Конспект лекцій з курсу Метрологія, стандартизація та сертифікація - МСС1 - lec4
взаємозамінність як технічна основа забезпечення якості машинобудівної продукції
4.1 Функціональний характер взаємозамінності.
4.2 Види взаємозамінності (повна, обмежена, внутрішня).
4.3 Переваги, створювані взаємозамінністю у виробництві та експлуатації продукції.
4.4 Методи встановлення функціональних зв'язків між вихідними характеристиками та параметрами, що впливають на них (аналітичний метод, метод випробувань, метод подібності).
4.5 Геометрична точність, як найважливіший параметр (точність розмірів, точність форми, точність розташування поверхонь, шорсткість).
4.1 Функціональний характер взаємозамінності.
Одним з найважливіших інструментів, що забезпечують якість продукції, є взаємозамінність.
На сучасних машинобудівних заводах деталі виготовляються незалежно один від одного в одних цехах, а збираються до вузлів, агрегатів, виробів і т.д. - в інших. При складанні досить часто застосовуються кріпильні деталі, підшипники, деталі з гуми та пластмас, інші готові комплектуючі вироби (компресор домашнього холодильника, двигун моторолера, електродвигуни металорізальних верстатів, пристрої гідроавтоматики металорізальних верстатів – золотники, дроселі тощо).
Така організація виробництва можлива оскільки конструктори розробки нових виробів прагнуть до того що, щоб деталі і складальні одиниці під час виготовлення виходили взаємозамінними, тобто. однаковими за всіма функціональними показниками: розмірами, формою, механічними властивостями матеріалу та ін.
Вперше принцип взаємозамінності застосували тульські майстри-зброярі. Петро 1 наказав майстрам при виготовленні рушниць стежити за правильним застосуваннямкалібрів, якими робилися деталі і поза однорідністю окремих частин рушниць. В 1826 принцип взаємозамінності був продемонстрований на Тульському збройовому заводі іноземним представникам: взяті зі складу 30 рушниць були розібрані, їх деталі перемішані. З перших деталей, що попалися, рушниці були зібрані знову і діяли безвідмовно.
Під взаємозамінністю розуміється властивість елемента (деталі, складальної одиниці), що забезпечує можливість його застосування замість іншого без додаткової обробки із збереженням заданої якості виробу, до складу якого він входить. Вироби з взаємозамінними деталями мають однорідніші властивості (точність, надійність, довговічність, безвідмовність у роботі) і, отже, якісніші. Крім того, взаємозамінність створює цілу низку переваг як для виробника продукції, так і для її споживача. Наприклад, при масовому випуску спеціалізованими заводами типових деталей (кріплення, підшипників, зубчастих коліс) прискорюється процес конструювання та виготовлення нових машин, оскільки конструктору не треба створювати креслення на зазначені деталі, а заводу витрачати час та кошти на їх виготовлення. Взаємозамінність полегшує експлуатацію машин та їх ремонт, оскільки деталь, що зносилася або поламана, легко може бути замінена запасний без погіршення експлуатаційних якостей виробу.
У загальному випадку взаємозамінні деталі повинні бути однаковими за геометричними (розмірами, формою, розташуванням поверхонь, шорсткістю тощо), фізичними (масою, центруванням, міцністю, жорсткістю) і функціональними параметрами.
4.2 Види взаємозамінності
Найбільшого поширення набули такі види взаємозамінності:
Повна взаємозамінність, при якій збирання здійснюєтьсябез додаткових підгоночних операцій. Але не завжди повна взаємозамінність можлива (наприклад, при дуже жорстких вимогах до точності деталей або їх великому числі). Перевагою методу повної взаємозамінності є можливість збирання за допомогою конвеєрів, автоматизованих ліній, роботів;
Неповна (обмежена) взаємозамінність, коли він складання здійснюється із застосуванням таких операцій, як груповий підбір деталей за розмірами, застосування компенсаторів, регулювання становища деяких частин складальної одиниці.
По відношенню до складальних одиниць, що складаються з окремих частин, розрізняють:
Зовнішню взаємозамінність - взаємозамінність покупних і кооперованих виробів (підшипники кочення по приєднувальним розмірам, двигуни за потужністю), тобто. взаємозамінність готових виробів за експлуатаційними показниками, розмірами та формою приєднувальних поверхонь
2. Внутрішню взаємозамінність - взаємозамінність окремих частин даного виробу, складальної одиниці (кульки у підшипниках кочення). Наприклад, внутрішньою взаємозамінністю двигуна є взаємозамінність деталей, з яких він складається, а його зовнішньою взаємозамінністю є взаємозамінність за приєднувальними розмірами, за швидкістю обертання валу, за потужністю і т.д.
4.3 Переваги, що створюються взаємозамінністю у виробництві
і експлуатації продукції
1) спрощує складання та підвищує її продуктивність;
2) полегшує ремонт;
3) створює основу для кооперації та спеціалізації;
4) спрощує конструювання та виготовлення нових машин.
- Розширення галузі взаємозамінних виробництв за рахунок високоїтехнологічності виробів.
- Розробка методик з техніко-економічного підходу до встановлення вихідних характеристик та їх зв'язку з параметрами, що впливають.
- Розробка стандартів на всі види продукції з якісними показниками на рівні найкращих світових зразків.
- Розробка засобів контролю, які мають високу продуктивність, дають об'єктивну оцінку якості продукції.
- створення засобів контролю, поєднаного з процесом обробки, тобто. активного контролю.
Взаємозамінність є найважливішою характеристикою технологічності конструкції та її рівень у загальному випадку визначається коефіцієнтом взаємозамінності Кв, рівним відношенню трудомісткості виготовлення взаємозамінних деталей та вузлів Твз до загальної трудомісткості виготовлення.
4.4 Методи встановлення функціональних зв'язків між вихідними характеристиками та параметрами, що впливають на них
При використанні будь-якого виду взаємозамінності необхідно забезпечити тотожність окремих частин виробу, що веде до тотожності вихідних характеристик (потужність, продуктивність тощо) всього виробу.
Вихідна характеристика – це інтегральний показник, що характеризує функціональне призначення виробу. Подаємо це у вигляді схеми (рис.11).
1,2,3, ... k - Число параметрів;
1,2,3,…n – номер виробу
Рисунок 11 – Зв'язок між вихідною характеристикою та параметрами, що впливають
У процесі створення виробу конструктор встановлює на підставі аналізу службового призначення виробу особливості його експлуатації, очікування споживача, вихідну характеристику виробу Y та міру стабільності Y. Потім конструктор встановлює коло параметрів, що найбільш істотно впливають на вихідну характеристику X1, X2,X3, Xn.
На наступному етапі роботи конструктор встановлює за відомою величиною Y міру стабільності кожного параметра X1, X2, X3,…Xn. Для вирішення цього завдання конструктор має встановити зв'язок
Зв'язок між вихідною характеристикою і параметрами, що впливають, може бути досягнута наступними способами:
1.Аналітичним- у разі необхідно знати аналітичну залежність вихідний характеристики y від параметрів x1, x2, x3. xn. Зміна x будь-якого параметра викликає зміну вихідної характеристики y. Аналітичний метод вимагає відшукання точних математичних моделей, а це не завжди буває можливо.
Метод випробуваньна стендах чи полігонах. Використовується при створенні нових конструкцій і вимагає дуже великих витрат.
Так наприклад, отримано зв'язок продуктивності компресора домашнього холодильника із зазором між циліндром та поршнем. Змінюючи зазор вимірювали продуктивність. Випробування показали, що оптимальний проміжок повинен бути не більше 0,015 мм. Ця цифра лягла основою призначення точності виготовлення деталей.
3.Метод подібності. Це найпоширеніший метод у повсякденній роботі конструктора. Для його реалізації конструктор у довідковій літературі шукає аналог, що зарекомендував себе на практиці, і призначає вимоги до параметрів, що впливають, вносячи певні корективи.
На заключному етапі проектування конструктор оформляє креслення виробу, що виробляється, робить його технічний опис, інструкції і т.д., в яких вказує знайдені значення X1, X2, X3,…Xn.
Ці документи є вихідною інформацією для розробки технологічної документації, яка виконується технологами на етапі технологічної підготовкивиробництва.
Технолог вибирає такий порядок технологічних операцій, таке обладнання та технологічне оснащення, щоб при виготовленні частин виробу забезпечити призначені конструктором заходи стабільності кожного параметра, що впливає.
Однією з найважливіших умов забезпечення стабільності параметрів, що впливають, є їх контроль за допомогою відповідних засобів.
У виробах машинобудування одним з найважливіших параметрів є геометрична точність різних елементів деталі. З точки зору функціональної взаємозамінності геометрична точність є показником комплексним, що виявляє себе стабільністю розмірів, стабільністю форми, стабільністю розташування поверхонь, станом мікрорельєфу поверхонь елементів деталей.