|
|
Технически университет – софия
машиностроителен
факултет,
катедра “прецизна
техника и
уредостроене”
Лабораторни упражнения по “Метрология и измервателна техника”
ОТКЛОНЕНИЯ НА ФОРМАТА НА МАШИННИТЕ ДЕТАЙЛИ
Кратка справка по теоретичния материал и процедурите за измерване
При производството на машинните детайли неизбежно се получават откло-нения на формата и разположението на техните повърхнини и оси. Тези отклонения могат да окажат силно влияе върху работоспособността на детайлите.Например, неточностите на формата на работните повърхнини на търкалящия лагер, показани на фиг. 7.1а, предизвикват принудени трептения при движение, които от една страна се възприемат като шум, а от друга – създават допълнителни натоварвания, които намаляват дълготрайността на лагера.
Фиг.
7.1. Отклонения
на формата и
разположението
на работните
повърхнини
а
– на търкалящ
лагер; б – на
плъзгащ
лагер
Неточностите на формата и разположението на работните повърхнини на плъзгащия лагер, показан на фиг. 7.1б, ограничават площта на контакт между вала и втулката, а това води до по-високи контактни напрежения от номинално пресметнатите, и съответно – до по-ниска носеща способност и по-голямо износване на лагера.
Отклоненията
и допуските
на формата и
разположението
се
разглеждат
както за
повърхнините
на детайлите,
така и за
други техни геометрични
елементи. В
различни
конкретни
случаи
такива могат
да бъдат
части от
повърхнините,
профили,
ръбове, оси,
равнини на
симетрия,
центрове и пр.
Реална
повърхнина
(измерена,
действителна
повърхнина)
е
повърхнината,
която
ограничава
тялото (и
го отделя) от околната
среда. Строго
погледнато,
определеният
чрез
измерване
геометричен
елемент се
отличава от
истинския
поради
грешките при
измерване.
Реален
профил
е сечение на
реалната
повърхнина с
предварително
ориентирана
равнина или е
линия на
пресичане на
реални
повърхнини.
Отклоненията
на формата на
реалните
повърхнини
(елементи)
на детайлите
се оценяват
чрез
сравняването
им със
съответните геометрични
(апроксимиращи)
елементи,
имащи форма
на
номиналните.
Числената
стойност на
отклонението
се определя
като
разстояние
по нормалата,
между две
повърхнини (два
елемента),
еквидистантни
на
геометричния,
които
обхващат
реалния.
7.1.1.
Геометрични
(апроксимиращи)
елементи
В
националните
и
международните
стандарти са
въведени три
критерия за
построяване
на
геометричните
(апроксимиращите)
елементи на
повърхнините.
Критерий
1. Минимум
на
максималното
отклонение.
Геометричният
елемент има
номиналната
форма на
реалния
елемент,
допира се до
него извън
материала на
детайла и е
разположен
по такъв
начин,че
максималното
разстояние
по нормалата
от точките на
реалния
елемент до
базовия да
бъде
минимално.
Геометричният
елемент
представлява
границата
на минималната
зона – зоната,
ограничена
от две
еквидистантни
повърх-нини (линии), в
която се
разполагат
точките на
реалния
елемент.
Фиг.
7.2.
Построяване
на границата
на
минималната
зона (обвиващата
права)
на един
номинално
праволинеен
профил
На фиг. 7.2
е
илюстрирано
построяването
на
минималната
зона на един
номинално
праволинеен
профил.
Границата на
минималната
зона е
допирателната
А3,
която
удовлетворява
изискването
отклонението
Δ3 да
бъде
минимално.
Фиг. 7.3.
Построяване
на
минималната
зона на един
номинално
кръгов
профил
На
фиг. 7.3 е
илюстрирано
построяването
на
минималната
зона на един
номинално
кръгов
профил.
Минималната
зона е
възприета
като основен
базов
елемент за
оценка на
отклоненията
на формата в
хармонизирания
стандарт БДС ISO
1101 “Допуски на
формата,
ориентацията,
разположението
и биенето.
Общи
положения,
определения,
символи,
означаване
върху
чертежите”.
Критерий
2. Минимум (максимум) на размера
на
сдружавания
елемент.
Геометричният
елемент има
номиналната
форма на
реалния
елемент и
размери и (или)
разположение
на такъв
детайл, който
с нулева
хлабина би се
сглобил с
реалния
елемент. За
такъв базов
елемент е
прието
названието контактен (обвиващ) елемент.
Фиг. 7.4. Обвиваща
окръжност
За валове (фиг. 7.4а) обвиващата окръжност има най-малкия възможен размер, а за отвори (фиг. 7.4б) – най-големия.
За равнинни повърхнини обвиващата равнина се дефинира като допира-телна към реалната повърхнина, построена така, че най-голямото разстояние от нея до реалната повърхнина да има най-малката възможна стойност. Видимо, за равнинни повърхнини обвиващата равнина (права) съвпада с границата на минималната зона (фиг. 7.2).
Използването
на
контактния
(обвиващия)
елемент.при
оценка и
нормиране на
отклоненията
на формата и
разположението
на
повърхнините
осигурява
възможност
за
безпроблемно
сглобяване
на детайлите.
Той е основен
при
прилагането
на прин-ципа
на максимума
материал и
при
комплексното
нормиране на
изискванията
към
повърхнините.
При
измерване на
детайлите
контактният
елемент
лесно се
възпроизвежда
с
измервателни
плочи,
измервателни
дорници,
калибри и др.
Трябва да се отбележи, че в доскоро действащите у нас стандарти на СИВ като основни при оценка на отклоненията на формата бяха възприети обвиващите елементи.
Критерий 3. Минимум на сумата от квадратите на отклоненията. Геометричният (апроксимиращият) елемент има номиналната форма на реалния елемент и такива размери и (или) разположение, че сумата от квадратите на разстоянията между реалния и апроксимиращия елемент да бъде минимална. Този геометричен елемент, наричан среден елемент (eлемент, построен по метода на най-малките квадранти), се разполага в материала на детайла.
На фиг. 7.5 е илюстрирано построяването на средния елемент по метода на най-малките квадрати за един номинално праволинеен (фиг. 7.5а) и за един номинално кръгов (фиг. 7.5б) профил.
Средният елемент представя добре работоспособността на повърхнината при пресови съединения. Възприет е като основен при оценка на грапавостта и вълнооб-разността на повърхнините. Средните елементи се използват приоритетно и при координатните измервания, поради простата обработка на резултатите от измерването и единствеността на математическото решение.
Фиг. 7.5.
Построяване
на средния
елемент по
метода на най-малките
квадрати
а – на един
номинално
праволинеен
профил; б – на
кръгов
профил
7.1.2.
Точност на
формата на
равнинни
повърхнини
Точността на
формата на
реалната
равнинна
повърхнина
се
характеризира
най-пълно от
комплексния
показател отклонение
от
равнинност,
а точността
на формата на
профила на
повърхнината
– от
показателя отклонение
от праволинейност.
Отклонението от равнинност се определя от най-голямото разстояние от точките на реалната повърхнина до обвиващата равнина в границите на нормирания участък (фиг. 7.6).
Допусковата зона на отклонението от равнинност е ограничена съответно от две успоредни равнини, отстоящи на разстояние Тр.
Стандартът не поставя изисквания за конкретната форма на реалната повърхнина (напр. изпъкналост или вдлъбнатост). Ако конструкторът поставя подобни изисквания, те се означават с отделен текст. Този принцип се прилага и за всички други отклонения на формата и разположението
Отклонението от праволинейност на профила на повърхнината в дадено сече-ние се определя от най-голямото разстояние от точките на реалния профил до обвиващата права в границите на нормирания участък.
Изискванията към повърхнината за праволинейност могат да се отнасят за цялата дължина на елемента или за ограничена дължина.
На фиг. 7.6 е
показано
определяне
на
отклонението
от
праволинейност
при
използване
на средната
линия като
геометричен
елемент.
Стойността
на
отклонението
е равна на
разстоянието
между две
прави,
успоредни на
средната,
които
обхващат
профила.
Фиг. 7.7.
Отклонение
от
праволинейност
Измерване
на
отклонението
от
праволинейност
Отклонението от праволинейност на повърхнината се определя точно като се измерят координатите на точките на профила hi до една изходна равнина или права (например повърхнината на проверочна плоча) (фиг. 7.8а). С получените стойности се построява профилограма на сечението (фиг. 7.8б). Точна ориентация на профила спрямо изходната равнина не е необходима.
Такъв е
принципът на
действие на
различните
по
конструкция
профилографи.
Фиг. 7.8.
Измерване на
отклонението
от
праволинейност
Отклонението от праволинейност Δправ се оценява като върху профилограмата се построи обвиващата права (фиг. 7.8б). Съвременните профилографи правят това по електронен път.
Отклонението от равнинност на цялата повърхнина се оценява след построяване на профилограми за редица сечения и последваща математическа обработка на резултатите.
Често отклонението от равнинност се характеризира чрез броя на допирните петна с проверочна плоча на единица площ. Оценява се чрез намазване на плочата с боя.
7.1.3. Точност
на формата на
цилиндрични
повърхнини
Комплексният показател отклонение от цилиндричност се определя от минималното радиално разстояние между два коаксиални цилиндъра, които обхващат реалната цилиндрична повърхнина (фиг. 7.9).
Допусковата зона на отклонението от цилиндричност е ограничена от два коаксиални цилиндъра на радиално разстояние Тцил един от друг.
Фиг. 7.9.
Отклонение
от
цилиндричност
и допускова
зона
на
отклонението
от
цилиндричност
В
доскоро
действащите
у нас
стандарти на
СИВ,
както и в
литературата,
отклонението
от
цилиндричност
се
определя
като най-голямото
разстояние
на точките от
действителната
повърхнина
до
обвиващата
цилиндрична
повърхнина.
Разликата между двете определения произтича от приемането в новите стандарти на минималната зона като базов елемент вместо обвиващата повърхнина. Само в редки случаи тази промяна води до значими количествени разлики при оценка на отклоненията.
В напречно сечение комплексният показател за оценяване на точността на формата е отклонението от кръглост. То се определя като минималното радиално разстояние между две концентрични окръжности, които обхващат реалния профил.
Специфични частни отклонения на формата в напречно сечение са овалност и ръбоватост, а в надлъжно сечение – конусност, бъчвообразност и седлообразност. Тези отклонения бяха разгледани в тема № 1. Те са свързани с характерни технологични смущения и при нужда се задават и оценяват отделно.
Действителна ос на повърхнината е геометричното място на центровете на отделните напречни сечения.
Отклонението от праволинейност на ос в пространството се определя от минималната зона, която обхваща оста. Минималната зона може да бъде ограничена от две успоредни прави (когато отклонението е проектирано върху равнина), от цилиндър или от паралелепипед. Съответната допусковата зона се определя от граничната големина на минималната зона.
Измерване
на
отклонението
от кръглост и
цилиндричност
Отклоненията от кръглост се измерват с уреди – кръгломери (фиг. 7.10а). Уредът осигурява точно въртеливо движение на измервания детайл спрямо първичния преобразувател – датчика (или обратно). Записващото устройство на кръгломера построява кръглограма на напречното сечение (фиг. 7.10б). Върху профилограмата посредством шаблон или вградено изчислително устройство се построява базовата окръжност и се оценяват отклоненията.
Фиг. 7.10.
Измерване на
отклонение
от кръглост
а
– схема на
измерването;
б –
профилограма
на
напречното
сечение
С кръгломер се измерва и отклонението от цилиндричност чрез заснемане на серия кръглограми по дължината на детайла и последваща математическа обработка.
Частни отклонения от цилиндричност и кръглост могат да се определят чрез измерване на диаметрите в множество сечения, или чрез измерване в призма (виж “Рък. за лаб. упр.”).
Определянето на отклонението от цилиндричност чрез измерване на радиалното биене ще бъде разгледано по-долу.
7.1.4. Точност
на формата на
други
повърхнини
За други повърхнини – конусни, сферични, винтови и пр. отклоненията на формата на повърхнината или профила се оценява чрез съответната минимална зона – зоната, ограничена от две еквидистантни повърхнини, които обхващат реалния профил.
