Рабочие калибры. Технология производства резьбовых калибров
Калибры - средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей деталей заданным требованиям.
Калибры применяют для контроля деталей в массовом и серийном производствах. Калибры бывают нормальные и предельные.
Нормальный калибр - однозначная мера, которая воспроизводит среднее значение (значение середины поля допуска) контролируемого размера. При использовании нормального калибра о годности детали судят, например, по зазорам между поверхностями детали и калибра, либо по «плотности» возникающего сопряжения между контролируемой деталью и нормальным калибром. Оценка зазора, следовательно, результаты контроля в значительной мере зависят от квалификации контролера и имеют субъективный характер.
Предельные калибры - мера или комплект мер обеспечивающие контроль геометрических параметров деталей по наибольшему и наименьшему предельным значениям. Изготавливают предельные калибры для проверки размеров гладких цилиндрических и конических поверхностей, глубины и высоты уступов, параметров резьбовых и шлицевых поверхностей деталей. Изготавливают также калибры для контроля расположения поверхностей деталей, нормированных позиционными допусками, допусками соосности и др.
При контроле предельными калибрами деталь считается годной, если проходной калибр под действием силы тяжести проходит, а непроходной калибр не проходит через контролируемый элемент детали. Результаты контроля практически не зависят от квалификации оператора.
По конструкции калибры делятся на пробки и скобы. Для контроля отверстий используют калибры-пробки, для контроля валов - калибры-скобы.
По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные.
Рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления и приёмки. Такими калибрами на предприятиях пользуются рабочие и контролеры отделов технического контроля (ОТК). Контрольные калибры используют для контроля жестких рабочих предельных калибров-скоб или для настройки регулируемых рабочих калибров.
Комплект рабочих предельных калибров для контроля гладких цилиндрических поверхностей деталей включает:
Проходной калибр (ПР), номинальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия;
Непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.
В основу конструирования гладких калибров положен принцип Тейлора или принцип подобия, согласно которому проходные калибры должны являться прототипом сопрягаемой детали и контролировать в комплексе все виды погрешностей данной поверхности (проверка диаметра и погрешности формы, включая отклонения от прямолинейности оси отверстий). Это обеспечивает собираемость соединения. Непроходные калибры должны обеспечивать поэлементный контроль (контроль собственно размеров), следовательно, контакт между рабочими поверхностями калибров и контролируемой поверхностью должен быть точечным.
Полностью отвечающий принципу Тейлора рабочий калибр для контроля отверстия должен иметь проходную сторону в виде цилиндра с длиной, равной длине сопряжения или контролируемой поверхности (полная пробка), и непроходную сторону в виде неполной пробки в виде стержня со сферическими наконечниками. Рабочий калибр для контроля вала должен иметь проходную сторону в виде кольца с длиной, равной длине сопряжения или контролируемой поверхности, и непроходную сторону в виде скобы с ножевыми поверхностями. На практике из-за особенностей технологии изготовления и контроля часто наблюдается нарушение принципа Тейлора, например, калибры для контроля отверстий небольших диаметров изготавливают в виде полных пробок, а для контроля валов - в виде скоб.
Контроль размеров отверстий обычно производится проходными и непроходными калибрами-пробками, вставленными в общую рукоятку (рис. 3.77 а ).
Калибры для валов обычно де лают в виде скоб с плоскопараллельными рабочими поверхностями (рис. 3.77 б ).
б | в |
Рис. 3.77. Эскизы калибров
Если проходной и непроходной калибры для контроля отверстий изготавливают в виде полных пробок, то непроходная пробка имеет меньшую длину, чем проходная. Для отверстий больших диаметров чаще используют калибры с рабочими поверхностями в виде неполной пробки, например листовая пробка с цилиндрическими рабочими поверхностями, причем длина рабочих поверхностей непроходной пробки существенно меньше, чем у проходной. Контроль каждой пробкой осуществляется в нескольких поперечных сечениях отверстия (контролируется как минимум два взаимно перпендикулярных сечения).
При контроле валов калибром-скобой и поверхность проверяют в нескольких сечениях по длине и не менее чем в двух взаимоперпендикулярных направлениях каждого сечения.
Если детали годные, то в соответствии с названием проходные калибры (ПР) должны проходить через контролируемые поверхности под действием собственного веса, а непроходные (НЕ) проходить не должны.
При контроле гладкими калибрами следует соблюдать ряд правил, в частности пользоваться только калибрами, предназначенными для данного случая (рабочие, как правило, используют новые проходные калибры, работники ОТК могут использовать частично изношенные калибры). Необходимо следить за чистотой измерительных поверхностей, не пытаться силой проталкивать проходные и непроходные калибры, во избежание нагрева не следует держать калибры в руках дольше, чем это необходимо.
Виды гладких нерегулируемых калибров для контроля цилиндрических отверстий и валов устанавливает ГОСТ 24851-81, в котором их различным конструктивным видам присвоены номера (1...12) и соответствующие наименования.
Существуют три варианта исполнения гладких калибров:
1. Однопредельные пробки или скобы (проходные, маркируемые ПР, и непроходные - НЕ), применяемые преимущественно при контроле относительно больших размеров.
2. Двухпредельные двусторонние калибры, которые несколько ускоряют контроль. Они предусмотрены для сравнительно небольших размеров: калибры-скобы до 10 мм и калибры пробки до 50 мм.
3. Односторонние двухпредельные калибры, которые компактнее и практически вдвое ускоряют контроль. Такие калибры предусмотрены для широкого диапазона размеров.
Односторонние скобы , начиная с размеров свыше 200 мм для контроля валов до 8-го квалитета включительно, обязательно должны снабжаться теплоизоляционными ручками-накладками.
Конструктивно гладкие калибры могут выполняться регулируемыми и нерегулируемыми .
Калибры для размеров свыше 500 мм, согласно ГОСТ 24852-81 применяют только для контроля деталей 9...17-го квалитетов. Эти калибры имеют единую схему расположения полей допусков.
Расчет калибров сводится к определению исполнительных размеров измерительных поверхностей, ограничению отклонений их формы и назначению оптимальной шероховатости. Началом отсчета отклонений для проходных гладких калибров является проходной предел вала или отверстия, для непроходных - их непроходной предел. На проходные калибры кроме допуска на изготовление отдельно предусматривают еще допустимую границу износа.
Для производительного и точного контроля внутренних размеров контроля калибров-скоб в процессе их доводки при изготовлении и для быстрого определения момента полного изнашивания используют гладкие контрольные калибры (рис. 3.77 в ).
В комплект контрольных калибров входят три калибра, выполненные в виде шайб:
Контрольный проходной калибр (К-ПР);
Контрольный непроходной калибр (К-НЕ);
Калибр для контроля износа проходного калибра (КИ).
Контрольные калибры К-ПР и К-НЕ из-за малости допусков рабочих калибров, для контроля которых они предназначены, выполнены как нормальные, а не предельные калибры, и годность рабочих калибров определяется с применением субъективной оценки соответствия проверяемых размеров контрольным калибрам.
Калибр КИ предназначен для контроля допустимого износа проходной стороны и может рассматриваться как предельный калибр, контролирующий границу допустимого износа.
Контрольные калибры (при размерах до 180 мм можно использовать также блоки концевых мер) предназначены для ускорения проверки окончательных размеров проходной и непроходной сторон при изготовлении нерегулируемых или установке регулируемых скоб (К-ПР и К-НЕ), а также для контроля момента полного износа проходных калибров-скоб в процессе их эксплуатации (КИ).
Калибры для контроля калибров-пробок не изготавливают. Размеры калибров-пробок проверяют универсальными измерительными средствами, что для наружных поверхностей не представляет сложности.
Для всех калибров устанавливают допуски на изготовление, а для проходного калибра, который при контроле детали изнашивается более интенсивно, дополнительно устанавливают границу износа.
Допуски на измерительные поверхности гладких калибров установлены стандартами ГОСТ 24853-81 (для размеров до 500 мм) и ГОСТ 24852-81 (для размеров от 500 мм до 3150 мм). Допуски рабочих поверхностей калибров значительно меньше допусков тех деталей, для контроля которых они предназначены, и апробированы многолетней практикой.
Для построения схем расположения полей допусков необходимо определять номинальные размеры калибров, которые соответствуют предельным размерам контролируемой калибром поверхности отверстия или вала (рис. 3.78).
Расположение полей допусков калибров по ГОСТ 24853-81 зависит от номинального размера детали (различаются схемы для размеров до 180 мм и свыше 180 мм и для квалитетов 6, 7, 8 и от 9 до 17).
Рис. 3.78. К определению номинальных размеров калибров
Стандартом установлены следующие нормы для калибров :
- Н - допуск на изготовление калибров для отверстия;
- Н s - допуск на изготовление калибров со сферическими измерительными поверхностями (для отверстия);
- Н 1 - допуск на изготовление калибров для вала;
- Н р - допуск на изготовление контрольного калибра для скобы.
Износ проходных калибров ограничивают значениями:
- Y - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия;
- Y 1 - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.
Для всех проходных калибров поля допусков смещены внутрь поля допуска детали на величину Z для калибров-пробок и величину Z 1 для калибров-скоб. Такое расположение поля допуска проходного калибра, подверженного износу, позволяет повысить его долговечность, хотя увеличивает риск забракования годных деталей новым калибром.
Исполнительным называется размер калибра, по которому изготавливается калибр. При определении исполнительного размера калибра осуществляют замену номинального размера: за «новый» номинальный размер принимают предел максимума материала калибра с расположением поля допуска «в тело» детали. На чертежах рабочих калибров-пробок и контрольных калибров обозначают наибольший размер с отрицательным отклонением, равным ширине поля допуска, для калибров-скоб - наименьший размер с положительным отклонением.
Калибры широко применяют для контроля сложных поверхностей деталей, включая шлицевые и резьбовые. При этом для конструирования рабочих поверхностей калибров обязательно используют принцип Тейлора.
Например , для контроля шлицевых втулок рабочий проходной калибр изготавливают в виде шлицевого вала, что позволяет одновременно контролировать размеры по наружному и внутреннему диаметрам шлицевой втулки, а также взаимное расположение наружной и внутренней цилиндрических поверхностей втулки, шаг и направление шлиц, ширину впадин. Для контроля непроходных пределов (пределов минимума материала детали) используют комплект непроходных калибров, обеспечивающих проверку собственно размеров элементов шлицевой втулки. Диаметры контролируют пробками, причем для внутреннего диаметра применяют неполную или полную пробку, а для наружного диаметра шлицевой втулки используют неполную пробку. В комплект входит и рабочий калибр для контроля ширины шлиц.
Для контроля резьбы применяют рабочую проходную резьбовую пробку с резьбой полного профиля и длиной, равной длине резьбового сопряжения. В комплект непроходных калибров входят рабочий непроходной резьбовой калибр с укороченным профилем резьбы и уменьшенной длиной резьбовой части, а также гладкие калибры для контроля диаметра выступов. Непроходной резьбовой калибр должен свинчиваться с ответной деталью не более чем на полтора витка.
Предельные гладкие нерегулируемые калибры для контроля отверстий диаметром от 0,1 до 360 мм и валов от 1 до 360 мм изготавливаются (ГОСТ 2015-84 Калибры гладкие нерегулируемые. Технические требования.) для контроля изделий 6 и более грубых квалитетов. По ГОСТ 24853-81 «Гладкие калибры для цилиндрических отверстий и валов. Виды» предусмотрено для вала изготовление четырех видов калибров и шести видов контркалибров, а для отверстия - двух видов калибров.
По рабочим поверхностям калибры классифицируются (ГОСТ27284-87 «Калибры. Термины и определения»:
Гладкие; конусные; резьбовые; цилиндрические резьбовые; конусные резьбовые; шпоночные; шлицевые; профильные.
По назначению:
Проходные; непроходные; поэлементные; комплексные; рабочие; приемные; контрольные; установочные; сортировочные; глубины (высоты); расположения.
По конструктивным признакам:
Калибр-пробка; калибр-скоба; калибр-кольцо; калибр-втулка; нерегулируемый калибр; регулируемый калибр; полный; неполный; однопредельный; двупредельный; односторонний двупредельный; двусторонний двупредельный.
Кроме стандарта в зависимости от потребностей и условий работы каждый вводит какую вздумает классификацию. Например, по числу одновременно контролируемых элементов:
Элементные;
Комплексные. Элементные калибры предназначаются для контроля отдельных линейных размеров или угловых величин деталей. Комплексные калибры для одновременного контроля нескольких элементов.
По условиям оценки годности детали:
Нормальные;
Предельные.
По технологическому назначению в соответствии с местом и характером использования калибры подразделяются на следующие основные группы:
Рабочие калибры - для контроля деталей непосредственно на рабочих местах в процессе их изготовления;
Приемные калибры - для контроля изделий представителем заказчика;
Контрольные калибры - для контроля рабочих или приемных калибров (скоб или колец).
По конструктивным признакам: жесткие, регулируемые, односторонние, двусторонние.
По характеру контакта между проверяемыми изделием и калибром различают калибры с поверхностным, линейным и точечным контактом
5 Нормальные и предельные калибры.
Нормальным калибром называется такой калибр, который воспроизводит заданный линейный или угловой размер и форму сопрягаемой с ним поверхности контролируемого элемента (ГОСТ 27284). Нормальные калибры представляют собой стальные пластины толщиной 1,5...5 мм с точно выполненным фасонным рабочим контуром, например, эвольвентным. О годности деталей судят на основании субъективных ощущений контролирующего (так как нормальный калибр для отверстия должен быть проходящим без усилия, но и без зазора) или по равномерности зазора, который образуется между проверяемым профилем и рабочим профилем нормального калибра. Чем меньше протяженность и величина получающихся между ними зазоров, которые оценивают «на просвет» или «на краску» (по оставляемым следам слегка смазанного шаблона при использовании, например, конических калибров) либо с помощью набора щупов, тем выше точность изготовления. В промышленности шаблоны широко применяют при обработке криволинейных контуров и фасонных поверхностей: полостей ручьев в штампах объемной штамповки, пресс-формах, кокилях, формовочных моделей, направляющих треугольного или трапецеидального сечения, соединений типа «ласточкин хвост», при изготовлении фасонного режущего инструмента (различные фрезы, резцы) и т. п.
К общим шаблонам относят угловые, радиусные, галтельные и др. Контурные шаблоны воспроизводят конфигурацию различных фасонных поверхностей в плане, профильные - в поперечном сечении.
Предельные калибры изготовляют попарно. Один из них называется проходным, а другой непроходным. Для внутренних измерений проходной калибр выполняют по наименьшему, а непроходной - по наибольшему предельным размерам. Для наружных измерений проходной калибр выполняют по наибольшему, а непроходной - по наименьшему предельным размерам. Проверяемое изделие считают годным, если проходной калибр проходит, а непроходной калибр не проходит в проверяемое изделие. Как исключение, в отдельных случаях, например при контроле резьбы, за счет сбега резьбы калибра допускается частичное вхождение непроходного калибра в изделие.
6 Рабочие и контрольные калибры.
Рабочие предельные калибры проходные и непроходные используются рабочими и контролерами для проверки годности деталей. Проходной калибр должен проверять по поверхности, а непроходной – по точкам. С помощью нормальных калибров определяют годность детали по степени контакта калибра с деталью и контроль с их помощью представляет определенные трудности.
В связи со значительной трудоемкостью проверки исполнительных размеров калибров-скоб в процессе их доводки при изготовлении и для быстрого определения момента полного изнашивания проходных калибров-скоб в процессе эксплуатации делаются гладкие контрольные калибры (контркалибры).
К контрольным калибрам относятся:
Контркалибры для контроля новых проходных калибров (К-ПР);
Контрольные калибры для контроля новых непроходных калибров (К-НЕ);
Контркалибры для контроля износа в процессе эксплуатации рабочих проходных калибров (К-И).
Контркалибры имеют форму гладких калибров-шайб или обычных гладких калибров-пробок. Калибры К-ПР и К-НЕ являются проходными по отношению к контролируемым ими калибрам, а калибр К-И непроходной. Допуски контрольных калибров не только должны быть меньше допусков контролируемых ими калибров, но расположение их полей должно быть увязано с расположением полей допусков рабочих и приемных калибров, а также изделий. Взамен контркалибров допускается пользоваться аттестованными образцами изделий.
7 Принцип проектирования рабочих поверхностей калибров.
В основу конструирования гладких калибров положен принцип подобия (принцип Тейлора), по которому проходные калибры должны являться прототипами сопрягаемой детали и контролировать в комплексе все связанные друг с другом размеры проверяемого изделия и погрешности данной простой или сложной (шлицевой) поверхности. Непроходные калибры должны иметь контакт, приближающийся к точечному, чтобы проверять у каждого элемента раздельно, не нарушен ли его непроходной предел.
Такой метод проверки является наиболее надежным с точки зрения требований взаимозаменяемости, особенно при контроле изделий сложной формы, когда необходима уверенность в том, что отклонения всех составляющих размеров ограничиваются полем суммарного допуска, если эти отклонения не оговорены особо, например, отклонения параметров резьбы, а также отклонения от круглости и концентричности гладких изделий. В соответствии с принципом подобия проходные гладкие калибры-пробки имеют полную цилиндрическую форму, а проходные резьбовые - полный профиль резьбы и длину, равную длине свинчивания, что необходимо для обеспечения поверхностного контакта по всей измеряемой поверхности.
Если непроходные калибры изготовляют с полной цилиндрической формой, так же как и проходные, то не будет гарантии в том, что размеры изделий не выйдут за установленные пределы, так как отклонения от правильной геометрической формы в этом случае не ограничиваются полем допуска и могут достигнуть произвольного значения.
Строгое соблюдение принципа Тейлора сопряжено с определенными практическими неудобствами. Например, использование проходного калибра-кольца при обработке вала требует при каждой промежуточной проверке размера вала снятия его с центров. Поэтому на практике часто применяют калибры с одинаковой конструктивной формой проходной и непроходной сторон. При этом проходные пробки всегда имеют увеличенную длину по сравнению с непроходными пробками. Поэтому при применении стандартных калибров будет иметь место некоторое расширение предписанных полей допусков. Но это не должно вызывать особых опасений, так как существующая система допусков и посадок, так же как и контроль деталей калибрами с полной цилиндрической формой, проверена долголетней практикой машиностроения.
Непроходные резьбовые калибры в соответствии с принципом подобия проверяют только собственно средний диаметр, для чего они имеют укороченный профиль резьбы, что способствует уменьшению влияния погрешностей угла профиля, и уменьшенное число витков (до трех), что способствует уменьшению влияния накопленной погрешности шага.
Гладкие предельные калибры различаются по наименованию, конструкции и по назначению.
По наименованию калибры делятся на:
− пробки.
По конструкции калибры бывают:
Жёсткие и регулируемые;
Цельные и составные;
Односторонние, двухсторонние и совмещённые.
По назначению калибры делятся на:
− рабочие;
− приёмные;
− контрольные.
Рабочие калибры (Р-ПР, Р-НЕ) предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления. Эти калибры используют рабочие и контролёры ОТК завода-изготовителя. При этом контролёры пользуются частично изношенными калибрами Р-ПР и новыми калибрами Р-НЕ, так называемыми приёмными калибрами.
Приёмные калибры предназначены для проверки деталей представителями заказчика. Эти калибры были официально в системе ОСТ. В современных стандартах они не предусмотрены, но они могут быть введены стандартами предприятий. Приёмные калибры специально не изготовляются, а отбираются из рабочих калибров (частично изношенных Р-ПР и новых Р-НЕ). Это делается для страховки от появления случайного исправимого брака и для того, чтобы правильно принятые рабочими калибрами детали не были забракованы калибрами контролёра и представителя заказчика.
Контрольные калибры (контркалибры) предназначены для установки на размер регулируемых калибров-скоб и контроля нерегулируемых калибров-скоб в процессе их изготовления и эксплуатации. Контркалибры предназначены только для скоб, то есть они применяются только при изготовлении валов. Применение контркалибров при обработке отверстий экономически нецелесообразно: рабочие калибры-пробки проще контролировать приборами, чем применять трудно изготавливаемые и дорогостоящие контркалибры-скобы.
Следовательно, контркалибры – только пробки:
– К-ПР – для скобы Р-ПР;
– К-НЕ – для скобы Р-НЕ;
– К-И – для изъятия из эксплуатации предельно изношенных скоб Р-ПР.
Несмотря на малую величину допуска контркалибров, они все же искажают установленные поля допусков на изготовление и износ рабочих калибров, поэтому контркалибры по возможности не следует применять. Их целесообразно заменять, особенно в мелкосерийном производстве, и тем более в единичном, концевыми мерами длины или использовать универсальные измерительные приборы. Детали с допуском 01...5 квалитетов не рекомендуется проверять калибрами, так как при малых допусках они вносят значительную погрешность измерения, а изготовление калибров такой точности сложно и трудоёмко. В таких случаях детали проверяют универсальными измерительными средствами и приборами.
Для снижения затрат на калибры стремятся увеличить их износостойкость за счёт применения твёрдых сплавов и нанесения износостойких покрытий на их рабочие поверхности.
3.2 Допуски калибров
Допуски и отклонения размеров калибров устанавливает ГОСТ 24853-81«Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски». Стандарт предусматривает следующие допуски и отклонения калибров:
– | допуск на изготовление калибров-пробок для отверстия; | |
H 1 | – | допуск на изготовление калибров-скоб для вала; |
H p | – | допуск на изготовление контрольного калибра для скобы; |
– | отклонение середины поля допуска на изготовление пробки Р-ПР относительно наименьшего предельного размера отверстия; | |
– | отклонение середины поля допуска на изготовление скобы Р-ПР относительно наибольшего предельного размера вала; | |
– | допустимый выход размера изношенной пробки Р-ПР за границу поля допуска отверстия; | |
– | допустимый выход размера изношенной скобы Р-ПР за границу поля допуска вала; | |
– | величина для компенсации погрешности контроля калибрами отверстий с размерами свыше 180 мм; | |
– | величина для компенсации погрешности контроля калибрами валов с размерами свыше 180 мм. |
3.3 Схемы расположения полей допусков калибров
ГОСТ 24853-81предусматривает восемь схем расположения полей допусков калибров в зависимости от квалитетов и номинальных размеров проверяемых деталей. Наиболее общими являются схемы для отверстий (рису- нок 3.2 а) и валов (рисунок 3.2 б) квалитетов 6, 7 и 8 с номинальными размерами свыше 180 мм.
Остальные схемы представляют собой частные случаи указанных общих схем расположения полей допусков калибров. Для калибров Р-ПР кроме допуска на изготовление предусматривается допуск на их износ. При этом поле допуска калибра сдвинуто внутрь поля допуска детали, а поле допуска на износ выходит за границу поля допуска детали. Для деталей 9...17 квалитетов (при больших допусках) поле допуска на износ калибра располагается внутри поля допуска детали и ограничено ее проходным пределом, т.е. Y = 0 и Y 1 = 0. При номинальных размерах до 180 мм погрешность контроля деталей калибрами незначительна и поэтому не учитывается, т.е. и .
Рисунок 3.2 – Схемы расположения полей допусков калибров для отверстий (а) и валов (б) квалитетов 6, 7 и 8 с номинальными размерами свыше 180 мм
Следует отметить, что на схемах износ калибров Р-ПР нагляднее и удобнее изображать не границей износа, а полем допуска на износ по аналогии с полем допуска на изготовление, как это показано на рисунке 3.3.
Сдвиг полей допусков калибров и границ износа их проходных сторон внутрь поля допуска детали устраняет возможность искажения характера посадок и гарантирует получение размеров годных деталей в пределах установленных допусков. Этого в полной мере невозможно добиться для точных деталей (квалитеты 6...8) ввиду довольно жёстких допусков и повышения стоимости изготовления деталей. Поля допусков на износ калибров Р-ПР для таких деталей выходят за пределы проверяемого поля допуска. Допуск детали при этом несколько расширяется, не вызывая нарушения взаимозаменяемости.
3.4 Расчёт исполнительных размеров калибров
Исполнительными размерами калибров называются размеры, по которым изготовляются калибры.
На чертежах калибров допуски на их изготовление задают «в тело» калибра, то есть как для основного отверстия и основного вала. В качестве номинального размера калибра принимают размер, соответствующий наибольшему количеству металла в калибре. Таким образом, на чертеже скобы проставляют её наименьший предельный размер с положительным отклонением, для пробки (рабочей и контрольной) – наибольший размер с отрицательным отклонением.
Приведём основные расчётные формулы для определения размеров калибров.
Наибольший размер новой проходной пробки:
.
Наименьший размер изношенной проходной пробки
Наибольший размер непроходной пробки
.
Наименьший размер проходной новой скобы
.
Наибольший размер изношенной проходной скобы
Наименьший размер непроходной скобы
.
Наибольшие размеры контрольных калибров:
; ;
.
Размеры калибров, полученные расчётом, округляются в соответствии с ГОСТ 24853-81. Табличный метод расчёта исполнительных размеров рабочих калибров, более простой для практического применения, изложен в этом же стандарте.
Рассмотрим пример расчёта исполнительных размеров калибров для контроля деталей соединения .
По ГОСТ 25347-82 и ГОСТ 24853-81находим предельные отклонения размеров деталей и необходимые данные для расчёта размеров калибров:
EI = 0; ES =+ 30мкм; ei = – 29 мкм; es = – 10 мкм;
H = H 1 = 5 мкм; H P = 2 мкм; Z = Z 1 = 4 мкм;
Y = Y 1 = 3 мкм; a = a 1 = 0.
Построим схему расположения полей допусков калибров (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 – Схема к расчёту размеров калибро в
Рабочие калибры-пробки для отверстия :
Исполнительные размеры калибров-пробок:
; ; .
Рабочие калибры-скобы для вала :
Исполнительные размеры калибров-скоб:
; ; .
Контрольные калибры:
Исполнительные размеры контрольных калибров:
К – ПР = 59,987 –0,002 ; К – И = 59,994 –0,002 ; К – НЕ = 59,972 –0,002 .
1 Что такое гладкий предельный калибр?
2 Какие виды гладких калибров применяются на производстве?
3 Чем отличаются контрольные калибры от рабочих калибров?
4 В каких условиях производства применяется контроль калибрами?
5 В каких условиях производства применяется контроль универсальными измерительными инструментами?
4 Допуски и посадки
призматических шпоночных соединений
Шпоночные соединения предназначены, как правило, для соединения с валами зубчатых колёс, шкивов, маховиков, муфт и других деталей и служат для передачи крутящих моментов. В связи с разнообразием конструкций остановимся на рассмотрении только наиболее широко применяемого в машиностроении соединения с призматическими шпонками, схематическое изображение которого показано на рисунке 4.1 а.
Размеры, допуски, посадки и предельные отклонения соединений с призматическими шпонками регламентированы ГОСТ 23360-78. Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов для свободного, нормального и плотного соединений. Для ширины пазов вала и втулки допускаются любые сочетания полей допусков, приведённых на рисунке 4.1 б.
Как уже было сказано ранее, посадки шпоночных соединений назначаются в системе вала. Пример шпоночного соединения вала со втулкой показан на рисунке 4.2.
Рисунок 4.1 – Поля допусков шпоночных соединений
Рисунок 4.2 – Пример указания посадок шпоночного соединения на чертежах
Контроль размеров, симметричности расположения и прямолинейности шпоночных пазов втулки и вала осуществляется универсальными измерительными инструментами, гладкими предельными и специальными калибрами.
Контрольные вопросы и задания
1 В каких случаях и для чего применяются шпоночные соединения?
2 Применяются ли шпоночные соединения при переходных посадках?
3 В какой системе назначаются посадки шпоночных соединений?
4 Как осуществляется контроль размеров шпоночных пазов?
5 Допуски и посадки подшипников качения
У подшипников качения присоединительными поверхностями являются наружная поверхность наружного и внутренняя поверхность внутреннего колец. По присоединительным поверхностям подшипников обеспечивается полная внешняя взаимозаменяемость, которая позволяет быстро монтировать их, а также заменять изношенные подшипники при хорошем качестве сборки.
5.1 Классы точности подшипников качения
Качество подшипников определяется точностью изготовления их деталей и точностью сборки. Основными показателями точности подшипников и их деталей являются:
Точность размеров присоединительных поверхностей;
Точность формы и расположения поверхностей колец и шероховатость их поверхностей;
Точность формы и размеров тел качения и шероховатость их поверхностей;
Точность вращения, характеризуемая радиальным и торцовым биением дорожек качения и торцов колец.
В зависимости от этих показателей точности по ГОСТ 520-2011 «Подшипники качения. Общие технические условия» установлены следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности:
− нормальный, 6, 5, 4, Т, 2 – для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;
− 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2 – для роликовых конических подшипников;
− нормальный, 6, 5, 4, 2 – для упорных и радиально-упорных подшипников.
Самым точным является второй класс точности. Класс точности подшипника выбирают исходя из требований, предъявляемых к точности вращения и условиям работы механизма. Для механизмов общего назначения обычно применяют подшипники класса точности 0. Подшипники более высоких классов точности применяют при больших оборотах и высокой точности вращения вала, например, для шпинделей шлифовальных станков, авиадвигателей, приборов и др. Для гироскопических и других прецизионных приборов и механизмов применяются подшипники класса точности 2.
Класс точности указывается через тире перед условным обозначением серии подшипника, например, 6–205. Для всех подшипников, кроме конических, класс точности «нормальный» обозначается знаком «0».
Учитывая большое многообразие конструкций подшипников, ограничимся рассмотрением посадок только для шариковых радиальных подшипников.
5.2 Допуски и посадки соединений с подшипниками качения
Посадки наружного кольца подшипника с корпусом осуществляются в системе вала, посадки внутреннего кольца с валом – в системе отверстия. Диаметры наружного и внутреннего колец подшипника приняты соответственно за диаметры основного вала и основного отверстия с определённой оговоркой, о чём будет сказано дальше.
В большинстве случаев, в частности при вращающемся вале, внутреннее кольцо подшипника монтируется на валу неподвижно. Для этого необходимо применять либо переходные посадки, либо посадки с натягом. Однако применение тех и других посадок исключено по следующим причинам:
Первые требуют дополнительного крепления (шпонки и т.д.), что усложнит конструкцию подшипника и неприемлемо по точности (неравномерные деформации кольца при закалке из-за концентраторов напряжений) или вообще конструктивно неосуществимо из-за недостаточной толщины кольца подшипника;
Вторые дают натяг, недопустимый по прочности внутреннего кольца подшипника.
Введение каких-либо специальных посадок с малыми натягами для подшипников качения экономически нецелесообразно. Поэтому поступают так: на вал назначается стандартное поле допуска для переходной посадки, а поле допуска внутреннего кольца подшипника опускается симметрично вниз относительно нулевой линии. Следовательно, у внутренних колец подшипников допуск размера задается в минус, а не в плюс, как это принято у обычных основных отверстий. Такая комбинация полей допусков обеспечивает натяги, допустимые по прочности внутреннего кольца, и гарантирует неподвижность соединения.
Рисунок 5.1 – Пример посадок шариковых радиальных подшипников
Таким образом, основные (верхние) отклонения обоих присоединительных диаметров подшипников качения приняты равными нулю (рисунок 5.1) и обозначаются прописной и строчной буквами L и l, соответственно для внутреннего и наружного колец подшипника.
Выбор посадки подшипника на вал и в корпус производится в зависимости от класса точности подшипника (рисунок 5.1), вида нагружения колец подшипника, режима его работы, от величины и характера нагрузки, скорости вращения и других факторов.
В зависимости от конструкции и условий эксплуатации изделия, в котором смонтированы подшипники, кольца подшипников могут испытывать различные по характеру виды нагружения: местное, циркуляционное и колебательное (рисунок 5.2).
При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную радиальную нагрузку (например, натяжение приводного ремня, силу тяжести конструкции) лишь ограниченным участком дорожки качения и передаёт её соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (рисунки 5.2 а и 5.2 б).
При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передаёт её также последовательно всей посадочной поверхности вала или корпуса (рисунки 5.2 а и 5.2 б).
а ) б ) в ) г )
Рисунок 5.2 – Виды нагружения колец подшипников
При колебательном нагружении кольцо воспринимает равнодействующую двух радиальных нагрузок (одна – постоянная по направлению, а другая – меньшая по величине, вращается) ограниченным участком дорожки качения и передаёт её соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (рисунки 5.2 в и 5.2 г). Равнодействующая нагрузка в данном случае не совершает полного оборота, а колеблется между точками А и В.
В зависимости от вида нагружения колец радиальных подшипников установлены следующие поля допусков, образующих посадки (таблица 5.1).
Таблица 5.1 – Поля допусков валов и отверстий корпусов для установки радиальных подшипников
При вращающемся вале на внутреннее кольцо назначается неподвижная, а на наружное кольцо подвижная посадки. При неподвижном вале наоборот. Подшипник монтируется с зазором по тому кольцу, которое испытывает местное нагружение. Это устраняет заклинивание шариков и позволяет кольцу под действием толчков и вибраций постепенно поворачиваться по посадочной поверхности, что обеспечивает равномерный износ беговой дорожки и удлиняет срок службы подшипника.
Монтаж подшипника по посадке с натягом производится по кольцу, испытывающему циркуляционное нагружение, что исключает проскальзывание кольца по посадочной поверхности и устраняет возможность её истирания и развальцовывания.
Обозначение подшипниковых посадок имеет свои особенности. Как было показано ранее, для подшипников установлено специальное основное отклонение отверстия, не соответствующее основному отклонению по ГОСТ 25347-82. Оно обозначается прописной буквой L . С целью унификации основное отклонение наружного кольца подшипника обозначается строчной буквой l. Учитывая, что применение системы отверстия для соединения внутреннего кольца подшипника с валом и системы вала для соединения наружного кольца с корпусом является обязательным, принято на сборочных чертежах посадки колец подшипников обозначать одним полем допуска.
На сборочных чертежах посадка подшипника обозначается полем допуска детали, сопрягающейся с его соответствующим кольцом, например, – по наружному кольцу, – по внутреннему кольцу. Если известен класс точности подшипника, например 6, то поля допусков присоединительных диаметров подшипника будут иметь следующие условные обозначения: для наружного диаметра – l6, внутреннего диаметра– L6, а размеры для приведённого примера соответственно и В этом случае посадки по присоединительным диаметрам подшипника допускается обозначать в виде традиционной дроби: по наружному диаметру – , по внутреннему диаметру–
Контрольные вопросы и задания
1 Какие особенности назначения посадок подшипников качения?
2 Какие существуют виды нагружения колец подшипников?
3 Как зависят посадки от вида нагружения колец подшипников?
4 Как указываются посадки подшипников качения на чертежах?
Допуски и посадки
15. КАЛИБРЫ
Калибры – средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей деталей заданным требованиям.
Калибры применяют для контроля деталей в массовом и серийном производствах. Калибры бывают нормальные и предельные .
Нормальный калибр – однозначная мера, которая воспроизводит среднее значение (значение середины поля допуска) контролируемого размера. При использовании нормального калибра о годности детали судят по зазорам между поверхностями детали и калибра. Оценка зазора, следовательно, результаты контроля в значительной мере зависят от квалификации контролера и имеют субъективный характер.
Предельные калибры обеспечивают контроль по наибольшему и наименьшему предельным значениям параметров. Изготавливают предельные калибры для проверки размеров гладких цилиндрических и конических поверхностей, глубины и высоты уступов, параметров резьбовых и шлицевых поверхностей деталей. Изготавливают также калибры для контроля расположения поверхностей деталей, нормированных позиционными допусками, допусками соосности и др.
При контроле предельными калибрами деталь считается годной, если проходной калибр под действием силы тяжести проходит, а непроходной калибр не проходит через контролируемый элемент детали. Результаты контроля практически не зависят от квалификации оператора.
По конструкции калибры делятся на пробки и скобы . Для контроля отверстий используют калибры-пробки, для контроля валов – калибры-скобы.
По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные.
Рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления. Такими калибрами пользуются рабочие и контролеры отделов технического контроля (ОТК) на предприятиях.
Комплект рабочих предельных калибров для контроля гладких цилиндрических поверхностей деталей включает:
проходной калибр (ПР) , номинальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия;
непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.
Проходной калибр контролирует предел максимума материала детали, значит, выявленный таким калибром брак будет исправимым (на детали остался избыток материала, который можно снять при дальнейшей обработке детали с помощью того же технологического процесса).
Непроходной калибр контролирует предел минимума материала детали, значит, выявленный таким калибром брак будет неисправимым (с детали снято слишком много материала, который нельзя вернуть с помощью того же технологического процесса).
Для всех калибров устанавливают допуски на изготовление рабочих поверхностей, а для проходного калибра, который при контроле детали изнашиваются более интенсивно, дополнительно устанавливают границу износа.
Контрольные калибры предназначены для контроля рабочих калибров-скоб. Для калибров-пробок контрольные калибры не изготавливают, поскольку наружные размеры достаточно просто проконтролировать универсальными средствами измерений – измерительными головками на стойках, гладкими или рычажными микрометрами и другими накладными приборами.
В комплект контрольных калибров входят три калибра, изготовленные в виде шайб:
контрольный проходной калибр (К-ПР);
контрольный непроходной калибр (К-НЕ);
калибр для контроля износа проходного калибра (К-И).
Контрольные калибры изготавливают в виде плоских шайб с шириной, соответствующей ширине контролируемой скобы. Калибры К-ПР и К-НЕ – нормальные калибры, предназначенные для контроля соответствующих рабочих калибров-скоб при их изготовлении и приемке. Контрольный калибр К-И используют для проверки уровня изношенности рабочего проходного калибра как предельный непроходной калибр. Прохождение калибра К-И свидетельствует о переходе износа за допустимый предел, рабочий проходной калибр бракуют, после чего он подлежит ремонту или утилизации.
Необходимым условием конструирования калибров является соблюдение принципа подобия, или принципа Тейлора. Согласно этому принципу проходной калибр должен быть прототипом сопрягаемой детали с длиной, равной длине соединения, и обеспечивать комплексный контроль (размера, формы и при необходимости расположения поверхностей детали). Непроходной калибр должен обеспечивать контроль собственно размеров детали, значит, он должен иметь малую измерительную длину контактных поверхностей, чтобы контакт приближался к точечному.
В соответствии с принципом Тейлора проходной калибр для контроля отверстия должен быть валом с длиной, равной длине соединения («полная пробка»), а непроходной калибр для отверстия должен иметь сферические контактные поверхности («неполная пробка»). Фактически из технологических соображений принцип Тейлора частично нарушают, используя неполные пробки в качестве проходных калибров и полные пробки уменьшенной длины в качестве непроходных калибров.
Для контроля валов в полном соответствии с принципом Тейлора проходной калибр должен исполняться в виде кольца, а непроходной калибр в виде скобы. Реально в большинстве случаев применяют проходные и непроходные калибры в виде скоб.
Для построения схем расположения полей допусков необходимы номинальные размеры калибров, которые соответствуют предельным размерам контролируемой калибром поверхности отверстия или вала (рисунок 15.1).
Рисунок 15.1 – К определению номинальных размеров калибров
Расположение полей допусков калибров по ГОСТ 24853-81 зависит от номинального размера детали (различаются схемы для размеров до 180 мм и свыше 180 мм и для квалитетов 6,7,8 и от 9 до 17 ).
Стандартом установлены следующие нормы для калибров:
Н – допуск на изготовление калибров для отверстия;
Н s – допуск на изготовление калибров со сферическими измерительными поверхностями (для отверстия);
Н 1 – допуск на изготовление калибров для вала;
Н р – допуск на изготовление контрольного калибра для скобы.
Износ проходных калибров ограничивают значениями:
Y – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия;
Y 1 – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.
Для всех проходных калибров поля допусков смещены внутрь поля допуска детали на величину Z для калибров-пробок и величину Z 1 для калибров-скоб. Такое расположение поля допуска проходного калибра, подверженного износу, позволяет повысить его долговечность, хотя увеличивает риск забракования годных деталей новым калибром.
Схема расположения полей допусков калибров для контроля отверстия и вала показана на рисунке 15.2.
Калибры-пробки могут быть полные и «неполные». Полные пробки для цилиндрических отверстий имеют форму прямого кругового цилиндра, а неполные – форму вырезанной из прямого кругового цилиндра полосы с диаметрально противоположными рабочими поверхностями. Такие неполные пробки изготавливают из листового материала. Предельный случай «неполной» пробки – стержень со сферическими рабочими поверхностями – часто используют для контроля больших отверстий, особенно размером порядка нескольких метров. В технической литературе для подобных конструкций раньше применяли наименование «штихмасс». Иногда основную часть такого калибра выполняют из дерева, а наконечники для повышения износостойкости делают металлические. В неполных пробках иногда предусматривают возможность изменения размеров за счет тонкого перемещения наконечников, такие калибры-пробки называют регулируемыми в отличие от «жестких пробок» с фиксированными размерами.
Предельные калибры-пробки бывают однопредельные (проходные или непроходные) или двухпредельные (объединенные на одной рукоятке проходная и непроходная пробки). В зависимости от расположения двух пробок на рукоятке различают односторонние и двухсторонние калибры. Односторонние пробки дают некоторый выигрыш в производительности контроля, но требуют усложнения конструкции со всеми вытекающими отсюда недостатками.
Калибры-скобы как и калибры-пробки могут быть однопредельные и двухпредельные, причем двухпредельные скобы могут выполняться как односторонние или двухсторонние. Все калибры-скобы можно отнести к «неполным» калибрам, поскольку полным калибром для контроля вала является калибр-кольцо. Калибры в форме колец используют сравнительно редко (например, резьбовые калибры-кольца), поскольку технология контроля существенно усложняется, а проконтролировать калибром-кольцом размеры шеек установленного в центрах вала на технологическом оборудовании в принципе невозможно.
Калибры-скобы изготавливают из листового материала или из специальных заготовок, полученных литьем или штамповкой. Скобы выполняют как«жесткие» с фиксированными размерами или регулируемые. У регулируемых скоб для повышения износостойкости часто применяют напайки из твердого сплава на регулируемые цилиндрические контактные элементы.
Контрольные калибры предназначены для контроля калибров-скоб, поэтому они должны быть «валами». Однако поскольку они предназначены для контроля скоб со сравнительно узкими рабочими поверхностями, эти калибры изготавливают не в виде валов значительной длины, а в форме плоских шайб.
При контроле калибрами нельзя применять силу, особенно при использовании калибров-скоб, поскольку калибр в некоторых случаях можно «затолкать» на вал, несмотря на сопротивление деталей. В таком случае скоба «раскрывается» несмотря на относительно высокую жесткость конструкции и возвращается в исходное состояние после снятия нагрузки. Основное правило, которое позволяет избежать недопустимых деформаций, – контроль прохождения/непрохождения калибра под действием собственного веса. Это означает, что пробку надо опускать в отверстие при вертикальном положении его оси, а скобу следует опускать сверху при горизонтальном расположении оси вала. Для изменения контрольного сечения вала его поворачивают вокруг горизонтальной оси, а направление перемещения скобы остается вертикальным.
На чертежах рабочих калибров в соответствии с ГОСТ 2015 указывают:
а) исполнительные размеры;
б) допуски формы, а при необходимости и расположения рабочих поверхностей калибров. Числовые значения допусков выбирают, исходя из уровней относительной геометрической точности (предпочтительно по нормальному уровню А). Полученное значение допуска округляют до ближайшего по ГОСТ 24643;
в) шероховатость поверхностей (в первую очередь рабочих). Числовое значение высотного параметра шероховатости следует согласовать с минимальным допуском макрогеометрии; оно не должно превышать регламентируемое ГОСТ 2015;
г) другие размеры, необходимые для изготовления;
д) твердость рабочих поверхностей, принятая по ГОСТ 2015;
е) маркировку калибров.
Исполнительным называется размер калибра, по которому изготавливается калибр. При определении исполнительного размера пользуются правилом: за «новый» номинальный размер принимают предел максимума материала калибра с расположением поля допуска «в тело» детали. На чертежах рабочих калибров-пробок и контрольных калибров обозначают наибольший размер с отрицательным отклонением, равным ширине поля допуска, для калибров-скоб – наименьший размер с положительным отклонением.
При маркировке на поверхность калибра (или его ручку для калибра-пробки) наносят:
номинальный размер поверхности, для контроля которой предназначен калибр;
буквенное обозначение поля допуска контролируемой поверхности;
числовые значения предельных отклонений в соответствии с полем допуска контролируемой поверхности (значения в миллиметрах);
тип калибра (ПР, НЕ, К-ПР и т.д.);
товарный знак завода-изготовителя.
Для проверки наружных диаметров деталей, изготовленных по допускам, пользуются предельными калибрами-скобами.
Предельные скобы
При измерении наружного диаметра детали (рис. 59) проходная сторона скобы должна легко находить на измеряемую деталь под собственным весом, а непроходная сторона - не должна находить на нее.
Рис. 59 Поверка наружного диаметра двусторонней предельной скобой
Если измеряемый валик проходит в большую сторону скобы, следовательно, его размер не превышает допустимого, а если нет - значит размер его слишком велик. Если же валик проходит также и в меньшую сторону скобы, то это значит, что его диаметр слишком мал, т. е. меньше допустимого - такой валик является браком.
Односторонние скобы
Рис 60. Односторонняя предельная скоба
Для измерения валов большого диаметра, вместо двусторонних скоб применяют односторонние (рис. 60), у которых обе пары измерительных поверхностей находятся одна за другой. Передними измерительными поверхностями такой скобы проверяют наибольший допускаемый диаметр детали, а задними - наименьший.
Эти скобы имеют меньшую массу и значительно ускоряют процесс контроля, так как для измерения достаточно один раз наложить скобу на проверяемую деталь.
Регулируемые скобы
Рис. 61. Регулируемая предельная скоба
На рис. 61 показана регулируемая предельная скоба. У этих скоб при их износе путем перестановки измерительных штифтов можно восстановить правильные размеры. Кроме того, их можно отрегулировать для заданных размеров и таким образом небольшим набором скоб проверять большое количество размеров.
Для перестановки на новый размер нужно ослабить стопорные винты 1 на левой губке, соответственно передвинуть измерительные штифты 2 и 3 и снова закрепить винты 1.