Метрология, стандартизация и сертификация. Основы взаимозаменяемости

МЕТРОЛОГИЯ, 
СТАНДАРТИЗАЦИЯ
И СЕРТИФИКАЦИЯ

ОСНОВЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

В.Д. МОЧАЛОВ
А.А. ПОГОНИН
А.А. АФАНАСЬЕВ

2-е издание, стереотипное

Допущено 
Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области 
автоматизированного машиностроения (УМО AM) в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 
«Технологические машины и оборудование», «Конструкторско-технологическое
 обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация 
технологических процессов и производств»

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 006(075.8)
ББК 30.10:30ц
 
М86

Мочалов В.Д.
М86  
Метрология, стандартизация и сертификация. Основы взаимозаменяемости : учебное пособие / В.Д. Мочалов, А.А. Погонин, А.А. Афанасьев. — 2-е изд., стереотип. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 264 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/textbook_5a40aec
22da5b7.51406662.

ISBN 978-5-16-013765-0 (print)
ISBN 978-5-16-106436-8 (online)
В учебном пособии рассматриваются теоретические вопросы метрологии, стандартизации и сертификации в машиностроении. Особое внимание уделено вопросам стандартизации основных норм взаимозаменяемости гладких цилиндрических, шпоночных, шлицевых и резьбовых 
соединений. Приводятся справочные материалы, методики и примеры 
решения задач.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся 
по направлениям подготовки «Технологические машины и оборудование», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств».

УДК 006(075.8)
ББК 30.10:30ц

Р е ц е н з е н т ы:
Вороненко В.П., доктор технических наук, профессор, профессор 
кафедры технологии машиностроения Московского государственного технологического университета «СТАНКИН»;
Пелипенко Н.А., доктор технических наук, профессор, профессор 
кафедры прикладной геологии и горного дела Белгородского государственного национального исследовательского университета, заслуженный изобретатель Российской Федерации

А в т о р ы:
Мочалов Виктор Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент, 
доцент кафедры Белгородского государственного технологического 
университета им. В.Г. Шухова;
Погонин Анатолий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова;
Афанасьев Александр Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова

ISBN 978-5-16-013765-0 (print)
ISBN 978-5-16-106436-8 (online)
© Мочалов В.Д., Погонин А.А.,
Афанасьев А. А., 2015, 2018

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ....................................................

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ ........................................

1.1 Общие сведения.....................................................................
1.2 Основные метрологические показатели

средств измерения ...............................................................

1.3 Мерыдлины и угловые меры .........................................
1.4 Универсальные средства измерения...............................

1.4.1 Универсальные измерительные инструменты .
1.4.2 Универсальные измерительные приборы ........
1.4.3 Автоматические средства контроля ..................
1.4.4 Выбор средств измерения......................................

Вопросы для повторения...........................................................

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ

2.1 Сущность стандартизации ................................................
2.2 Нормативные документы по стандартизации..............
2.3 Государственная система стандартизации .................
2.4 Органы и службы по стандартизации ........................
2.5 Порядок разработки стандартов ...................................
2.6 Международная стандартизация ...................................
Вопросы для повторения...........................................................

ОГЛАВЛЕНИЕ

, 7 

. 9 

10

10

12
13
14
14
15
15
16 
16

17

17
17
20
20
21
22
24

ГЛАВА 3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ НОРМ 
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ...................................................................... 25

3.1 
Понятие о взаимозаменяемости..................................................25

3.1.1 Предельные размеры, предельные отклонения

и допуски.................................................................................. 26

3.1.2 Понятие о посадках и допусках посадок .................... 28
3.1.3 Принципы построения систем и посадок

для типовых соединений деталей машин....................... 30

3

3.1.4 Основные отклонения для образования посадок ..
3.1.5 Обозначение предельных отклонений

и посадок на чертежах...............................................

3.1.6 Калибры для гладких цилиндрических деталей

3.2 Допуски и посадки подшипников качения...................
3.3 Стандартизация точности шпоночных соединений ...

3.3.1 Допуски и посадки шпоночных соединений.....

3.4 Стандартизация точности шлицевых соединений.....

3.4.1 Допуски и посадки шлицевых соединений

с прямобочным профилем зуба................................

3.5 Расчёт допусков и размеров,

входящих в размерные цепи................................................
3.5.1 Основные термины и определения............................
3.5.2 Решение первой задачи размерной цепи...............
3.5.3 Решение второй задачи размерной цепи............

3.6 Стандартизация точности резьбовых

соединений ................................................................................
3.6.1 Эксплуатационные требования

к резьбовым соединениям..........................................

3.6.2 Основные параметры метрической резьбы.........
3.6.3 Предельные контуры резьбы....................................
3.6.4 Посадки метрических резьб.......................................
3.6.5 Контроль точности резьб...........................................

Вопросы для повторения..............................................................

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОТКЛОНЕНИЙ 
ФОРМЫ, РАСПОЛОЖЕНИЯ И ШЕРОХОВАТОСТИ 
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ.........................................................

35
38
40
44
44
46

46

50
50
52
56

58

58
59 
62 
64
69
70

33

75

4.1 Отклонения и допуски формы

и расположения поверхностей....................................................... 75

4.2 Шероховатость поверхности...........................................................85
Вопросы для повторения...........................................................................89

ГЛАВА 5. ОСНОВЫ СЕРТИФИКАЦИИ
91

5.1 Сущность сертификации.................................................................. 91
5.2 Схема сертификации......................................................................... 94

4

5.3 Правовые основы сертификации в России..............................96
5.4 Основные положения систем

сертификации в России.................................................................... 96

5.5 Аккредитация испытательных лабораторий....................... 100
5.6 Международная сертификация......................................................100
Вопросы для повторения........................................................................103

ГЛАВА 6. МЕТОДИКИ И ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ ПО ОСНОВАМ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ
ДЕТАЛЕЙ ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ................................................ 104

6.1 Расчёт предельных размеров элементов 
гладкого цилиндрического соединения
и калибров (задание № 1 ).............................................................. 104

6.2 Расчёт и выбор посадок с зазором

в подшипниках скольжения (задание № 2 )..........................  112

6.3 Расчёт и выбор посадок с натягом (задание № 3) ............. 121
6.4 Определение допусков и предельных

размеров шпоночного соединения (задание № 4 ) ..................131

6.5 Определение допусков и предельных

размеров шлицевого соединения (задание № 5 ).....................133

6.6 Выбор посадки подшипника качения

на вал и в корпус (задание № 6 ) ............................................... 136

6.7 Расчёт сборочных размерных цепей (задание № 7 )............ 141
6.8 Определение предельных размеров деталей

резьбового соединения (задание Ха 8 ) ......................................... 154

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... 

ПРИЛОЖЕНИЯ ... 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

158

159 

159 

162 

168 

172

5

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ..................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ..................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ..................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 ...................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 0 ................................

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ..................................

176

181

186

187

188 

263

174

6

Задача качественного изготовления оборудования промышленных предприятий может быть успешно решена только с учётом трёх взаимосвязанных областей знаний — метрологии, стандартизации и сертификации.

В пособии дано описание метрологии как науки об измерении физических величин, методах и средствах обеспечения их единства. Приведены основные сведения о технических средствах измерения и их метрологических показателях. Изложены современные сведения о стандартизации применительно к машиностроению. Приведены 
теоретические сведения об отечественной и международной сертификации как методе объективного контроля 
качества продукции, её соответствия установленным требованиям.

Особое внимание в пособии уделено вопросам стандартизации точности типовых соединений деталей машин, как 
исходной предпосылки важнейшего их свойства — взаимозаменяемости, определяющей в значительной мере технико-экономический эффект, получаемый при эксплуатации 
современного оборудования.

В пособии содержатся практические примеры, связанные со стандартизацией основных норм взаимозаменяемости, позволяющие обучить студентов навыкам правильного 
выбора и расчёта допусков и посадок на проектируемые 
детали машин в соответствии с их условиями эксплуатации. Содержится достаточное количество справочного материала, что облегчит студентам выполнение курсовой работы. Каждое из приведённых заданий имеет 100 вариантов. Варианты выбираются по двум последним цифрам зачётной книжки.

Результаты расчётов оформляются в виде пояснительной записки, изложенной на стандартных листах бумаги 
форматом 297x210 мм. Титульный лист — это первая 
страница, которая не нумеруется. На второй странице по
ВВЕДЕНИЕ

7

мещают оглавление, которое содержит введение, задания, 
список литературы и приложения. Решение каждого задания начинают с новой страницы. Текст в расчётно-пояснительной записке излагается на одной стороне листа, 
имеющего поля: слева — 30 мм, справа — 10 мм, вверху 
и внизу — 20 мм. Схемы и чертежи к заданиям выполняются на листе ватмана формата А1, а в расчётно-пояснительной записке они не приводятся. В ходе выполнения 
заданий должны даваться ссылки на номера таблиц, приложений данного учебного пособия, а также используемой литературы.

В конце пояснительной записки необходимо привести 
список используемой литературы.

8

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Обозначения
Термин

£>
Номинальный диаметр отверстия

с1
Номинальный диаметр вала

Е^тах
Наибольший предельный размер отверстия

&тт
Наименьший предельный размер отверстия

^тах
Наибольший предельный размер вала

&тт
Наименьший предельный размер вала

ЕБ
Верхнее предельное отклонение отверстия

Е1
Нижнее предельное отклонение отверстия

Верхнее предельное отклонение вала

е/
Нижнее предельное отклонение вала

5
Зазор

N
Натяг

$щах
Наибольший зазор

С
^тт
Наименьший зазор

Nтах
Наибольший натяг

Дши
Наименьший натяг

т
Допуск отверстия

7У
Допуск вала

ТБ
Допуск посадки с зазором

ты
Допуск посадки с натягом

ты (Б, ло
Допуск переходной посадки

9

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства.

Основные задачи метрологии: развитие общей теории 
измерений; установление единиц физических величин; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится государственной метрологической службе, 
имеющей научно-исследовательские институты и сеть лабораторий государственного надзора и других организаций. 
Большую роль в развитии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой России в период 1892-1907 гг.

Основное понятие метрологии — измерение. Измерение — нахождение значения физической величины опытным путём с помощью технических средств, имеющих нормированные метрологические свойства и называемых средствами измерения. К ним относятся следующие.

Эталоны единиц физических величин — средства измерения или комплексы средств измерений, официально утверждённые эталонами для воспроизведения единиц физических величин с наивысшей достижимой точностью.

Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. К 
мерам относятся плоско-параллельные концевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной ёмкости и т.п.

Образцовые средства измерений — это меры, измерительные приборы или преобразователи, утверждённые в 
качестве образцовых. Они служат для контроля нижестоящих по проверочной схеме измерительных средств, в то же 
время их периодически проверяют по эталонам.

10

Рабочие средства измерений — это меры, устройства 
или приборы, применяемые для измерений не связанных с 
передачей единицы физической величины (например, концевая мера длины для контроля размеров изделий или для 
наладки станков).

Измерительный прибор — средство измерений, в котором измеряемая величина преобразуется в показание 
или сигнал, пропорциональный измеряемой величине в 
форме доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В конструкцию измерительного прибора 
входят узлы и детали, служащие для восприятия воздействующей на прибор величины, а также для преобразования её показания, которые могут быть отсчитаны 
наблюдателем.

И змерительный преобразователь — средства измерений, служащие для преобразований измеряемой величины в другую величину. Первичный измерительный преобразователь называется датчиком, который может преобразовывать неэлектрическую физическую величину в 
электрическую, действующую на измерительный механизм.

Измерения могут быть основаны на различных методах. Различают прямые и косвенные методы измерения. 
При прямых измерениях значение измеряемой величины 
находят непосредственно из опытных данных. При косвенных — вычислением по известной зависимости между этой 
величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (например, измерение среднего диаметра резьбы методом трёх проволочек).

Существует два вида контроля: дифференцированный 
(поэлементный) и комплексный.

Дифференцированный контроль предполагает измерение 
каждого параметра изделия в отдельности.

Комплексный контроль позволяет оценить годность деталей одновременно по нескольким параметрам (например, 
контроль предельными калибрами).

11

1.2 ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ 
ПОКАЗАТЕЛИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Средства измерений характеризуются рядом показателей. Приведём определения основных из этих показателей, 
согласно.

Деление шкалы прибора — промежуток между соседними отметками шкалы.

Интервал деления шкалы — расстояние между осями 
двух соседних отметок шкалы.

Цена деления шкалы — разность значений величин, 
соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Диапазон показаний — область значений шкалы, ограниченная её начальным и конечным значениями.

Диапазон измерений — область значений измеряемой 
величины, в пределах которой нормированы допустимые 
погрешности средств измерения.

Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

Предел допустимой погрешности средств измерения — 
наибольшая погрешность средств измерения, при которой оно 
может быть признано годным и допустимо к применению.

Погрешность измерения — разность между результатами 
измерения и истинными значениями измеряемой величины.

Погрешности измерений в отношении характера и причин их появления делят на систематические и случайные. 
Кроме того, в процессе измерения могут появиться очень 
большие (грубые) погрешности и могут быть допущены промахи. И те и другие, как правило, отбрасываются и при 
обработке результатов измерения не учитываются.

Систематическими называются погрешности, остающиеся постоянными или изменяющиеся по определённому закону при повторных измерениях одной и той же величины. 
Они могут быть следствием неточной настройки оборудования, погрешности измерительного прибора и т.д. Во многих случаях причины систематических погрешностей мо12

гут быть обнаружены и устранены. Эти погрешности измерения могут быть также полностью или частично исключены путём внесения поправок.

Случайными называются погрешности, изменяющиеся 
случайным образом при повторных измерениях одной и той 
же величины (например, размеры деталей при обработке). 
Случайные погрешности не могут быть исключены из результатов измерений как систематические погрешности.

Промахами и грубыми погрешностями называют погрешности, существенно превышающие оправдываемые 
объективными условиями измерений систематические или 
случайные погрешности. Как правило, результаты измерений, содержащие промахи, не принимаются во внимание. 
Причинами промахов обычно являются ошибки наблюдателя. Причинами грубых погрешностей могут быть неисправности измерительной аппаратуры.

Точность измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешностей их результатов.

Точность средств измерений — качество средств измерений, характеризующее близость к нулю их погрешностей.

Поправка — величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора.

1.3 МЕРЫ ДЛИНЫ И УГЛОВЫЕ МЕРЫ

Меры длины по конструктивным признакам делят на 
штриховые и концевые.

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал 
измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные линейки, рулетки и др.).

Плоскопараллелъные концевые меры длины составляют основу современных линейных измерений в машиностроении. Их применяют для передачи размера от рабочего эта13

лона единицы длины до изделия включительно, для установки измерительных инструментов и приборов на нуль, 
для проверки точности и градуировки измерительных инструментов и приборов и т.д.

Плоскопараллельные концевые меры длины — это бруски из закалённой стали или твёрдого сплава, имеющие форму 
прямоугольных параллелепипедов. Две противоположные 
измерительные поверхности каждой концевой меры весьма 
точно обрабатываются путём шлифования и доводки. Концевые меры обладают способностью притираться одна к 
другой при их надвигании. Благодаря этой способности их 
можно собирать в блоки разных размеров.

На каждой концевой мере гравируется её номинальный 
размер.

Угловые меры. Их выполняют в виде призм. Они предназначены для хранения и передачи размера плоского угла, 
для проверки и градуировки угломерных приборов и угловых шаблонов, а также для контроля углов изделий. Они 
позволяют составить любой угол с градацией в 1°, 10', 1', 
30" и др. Изготавливают угловые меры трёх классов точности: 0, 1 и 2-й. Самый точный нулевой класс. Угловые 
меры применяют как по отдельности, так и блоками. Блоки крепят специальными державками.

1.4 УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

1.4.1 Универсальные измерительные инструменты

К этим инструментам относят штангенинструменты и 
микрометрические измерительные инструменты.

Штангенинструменты — это штангенциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеров: штангенглубиномеры — для контроля глубины отверстий и пазов: штангенрейсмасы — для измерения высоты. В штангенинструментах применяют отсчётное приспо14