Что такое отклонение формы
Отклонения формы поверхности или профиля и причины их возникновения.
Нормы геометрической точности. Допуски формы и расположения поверхностей
· Отклонения формы цилиндрических поверхностей
· Отклонение формы плоских поверхностей
· Базы для нормирования и измерения отклонения
· Расположения и способы обозначения их на чертежах
Отклонения формы поверхности или профиля и причины их возникновения.
Основные факторы образования погрешностей (отклонений) формы и расположения поверхностей те же, что и погрешностей размеров элементов деталей:
1. точностные характеристики станка, инструмента, технологической оснастки
2. упругие деформации станка, инструмента, приспособлений и обрабатываемой детали
3. неодинаковость припусков и физико-механических свойств заготовок и др.
Указанные факторы приводят к снижению заданных эксплуатационных свойств, влияют на точность базирования деталей при изготовлении и контроле, на трудоемкость и точность сборки, повышают объем пригоночных работ.
2. Основные термины и определения, относящиеся к отклонениям и допускам расположения поверхностей деталей машин и приборов, устанавливает ГОСТ 24642-81 (СТ СЭВ 301-76).
При анализе точности формы и расположения поверхностей различают:
§ реальные профили, поверхности, реальное расположение поверхностей, которые образуются в результате изготовления деталей на станках;
§ номинальные профили, поверхности, номинальное расположение поверхностей, заданные на чертеже.
Под отклонением формы понимают отклонение формы реальной поверхности от формы номинальной (идеальной), заданной чертежом.
Отклонение формы отсчитывают от прилегающих профилей и поверхностей: прямых, плоскостей, окружностей, цилиндров. За отклонение формы принимают наибольшее из всех возможных расстояние от точек реальной поверхности до прилегающего профиля или поверхности.
Прилегающая прямая – прямая, касательная к реальному профилю и проведенная таким образом, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение (рис.1,а).
Прилегающая плоскость – плоскость, касательная к реальной поверхности и проведенная таким образом, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля (в пределах нормируемого участка) имело минимальное значение (рис.1,б).
Понятия о прилегающих прямой и плоскости обычно используются для плоских поверхностей.
Прилегающая окружность:
для вала – окружность минимального диаметра d, описанная вокруг реального профиля (сечения) детали (рис.2,а);
для отверстия – окружность максимального диаметра D, вписанная в реальный профиль (сечение) внутренней поверхности детали (рис.2,б).
Прилегающий цилиндр:
для вала – цилиндр минимального диаметра d, описанный вокруг реальной наружной поверхности (рис.2,в),
для отверстия – цилиндр максимального диаметра D, вписанный в реальную внутреннюю поверхность (рис.2,г).
ГОСТ 24643-81 предусматривает пять видов отклонений формы:
· от плоскостности для плоских поверхностей;
· от профиля продольного сечения для цилиндрических поверхностей.
Отклонения формы не должны превышать наибольшего допускаемого значения – допуска формы Тф, который указывается на чертеже. Точки реальной поверхности или профиля не должны выходить за пределы поля допуска формы, т.е. областей в пространстве или на плоскости, которые определяются Тф и размерами поверхностей или участка (рис.2).
Допуски формы проставляются на чертеже в том случае, если они меньше допусков размеров (используется часть поля допуска размера). Если допуски не указаны, то допускаются любые отклонения формы в пределах поля допуска размера.
Отклонения формы можно разделить на общие и частные, при этом общие включают частные виды отклонений.
Допуски формы общих видов отклонений обычно указывают условными знаками, частные виды отклонений – текстом на поле чертежа. Условный знак и числовое значение допуска формы заключают в прямоугольную рамку, которую соединяют прямой или ломаной линией (со стрелкой) с поверхностью детали или выносной линией (рис.3).
Рис.3
Допуски формы и расположения поверхностей
Независимо от области применения любая деталь выполняется с заранее заданной точностью. Для его задания вводятся допуски формы и расположения поверхностей. Существующие допуски формы и расположения поверхностей сведены в специальные стандарты. Каждый из них имеет своё индивидуальный графический символ. Правила нанесения таких символов приведены в стандарте ГОСТ 24642-81.
Виды допусков формы
Сравнение полученной формы детали с её расчётными параметрами производится на основании учёта разрешённых погрешностей. Они называются допуск формы. Величины этого параметра указывается на чертежах с помощью двух параметров: полем допуска и так называемой базой. Полем считается выделенная вокруг изделия область пространства. В неё попадают все точки поверхности изделия, расположенные на утверждённом расстоянии. Базой выбирают такой элемент изделия, который можно использовать как эталон для последующего сравнения.
К изменению формы относятся следующие отклонения геометрических параметров:
Допуск формы позволяет определить с какой точностью должна быть обработана деталь. Это позволит правильно произвести дальнейшую сборку всего агрегата.
Отклонения и допуски формы
Точное соблюдение особенностей конфигурации, заданной в техническом задании необходимо для обеспечения её высокой работоспособности. Отклонения от требуемых параметров задаются в виде установленных погрешностей. С их помощью определяется конечная форма изделия. Указанные параметры определяют разрешённое наибольшее и наименьшее значение, которое допускается после проведения обработки. Эти отклонения объединены общим полем.
Виды допусков расположения
Соблюдение всех размеров, разрешённых отклонений, указанных на рабочих чертежах, определяет качественную и долговечную работу собранного агрегата. С этой целью задают допуски расположения. Они определяют взаимное ориентирование и расстояния между отдельными плоскостями соседних деталей. К ним относятся следующие параметры:
Допуск расположения необходим при сборке отдельных деталей устанавливаемых в готовый агрегат. Его делят на две категории: зависимый и независимый.
Отклонения и допуски расположения
От точного места взаимного расположения отдельных деталей зависит его правильное и длительное функционирование. Обеспечение правильности сборки определяет допуск расположения. Он устанавливает приемлемое ограничение параметров соседних поверхностей. Это ограничение задаётся специально выделенным полем. Отклонения расположения соседних поверхностей могут быть независимы друг от друга.
Суммарные допуски
Все виды разрешённых отклонений, указываются для конкретной части изделия. Отмеченные данные суммируются. Полученный результат называется суммарным допуском. К нему относятся:
Итоговое значение определяется как расположение контрольных точек вдоль заданной прямой или линии более высокого порядка.
Обозначения допусков формы и расположения на чертежах
Каждый из принятых параметров обладает своим индивидуальным графическим символом. Они называются допуск формы или допуск расположения. Все утверждены существующими стандартами приведены в единой системе конструкторской документации. Допуск формы и допуск расположения сведены в отдельные таблицы. Их делят на три группы. К первой группе относятся отклонения в пределах разрешенного поля. Вторая группа объединяет специфические погрешности. Величина которых, не может быть однозначно установлена в процессе измерений.
Последняя группа объединяет показатели, которые нормируются в особых случаях. Это связано с отсутствием существующих графических изображений.
Требуемый элемент обозначают утверждённым графическим символом. Для его нанесение на чертеже выделяется специальное место с указанием сносок и необходимых значений.
Зависимые допуски
Эта категория объединяет разрешённые отклонения, для которых допускается их превышение на определённую величину. Величина этого превышения должна соответствовать разрешённой разнице параметра между реальной поверхностью и выбранной базой. Зависимый допуск расположения вычисляется на основании разработанных формул, на основании указанных значений. Альтернативой этому параметру является независимый допуск. Его значение всегда является постоянной величиной, не зависит от других параметров. Обозначение обоих видов отклонений производится на соответствующих сносках.
Назначения допусков формы и расположения
Основные положения, поясняющие назначение каждого из них, приведены в ГОСТ 24643-81. Допуски формы и расположения поверхностей позволяют выбрать способ, инструмент, порядок для обработки. Кроме этого допуски формы и расположения поверхностей определяют условия эксплуатации отдельных изделий составляющих конкретный механизм, его надёжность и долговечность.
ГОСТ 24642-81 Допуски формы и расположения поверхностей
Числовые значения допусков формы
В современном стандарте для точности обработки утверждено 16 классов. Их числовые значения возрастают от одного класса к другому. Прирост точности происходит в 1,6 раза. Стандарт определяет три основных уровня, которые обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: «А», «В» и «С». Каждый из уровней определяет следующие положения:
Числовые значения допусков формы цилиндрических поверхностей, устанавливаются для каждого из трёх уровней. Согласно стандарту они не должны превышать 30% для первого уровня, 20% для второго и 12% для третьего. Это связано с применяемыми ограничениями при отклонении радиуса изделия, с помощью указания места расположения установленного размера.
Допуски плоскости и прямолинейности
Оценка соблюдения параметров плоскости осуществляется путём сравнения с характеристиками выбранной базой. Базой служит отдельный элемент детали, которые однозначно считают плоскими. Характер и расположение прямолинейного участка уточняется по результатам сравнения со своей базой. Каждый из разрешённых изменений обозначается установленным значком. В сноске к этому знаку указывают расположение и величину установленного отклонения. Допуск устанавливается для линий и плоскостей различного порядка. Все разрешённые изменения размеров объединяют единым полем. Общепризнанными изменения характера прямолинейности считаются выпуклость и вогнутость. Расположение и параметры отклонения от заданной плоскости обозначаются аббревиатурой (EFE). Для описания характеристик прямолинейности приняты показатели, входящие в единый комплект, обозначаемый (EFL).
Допуски круглости, цилиндричности профиля продольного сечения
Под понятием цилиндричности понимают сходство изготовленного изделия с параметрами аналогичного цилиндра. Его диаметр, длина, расположение должны соответствовать указанным в технической документации. Для сравнения выбирают цилиндр с прилегающей (контрольной) поверхностью, имеющей меньший диаметр. Он может быть свободно вписан в реальную внутреннюю поверхность. Установленные отклонения от цилиндричности позволяют установить соответствие обработанной детали заданной форме. Расположение указанных отклонений определяют конечный вид изделия, её место установки в агрегате после сборки. Это служит главным отличием от изменений профиля продольного сечения и так называемой круглости. Они задают только один параметр отклонения от точек расположенных на заготовке. Под отклонением от так называемой круглости понимают наибольшее расстояние, задающее расположение точек на поверхности детали по отношению к прилегающей окружности. Под этой окружностью понимают окружность с большим радиусом, описанную вокруг наружной поверхности вращения, с минимальным диаметром, который устанавливает самое близкое расположение между точками этих окружностей. Наиболее встречаемыми отклонениями являются овальность и огранка.
Контроль величины этих изменений производится с помощью специальных измерительных устройств. К ним относятся: специальные шаблоны, координатно-измерительные машины, так называемые «кругломеры».
Допуски перпендикулярности, параллельности, наклона торцевого биения
В процессе эксплуатации элементов конструкции агрегата, имеющего цилиндрическую форму, наблюдается эффект так называемого торцевого биения. Предотвращения негативных последствий устраняется установлением разрешённых отклонений от утверждённых размеров. Эти значения наносятся на протяжении всей заготовки.
Допуск устанавливает величину и характер торцевого биения. Для отдельных случаев его величину задают относительно наибольшего диаметра торцевой поверхности, расположенной в готовом агрегате.
Допуски радиального биения симметричности соосности пересечения осей в диаметральном выражении
Изготовление изделий цилиндрической формы (валов, стержней и так далее) всегда рассматривается в перспективе их дальнейшего вращения относительно соседних деталей. Для обеспечения их хорошей работоспособности задают специальные формы отклонений. К ним относятся три основных вида: симметричности расположения соседних поверхности, соосности, степени пересечения осей. Кроме этого задают два важных параметра, которые определяют уровень допустимого биения. Они определяют номинальный диаметр. Их значения задаются на чертеже согласно существующим правилам. Ось вращения сравнивается с заданной базой. При отсутствии указанных параметров базы, эти параметры определяется относительно элемента с наибольшим диаметром.
Метрология
Точность формы и расположения поверхностей
Общие сведения
Любую деталь механизма или машины можно представить как совокупность геометрических тел – цилиндрических, конических, плоских, тороидальных и т. п., имеющих идеально точные формы.
Так, например, ступенчатый вал может быть образован сочетанием последовательно расположенных цилиндров разного диаметра и высоты, которые на чертеже будут представлены размещенными на одной оси, и имеющими идеально ровные поверхности и профили.
Однако, при изготовлении детали по чертежу возникают погрешности не только размеров, но также формы и расположения номинальных поверхностей, что связано и с несовершенством технологии изготовления, и с несовершенством средств измерения, предела совершенствования которых не существует.
Например, при обработке детали резцом токарного станка на ее поверхности остаются следы в виде чередующихся впадин и выступов, которые создают шероховатость и волнистость, т. е. неровности.
Таким образом, в чертежах форму деталей задают идеально точными номинальными поверхностями и профилями, а в реальности изготовленная деталь отличается от изображенной на чертеже отклонениями формы и взаимного расположения поверхностей, а также их шероховатостью и волнистостью.
Отклонения формы и расположения поверхностей
Отклонением формы поверхности или профиля называют отклонение формы реальной поверхности (реального профиля) от формы номинальной поверхности (номинального профиля). В общем случае в отклонение формы входит волнистость поверхности (профиля) и не входит шероховатость.
Отклонения формы поверхностей (профилей) отсчитывают от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающих поверхности, профиля, прямой по нормали (перпендикуляру) к ним.
Прилегающая плоскость (рис. 1, а) – плоскость, соприкасающаяся с реальной поверхностью и расположенная так, чтобы отклонение Δ от нее до наиболее удаленной точки реальной поверхности в пределах нормируемого участка имело минимальное значение.
Прилегающая прямая (рис. 1, б) – прямая, соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная так, чтобы отклонение от нее до наиболее удаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. При этом нормируемым участком называют часть поверхности или профиля, на которых определяют отклонения формы или расположения поверхностей, например, часть профиля длиной L (рис. 1, б).
Прилегающая окружность – окружность минимального диаметра, описанная вокруг реального профиля наружной поверхности вращения, или максимального диаметра, вписанная в профиль внутренней поверхности вращения (рис. 2, а, б)
Прилегающий цилиндр – цилиндр минимального диаметра, описанный вокруг реальной наружной поверхности (рис. 2, в), или максимального диаметра, вписанный в реальную внутреннюю поверхность.
Отклонение формы плоских поверхностей (рис. 1, а), или отклонение от плоскостности равно наибольшему отклонению Δ. Частными видами отклонений от плоскостности являются выпуклость (рис. 1, в) и вогнутость (рис. 1, г).
Отклонения формы цилиндрических поверхностей характеризуется нецилиндричностью (см. рис. 2, в), которая включает отклонения от круглости поперечных сечений (см. рис. 2, а, б) и профиля продольного сечения (рис. 2, е).
К частным видам отклонения от округлости относят овальность (рис. 2, г) и огранка (рис. 2, д).
При огранке реальный профиль представляет собой многогранную фигуру.
Отклонения профиля в продольном сечении цилиндрических поверхностей характеризуется непрямолинейностью образующих (рис. 2, е) и делится на конусообразность (рис. 2, ж), бочкообразность (рис. 2, з) и седлообразность (рис. 2, и).
Основные причины появления отклонений формы цилиндрических поверхностей:
Отклонения расположения поверхностей (осей, профилей)
Отклонением расположения (рис. 3) называют отклонение реального расположения поверхности, оси или профиля от номинального расположения без учета отклонения формы рассматриваемых и базовых поверхностей, прямых, профилей. При этом реальные поверхности, прямые, профили заменяют прилегающими, а в качестве осей, плоскостей симметрии и центров реальных поверхностей и профилей принимают оси, плоскости симметрии и центры прилегающих поверхностей и профилей.
Отклонения от параллельности и перпендикулярности плоскостей показаны на рис. 3, а и б.
Допуски в диаметральном и радиусном выражении применяют также:
Позиционное отклонение и позиционный допуск – условные названия отклонения и допуска на смещение оси или плоскости относительно номинального расположения. Следовательно, отклонения (допуски) от параллельности (рис. 3, в), поверхностей от базовой оси (см. рис. 3, д) или от плоскости симметрии (см. рис. 3, ж) и прямых от пересечения (см. рис. 3, з) относятся к позиционным отклонениям (позиционным допускам).
Суммарное отклонение (допуск) формы и расположения – отклонение (допуск), которое одновременно учитывает (ограничивает) отклонение формы и расположения рассматриваемой реальной поверхности (профиля) относительно заданных баз. Суммарные отклонения и допуски применяют, в частности, для оценки радиального и торцевого биения.
Радиальное биение поверхности вращения (рис. 4, а) относительно базовой оси 00 возникает в результате отклонений от круглости и соосности с указанной осью профиля проверяемого сечения. Оно равно разности Δ наибольшего и наименьшего радиусов проверяемого профиля в сечении, перпендикулярном базовой оси. Полное радиальное биение цилиндрической поверхности появляется в результате отклонений проверяемой поверхности от цилиндричности или соосности с базовой осью.
Различают, также, зависимый и независимый допуски расположения (формы). Зависимым допуском расположения называют переменный допуск расположения, который указывается на чертежах своим минимальным значением и может быть превышен на величину предельных отклонений вала или отверстия. Эти допуски назначают, если зазоры или натяги между деталями, сопрягаемыми по нескольким поверхностям, должны находиться в заданных пределах.
Независимым называют допуск расположения (формы), постоянный для всех одноименных деталей и не зависящий от действительных размеров рассматриваемых поверхностей. Например, допуск на межосевое расстояние аw коробки передач не зависит от точности отверстий в корпусе КПП для подшипников качения.
Обозначения допусков формы и расположения на чертежах
Для каждого вида допуска формы и расположения поверхностей установлен определенный знак (табл. 1).
Таблица 1. Указание на чертежах предельных отклонений формы и расположения поверхностей ГОСТ 2.308-79
формы и расположения
Допуски могут быть заданы на ограниченной длине или одновременно на всей длине и на ограниченном участке. В необходимых случаях у рамок помещают надписи с дополнительными данными (рис. 5, г).
Базы обычно обозначают зачерненным треугольником и соединяют с рамкой, в которой дано буквенное обозначение базы (см. рис. 5, б) или условное обозначение допуска (рис. 5, е). Зависимые допуски расположения и формы обозначают условным знаком М (в круге), который помещают в рамке.