Changes in the standard of unified system of tolerances and fits

Full Text

Введение Качество деталей и соединений с.-х. техники в вопросах параметрической надежности обеспечивается не только созданием износостойких поверхностей, но и параметрами точности и взаимозаменяемости [1, 2]. Первая отечественная система допусков и посадок (СДП) была введена в 1930 г. и называлась ОСТ (общесоюзные стандарты). В 1931-1935 гг. появились первые проекты СДП Международной федерации национальных объединений по стандартизации (ИСА). В 1962 г. разработаны рекомендации Международной организации по стандартизации (ИСО) по СДП. С 1979 г. в СССР осуществлен переход на новую систему допусков и посадок, приближенную к международной системе ИСО. Известно, что абсолютное большинство ответственных соединений в тракторах, автомобилях и с.-х. машинах имеет размеры до 500 мм [3]. Поэтому данная система с запасом обеспечивает машиностроение стандартизацией в области точности. Основные принципы построения Единой системы допусков и посадок (ЕСДП ИСО) изложены в международных стандартах ИСО 286-1:1988 и 286-2:1988. ЕСДП ИСО - важнейшая система, обеспечивающая взаимозаменяемость изделий на международном уровне [4]. Она находит широчайшее применение не только в машиностроении, но и в приборостроении, при ремонте и техническом обслуживании техники и в других областях. Например, в соединении со шпонками присутствуют минимум четыре нормируемых размера и две посадки [5], в шлицевых соединениях - три нормируемых размера и две-три посадки. Необходимость нормирования предельных размеров и посадок для деталей после обработки на металлорежущем оборудовании (или без обработки) вызвана, во-первых, жестким требованием обеспечения взаимозаменяемости деталей при массовом и крупносерийном производстве, что значительно экономит ресурсы и обеспечивает качество сборки, и во-вторых, стандартизацией суммарной неточности (допуска) в виде рядов точности - квалитетов. Однако следует констатировать факт, что точность размера (допуск) - не необходимая для нормирования величина в большинстве элементов детали. Поэтому для остальных размеров обычно нормируется степень точности по 12, 14 или 16-му квалитету [4, 5]. Цель исследования Новый международный стандарт ИСО 286-1:2010 (ISO 286-1:2010 Geometrical product specifications (GPS) - ISO code system for tolerances on linear sizes) подготовлен техническим комитетом ИСО/ТК 213 «Размерные и геометрические требования к изделиям и их проверка». Он рассматривает ряд терминов и определений более широко и представляет собой стандарт не на размеры, как это трактовалось ранее, а на геометрические характеристики изделий (ГХИ) [5]. Стандарт позиционируется как общий стандарт ГХИ (ИСО/ТР 14638). Его положения требуется учитывать и использовать в стандартах первой и второй серий на размеры в матричной модели ГХИ. Рассмотрим нововведения подробнее. Материалы и методы В стандарте приводится новое определение размера - размерного элемента. Размерный элемент - геометрическая форма, определяемая линейным или угловым размером. Размерными элементами могут быть цилиндр, сфера, две параллельные плоскости [6]. В предыдущих версиях стандартов, таких как ИСО 286-1 и ИСО/Р 1938, термины «гладкая деталь» и «гладкий элемент детали» использовались примерно в том же значении, что и термин «размерный элемент». Таким образом, происходит обобщение терминов, что хорошо для начального восприятия геометрической точности изделий. В новом стандарте ИСО 286-1:2010 вводится усовершенствованная международная система допусков на линейные размеры, содержащая ряды допусков и отклонений, но дается четкое уточнение, что система относится к двум видам размерных элементов: цилиндру и двум параллельным плоскостям [5, 6]. В старой версии стандарта ИСО 286-1:88 для интерпретации размера элемента детали априори применялось правило внешней границы: размеры элемента детали в любом сечении и плоскости с учетом возможных отклонений формы не должны быть больше (для вала) или меньше (для отверстия) соответствующего предельного размера. Именно при таком условии обеспечивается сборка с первого раза - полная взаимозаменяемость. Однако в международном стандарте ИСО 14405-1:2010 установлена интерпретация размера по результатам двухточечного измерения. Теперь нужно строго соблюдать требования по двум предельным размерам. Это означает, что точность отклонения формы больше не зависит от точности размера, и требования к форме должны назначаться отдельно. Из практики назначения параметров точности на ответственные элементы деталей известно, что во многих случаях нормирования только допуска диаметра недостаточно для контроля конструкционных и эксплуатационных свойств соединения. Теоретически, согласно положениям ГХИ, необходимо установить требования, определить внешнюю границу (например для обеспечения наименьшего зазора) и отдельно нормировать требования к допускам формы, волнистости и шероховатости поверхности [7]. Результаты и их обсуждение Новый стандарт содержит термины и определения, касающиеся размеров, отклонений, допусков и посадок, образуемых двумя размерными элементами, без ограничения ориентации и месторасположения и поясняет принципы «основного вала» и «основного отверстия». Рассмотрим эти нововведения. Полный номинальный геометрический элемент - точный, полный геометрический элемент, определенный чертежом или другими средствами [7]. Данный термин взят из ГОСТ Р 53442-2009 «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Допуски формы, ориентации, месторасположения и биения», гармонизированного на основе ИСО 1101:2004. В простом изложении полный номинальный геометрический элемент - это элемент контура детали на чертеже, который обозначен сплошной толстой линией, а в качестве объекта выступает точка, линия или ось, поверхность или плоскость. Действительный размер - размер присоединенного полного элемента [6]. Именно сюда теперь перенесена идеология соблюдения внешней границы. Ранее этот термин пояснялся как размер, полученный в результате измерения [6]. Но если представить измерение как касание плоскими губками (например микрометра) поверхности детали в двух точках, то это и есть реализация в этих точках присоединенного полного элемента. Если добавить фразу «полученный в результате измерений с допускаемой погрешностью», все встало бы на свои места. Иначе получается, что действительный размер - это истинный размер. В стандарте путаются эти два понятия. Отклонение - алгебраическая разность между значением и контрольным значением [7]. В качестве контрольного значения, как и в прошлой версии стандарта, может выступать номинальный размер, но может быть и другой размер. Термин стал шире и позволяет интерпретировать любой размер в качестве сравниваемого (контрольного) размера в виде отклонения. Пределы допуска - заданные значения характеристики, определяющие верхнюю и/или нижнюю границы допустимого значения [7, 8]. Этот термин появился в новой редакции стандарта и частично дублирует известный термин «предельные размеры». Квалитет, квалитет стандарта - группа допусков на линейные размеры, которая характеризуется общим обозначением [6]. Понятие «квалитет» дополнилось вторым термином «квалитет стандарта», или, скорее всего, это погрешности перевода. Возникает вопрос - есть ли нестандартный квалитет или квалитет без стандарта? Как он обозначается? Такого термина никто не встречал, следовательно, и вводить «квалитет стандарта» не было необходимости. Интервал допуска - переменные значения размера между пределами допуска, включая их [6]. Термин «поле допуска» (согласно ИСО 286-1:1998) изменили на «интервал допуска», обосновывая это тем, что «интервал допуска» указывает на диапазон шкалы, в то время как «поле допуска» указывает на область в плоскости или пространстве, например при установлении допусков согласно ИСО 1101:2012. Дается пояснение: интервал допуска заключен между верхним и нижним предельными размерами (см. рисунок). Он определяется величиной допуска и его расположением относительно номинального размера [7, 8]. Комментарии: интервал допуска, или поле допуска, в плане понимания и использования - одно и то же. В принципе, можно перейти на новый термин, если слово «поле» - это область, а не интервал. Класс допуска - комбинация основного отклонения и квалитета [8]. Этот термин введен впервые и был ожидаем. Ранее комбинация обозначения основного отклонения и квалитета никак не называлась (например Н7, D13, f6, h9 и т.д.). Для того чтобы посадка выполняла свое функциональное назначение, достаточно обработать конкретный элемент детали таким образом, чтобы действительный размер находился между предельными размерами, т.е. в допуске, и класс допуска характеризует конкретный интервал допуска по величине и отклонениям. Обычно в соединениях требуются четко установленные условия обеспечения посадки между сопрягаемыми элементами деталей - предельные зазоры или натяги, обеспечивающие функциональные параметры соединения [8, 9]. Для выполнения этих условий созданы ряды основных отклонений, где определяется стандартное отклонение от номинального размера и формируется международное обозначение посадки. На основе международного обозначения формируются наиболее используемые классы допусков и номенклатура режущего инструмента для формирования точности валов и отверстий - сверл, зенкеров, протяжек и др. Учитывая, что величины рядов допусков и основных отклонений остались прежними, говорить о больших изменениях в построении ЕСДП не приходится. Экономическое обоснование применения стандартизации при нормировании точности дано еще в начале XX в. [8], и оно не изменилось по сей день. Посадка - характер соединения наружного и внутреннего размерных элементов (отверстия и вала одного и того же типа), участвующих в сборке [6]. Данный термин по существу не изменился. Разброс посадки - арифметическая сумма допусков размеров двух размерных элементов, образующих посадку [9, 10]. Ранее для этой суммы применялся термин «допуск посадки». Разброс посадки - абсолютная величина без знака, которая отображает возможный нормируемый разброс зазоров или натягов. Разброс посадки с зазором представляет собой разность между наибольшим и наименьшим зазорами. Разброс посадки с натягом - разность между наибольшим и наименьшим натягами. Разброс переходной посадки - сумма наибольшего зазора и наибольшего натяга. Здесь формируется замена одного термина другим. Термин «допуск посадки» более целесообразен и находит широкое применение в точностных расчетах [3, 9], причем он давно имеет категории «конструктивный» и «функциональный» [4, 10]. Почему сумма допусков не может быть допуском (суммарным), а стала разбросом? Исходя из постулатов теории точности и размерного анализа, это не логично. Касаясь функциональной взаимозаменяемости, следует уточнить, что именно она обеспечивает заданную надежность изделия, причем должны обеспечиваться не только параметры точности, но и прочности, износостойкости и др. Выводы Не следует забывать, что теперь все стандарты носят рекомендательный характер и не обязательны в плане исполнения требований. Такая прерогатива есть только у технических регламентов, которые, в свою очередь, отвечают главным образом за сектор безопасности человека и окружающей среды. Поэтому можно использовать как старые, так и новые понятия, изложенные в ИСО 286-1. Обобщая вышеизложенное, отметим, что все незначительные изменения терминов, понятий и положений не влияют на общее построение ЕСДП, которая осталась прежней. Не изменились величины стандартных допусков и основных отклонений, но произошло уточнение ряда старых терминов (определений), введены новые понятия. Главное, появилась связь между стандартами на ГХИ по принципу общего построения моделей точности и единой терминологии. Особенности: появился класс допуска как комбинация основного отклонения и квалитета, а основное отклонение, равное нулю, теперь тоже пишется в расшифровке [9, 10]. Особо следует выделить плохой перевод английской версии на русский язык. В переводе и обобщении смысла не участвовали ученые, занимающиеся вопросами теории точности и взаимозаменяемости. Большинство введенных терминов можно было бы трактовать гораздо техничнее и понятнее.

About the authors

G. I Bondareva

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

Email: boss2569@yandex.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

O. A Leonov

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

DSc in Engineering Moscow, Russia

N. Zh Shkaruba

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

PhD in Engineering Moscow, Russia

Yu. G Vergazova

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

Engineer Moscow, Russia

References

Supplementary files