7. Классиф-я отклонений геометрич. Параметров деталей. Волнистость. Шероховатость

При анализе точности геометрических параметров деталей различают поверхности: номинальные (идеальные, не имеющие отклонений формы и размеров), форма которых задана чертежом, и реальные (действительные), которые ограничивают деталь, отделяя ее от окружающей среды. Реальные поверхности деталей получают в результате обработки или видоизменения при эксплуатации машин. Аналогично следует различать номинальный и реальный профиль, номинальное и реальное расположение поверхности (профиля). Номинальное расположение поверхности определяется номинальными линейными и угловыми размерами между ними и базами или между рассматриваемыми поверхностями, если базы не даны Реальное расположение поверхности (профиля) определяется действительными линейными и угловыми размерами. База — поверхность, линия, точка детали (или выполняющее ту же функцию их сочетание), определяющие одну из плоскостей или осей системы координат, по отношению к которой задается допуск расположения или определяется отклонение расположения. Профиль поверхности — линия пересечения (или контур) поверхности с плоскостью или заданной поверхностью. Реальные поверхности и профили отличаются от номинальных.

Вследствие отклонений действительной формы от номинальной один размер в различных сечениях детали может быть различным (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Отклонения геометрич. параметров различных порядков

Отклонения геометрических параметров можно классифицировать более укрупнено: отклонения собственно размера (∆D на рис. 4,1) относят к отклонениям нулевого порядка, отклонения расположения поверхностей (е) — к отклонениям 1-го порядка; отклонения формы поверхности (∆Ф) — к отклонениям 2-го порядка; волнистость — к отклонениям 3-го порядка; шероховатость поверхности — к отклонениям 4-го порядка. Дальнейшее изложение материала основано на понятии фиксированных (постоянных) размеров.

Для получения оптимального качества изделий в общем случае необходимо нормировать и контролировать точность линейных и угловых размеров, формы и расположения поверхностей деталей и составных частей, а также волнистость и шероховатость поверхностей деталей.

Отклонение формы и расположения поверхностей.

Термины и определения, относящиеся к основным видам отклонений и допусков формы и расположения, установлены ГОСТ 24642—81 (СТ СЭВ 301—76). Под отклонением формы поверхности (или профиля) понимают отклонение формы реальной поверхности (реального профиля) от формы номинальной поверхности (номинального профиля). Шероховатость поверхности в отличие от волнистости не считают отклонением формы. В обоснованных случаях допускается нормировать отклонение формы, включая шероховатость поверхности, а волнистость нормировать отдельно (или нормировать часть отклонения формы без учета волнистости).

В основу нормирования и количественной оценки отклонений формы и расположения поверхностей положен принцип прилегающих прямых, поверхностей и профилей. Прилегающая прямая — прямая, соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение (рис. 4.2, а). Прилегающая окружность — это окружность минимального диаметра, описанная вокруг реального профиля наружной поверхности вращения (рис. 4.2, б), или

Рис. 4.2. Прилегающие прямая (а) и окружности (6, в)

максимального диаметра, вписанная в реальный профиль внутренней поверхности вращения (рис. 4.2, в). Прилегающая плоскость — это плоскость, соприкасающаяся с реальной поверхностью и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реальной поверхности в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. Прилегающий цилиндр — это цилиндр минимального диаметра, описанный вокруг реальной наружной поверхности, или максимального диаметра, вписанный в реальную внутреннюю поверхность.

Приняты следующие буквенные обозначения: ∆ — отклонение формы или отклонение расположения поверхностей; Т — допуск формы или допуск расположения; L — длина нормируемого участка.

Отклонения формы

а)отклонения формы цилиндр-их поверх-ей

Отклонение от круглости — наибольшее расстояние ∆ от точек реального профиля до прилегающей окружности (рис. 4.3, а). Допуск круглости Т — наибольшее допускаемое значение отклонения от круглости. Поле допуска круглости — область на плоскости, перпендикулярной оси поверхности вращения или проходящей через центр сферы, ограниченная двумя концентрическими окружностями, отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску круглости Т.

Частными видами отклонений от круглости являются овальность и огранка. Овальность — отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 4.3, б). Огранка — отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру.

Отклонение от цилиндричности — наибольшее расстояние ∆ от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка L (рис. 4.4, а). На рис. 4.4, б показано поле допуска цилиндричности, определяемое прост-ом, ограниченным соосными цилиндрами 1 и 2, отстоящими один от другого на расстоянии, равном допуску цилиндричности Т.

Отклонение профиля продольного сечения — наибольшее расстояние ∆ от точек образующих реальной поверхности, лежащих в плоскости, проходящей через ее ось, до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка L (рис. 4.4, б). Поле допуска Т такого отклонения показано на рис. 4.4, в. Отклонение профиля продольного сечения характеризует отклонения от прямолинейности и параллельности образующих. Частными видами отклонения профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность и седлообразность.

Конусообразность — отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие прямолинейны, но не параллельны (рис. 4.4, г). Бочкообразность — отклонение профиля продольного сечения, при кот. образующие непрямолинейны и диаметры увеличиваются от краев к середине сечения (рис. 4.4, д). Седлообразность — отклонение профиля продольного сечения при кот. образующие непрямолинейны и диаметры уменьшаются от краев к середине сечения (рис. 4.4, е).

Рис. 4.4

Бочкообразность чаще всего возникает при обтачивании тонких длинных валов в центрах без люнетов (в средней части под влиянием сил резания возникают большие упругие прогибы, чем по краям). Толстые короткие валы чаще получаются седлообразными из-за большого смещения вала по краям (составляющие силы резания распределяются между обоими центрами более равномерно). Бочкообразность и седлообразность могут возникнуть также вследствие погрешности направляющих станин станков и других причин. Для 'получения требуемой формы деталей целесообразно отделочные операции выполнять после окончательной термической обработки. Причиной конусообразности являются износ резца, несовпадение геометр-их осей шпинделя и пиноли задней бабки станка (смещение центров), отклонение от параллельности оси центров направляющим станины.

Отклонение ∆ от прямолин-ти оси (или линии) в пространстве и поле допуска прямолин-ти оси Т показаны на рис. 4.4 ж.

б) отклонения формы плоских поверхностей

Отклонение от плоскостности определяют как наибольшее расстояние ∆ от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка (рис. 4.5, а). Поле допуска плоскостности — область в пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску плоскостности Т (рис. 4.5, б). Частными видами отклонений от плоскостности являются выпуклость (рис. 4.5, в) и вогнутость (рис. 4.5, г). Отклонение от прямолинейности в плоскости (рис. 4.5, д) определяют как наибольшее расстояние ∆ от точек реального профиля до прилегающей прямой. Поле допуска прямолинейности в плоскости показано на рис. 4.5, д

Рис. 4.5

в) Отклонение формы заданного профиля (поверхности). В случаях, когда профиль (поверхность) задан номинальными размерами [координатами отдельных точек профиля (поверхности) без предельных отклонений этих размеров], отклонение формы заданного профиля (поверхности) есть наибольшее отклонение ∆ (рис. 4.6, а) точек реального профиля (поверхности) от номинального, определяемое по нормали к номинальному профилю (поверхности). Допуск формы Т можно определить в диаметральном выражении как удвоенное наибольшее допускаемое значение отклонения формы заданного профиля (поверхности) или в радиусном выражении как наибольшее допускаемое значение отклонения формы заданного профиля (поверхности). Поле допуска формы заданного профиля — область на заданной плоскости сечения поверхности, ограниченная двумя линиями, эквидистантными номинальному профилю и отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску формы заданного профиля в диаметральном выражении Т или удвоенному допуску формы в радиусном выражении Т/2. Линии, ограничивающие поле допуска, являются огибающими семейства окружностей, диаметр которых равен допуску формы заданного профиля в диаметральном выражении Т, а центры находятся на номинальном профиле (рис. 4.6, б).

Рис. 4.6

Отклонения расположения

Отклонением расположения поверхности или профиля называют отклонение реального расположения поверхности (профиля) от его номинального расположения. Количественно отклонения расположения оценивают в соответствии с определениями, приведенными ниже. При оценке отклонений расположения отклонения формы рассматриваемых поверхностей (профилей) и базовых элементов (обобщенный термин, под которым понимают поверхность, линию или точку) должны быть исключены из рассмотрения. При этом реальные поверхности (профили) заменяют прилегающими, а за оси, плоскости симметрии и центры реальных поверхностей (профилей) принимают оси, плоскости симметрии и центры прилегающих элементов.

Рассмотрим примеры отклонений расположения поверхностей. Отклонение от параллельности плоскостей (рис. 4.7, а) — разность ∆ наибольшего и наименьшего расстояний между прилегающими плоскостями в пределах нормируемого участка. Полем допуска параллельности плоскостей называют область в пространстве, ограниченную двумя параллельными плоскостями, отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску параллельности Т, и параллельными базе (рис. 4.7, б). Отклонение от параллельности осей (прямых) в пространстве — геометрическая сумма отклонений от параллельности проекций осей (прямых) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; одна из этих плоскостей является общей плоскостью осей, т. е. плоскостью, проходящей через одну (базовую) ось и точку другой оси (рис. 4.7, в). Отклонение от параллельности осей (или прямых) в общей плоскости — отклонение от параллельности ∆х проекций осей (прямых) на их общую плоскость. Перекос осей (прямых) — отклонение от параллельности ∆у проекций осей (прямых) на плоскость, перпендикулярную к общей плоскости осей и проходящую через одну из осей (базовую). Поле допуска параллельности осей (прямых) в пространстве — это область в пространстве, ограниченная прямоугольным параллелепипедом, стороны сечения которого равны соответственно допуску Тх параллельности осей (прямых) в общей плоскости и допуску Ту перекоса осей (прямых), а боковые грани параллельны базовой оси и соответственно параллельны и перпендикулярны общей плоскости осей (рис. 4.7, г). Поле допуска можно представить также цилиндром, диаметр которого равен допуску параллельности Т, а ось параллельна базовой оси. Отклонение от перпендикулярности плоскостей показано на рис. 4.7, д

Отклонение от соосности относительно общей оси — это наибольшее расстояние (∆1, ∆2, ...) между осью рассматриваемой поверхности вращения и общей осью двух или нескольких поверхностей вращения на длине нормируемого участка (рис. 4.7, е). Допуск соосности в диаметральном выражении равен удвоенному наибольшему допускаемому значению отклонения от соосности, а в радиусном выражении — наибольшему допускаемому значению этого отклонения. Поле допуска соосности — область в пространстве, ограниченная цилиндром, диаметр которого равен допуску соосности в диаметральном выражении Т или удвоенному допуску соосности в радиусном выражении R, а ось совпадает с базовой осью (рис. 4.8,4.7, ж)

Отклонение от симметричности относительно базовой плоскости — наибольшее расстояние ∆ между плоскостью симметрии рассматриваемой поверхности и базовой плоскостью симметрии в пределах нормируемого участка (рис. 4.7, з).

Шероховатостью поверхности согласно называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Базовая длина l — длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия (поверхность) — линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности. Шероховатость является следствием пластической деформации поверхностного слоя детали, возникающей вследствие образования стружки, копирования неровностей режущих кромок инструмента и трения его о деталь, вырывания с поверхности частиц материала и других причин. Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя, линия профиля т, т. е. базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально. Систему отсчета шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Согласно ГОСТ, который полностью соответствует международной рекомендации по стандартизации ИСО, шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления (получения поверхности) можно оценивать количественно одним или несколькими параметрами: средним арифметическим отклонением профиля Ra, высотой неровностей профиля по десяти точкам Rz, наибольшей высотой неровностей профиля Rmах, средним шагом неровностей Sm, средним шагом местных выступов профиля S, относительной опорной длиной профиля tp (p — значение уровня сечения профиля, рис 5.14). Параметр Ra является предпочтительным.

Параметр Ra характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля, Rz — среднюю высоту наибольших неровностей, Rmax — наибольшую высоту профиля. Шаговые параметры Sm, S и tp введены для учета различной формы и взаимного расположения характерных точек неровностей. Эти параметры позволяют также нормировать спектральные характеристики профиля.

Параметры шероховатости, связанные с высотными свойствами неровностей. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — Среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины

Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину l. Волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Условно границу между различными порядками отклонений поверхности можно установить по значению отношения шага Sw к высоте неровностей Wz. При (Sw/Wz) < 40 отклонения относят шероховатости поверхности, при 1000<(Sw/Wz)>40 — к волнистости, при (Sw/Wz) >1000 — к отклонениям формы

Форма волны зависит от причин, которые вызывают волнистость поверхности. Чаще волнистость имеет синусоидальный характер, что является следствием колебаний в системе станок — приспособление — инструмент — деталь, возникающих из-за неравномерности сил резания, наличия неуравновешенных масс, погрешностей привода и т. п.