Dlaczego istnieją pojęcia tolerancji i dopasowania?
Wszystkie wytwarzane produkty, niezależnie od tego, jak precyzyjny jest sprzęt i bez względu na to, jak bardzo się staramy, rozmiar i kształt nie są w stanie w pełni sprostać teoretycznym wymaganiom liczbowym. To jest przepaść między ideałem a rzeczywistością!
Jak zatem spełnić wymagania dotyczące zamienności części? Oznacza to, że każda partia części lub komponentów o tej samej specyfikacji może spełnić określone wymagania eksploatacyjne bez jakiejkolwiek selekcji lub dodatkowych modyfikacji. Wymaga to, aby wymiary części produkcyjnych mieściły się w dopuszczalnym zakresie tolerancji.
01
Terminy związane z tolerancją
Podczas obróbki części, ze względu na wpływ dokładności obrabiarki, zużycia narzędzi, błędów pomiarowych itp., nie jest możliwe absolutnie dokładne przetworzenie wymiarów części. Aby zapewnić wymienność, błąd obróbki wymiarów części należy ograniczyć do pewnego zakresu i określić wielkość odchylenia wymiarowego.
zdjęcie
1) Rozmiar podstawowy
Wymiary są określane podczas projektowania na podstawie wytrzymałości i wymagań konstrukcyjnych części.
2) Rzeczywisty rozmiar
Wymiary uzyskane poprzez pomiar.
3) Ekstremalny rozmiar
Dwa ograniczenia dopuszczalnej zmienności rozmiaru. Określa się go na podstawie rozmiaru podstawowego. Większa z dwóch wartości granicznych nazywana jest maksymalną wielkością graniczną; mniejszy nazywany jest minimalnym rozmiarem granicznym.
4) Odchylenie wymiarowe (tzw. odchylenie)
Różnica algebraiczna uzyskana poprzez odjęcie pewnego rozmiaru od jego rozmiaru podstawowego. Odchylenia wymiarowe obejmują:
Górne odchylenie=maksymalnego limitu rozmiaru - rozmiar podstawowy
Dolne odchylenie=minimalny rozmiar limitu - rozmiar podstawowy
Odchylenia górne i dolne nazywane są łącznie odchyleniami granicznymi, a odchylenia górne i dolne mogą być dodatnie, ujemne lub zerowe.
Normy krajowe stanowią, że górny kod odchylenia dołka to ES, dolny kod odchylenia dołka to EI; górny kod odchylenia wału to es, a dolny kod odchylenia wału to ei.
zdjęcie
▲Schemat strefy tolerancji
5) Tolerancja wymiarowa (zwana tolerancją)
Dopuszczalne różnice w wymiarach.
Tolerancja wymiarowa=maksymalny rozmiar graniczny - minimalny rozmiar graniczny
=odchylenie górne – odchylenie dolne
Ponieważ maksymalny rozmiar graniczny jest zawsze większy niż minimalny rozmiar graniczny, to znaczy górne odchylenie jest zawsze większe niż dolne odchylenie, tolerancja wymiarowa musi być dodatnia.
6) Wykres linii zerowej, strefy PR i strefy tolerancji
Linia zerowa jest linią odniesienia służącą do określenia odchylenia na diagramie strefy tolerancji, czyli linii zerowego odchylenia. Zwykle linia zerowa reprezentuje rozmiar podstawowy. Zaznacz „0”, „+” i „-” na lewym końcu linii zerowej. Odchylenie powyżej linii zerowej jest dodatnie; odchylenie poniżej linii zerowej jest ujemne. Strefa tolerancji to obszar ograniczony dwiema liniami prostymi reprezentującymi odchylenie górne i dolne. Szerokość i położenie strefy tolerancji to dwa elementy tworzące strefę tolerancji.
7) Standardowa tolerancja i standardowy stopień tolerancji
Tolerancja standardowa to dowolna tolerancja wymieniona w normach krajowych w celu określenia wielkości strefy tolerancji. Standardowe poziomy tolerancji to poziomy określające dokładność wymiarów. Tolerancje standardowe są podzielone na 20 poziomy, mianowicie IT01, IT0, IT1~IT18, które reprezentują tolerancje standardowe. Cyfry arabskie oznaczają standardowe poziomy tolerancji. Wśród nich poziom IT01 jest najwyższy, poziomy maleją w kolejności, a poziom IT18 jest najniższy. Dla określonego rozmiaru podstawowego im wyższy poziom tolerancji standardowej, tym mniejsza wartość tolerancji standardowej i tym większa dokładność wymiaru.
8) Odchylenie podstawowe
Służy do określenia górnego lub dolnego odchylenia strefy tolerancji względem położenia linii zerowej. Ogólnie odnosi się do odchylenia w pobliżu linii zerowej. Gdy strefa tolerancji znajduje się powyżej linii zerowej, odchylenie podstawowe jest odchyleniem dolnym. Gdy strefa tolerancji znajduje się poniżej linii zerowej, odchylenie podstawowe jest odchyleniem górnym.
W zależności od aktualnych potrzeb norma krajowa przewiduje 28 różnych podstawowych odchyleń dla otworów i wałów, jak pokazano na poniższym rysunku. Podstawowe wartości odchyłek otworów i wałów można znaleźć w odpowiednich tabelach.
zdjęcie
▲ Szereg odchylenia podstawowego
Jak widać z powyższego rysunku:
1) Podstawowy kod odchylenia jest reprezentowany przez litery łacińskie, duże litery oznaczają podstawowy kod odchylenia, a małe litery oznaczają podstawowy kod odchylenia osi. Ponieważ podstawowe odchylenie na rysunku przedstawia jedynie wielkość strefy tolerancji, jeden koniec strefy tolerancji jest rysowany jako otwór.
2) To odchylenie wynosi od A do H jako odchylenie dolne, J do ZC jako odchylenie górne, a odchylenie górne i dolne JS wynoszą odpowiednio +IT/2 i -IT/2.
3) Podstawowe odchylenie osi od a do h jest odchyleniem górnym, j do zc jest odchyleniem dolnym, a odchylenie górne i dolne js wynoszą odpowiednio +IT/2T i -IT/2. Kolejne odchylenie otworu i wału można obliczyć na podstawie odchylenia podstawowego i tolerancji standardowej.
02
Terminologia związana z koordynacją
W montażu maszyn zależność między strefami tolerancji otworów i wałów, które mają ten sam podstawowy rozmiar i są ze sobą połączone, nazywa się pasowaniem. Ponieważ rzeczywiste wymiary otworu i wału są różne, po montażu mogą pojawić się „szczeliny” lub „interferencje”. W przypadku pasowania pomiędzy otworem a wałem różnica algebraiczna uzyskana przez odjęcie rozmiaru wału od rozmiaru otworu oznacza przerwę, gdy ma wartość dodatnią, i wcisk, gdy ma wartość ujemną.
(1) Rodzaje koordynacji
Pasowania dzielą się na trzy kategorie w zależności od różnicy w szczelinach lub interferencjach:
zdjęcie
1) Dopasowanie luzu
Strefa tolerancji otworu znajduje się powyżej strefy PR wału. Każda para otworów pasujących do wału będzie pasować ze szczeliną (w tym z minimalną szczeliną wynoszącą zero), jak pokazano na rysunku A powyżej.
2) Pasowanie wciskowe
Strefa tolerancji otworu znajduje się poniżej strefy tolerancji wału. Każda para otworów pasujących do wału jest pasowana z wciskiem (z minimalnym luzem wynoszącym zero), jak pokazano na rysunku b powyżej.
3) Nadmierna współpraca
Strefy tolerancji otworów pokrywają się ze strefami tolerancji wału. Jeśli jakakolwiek para otworów pasuje do wału, może występować szczelina lub pasowanie z wciskiem, jak pokazano na rysunku c powyżej.
(2) Skoordynowany system wzorców odniesienia
Normy krajowe przewidują dwa systemy wzorców, jak pokazano na poniższym rysunku.
zdjęcie
▲Dwa systemy wzorcowe
1) Podstawowy system otworów
Strefa tolerancji otworu z pewnym odchyleniem podstawowym i strefa tolerancji wału z odchyleniem podstawowym tworzą układ dopasowania, jak pokazano na rysunku a. Oznacza to, że w pasowaniu o tych samych wymiarach podstawowych położenie strefy tolerancji otworu jest stałe, a różne pasowania uzyskuje się poprzez zmianę położenia strefy tolerancji wału. Otwór wykonany z otworu podstawowego nazywany jest otworem odniesienia. Norma krajowa określa, że dolne odchylenie otworu odniesienia wynosi zero, a „H” jest podstawowym kodem odchylenia otworu odniesienia.
2) Podstawowy system wałów
Strefa tolerancji wału o pewnym odchyłku podstawowym i strefa tolerancji otworu o różnych odchyłkach podstawowych tworzą układ różnych pasowań, jak pokazano na rysunku b. Oznacza to, że w pasowaniu o tych samych podstawowych wymiarach położenie strefy tolerancji wału jest stałe, a różne pasowania uzyskuje się poprzez zmianę położenia strefy tolerancji otworu. Otwór wywiercony w wale podstawowym nazywany jest tuleją podstawową. Norma krajowa określa, że górna odchyłka wału podstawowego wynosi zero, a „h” to podstawowy kod odchylenia wału podstawowego.
Można to zobaczyć na wykresie serii odchyleń podstawowych:
W podstawowym systemie otworów otwór referencyjny H jest dopasowany do wału, a~h (w sumie 11 typów) służy do pasowania z luzem; j~n (w sumie 5 typów) są używane głównie do nadmiernego dopasowania; (n, p, r może oznaczać nadmierne dopasowanie) lub dopasowanie wciskowe); p~zc (w sumie 12 typów) są używane głównie do pasowania z wciskiem.
W podstawowym układzie wałów oś odniesienia h pasuje do otworu. A~H (w sumie 11 typów) są używane do pasowania z luzem; J~N (w sumie 5 typów) są używane głównie do nadmiernego dopasowania; (N, P i R mogą być dopasowane z nadmiernym dopasowaniem lub z wciskiem); P~ZC (w sumie 12 typów) są używane głównie do pasowania wciskowego.
03
Tolerancja kształtu
Tolerancja kształtu odnosi się do całkowitej wielkości odchyleń dozwolonych w kształcie pojedynczej rzeczywistej cechy. Tolerancja kształtu wyrażana jest w strefach tolerancji kształtu. Strefa tolerancji kształtu obejmuje cztery elementy: kształt, kierunek, położenie i wielkość strefy tolerancji. Pozycje tolerancji kształtu obejmują 6 pozycji: prostoliniowość, płaskość, okrągłość, cylindryczność, profil linii, profil powierzchni itp.
1) Prostota
Prostoliniowość odnosi się do warunku, że rzeczywisty kształt elementów prostych na części utrzymuje idealną linię prostą. To jest to, co powszechnie nazywa się prostolinijnością. Tolerancja prostoliniowości to maksymalne dopuszczalne odchylenie rzeczywistej linii od idealnej linii prostej. Oznacza to, że to, co podano na rysunku, służy do ograniczenia dopuszczalnego zakresu zmienności rzeczywistego błędu przetwarzania linii.
zdjęcie
▲Przykład wzoru 1: W danej płaszczyźnie strefa tolerancji musi znajdować się w obszarze pomiędzy dwiema równoległymi liniami prostymi w odległości 0.1mm.
zdjęcie
▲Przykład wzoru 2: Dodaj znak φ przed wartością tolerancji, a strefa tolerancji musi znajdować się w obszarze powierzchni cylindrycznej o średnicy 0.08mm.
2) Płaskość
Płaskość odnosi się do rzeczywistego kształtu płaskich elementów części i stanu zachowania idealnej płaszczyzny. To jest to, co powszechnie nazywa się płaskością. Tolerancja płaskości to maksymalna dopuszczalna odchyłka powierzchni rzeczywistej od powierzchni płaskiej. Oznacza to, że na rysunku podano ograniczenie dopuszczalnego zakresu wahań rzeczywistego błędu obróbki powierzchni.
zdjęcie
▲Przykład wzoru: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwiema równoległymi płaszczyznami oddalonymi od siebie o 0,08 mm.
3) Okrągłość
Zaokrąglenie odnosi się do rzeczywistego kształtu elementów okręgu na części, znajdującej się w równej odległości od jego środka. Jest to powszechnie określane jako stopień okrągłości. Tolerancja okrągłości to maksymalna dopuszczalna odchyłka rzeczywistego koła od idealnego koła w tym samym przekroju. Oznacza to, że na rysunku podano ograniczenie dopuszczalnego zakresu odchyleń rzeczywistego błędu przetwarzania okręgu.
zdjęcie
▲Przykład wzoru: Strefa tolerancji musi znajdować się na tym samym przekroju normalnym, a różnica promieni to obszar pomiędzy dwoma koncentrycznymi okręgami o wartości tolerancji wynoszącej 0,03 mm.
4) Cylindryczność
Cylindryczność oznacza, że wszystkie punkty na cylindrycznym konturze powierzchni części znajdują się w jednakowej odległości od jej osi. Tolerancja cylindryczności to maksymalna dopuszczalna odchyłka od rzeczywistej powierzchni cylindrycznej do idealnej powierzchni cylindrycznej. Oznacza to, że to, co podano na rysunku, służy do ograniczenia dopuszczalnego zakresu zmienności rzeczywistego błędu obróbki powierzchni cylindrycznej.
zdjęcie
▲Przykład wzoru: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwiema współosiowymi powierzchniami cylindrycznymi o różnicy promieni wynoszącej 0,1 mm.
5) Profil linii
Profil linii odnosi się do warunku, że każda krzywa o dowolnym kształcie zachowuje swój idealny kształt na danej płaszczyźnie części. Tolerancja profilu linii odnosi się do dopuszczalnej zmiany rzeczywistego konturu krzywej niekołowej. Oznacza to, że to, co podano na rysunku, służy do ograniczenia dopuszczalnego zakresu zmienności rzeczywistego błędu przetwarzania krzywej.
zdjęcie
▲Przykład wzoru: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwiema liniami obwiedni, które otaczają serię okręgów o średnicy 0,04 mm. Środki okręgów leżą na liniach o teoretycznie poprawnych kształtach geometrycznych.
6) Kontur powierzchni
Kontur powierzchni odnosi się do stanu, w którym powierzchnia o dowolnym kształcie na części zachowuje swój idealny kształt. Tolerancja konturu powierzchni odnosi się do rzeczywistej linii konturu powierzchni nieokrągłej i dopuszczalnego odchylenia od idealnej powierzchni konturu. Oznacza to, że to, co podano na rysunku, służy do ograniczenia zakresu zmienności rzeczywistego błędu obróbki powierzchni.
zdjęcie
▲Przykład wzoru: Strefa tolerancji znajduje się pomiędzy dwiema liniami obwiedni, które otaczają serię kulek o średnicy 0,02 mm. Środki kulek powinny teoretycznie znajdować się na powierzchni o teoretycznie poprawnym kształcie geometrycznym.
04
tolerancja położenia
Tolerancja położenia odnosi się do całkowitej dopuszczalnej odchyłki od punktu odniesienia w położeniu powiązanego rzeczywistego obiektu.
(1) Tolerancja orientacji
Tolerancja orientacji odnosi się do całkowitej wielkości zmian dozwolonych w kierunku punktu odniesienia przez powiązane elementy rzeczywiste. Ten typ tolerancji obejmuje trzy elementy: równoległość, prostopadłość i nachylenie.
1) Równoległość
Równoległość, powszechnie znana jako stopień równoległości, wskazuje, że rzeczywiste elementy mierzone na części pozostają w równej odległości od punktu odniesienia. Tolerancja równoległości to maksymalna dopuszczalna odchyłka pomiędzy rzeczywistym kierunkiem mierzonego elementu a idealnym kierunkiem równoległym do punktu odniesienia.
zdjęcie
▲Przykład rysunku: Jeśli przed wartością tolerancji zostanie dodany znak φ, strefa tolerancji mieści się w obrębie powierzchni cylindrycznej o równoległej średnicy odniesienia wynoszącej φ0,03 mm.
2) Pionowość
Prostopadłość, powszechnie znana jako stopień ortogonalności pomiędzy dwoma elementami, wskazuje, że mierzony element na części utrzymuje prawidłowy kąt 90 stopni względem elementu odniesienia. Tolerancja pionowości to maksymalna dopuszczalna odchyłka pomiędzy rzeczywistym kierunkiem mierzonej cechy a idealnym kierunkiem, prostopadłym do punktu odniesienia.
zdjęcie
▲Ilustracja: Jeśli znak φ zostanie dodany przed strefą tolerancji, strefa tolerancji jest prostopadła do powierzchni cylindrycznej o średnicy odniesienia wynoszącej 0,1 mm.
zdjęcie
▲Legenda: Strefa tolerancji musi znajdować się pomiędzy dwiema równoległymi płaszczyznami oddalonymi od siebie o 0.08 mm i prostopadłymi do linii odniesienia.
3) Nachylenie
Nachylenie odnosi się do prawidłowego stanu utrzymania dowolnego zadanego kąta pomiędzy względnymi kierunkami dwóch elementów części. Tolerancja nachylenia to maksymalna dozwolona odchyłka pomiędzy rzeczywistą orientacją mierzonego obiektu a jego idealną orientacją pod dowolnym kątem do punktu odniesienia.
zdjęcie
▲Ilustracja: Strefa tolerancji mierzonej osi to obszar pomiędzy dwiema równoległymi płaszczyznami o wartości tolerancji wynoszącej 0,08 mm i teoretycznym kącie 60 stopni z płaszczyzną odniesienia A.
zdjęcie
▲Ilustracja: Dodaj znak φ przed wartością tolerancji, wówczas strefa tolerancji musi znajdować się na cylindrycznej powierzchni o średnicy 0,1 mm. Strefa tolerancji powinna być równoległa do płaszczyzny B, prostopadła do punktu odniesienia A i pod teoretycznie poprawnym kątem 60 stopni do punktu odniesienia A.
(2) Tolerancja pozycjonowania
Tolerancja pozycjonowania to całkowita wielkość dopuszczalnej zmiany położenia powiązanego rzeczywistego obiektu względem punktu odniesienia. Ten typ tolerancji obejmuje trzy elementy: położenie, współosiowość i symetrię.
1) Lokalizacja
Pozycja odnosi się do dokładności punktów, linii, powierzchni i innych elementów części w stosunku do ich idealnego położenia. Tolerancja położenia to maksymalna dopuszczalna odchyłka rzeczywistego położenia mierzonego elementu względem jego położenia idealnego.
zdjęcie
▲Ilustracja: Jeśli przed strefą tolerancji zostanie dodany znak Sφ, strefą tolerancji będzie obszar wewnątrz kuli o średnicy 0,3 mm. Położenie punktu środkowego strefy tolerancji piłki jest teoretycznie poprawną wielkością w stosunku do punktów odniesienia A, B i C.
2) Współosiowość
Współosiowość, powszechnie znana jako współosiowość, wskazuje, że mierzona oś części pozostaje na tej samej linii prostej względem osi odniesienia. Tolerancja współosiowości to dopuszczalna odchyłka rzeczywistej mierzonej osi względem osi odniesienia.
zdjęcie
▲ Legenda o tolerancji współosiowości: Gdy zaznaczona jest wartość tolerancji, strefą tolerancji jest obszar pomiędzy cylindrami o średnicy 0,08 mm. Oś kołowej strefy tolerancji pokrywa się z punktem odniesienia.
3) Symetria
Symetria odnosi się do stanu, w którym dwa symetryczne elementy środkowe części pozostają w tej samej płaszczyźnie środkowej. Tolerancja symetrii to dopuszczalne odchylenie płaszczyzny środkowej symetrii (lub linii środkowej, osi) rzeczywistego elementu od idealnej płaszczyzny symetrii.
zdjęcie
▲ Legenda: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwiema równoległymi płaszczyznami lub liniami prostymi o odległości 0,08 mm i układzie symetrycznym względem płaszczyzny środkowej lub linii środkowej punktu odniesienia.
(3) Tolerancja bicia
Tolerancja bicia to element tolerancji podawany w oparciu o określoną metodę wykrywania. Tolerancję bicia można podzielić na bicie kołowe i bicie całkowite.
1) Skok po okręgu
Bicie kołowe oznacza, że powierzchnia obrotowa części utrzymuje stałe położenie względem osi odniesienia w ograniczonej płaszczyźnie pomiarowej. Tolerancja bicia kołowego to maksymalna dozwolona odchyłka w ograniczonym zakresie pomiarowym, gdy rzeczywisty mierzony element obraca się wokół osi odniesienia, wykonując pełny obrót bez ruchu osiowego.
zdjęcie
▲ Legenda 1: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwoma koncentrycznymi okręgami, które są prostopadłe do dowolnej płaszczyzny pomiarowej, których różnica promieni wynosi 0,1 mm i których środek okręgu znajduje się na tej samej osi odniesienia.
zdjęcie
▲ Legenda 2: Strefa tolerancji to obszar pomiędzy dwoma okręgami w odległości 0,1 mm na powierzchni cylindra pomiarowego w dowolnym położeniu promienia współosiowym z punktem odniesienia.
2) Pełny rytm
Bicie całkowite odnosi się do bicia na całej mierzonej powierzchni, gdy część obraca się w sposób ciągły wokół osi odniesienia. Całkowita tolerancja bicia to maksymalna dopuszczalna wielkość bicia, gdy rzeczywisty mierzony element obraca się w sposób ciągły wokół osi odniesienia, podczas gdy wskaźnik porusza się względem swojego idealnego konturu.
