Приборостроение

Таких взаимозаменяемых узлов и деталей, которые позволяют сборку самых разнообразных приборов, механизмов без предварительной обработки этих узлов, в машиностроении очень много: такое свойство узлов (деталей) называют взаимозаменяемостью.

Взаимозаменяемость – это важнейший принцип проектирования, производства и эксплуатации, который обеспечивает сборку (ремонт) независимо изготовленных деталей в узел (узлы) механизмов (приборов). Взаимозаменяемость как принцип предъявляет к узлам (деталям) следующие требования к точности их параметров: геометрическая, механическая, электрическая, и т. п.

При соблюдении точности по вышеуказанным параметрам, технические характеристики узлов (изделий) окажутся в заданных (допустимых) пределах, а их производство – рентабельным.

Достижение вышеуказанных требований в немалой степени зависит от качества материала, из которого изготавливаются узлы изделий. Качеством материала (а это его химические и физические свойства) задается долговечность узлов изделий в приборостроении.

В современном машиностроении целые заводы, полностью работающие в автоматизированном режиме, – привычное явление. Такая степень автоматизации, кооперации, специализации современного производства невозможна без взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемость узлов и деталей следует из требований к их точности, а также из необходимости унификации, нормализации, стандартизации.

Требование к точности унифицированных узлов предполагает:

1) наличие определенного стандарта для каждого вида изделий, выражается в нормализации допуска к этой самой точности;

2) соблюдение специфической технологии для каждого вида серийно выпускаемого изделий;

3) соблюдение единства мер (последнее обеспечивает непрерывная поверка измерительных средств).

13. Классификация взаимозаменяемости

По степени сопряжения различается:

1. Полная взаимозаменяемость (когда степень сопрягаемости очень высокая) – прочие физические параметры узлов точно соответствуют заданному, а это диктует их соответствие определенной задан-ности, которая ограничена минимальными и максимальными значениями, а последние следуют из эксплуатационных требований, сама граница допуска рассчитывается по теоретико-вероятностному методу, который изложен в предыдущей главе.

Когда взаимозаменяемость полная, то упрощается сборка, растет масштабность кооперации, повышается степень специализации и обеспечения запчастями, а также эффективность производства, в силу более рационального расхода времени, высокого темпа работы.

В итоге становятся возможными конвейерное производство, организация цехов автоматизированных заводов. Все вышеуказанные достоинства этого вида взаимозаменяемости были бы невозможны без соблюдения довольно жестких требований к точности параметров.

2. Исходя из геометрических параметров и учитывая, насколько присоединяемы узлы различают внешнюю взаимозаменяемость, когда речь идет о сравнении наружных и внутренних размеров, и внутреннюю взаимозаменяемость, когда речь идет о том же самом, однако рассматриваются внутренние части узлов и деталей.

3. Функциональная взаимозаменяемость. Имеется в виду взаимозаменяемость узлов, когда, несмотря на различие между ними по некоторым параметрам, это различие не сказывается на выполнении функций, для которых они предназначены.

Само собой разумеется, что задать теоретически границы допуска при функциональной взаимозаменяемости невозможно, это делается эмпирически.

После анализа полученных результатов (степени их влияния на работу установок и механизмов, на эксплу-тационные методы) устанавливают оптимальные допуски на исследуемые параметры. Сами параметры называют функциональными параметрами. Насколько высока роль принципа взаимозаменяемости в производстве изделий машиностроения (приборостроения), говорит срок их службы, т. е. повышая степень взаимозаменяемости, можно увеличить срок службы механизмов и приборов.

Конструктивные требования больше опираются на функциональные параметры, поскольку при этом расходы, а следовательно, и стоимость изделий наименьшие.

Уровень взаимозаменяемости в производстве тех или других узлов зависит от того, насколько трудоемки:

1) изготовление узлов и деталей;

2) изготовление механизмов из этих узлов.

Если взять отношение характеристик трудоемкости и ввести коэффициент взаимозаменяемости КВ, равный этому отношению, KB < 1, поскольку производство узлов и деталей менее трудоемки, чем сборка из них механизмов.

Кв ? 1 говорит о высокой рентабельности и эффективности производства, о наименьших потерях в производстве узлов и деталей, а значит, и самих приборов.

14. Взаимозаменяемость по геометрическим и механическим параметрам

Применительно к практике геометрическиепараме-тры называют номинальными. Действительные результаты отличаются от номинальных. В достижении заданной шероховатости поверхности или длины, ширины, высоты, радиуса, может получиться деталь формы совсем другого геометрического тела: в последнем случае называют макроотклонениями поверхности. Эти отклонения характеризуются волнистостью, при этом расстояния между соседними возвышениями, впадинами оказываются больше, чем высота или глубина.

Если эти расстояния меньше, чем высота или глубина, то дефект называют микроотклонениями.

Необходимость повышения качества в производстве предполагает уменьшение отклонения всех порядков. Исходя из этого, требования к обеспечению взаимозаменяемости устанавливают обязательность соблюдения точности по линейным и угловым размерам, геометрической форме поверхности, взаимному расположению поверхностей друг к другу или к осям, волнистости и шероховатости поверхности.

Директивными документами для достижения уменьшения отклонений служат рабочие чертежи, ГОСТы, рекомендации ПСО (международная организация по стандартизации).

Взаимозаменяемость характеризуется и по многим другим параметрам, кроме геометрических, например, по механическим, физическим, пневматическим, гидравлическим, электрическим и другим. Эти виды взаимозаменяемости объединяет то, что они функциональны. Следовательно, требуется однородность изделий, которая предполагает однородность самих исходных материалов и полуфабрикатов.

Механические параметры взаимозаменяемости – это характеристики упругости элементов, которые, в свою очередь, зависят от физико-механических свойств исходного материала, а также от технологии производства этих элементов.

В качестве упругих свойств элементов рассматривается реакция этих элементов на прогиб и раскрутку, последние, как известно из теоретической механики, характеризуются модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона М. Допуск на них определяется количеством уравнений, характеризующих систему.

В общем же случае для достижения полной взаимозаменяемости требуется обеспечение наименьшего разброса: любой плавности прогиба или раскрутки упругого элемента к приложенным усилиям; любых приемлемых значений этой плавности; любой остаточной деформации после снятия усилий; гистерезиса: любое несовпадение характеристик при погружении и разгружении упругого элемента и др.

При рассмотрении взаимозаменяемости по другим параметрам, требования примерно такие же.

Небольшим характерным отличием обладает взаимозаменяемость по магнитно-электрическим параметрам. Специфика этих элементов такова, что требуемой величины можно достичь путем различного сочетания тех же магнитно-электрических элементов.

15. Допуски и посадки: их классификация. Допуски и посадки типовых узлов и деталей в приборостроении

Характеристики допуска и посадки – понятия, характеризующие процесс соединения узлов (деталей), т. е. степень приемлемости рассматриваемых узлов для сборки определенного механизма (прибора).

«Посадка»: это разность между линейными размерами отверстия и вала. Когда соединяют два узла цилиндрической формы, то внутренняя поверхность «одеваемого» цилиндра называют охватывающей поверхностью, внешнюю поверхность другого называют охватываемой поверхностью, если поверхность охватывающая, то ее называют отверстием, в противоположном случае – валом. Если, диаметр отверстия больше, чем диаметр вала, то разность диаметров называют зазором. Если же диаметр вала больше – натягом.