Понятие о взаимозаменяемости и ее видах

Нормирование требований к точности в машиностроении. Взаимозаменяемость

Качеством продукции называется совокупность свойств продукции, обуславливающая ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Таким образом, качество любого вида продукции определяется ее свойствами, составом, размерами и другими параметрами, установленными с учетом надежности и стоимости. Оценивать и гарантировать качество изделий можно только в том случае, если их качественные характеристики четко определены и должным образом узаконены. Необходимые качественные характеристики и показатели различной продукции устанавливаются нормативно–технической документацией, к которой относят конструкторские, технологические, эксплуатационные и другие виды документов. Эти документы должны отвечать требованиям соответствующих стандартов.

Понятие о взаимозаменяемости и ее видах

В 1908 г. Генри Форд поразил членов Королевского автомобильного клуба. Он взял три принадлежащих им Кадиллака, полностью разобрал их и перемешал все комплектующие. Затем его инженеры извлекли из получившейся кучи соответствующие части, прямо на глазах членов клуба вновь собрали автомобили и с триумфом совершили на них круг почета.

Сегодня уже никто не удивится тому, что большинство комплектующих автомобиля могут быть заменены на любой имеющийся в запасе аналог. Но в 1908 г. каждый автомобиль рассматривался как самостоятельный организм, был изделием индивидуальной ручной работы. По этой причине составные части автомобилей даже одной и той же модели редко могли заменить друг друга.

Производство таких компонентов, которые могут быть взаимозаменяемыми без каких–либо дополнительных проверок и напрямую использоваться для сборки автомобиля, т.е. выпуск качественных изделий массовым тиражом – именно в этом заключался секрет Генри Форда, обеспечившего за счет этого на своих заводах быстрый рост объемов производства автомобилей «Форд».

Конструкторы стремятся создать детали машин, приборов и механизмов взаимозаменяемыми, т.е. такими, которые могут быть легко заменены при сборке или ремонте машины другими, того же номера и наименования.

Взаимозаменяемость в машиностроении относится к одному из качественных показателей технологичности конструкций изделий. Определение взаимозаменяемости предусмотрено в ГОСТ 18831–73: Взаимозаменяемость – свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения вместо другой без дополнительной обработки, с сохранением заданного качества изделия, в состав которого оно входит». Другими словами, взаимозаменяемость – свойство независимо изготовленных деталей собираться в узлы и другие, более сложные сборочные единицы без предварительной подгонки, при этом узлы и сборочные единицы должны соответствовать заданным технико-экономическим показателям. Взаимозаменяемые детали могут быть изготовлены независимо друг от друга в разное время и в разных местах, что экономически выгодно.

Взаимозаменяемые детали должны быть одинаковыми по размерам, форме, твердости, прочности, химическим, электрическим свойствам и др. Если все эти функциональные параметры качества деталей установлены в пределах допусков, которые обеспечивают высокие показатели работы машины (мощность, надежность, скорость и др.) и оптимальную стоимость ее, то это называется функциональной взаимозаменяемостью.

Взаимозаменяемость может быть полной и неполной, внешней и внутренней.

Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость. Это вид взаимозаменяемости, при которой обеспечивается возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в составные части, а последних – в изделия при соблюдении предъявленных к ним (к составным частям или изделиям) технических требований по всем параметрам качества. Она достигается только тогда, когда после изготовления размеры, форма, механические, электрические и другие количественные и качественные характеристики деталей и составных частей находятся в заданных пределах, а собранные изделия удовлетворяют техническим требованиям. Выполнение требований к точности деталей и составных частей изделий является важнейшим исходным условием обеспечения взаимозаменяемости.

Комплекс научно–технических исходных положений, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации обеспечивает взаимозаменяемость деталей, составных частей и изделий в целом называется принципом взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемыми могут быть детали, составные части (узлы) и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть те детали и составные части, от которых зависят надежность, долговечность и другие эксплуатационные показатели изделий. Это требование распространяется и на запасные части.

Свойство собираемости и возможности равноценной замены любого экземпляра взаимозаменяемой детали и составной части изделия любым другим однотипным экземпляром позволило на машиностроительных заводах серийного и массового производства изготовлять детали в одних цехах, а собирать их в составные части (узлы) и изделия – в других, независимо друг от друга. При сборке используют стандартные крепежные детали, подшипники качения, электротехнические, резиновые и пластмассовые изделия, а часто и унифицированные агрегаты, получаемые от других предприятий. При полной взаимозаменяемости сборка составных частей и машин, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, производится без доработки деталей и составных частей. Такое производство называется взаимозаменяемым.

Преимущества полной взаимозаменяемости:

1) упрощается процесс сборки, он сводится к простому соединению деталей рабочими невысокой квалификации;

2) сборочный процесс точно нормируется во времени, легко укладывается в устанавливаемый темп работы и может быть организован поточным методом; создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий;

3) возможны широкая специализация и кооперирование заводов (т.е. изготовление заводом–поставщиком ограниченной номенклатуры унифицированных изделий, узлов и деталей и поставка их заводу, выпускающему основные изделия);

4) упрощается ремонт изделий, так как любая износившаяся или поломанная деталь или узел могут быть заменены новыми (запасными).

Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей с точностью не выше 5–6 квалитетов и для составных частей изделий, имеющих небольшое число деталей, например две, образующих то или иное соединение, а также в тех случаях, когда несоблюдение заданных зазоров или натягов недопустимо даже у части изделий.

Иногда эксплуатационные требования к изделиям приводят к необходимости изготовлять детали и составные части с малыми, технологически трудновыполнимыми, допусками. В этих случаях применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку. Такую взаимозаменяемость называют неполной(ограниченной). Она может осуществляться не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам.

Различают также внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость.

Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость изделий, монтируемых в другие более сложные изделия и узлов по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей, т.е. таких, по которым взаимосвязанные узлы основного изделия соединяют между собой и с покупными агрегатами. Например, в электродвигателях внешняя взаимозаменяемость осуществляется по числу оборотов вала и мощности, а также по размерам присоединительных поверхностей, в подшипниках качения – по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца, а также по точности вращения.

Внутренняя взаимозаменяемость распространятся на детали, составляющие отдельные узлы, или на составные части и механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.

Первыми применили принцип взаимозаменяемости тульские мастера оружейного дела. В инструкциях 1706–1715 гг. Петр I предписал мастерам при изготовлении ружей следить за правильным применением калибров, по которым делались детали и за однородностью отдельных частей ружей. В 1826 г. принцип взаимозаменяемости в производстве оружия на Тульском оружейном заводе был блестяще продемонстрирован иностранным представителям. Взятые со склада без выбора тридцать ружей были разобраны и детали их перемешаны. Затем ружья были снова собраны из первых попавшихся деталей и действовали безотказно.

Широкое внедрение принципа взаимозаменяемости в гражданскую промышленность началось после первой мировой войны (1914–1918), которая заставила раскрыть секреты конструирования и производства взаимозаменяемых деталей на отдельных военных предприятиях, как в России, так и за рубежом.

Основные понятия о точности в машиностроении