Система допусков линейных размеров максимума материала и их контроль калибрами

5. Morales-Espejel G. E., Rycerz P., Kadiric A. Prediction of micropitting damage in gear teeth contacts considering the concurrent effects of surface fatigue and mild wear // Wear. 2018. Vol. 398-399. P. 99-115.

6. Casavola C., Cazzato A., Moramarco V., Pappalettera G. Residual stress measurement in Fused Deposition Modelling parts // Polymer Testing. 2017. Doi:10.1016/j.polymertesting.2017.01.003.

7. Zhang J., Wang X. Z., Yu W.W., Deng Y. H. Numerical investigation of the influence of process conditions on the temperature variation in fused deposition modeling // Materials & Design. 2017. Doi: 10.1016/ j.matdes.2017.05.040.

8. Bandyopadhyay A., Heer B. // Additive manufacturing of multi-material structures // Materials Science & Engineering R. 2018. Vol. 129. P. 1-16.

9. Fuentes-Aznar A., Gonzalez-Perez I. Mathematical definition and computerized modeling of spherical involute and octoidal bevel gears generated by crown gear // Mechanism and Machine Theory. 2016. Vol. 106. P. 94-114.

10. Prakash K.S. Additive Manufacturing Techniques in Manufacturing - An Overview // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. P. 3873-388.

11. Reddy V. et al. Study on surface texture of Fused Deposition Modeling // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 25. P. 389-396.

12. Bahr F. [et al.]. Correlations between Influencing Parameters and Quality Properties of Components Produced by Fused Deposition Modeling // Procedia CIRP. 2018. Vol. 72. P. 1214-1219.

13. Tronvoll S. A. [et al.]. Dimensional accuracy of threads manufactured by fused deposition modeling // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 26. P. 763-773.

14. Casavola C., Cazzato A., Moramarco V., Pappalettera G. Residual stress measurement in Fused Deposition Modelling parts // Polymer Testing. 2017. Doi:10.1016/j.polymertesting.2017.01.003.

15. Fritz R., Kiener D. Development and application of a heated in-situ SEM micro-testing device // Measurement. 2017. Vol. 110. P. 356-366.

16. Varepo LG, Nagornova IV, Trapeznikova O V Application of Electron Microscopy Method for Quality Control of Paint Coating Surface // Procedia Engineering. 2015. Vol.113. P. 357-361.

17. Nagornova I. V., Varepo L. G., Babluyk E. B., Kondratov A. P. The SEM Application for Diagnostics of Polyethylene Films Suitability for Information Recording by Thermal Printing// Procedia Engineering. 2016. Vol.152. P. 464-468.

18. Nazarov V. G., Volynskii A. L., Yarysheva L. M. Transformation of the modified layer of fluorinated polyole-fins under stretching // Polymer Science A. 2012. Vol. 54. P. 679.

19. Anderson-Wile A. M., Edson J. B., Coates G. W. Living Transition Metal-Catalyzed Alkene Polymerization: Polyolefin Synthesis and New Polymer Architectures // Polymer Science: A Comprehensive Reference. 2012. Vol. 3. P. 739-778.

20. Qiao Y., Yin X., Zhu T., Li H., Tang C. Dielectric polymers with novel chemistry, compositions and architectures // Progress in Polymer Science. 2018. Vol. 80. P. 153-162.

УДК 621.713

СИСТЕМА ДОПУСКОВ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МАКСИМУМА МАТЕРИАЛА И ИХ КОНТРОЛЬ КАЛИБРАМИ

TOLERANCE SYSTEM FOR MAXIMUM MATERIAL LINEAR SIZES AND THEIR INSPECTION BY CALIBERS

В. И. Глухов, В. А. Гриневич, В. В. Шалай

Омский государственный технический университет, Омск, Россия

V. I. Glukhov, V. A. Grinevich, V. V. Shalay

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Работа посвящена актуальной теме обеспечения качества технических изделий по точности геометрических характеристик. Цель работы состоит в разработке предложений по совершенствованию системы допусков и посадок для линейных размеров в международном стандарте ISO 286-1. Задача работы заключается в повышении уровня адекватности модели допуска линейного размера для реальных размерных элементов деталей. Два размера размерного элемента - размер максимума материала и размер минимума материала - являются основными понятиями Taylor F.W. принципов. Разность разме-

ра максимума материала отверстия (наименьшего размера) и размера максимума материала вала (наибольшего размера) определяет тип посадки в сопряжении. В системе допусков ISO на линейные размеры применена идеальная модель размерного элемента без отклонений формы поверхностей. Идеальная модель неадекватна реальному размерному элементу. Отказ от отклонений формы привёл к потере размера минимума материала размерного элемента. Интервал допуска стал ограничивать верхние и нижние предельные размеры и отклонения только размера максимума материала. Контроль годности размера максимума материала по верхнему и нижнему предельным размерам должен осуществляться полными проходным и непроходным калибрами. Такой контроль позволит обеспечить посадки с требуемыми предельными значениями зазоров и натягов. Допуски формы в диаметральном выражении, присоединённые к допуску размера максимума материал, увеличивают интервал допуска и образуют предел минимума материала, который следует контролировать непроходным двухточечным калибром. Несоответствия системы международных допусков можно устранить, если перейти от неадекватной идеальной модели размерного элемента к адекватной реальной модели, учитывающей отклонения формы.

Ключевые слова: геометрические характеристики изделий, система допусков и посадок для линейных размеров, размеры максимума и минимума материала, модели допусков.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-12-16

I. ВВЕДЕНИЕ

Самыми распространенными размерными элементами, из которых состоят детали технических изделий, являются цилиндрические элементы и плоскопараллельные призматические элементы (элементы типа «цилиндр» и типа «две параллельные противолежащие плоскости» по международным стандартам ISO на геометрические характеристики изделий GPS). Размеры этих элементов выражаются в единицах длины и стандартизованы как линейные размеры [1]. Точность линейных размеров нормируется по Международной системе допусков и посадок [2,3]. Высокую эффективность системы подтверждает почти век её применения без существенных изменений для проектирования технических изделий. На основе числовых значений допусков линейных размеров и Taylor F.W. принципов полвека назад создана система предельных калибров для контроля точности размерных элементов [4], которая используется и в настоящее время [5]. Калибры являются арбитражными средствами контроля линейных размеров.

Два размера размерного элемента - размер максимума материала и размер минимума материала являются основными понятиями Taylor F.W. принципов. Размерные элементы деталей являются реальными материальными объектами, ограниченными одной или несколькими поверхностями, которые имеют отклонения формы. Выступы поверхностей образуют размеры максимума материала, а впадины - размеры минимума материала размерного элемента. Эти понятия размеров являются общими для внутренних и наружных размерных элементов - отверстий и валов. Два размера имеют разное функциональное назначение. Размеры максимума материала отверстия и вала образуют посадку в соединении с зазором или натягом за счёт разности наименьшего размера отверстия и наибольшего размера вала. Размеры минимума материала - наибольший для отверстия и наименьший для вала обеспечивают прочность соединения и ограничивают отклонения формы поверхностей размерных элементов (рис. 1).

Рис.1. Модель посадки с нулевым зазором между размерами максимума материала отверстия Бмм и вала ймм при гарантированном зазоре между размерами минимума материала отверстия Бш и вала йш, равном сумме отклонений формы ЕЕБ и ЕЕй, в продольном (а ) и поперечном (Ъ) сечениях

Проблема обеспечения качества технических изделий по точности геометрических характеристик широко обсуждается исследователями. Среди последних публикаций интерес представляют работы по обеспечению размерной и геометрической точности изделий в аддитивном производстве [6], расширенный системный подход в нормировании позиционных допусков точек реальных поверхностей [7], повышение точности координатных измерений геометрических характеристик на основе учёта ориентации нормальных векторов поверхностей размерных элементов [8].

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В предыдущей статье [9] авторами были решены две задачи по совершенствованию системы допусков и посадок линейных размеров. В первой задаче обосновано отнесение линейных координирующих размеров размерных элементов к линейным размерам с нормированием их точности только одним интервалом допуска с симметричными отклонениями JS - для координат отверстий и js - для координат валов. Во второй задаче обосновано принципиальное изменение: считать основным отклонением всех интервалов допусков линейных размеров - предельное отклонение, соответствующее пределу максимума материала: EI - нижнее отклонение для размеров отверстий и es - верхнее отклонение для размеров валов.

Задача настоящей работы состоит в повышении уровня адекватности моделей допусков линейных размеров отверстий и валов для реальных размерных элементов деталей за счёт учёта отклонений формы поверхностей. Цель работы - обеспечить требования точности к посадкам элементов.

III. ИДЕАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ И РЕАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ С УЧЁТОМ ДОПУСКОВ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ РАЗМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В ISO 286-1 изменена терминология предельных размеров. Вместо функциональных размеров максимума и минимума материала предложены высотные термины размеров отверстия и вала: верхние предельные размеры Duls, dULS и нижние предельные размеры DLLS, dLLS

ц

ж

eslm

D,,

ULS У////////Л ES

в

D

DLLs

dULS

dLLS

/ТО

У////////Л

£/=b

ITd

es

K\\\\\44\\N a)

0

ITD

В

Sm

ITd

Dm TFD ESm

/<</¿47^

!TDMM TDJ

^мм '/////////, E!m ,

И esMM-B

4iw Tdc / ITdMM Tdc "

4м &MM

TFd eiLM и

4/УГ bi

SL

В

Рис. 2. Модели интервалов допусков линейных размеров идеальных

Размерные элементы потеряли материальное содержание, теперь их образуют геометрические поверхности, которые лишены отклонений формы. Так выглядят идеальные модели размерных элементов, стандартных интервалов допусков отверстия 1ТБ, вала ITd и их посадки с зазором в системе отверстия с минимальным зазором ь и максимальным зазором Исключение отклонений формы из идеальных моделей сделало их неадекватными реальным размерным элементам, привело к потере размеров минимума материала. В результате интервалы допусков стали ограничивать только размеры максимума материала отверстия и вала между сво-

ими верхними и нижними предельными размерами. Чтобы выдержать требования к диапазону предельных зазоров посадки, необходимо применять для контроля размеров максимума материала полные проходной и непроходной калибры. Однако из-за отклонений формы поверхностей реальных элементов размеры минимума материала будут выходить за границы интервалов допусков, что недопустимо.

Если же для контроля размеров минимума материал применить двухточечные калибры, то размеры минимума материала войдут в границы интервалов допусков, но сократятся допуски размеров максимума материала, что приведёт к уменьшению максимального зазора и нарушению предельного требования к точности посадки.

Преодолеть эти несоответствия идеальных моделей позволяют реальные модели, учитывающие отклонения формы поверхностей размерных элементов (рис. 2 Ь). Для этого к пределам минимума материала отверстия и вала стандартных интервалов допусков ¡ТБ и ¡Тй необходимо прибавить допуски формы TFD и TFd поверхностей размерных элементов в диаметральном выражении. При этом все несоответствия идеальных моделей снимутся, несмотря на то что интервалы допусков размеров элементов станут комплексными (ТБс и Тйс) и расширенными на области минимума материала элементов.

IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Экспериментальные исследования размеров максимума и минимума материалов проводились на различных объектах измерения типа поршневой палец, ось сателлита, ролик подшипника и штифт. Все эти детали имеют цилиндрические размерные элементы с различными отклонениями от круглости в поперечных сечениях.

Рис. 3. Протоколы измерений диаметров максимума и минимума материала в 24 точках поперечных сечений цилиндрических размерных элементов

Измерения выполнялись двухточечным или трёхточечным методами в зависимости от чётного или нечётного числа граней на стационарных приборах технического контроля с настройкой на размер по цилиндрическим мерам. Протоколы измерений (рис. 3) размеров диаметров показывают, что в каждой из 24 измерительных точек диаметр имеет индивидуальные значения. Наибольшее и наименьшее значения результатов измерений являются диаметрами максимума ймм и минимума материала размерного элемента.

Таким образом, каждый реальный размерный элемент имеет два действительных значения размера.

V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Основным результатом исследования является разработка новой модели допуска линейного размера размерного элемента для системы допусков и посадок международного стандарта 180286-1.

В стандарте принята идеальная модель размерного элемента, поверхности которого не имеют отклонений формы. Для идеального элемента используется идеальная модель допуска линейного размера, которая также не включает отклонения формы в структуру допуска. Идеальный элемент имеет только одно действительное значение, которое ограничивается верхним и нижним предельными размерами идеального допуска. Такой подход

противоречит Taylor F.W. принципам, с помощью которых контролируется два предельных размера размерного элемента различного функционального назначения - размер максимума материала и размер минимума материала - разными методами контроля: проходным полным калибром и непроходным двухточечным калибром, которые учитывали отклонения формы реальных деталей. Идеальные модели не могут обеспечить требования посадок реальных отверстий и валов, всегда имеющих отклонения формы, которые могут занимать до 60% допусков линейных размеров, что подтверждают результаты экспериментов. В новой адекватной модели допуска размера, отклонения формы поверхностей элемента входят в структуру допуска.

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Идеальная модель допусков линейных размеров в Международном стандарте ISO286-1 не учитывает отклонений формы поверхностей и неадекватна реальным размерным элементам.

2. Стандартный допуск линейного размера - это только предельные отклонения размера максимума материала размерного элемента.

3. С целью повышения точности посадок рекомендуется ввести в структуру допуска размера допуски формы поверхностей и размер минимума материала - второй размер размерного элемента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ISO 14405-1:2010. Geometrical product specifications (GPS). Dimensional tolerance. Part 1: Linear sizes.

2. ISO 286-1:2010. Geometrical product specifications (GPS). ISO code system for tolerances on linear sizes. Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits.

3. ISO 286-2:2010, Geometrical product specifications (GPS). ISO code system for tolerances on linear sizes. Part 2: Tables of standard tolerance classes and limit deviations for holes and shafts.

4. ISO/R 1938:1971. ISO system of limits and fits - Part 1: Inspection of plain work pieces.

5. ISO 1938-1:2015, Geometrical product specifications (GPS). Dimensional measuring equipmen. Part 1: Plain limit gauges of linear size.

6. Giovanni Moroni, Stefano Petro, Wilma Polini. Geometrical product specification and verification in additive manufacturing // CIRP Annals. 2017. Vol. 66, Issue 1. P. 157-160.

7. Yiging Yan, Martin Dohn, Steven, Pters Uwe Heisel. Complementing and enhancing definitions of position tolerance for a real point based on ISO. Geometrical Product Specifications (GPS) // CIRP Journal of manufacturing Science and Technology. 2018.

8. Mario Drbul, Andrej Czan Michal Sajgalik, Marianna Piesova, Kizysztof Stepien Influence of Normal Vectors on the Accuracy of Products Geometrical Specification // Procedia Engineering. 2017. Vol. 192. P. 119-123.

9. Glukhov V. I., Grinevich V. A., Shalay V. V. The linear sizes tolerances and fits system modernization // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 998. P. 1-8. DOI: 10.1088/1742-6596/998/1/012012.

УДК 66:621.6

ОПЕРАТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ РЕЖИМОВ ТРАНСПОРТА НЕФТИ ПРИ ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ НАСОСНОГО АГРЕГАТА

OPERATIONAL MONITORING OF OIL TRANSPORT REGIMES FOR FREQUENCY REGULATION OF THE PUMP UNIT

М. Ю. Земенкова1, А. А. Гладенко2, Ю. Д. Земенков1

1 Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

M. Y. Zemenkova1, A. A. Gladenko2, Y. D. Zemenkov1

industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia 2Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Используемые в настоящее время методы регулирования режимов работы центробежного насоса за счет сменных роторов и дросселирования не всегда позволяют получить требуемые параметры работы насосной станции. Целью исследования является получение технических характеристик использования частотнорегулируемого привода.