщения периодически издаются в виде справочников.
        Пользуясь материалом, приведенным в справочниках, можно определить размеры деталей расчетным методом и с помощью эмпирических зависимостей, а также определить размеры деталей с помощью таблиц. Сочетание научного расчетного и эмпирического методов создания элементов новых конструкций, а также использование в новых конструкциях машин деталей и конструктивных элементов прежних машин позволяет сократить сроки и затраты на создание новых машин и поэтому является основой конструкторской работы.
        Для того, чтобы включиться в этот творческий процесс модернизации и создания новых машин необходимо обладать основами технической грамоты - это принятые условные обозначения и графические изображения на чертежах, а также техническая терминология, принятая специалистами для общения в области машиностроения. Обладая этими знаниями, можно разобраться самостоятельно или с помощью сотрудников в том, что, в буквальном смысле, натворили предшествующие поколения конструкторов - создателей ныне действующих машин и механизмов.
        Затем, зная достоинства и недостатки различных устройств, технические возможности ранее созданных машин при работе в современных условиях и зная достижения техники на современном уровне, можно найти решение, как с учетом этих достижений модернизировать действующую машину или какой должна быть новая машина. Кроме того, при создании новой или совершенствовании действующей конструкции машины или механизма необходимо уметь оценить расчетом смогут ли ранее спроектированные детали и сборочные единицы, входящие в новую конструкцию, выдержать новые режимы работы и новые нагрузки.
        После этого замысел конструктора в виде новой конструкции машины или механизма излагается, с использованием основ технической грамоты, в чертежах, по которым изготовитель узнает, как нужно изготовить новую машину.
        В данном справочнике приведен теоретический материал и таблицы по конструктивным материалам, по допускам и посадкам, по деталям машин и их элементам. Приведено описание устройства базовых деталей и некоторых механизмов на примере металлорежущих станков. Это объясняется тем, что металлорежущие станки имеются практически на всех производствах. При необходимости, приводимые примеры могут быть предметно рассмотрены и затем уточнены при рассмотрении отличительных особенностей в конструктивных решениях устройства технологических машин другого назначения.
        Вместе с тем, более подробные сведения по конструктивным особенностям машин конкретного назначения, а также о покупных изделиях и их изготовителях можно получить в интернете.

        Справочник представлен в двух книгах:
        Книга 1. «Машины и механизмы»;
        Книга 2. «Проектирование машин и их деталей».

        Настоящий справочник соответствует требованиям учебных планов и программ для подготовки молодых специалистов в лицеях, колледжах, профессионально-технических училищах и в школах рабочей молодежи при изучении учащимися предмета общепрофессиональной дисциплины, включающей изучение устройства машин и механизмов, определение воспринимаемой ими нагрузки и основ их проектирования.
        Данный «Справочник конструктора» составлен с учетом требований, изложенных в федеральном государственном образовательном стандарте среднего профессионального образования по профессии 151901.01 Чертежник-конструктор, который утвержден Приказом Минобрнауки РФ N 825 от 2 августа 2013 года и введен в действие с 1 сентября 2013 года.
        Примеры должностных инструкций по специальности «ТЕХНИК-КОНСТРУКТОР» приведены на стр. 393. Справочник может найти применение в качестве учебного пособия для учащихся профессиональных учебных заведений и в творческой деятельности начинающих конструкторов, повышающих свое мастерство при совершенствовании действующих машин и при создании машин новых конструкций.

        Приношу глубокую признательность всем, кто поделился своим опытом, словом и делом принял участие в составлении данного справочника и чьи наработки включены в этот справочник.


                                                                        С пожеланиями успехов и удачи автор.

Справочник конструктора. Книга 2. «Проектирование машин и их деталей». Фещенко В.Н.

Глава 1

    ОСНОВЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

       1.1. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

       Современные машины состоят из большого количества взаимодействующих деталей, сборочных единиц и агрегатов. Кроме того, многие машины имеют комплекты сменных сборочных единиц и деталей, которые позволяют приобретать собранной композиции отличительные свойства для выполнения требуемых операций или процессов, расширяющих технологические возможности машин.
       Следует учесть, что часть деталей изготовляет изготовитель машины, а остальные детали и сборочные единицы он приобретает у других изготовителей или у поставщиков готовых деталей.
       При этом все взаимодействующие детали, сборочные единицы и агрегаты в машине должны иметь определенное назначение и должны обладать строго определенными стабильными характеристиками.
       Это возможно при условии, что все детали и сборочные единицы будут изготовлены по чертежам с соблюдением требований нормативно-технических документов и требований взаимозаменяемости. Этими нормативно-техническими документами в первую очередь являются стандарты.
       Взаимозаменяемостью называют свойство одних и тех же деталей, сборочных единиц или агрегатов машин и т. д., позволяющее при сборке устанавливать их в собираемую конструкцию изделия или заменять их без предварительной подгонки при сохранении всех требований, предъявляемых к работе узла, агрегата и конструкции машины в целом.
       Для обеспечения взаимозаменяемости необходимо сформулировать технические требования к изготовлению деталей и сборочных единиц, а также их контролю с тем, чтобы работы по изготовлению изделия производились с требуемой (нормированной) точностью их геометрических и физико-химических параметров и такими методами, при которых создавались бы заданные эксплуатационные показатели изделия.
       В большинстве случаев детали машин представляют собой определенные комбинации геометрических тел, которые ограничены поверхностями простейших форм: плоскими, цилиндрическими, коническими и т.д. Простейшие геометрические тела, определяющие форму детали, будем называть их элементами.
       При проектировании машин геометрические параметры деталей и их элементов задаются точностью размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. При назначении требований к точности изготовления деталей и их элементов необходимо исходить из их функционального назначения (при эксплуатации), а также методов достижения требуемой точности параметров и точности соединения деталей. Требования к точности должны быть такими, чтобы были обеспечены заданные эксплуатационные свойства изделия при обоснованном использовании методов, средств и затрат.
       При изготовлении возникают отступления геометрических параметров реальных деталей от идеальных (запроектированных) форм и значений. Эти отступления называются погрешностями изготовления. Погрешности могут возникнуть также в процессе хранения и эксплуатации машин под воздействием внешней среды, внутренних изменений в структуре материала, износа и т.д.
       Точностью называется степень приближения действительных параметров, измеренных с допустимой погрешностью, к идеальным (заданным по чертежу). Понятия о точности и погрешности взаимосвязаны. Точность характеризуется действительной погрешностью (действительная точность) или пределами, ограничивающими значение погрешности (нормированная точность). Чем меньше интервал между этими пределами, тем меньше погрешности, тем выше точность.
       Точность деталей по геометрическим параметрам - это совокупное понятие, подразделяющееся по следующим признакам:
       -  точность размеров элементов;
       -  точность формы поверхностей элементов (макрогеометрии поверхностей);
       -  точность по шероховатости поверхности (микрогеометрии);
       -  точность взаимного расположения элементов (поверхностей).
       Погрешности параметров неизбежны и допускаются в определенных пределах, при которых деталь удовлетворяет требованиям сборки и функционирования машины. Нельзя требовать получения абсолютно точного идеального значения параметра, т. е. нулевой погрешности, так как это требование неосуществимо в реальных условиях изготовления и измерения, и следует учитывать, что чем меньше величина погрешности тем выше затраты на изготовление. Сложность задачи по назначению пределов для допустимых погрешностей состоит в том, что ее решение требует от конструктора всестороннего учета как условий функционирования и эксплуатации изделия, так и условий его изготовления и сборки. Условия эти противоречивы: для правильного функционирования может требоваться сужение пределов допускаемых погрешностей, а для экономичного изготовления - расширение.
       Таким образом, для практического осуществления принципа взаимозаменяемости изделий необходима четкая система конструкторского, технологического и эксплуатационного анализа и согласованные технико-экономические критерии.
       Взаимозаменяемость подразделяют на внешнюю и внутреннюю.
       Внешняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость готовых изделий и агрегатов, устанавливаемых в другие более сложные машины (по основным и присоединительным размерам, выходным эксплуатационным характеристикам и параметрам и т. п.).
       Внутренняя взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость отдельных деталей и механизмов, входящих в изделие или сборочную единицу. Например, в подшипнике качения внутренней групповой взаимозаменяемостью обладают кольца и тела качения (ролики, шарики).


4

Глава 1. Основы взаимозаменяемости

        Документы, регламентирующие требования к взаимозаменяемости, должны учитывать и увязывать интересы всех изготовителей и поставщиков. Такими документами являются государственные стандарты и технические условия, которыми устанавливаются требования взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц. Этими документами определяются основные и присоединительные размеры и допуски на них, а также выходные параметры, которые могут влиять на эксплуатационное качество устройств, которые войдут в состав машины.
        Значительная часть этих документов относится к деталям и узлам, которые находят широкое распространение в машиностроении. Поэтому для обеспечения взаимозаменяемости многочисленных узлов и деталей широкого применения создаются специальные стандарты, регламентирующие общие нормы взаимозаменяемости, которые устанавливаются национальными стандартами технически развитых стран и стандартами DIN и ISO и которые учитывают интересы всех участников рынка.
        Взаимозаменяемость может быть полной, когда требуемые эксплуатационные свойства, в частности точность, сохраняются у всех деталей и любая деталь из партии может быть поставлена на соответствующее место в машине без подгонки. В процессе такой сборки автоматически обеспечивается требуемая точность сопряжения деталей и узлов и получение эксплуатационных показателей в заданных пределах (запасное колесо автомобиля).
        В производственных условиях по экономическим соображениям имеет место неполная (ограниченная) взаимозаменяемость, при которой изготовляемые детали до сборки сортируют по размерам на ряд групп, а затем, при сборке машин используют не любые детали данного номера и наименования, а только определенной группы. В пределах каждой группы размеры деталей имеют минимальные неточности (колесо конкретной модели автомобиля).
        При сборке, ремонте и эксплуатации машин и узлов применяются также компенсаторы и регулирование. Компенсаторы - это дополнительные детали конструкции в виде втулок, планок, шайб, прокладок, резьбовых соединений и т. п., позволяющие компенсировать неточности изготовления некоторых размеров деталей и их износ. Регулирование - это определение заданного взаимного относительного положения поверхностей перемещающихся деталей и закрепление их в заданном положении.
        При сборке и ремонте машин и узлов имеют место также пригоночные работы для обеспечения заданного взаимного относительного положения поверхностей деталей.
        Обоснованность и соблюдение требований, предъявляемых к сборке и эксплуатации машин и их узлов, обеспечивают надежность и долговечность их эксплуатации.

        1.2. ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА И РЯДЫ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ЧИСЕЛ.
        НОРМАЛЬНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ РАЗМЕРЫ

        Параметрические стандарты устанавливают ряды параметров и размеров наиболее рациональных видов, типов и типоразмеров машин, приборов и оборудования. Разработка параметрических рядов требует, прежде всего, установления единой закономерности в системе стандартизуемых величин, к числу которых относятся, помимо геометрических характеристик, мощность, производительность, грузоподъемность, емкость, скорость, прочность и др.
        Благодаря этому предотвращается возможность выпуска неоправданно большой номенклатуры машин одного типа, что обусловлено ограничением числа значений параметров и размеров, введенных в стандарты по рядам предпочтительных чисел.
        Согласование параметров и размеров на базе предпочтительных чисел позволяет увязать между собой интересы многочисленных производителей и потребителей.
        Если проектирование новых машин, приборов ведется одновременно по всему параметрическому ряду, то при этом задаются благоприятные условия для широкой унификации деталей и узлов, для организации производства и для облегчения эксплуатации и ремонта машин, в частности, удобнее решается проблема запасных частей.
        Система предпочтительных чисел является теоретической базой развития стандартизации. Смысл этой системы заключается в выборе лишь тех значений параметров и размеров, которые подчиняются строго определенной математической закономерности, а не любых других значений.
        Ряды предпочтительных чисел должны отвечать следующим требованиям: представлять рациональную систему градаций, отвечающую потребностям изготовителей и потребителей; быть бесконечными как в сторону малых, так и больших величин, т. е. допускать неограниченное развитие параметров или размеров в направлении их увеличения или уменьшения; включать все десятикратные значения любого члена и единицу; быть простыми и легко запоминаемыми.
        Ряды предпочтительных чисел могут быть выражены в виде арифметических или геометрических прогрессий. Арифметические прогрессии используются в стандартах сравнительно редко, однако такие стандарты есть, например, на диаметры подшипников качения и др. Арифметический ряд прост, не требует округления чисел, но его существенным недостатком является относительная неравномерность. При постоянной абсолютной разности относительная разность между членами ряда резко уменьшается. Так, относительная разность между членами арифметического ряда 1-2... 9-10 для чисел 1-2 составляет 100 %, а для чисел 9-10 - всего 11 %. Чтобы этого избежать, в некоторых стандартах использованы ступенчатоарифметические прогрессии, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности имеют различные значения.
        Специальные исследования показали, что наиболее удобны для стандартизации геометрические прогрессии, включающие единицу и имеющие знаменатель вида
q = ГГ
        где n - целое число.
        Знаменатели прогрессий такого вида придают прогрессиям ряд свойств, удобных для использования в стандартизации. Как увидим дальше, для системы предпочтительных чисел отобраны показатели степени 5, 10, 20, 40, 80. Если принять n =10, то куб любого члена этого ряда, будет примерно в 2 раза больше куба предыдущего члена. При n = 20 члены ряда удваиваются через каждые шесть членов, а при n = 40 удваиваются через каждые 12 членов.
        За основу принят знаменатель прогрессии, обеспечивающий десятикратное увеличение каждого пятого члена ряда, т. е. aq⁵ = 10а, откуда q = 5/1(0.


5

Справочник конструктора. Книга 2. «Проектирование машин и их деталей». Фещенко В.Н.

        Примечание. Историю создания рядов предпочтительных чисел связывают с Шарлем Ренаром, который в конце XIX века разработал спецификацию на хлопчатобумажные канаты, взяв за основу канат, имеющий массу а в граммах на 1 м длины, и построил ряд, приняв знаменатель прогрессии, обеспечивающий десятикратное увеличение каждого пятого члена ряда, т. е. aq¹ ² ³ ⁴ ⁵ * * * = 10а, откуда и была получена зависимость q — ^/10.
        Числовой ряд при вычислении с точностью до пятой значащей цифры для практического применения был заменен округленными величинами, причем для а была принята положительная, нулевая или отрицательная степень числа 10. Таким образом, получен ряд, условно обозначенный R5: 1 - 1,6 - 2,5 - 4 - 6,3 - 10, который может быть продлен в обоих направлениях.
        Из ряда R5 были впоследствии образованы ряды R10, R20 и R40 со знаменателями соответственно ¹°Ю, 4/1С) и 4/10 , вошедшие в качестве основных рядов в стандарт ИСО и национальные стандарты.
        ГОСТ 8032 - 84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел» устанавливает четыре основных ряда предпочтительных чисел R5, R10, R20, R40 и один дополнительный R80. Применение последнего допускается только в отдельных технически обоснованных случаях.
        ГОСТ 8032 - 84 является основой для установления параметров и размеров не только в машиностроении, он также служит базой для увязки между собой всех видов продукции (в том числе материалов, полуфабрикатов, транспортных средств, технологического и энергетического оборудования).
        Все ряды предпочтительных чисел основаны на геометрических прогрессиях со знаменателями:
        для ряда R5 q — л/10 = 1,60; для ряда R20 q — >/10 = 1,12; для ряда R10 q — ¹-°Тс' = 1,25;
        для ряда R40 q — 4/10 = 1,06; для ряда R80 q — 4/10 = 1,03.
        Известно, например, что основным параметром токарно-винторезных станков является наибольший диаметр D обрабатываемой заготовки над станиной. ГОСТ 440-57 предусматривает ряд размеров токарно-винторезных станков, обеспечивающих потребности промышленного производства, со значениями D от 100 до 6300 мм, построенными по закону геометрической прогрессии со знаменателем q = 1,25 (D = 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 мм и т.д. с небольшими округлениями).
        Свойства основных рядов предпочтительных чисел. ГОСТ 8032 - 84 устанавливает стандартные значения предпочтительных чисел в диапазоне 0 а / на основе фиксированных величин, включенных в десятичный интервал 1 < а < 10. Все эти числа в десятичном интервале от 1до10, включенные в ряд R40, приведены в табл. 1.1.


Таб л ица1.1

Числа в десятичном интервале от 1 до 10, включенные в ряд R40

Номера чисел         R40              Номера чисел             R40            Номера чисел             R40            Номера чисел       R40            
     N                                      N                                       N                                       N                           
     0               I,0                                                                                                                                
     1              1,06                   11                  I,9                 21                 3,35                 31                  6,0      
     2              1,12                   12                  2,0                 22                 3,55                 32                  6,3      
     3              1,18                   13                 2,12                 23                 3,75                 33                  6,7      
     4              1,25                   14                 2,24                 24                  4,0                 34                  7,1      
     5              1,32                   15                 2,36                 25                 4,25                 35                  7,5      
     6               1,4                   16                  2,5                 26                  4,5                 36                  8,0      
     7               1,5                   17                 2,65                 27                 4,75                 37                  8,5      
     8               1,6                   18                  2,8                 28                  5,0                 38                  9,0      
     9               1,7                   19                  3,0                 29                  5,3                 39                  9,5      
     10              1,8                   20                 3,15                 30                  5,6                 40                 10,0      
Примечание. В исключительных случаях допускается замена числа 1,18 на 1,15 и 1,25 на 1,2. Последовательность чисел при этом имеет вид: 1,00-1,05-        
1,10-1,15-1,20-1,30.                                                                                                                                     

        1. Стандартизованные предпочтительные числа представляют собой округленные значения точных величин, полученных путем расчета с точностью до пятой значащей цифры.

        2. Число 1,0 (табл. 1.1) не входит в десятичный интервал 1 < а <10. Его можно рассматривать как завершающее число предыдущего десятичного интервала 0,1 < а <1. Номер ряда предпочтительных чисел (R40, R20, RI0, R5) указывает на количество чисел в десятичном интервале. Так, ряд R40 содержит в десятичном интервале 40 чисел.

        3. Таблица 1.1 включает все основные ряды предпочтительных чисел. Числа рядов R5, R10 и R20 во всех случаях начинают с единицы и умножают на соответствующие знаменатели прогрессии, в результате: ряд R5 получит вид: 1 - 1,6 -2,5 - 4,0 - 6,3 - 10,0 - ...; ряд 10 получит вид: 1 - 1,25 - 1,60 - 2,00 - 2,50 - 3,15 - 4,00 - 5,00 - 6,30 - 8,00 - 10,0 - 12,50 - ... и т.д.

        4. Начиная с ряда R10, среди предпочтительных чисел имеется число 3,15, которое в практике используют в качестве

числа я = 3,1416. Использование при расчетах числа я позволяет выражать предпочтительными числами длины окружно
   стей, площади кругов, окружные скорости, скорости резания, цилиндрические и сферические поверхности и объемы.

        Как известно, прочность и упругие характеристики деталей машин или элементов конструкций пропорциональны площадям, моментам сопротивлений и моментам инерции поперечных сечений, которые в свою очередь являются степенными функциями линейных размеров. На основании свойств геометрической прогрессии можно связать единой закономерностью ряды линейных размеров с прочностными и упругими характеристиками.

        В табл. 1.1 все предпочтительные числа имеют номера от 0 до 40. Эти номера облегчают расчеты взаимосвязанных показателей стандартов, ускоряют вычисления. Номера чисел N представляют собой логарифмы предпочтительных чисел а при основании логарифмов, равных знаменателю прогрессии q.

        Знаменателем прогрессии ряда R40 является q =1,06. Логарифмическая связь между номерами предпочтительных чисел и соответствующими предпочтительными числами будет:

q⁰ = 1; ^= 1,06; q²= 1,12;....; q¹⁰= 10.

6

Глава 1. Основы взаимозаменяемости

        В практике вычислений для упрощения расчетов используется известное свойство логарифмов, позволяющее вместо умножения или деления самих предпочтительных чисел складывать или соответственно вычитать номера этих чисел, а по результирующему номеру определять искомое число. При этом удается кроме ускорения вычислений не оперировать округленными числами, что усложняет определение стандартного результата расчетов, так как требует дополнительных округлений.
        Например, если непосредственно перемножить предпочтительные числа 2,24 и 3,55, то получим 7,952; результат требуется округлить, подвести его к стандартному значению 8,00.
При пользовании же номерами предпочтительных чисел (табл. 1.1) достаточно провести сложение номеров этих чисел: N = N₂,₂₄ + N₃,₅₅ = 14 + 22 = 36.
        Под номером 36 значится стандартное число 8,00.
        Возведение предпочтительного числа в целую положительную или отрицательную степень производят путем умножения порядкового номера предпочтительного числа на показатель степени с последующим нахождением в табл. 1.1 числа, соответствующего полученному порядковому номеру.
        Например: определяем результат 3,15², находим 2N3,₁₅ = 2^20 = 40.
        Номеру 40 соответствует число 10.
        Число, соответствующее корню или дробной положительной или отрицательной степени, вычисляют таким же образом, если произведение номера ряда и дробного показателя степени является целым числом.
        Например: определяем результат Д/3,15 = (3 15)¹/⁵, находим 1 х n = ²⁰ = 4 • 5                                                         ³,¹⁵ 5
        Номеру 4 соответствует число 1,25.
        Нормальные линейные размеры. Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. В подавляющем большинстве случаев взаимозаменяемость по геометрическим параметрам является важнейшим элементом взаимозаменяемости вообще. Эта геометрическая взаимозаменяемость достигается за счет установления соответствующих размеров и допусков.
        ГОСТ 8032-84 допускает округление отдельных чисел (в ряде случаев до двух округлений), что не обеспечивает требуемого уровня взаимозаменяемости и не способствует уменьшению номенклатуры линейных размеров. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости, оказалось целесообразным самостоятельно регламентировать ряды линейных размеров, приняв в качестве базы для них предпочтительные числа и (в отдельных случаях) их округленные значения (табл.1.2).


Таб л иц а1.2

Нормальные линейные размеры (в мм) в диапазоне 1-155 мм (ГОСТ 6636-69)

      Ряды           s тельные размеры       Ряды          s тельные л        Ряды          ДополниRa5 Ra 10 Ra20 Ra 40 £                 Ra5 Ra 10 Ra20 Ra40 £         p< Ra5 Ra 10 Ra20 Ra40 тельные 
                     c                                     c         2                      размеры 
                     c                                     c         CO                             
                     c                                     c         C5                             
                                                                     Ph                             
1,0 1,0   1,0  1,0                     6,3 6,3   6,3  6,3  6,5               32    32  32   33      
          1,1  1,05                              7,1  6,7  7,0                     36  34   35      
                1,1                                   7,1  7,3                         36   37      
               1,15                                   7,5  7,8                         38   39      
    1,2   1,2  1,2   1,25                  8,0   8,0  8,0  8,0          40   40    40  40   41      
          1,4  1,3   1,35                        9,0  8,5  8,8                     45  42   44      
               1,4   1,45                             9,0  9,2                         45   46      
               1,5   1,55                             9,5  9,8                         48   49      
1,6  1,6  1,6  1,6   1,65              10  10     10   10  10,2         50   50    50  50   52      
          1,8  1,7   1,75                         11  10,5 10,8                    56  53   55      
               1,8   1,85                              11     11,2                     56   58      
               1,9   1,95                             11,5 11,8                        60   62      
    2,0   2,0  2,0   2,05                  12     12   12  12,5         63   63    63  63   65      
          2,2  2,1   2,15                         14   13  13,5                    71  67   70      
               2,2   2,30                              14  14,5                        71   73      
               2,4                                     15  15,5                        75   78      
2,5 2,5   2,5  2,5                     16  16     16   16                    80    80  80           
          2,8  2,6         2,7                                                                      
               2,8                                                                                  

7

Справочник конструктора. Книга 2. «Проектирование машин и их деталей». Фещенко В.Н.

            3,0 2,9                                17             16,5                                         85          82         
                3,1                     18                        17,5                                             88                 
3,2 3,2 3,2 3,2 3,3                                18             18,5                                         90  92                 
            3,4 3,5                                19             19,5                                         95  98                 
        3,6 3,6 3,7           20        20         20             20,5         100         100     100         100         102        
            3,8 3,9                                21             21,5                                         105         108        
4,0 4,0 4,0 4,0 4,1                                22             23,5                             110         110         112        
            4,2 4,4                                24                                                          120         115        
        4,5 4,5 4,6 25        25        25         25                                      125     125         125         128        
            4,8 4,9                     28         26         27                                               130         135        
    5,0 5,0 5,0 5,2                                28         29                                   140         140         145        
            5,3 5,5                                30         31                                               150         155        
        5,6 5,6     Примечание. При выборе размеров предпочтение следует отдавать рядам                        с более крупной града-  
                5,8 цией, т. е. ряд Ra 5 следует предпочитать ряду Ra 10, ряд Ra 10 - ряду Ra 20 и т.д.                                
            6,0 6,2                                                                                                                    

        ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» является ограничительным, устанавливает обязательные для всех отраслей промышленности ряды нормальных линейных размеров. Он устанавливает все конкретные значения чисел от самого малого 0,001 мм до самого большого 20000 мм без деления на десятичные интервалы. Отдельные числа в этом сквозном ряду заменены округленными значениями. Этим создаются дополнительные размеры для конструкторов и других лиц, пользующихся ими, а также исключается какая-либо возможность по-разному подходить при назначении линейных размеров.
        В ГОСТ 6636-69 в диапазоне от 0,001 до 0,009 мм установлен следующий ряд размеров: 0,001; 0,002; 0,003; 0,004; 0,005; 0,006; 0,007; 0,008; 0,009 мм. Нормальные линейные размеры в диапазоне от 0,1 до 20000 мм установлены в четырех основных рядах, обозначаемых Ra5, Ra10, Ra20 и Ra40, которые дают размеры для основного применения и в виде дополнительных размеров, построенных на базе ряда R80, начиная с числа 1,25, применение которых допускается лишь в отдельных технически обоснованных случаях.
        На базе рядов, входящих в ГОСТ 6636-69, могут создаваться ограничительные стандарты фирм и стандарты предприятия, при этом допускается использование производных рядов путем отбора членов из рядов основного применения: Ra5, Ra10, Ra20 и Ra40. В табл. 1.2 приведены стандартные ряды нормальных линейных размеров (диаметров, длин, высот и др.).
        Стандарт не распространяется на технологические межоперационные размеры и на размеры, связанные расчетными зависимостями с другими принятыми размерами.
        При выборе размеров предпочтение следует отдавать рядам с более крупной градацией, т.е. ряд Ra 5 следует предпочитать ряду Ra 10, ряд Ra 10 - ряду Ra 20 и т. д.

        1.3. ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК (ЕСДП). ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

        1.3.1. РАЗМЕРЫ И ФОРМА СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

        При соединении отдельных деталей в механизм, в котором эти детали должны взаимодействовать при передаче энергии движения от двигателя к исполнительному звену, необходимо обеспечить совпадение осей вращения валов с сидящими на них деталями с геометрическими осями.
        Для этого в чертежах на соединяемые детали необходимо обеспечить такое сопряжение их поверхностей, указав их размеры, форму и относительное расположение, при которых собранный механизм соответствовал конструкции, представленной на чертеже, и был работоспособным после изготовления. Степень приближения истинного значения закладываемых в чертежах и получаемых при изготовлении параметров передачи, механизма и их деталей к их теоретическому значению называется точностью.
        Размер - это числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.), который в машиностроении измеряют в миллиметрах. Размеры подразделяют на номинальные, действительные и предельные.
        Предельные размеры - два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.
        Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит также началом отсчета отклонений. Номинальный размер - для отверстия это D, а для вала это d - основной размер, полученный на основе кинематических, динамических и прочностных расчетов или выбранный из конструктивных, технологических, эксплуатационных, эстетических и других соображений. В понятие «отверстие» включают внутренние (охватываемые) элементы деталей, а в понятие «вал» - наружные (охватывающие) элементы деталей (рис. 1.1).


8

Глава 1. Основы взаимозаменяемости

а)

б)

Рис. 1.1. Элементыдеталей: а - охватываемые; б - охватывающие

     Номинальные размеры можно классифицировать по назначению на определяющие величину и форму детали, координирующие и сборочные (монтажные). Кроме того, из соображений удобства и точности обработки иногда вводятся технологические размеры. Это тот теоретический размер, которому как можно ближе должен соответствовать размер готовой детали.
     Действительный размер - это размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.
     Чтобы изделие считалось годным, т.е. отвечало своему целевому назначению, его действительный размер должен быть выдержан между двумя теоретически допустимыми предельными размерами, разность которых образует допуск. Наибольший предельный размер - это больший из двух предельных, наименьший - это меньший из двух предельных размеров.
     Для удобства указывают номинальный размер детали, а каждый из двух предельных размеров определяют по его отклонению от этого номинального размера (рис.1.2). Абсолютную величину и знак отклонения получают вычитанием номинального размера из соответствующего предельного размера.

Рис. 1.2. Формирование отклонений для вала и отверстия относительно нулевой линии номинального размера

     Отклонение - это алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером.
     Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.
     Предельное отклонение - это алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Предельные отклонения подразделяют на верхнее и нижнее.
     Верхнее отклонение - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами, которое для отверстия обозначают- ES, а для вала - es (рис. 1.2).
ES = Dₘₐₓ - D и. es = dₘₐₓ - d.
     Нижнее отклонение - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами, которое для отверстия обозначают- EI, а для вала - ei (рис. 1.2).
EI = Dmn - D и ei = dmi„ - d.
     Верхнее и нижнее отклонения приводятся в справочных таблицах и измеряются в микрометрах (мкм), а на чертежах указываются в миллиметрах (мм).
     Допуск - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.
     Допуск размера отверстия - Td = Dmax - Dₘᵢₙ или Td = ES - EI;
     допуск размера вала - Td = dmax- dmi„ или Td = es - ei.
     Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз.
     Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.
     Основное отклонение - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), ближайшее к нулевой линии, используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии.

9

Справочник конструктора. Книга 2. «Проектирование машин и их деталей». Фещенко В.Н.

Рис.1.3. Расположение полей допусков относительно нулевой линии

     Это нижнее отклонение EI для отверстий от А до H или верхнее отклонение ES для отверстий от J до ZC. Верхнее отклонение es для валов от а до h и нижнее отклонение ei для валов оту до zc. (рис.1.3).
     Основное отверстие - это отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю и обозначают - Н.
     Основной вал - это вал, верхнее отклонение которого равно нулю и обозначают - h.
     Посадка - характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки бывают с зазором, натягом и переходные (рис. 1.4).
     Зазор - разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала.
     Натяг - разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера, отверстия.



Рис. 1.4. Типыпосадок:
а — с зазором; б — с натягом; в - переходная

     Номинальным размером посадки называется номинальный размер, общий для отверстия' и вала, составляющих соединение.
     Посадка с зазором — посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала) (рис 1.4, а). К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала. Поскольку идеально точное изготовление деталей невозможно, то невозможно получить в соединении один и тот же по величине зазор. В связи с этим назначаются два предельных значения - наименьший и наибольший зазоры, между которыми должен находиться зазор в соединении по выбранной посадке. Для образования посадок с зазорами используют поля допусков а—h (А—Н).


10