Mõõtmestamine ja tolereerimine (1)

MÕÕTMESTAMINE JA TOLEREERIMINE 2 ×16 tundi Teema Kestvus h 1. Sissejuhatus. Seosed teiste aladega 2 Mõisted ja terminiloogia. GPS standardite maatriksmudel 2. Geometrilised omadused. Mõõtmestamise 2 üldprintsiibid. Ümbrikunõue, maksimaalse materjali tingimus 3. ISO istude süsteem. Tolerantsiväljad 2
4. Istud . Võlli ja avasüsteem 2 5. Soovitatavad istud. Istude rahvuslikud süsteemid 2 6. Istude kujundamise põhimõtted 2 Istude analüüs ja süntees 7. Liistliidete tolerantsid . 2 Üldtolerantsid 8. Geomeetrilised hälbed. Kujuhälbed. 2 Suunahälbed 9. Viskumise hälbed. Asetsemise hälbed. Lähted 2 Nurkade ja koonuste hälbed ja tolerantsid 10. Pinnahälbed. Pinnakaredus , lainelisus, mõõtmine 2 11. Valutoodete ja keevitatud toodete tolerantsid 2 Keermete ja hammasrataste hälbed 12. Laagrite istude tolereerimise põhimõtted 2 Kaliibrite tolereerimise põhimõtted 13. Mõõtahel. Analüüs. Min-max meetod. 2 Tõenäosusmeetod 14. Mõõtmete ja tolereerimise vektorkäsitlus 2 Hälvete statistiline käsitlus. Hajuvus. 15. Hälvete kontroll. 2 Arvutite kasutamine 16. Eksamiküsimused 2
Z.Humienny, P.H.Osanna, M. Tamre , A.Weckenmann, L.Blunt, W.Jakubiec Geometrical Product Specification. Course for Technical Universities. Warszawa, 2001. T. Tiidemann . Mõõtmed ja tolerantsid. Kvaliteedikeskne praktiline käsitlus.Tallinn, TTÜ, 2000. I.Märtson. Nimimõõde ja piirhälbed. Sari Masinaelemendid. Tallinn, Valgus, 1990 Zreitd F.B Dpfbvjpfvtyztvjcnm> cnfylfhnbpfwbz b ntxybxtcrbt bpvthtybz. V.> Vfibyjcnhjtybt> 1979. Cfhfyxf U.F. Dpfbvjpfvtyztvjcnm> cnfylfhnbpfwbz b ntxybxtcrbt bpvthtybz. V.> Bplfntkmcndj cnfylfhnjd, 1991 Leyby - cnfylfhnbpfwbz b ntxybxtcrbt bpvthtybz. V.> Bplfntkmcndj cnfylfhnjd, 1987 1984
1 1. SISSEJUHATUS. SEOSED TEISTE ALADEGA. MÕISTED JA TERMINILOOGIA
Detaili projekteerijal on ettekujutus sellest kui ideaalsest objektist ilma geomeetriliste ja pinnahälveteta. Tegelikkuses esinevad hälbed ning ühe joonise järgi valmistatud detailid erinevad veidi üksteisest. Põhjused: tehnoloogilise valmistusseadme, tööriista, rakiste, protsessi, keskkonnatingimuste hälved kui ka detaili materjali seisund (jääkpinged, füüsikalis-keemilised omadused mittehomogeensed jne) ning operaatori vead. Vahetatavus on masinate konstrueerimise, tootmise ja ekspluatatsiooni põhimõte, millega kindlustatakse üksteisest sõltumatult valmistatud detailide montaaz koostuks,koostude montaaz kompleksiks (masinaks, aparaadiks) ilma detailide täiendava mehaanilise töötlemise või sobitamiseta, pidades silmas kõigi parameetrite (geomeetriliste, mehaaniliste, elektriliste jt) täpsuse nõudeid, millega tagatakse masina/aparaadi optimaalsed töönäitajad (võimsus, tootlikus, töökindlus, kasutegur jne). Täpsuse kindlustamiseks on vaja valmistada detailid ja koostud selliselt , et geomeetriliste ja teised hälbed ei ületaks lubatavat piiri. Vahetatavus lihtsustab masinate ekspluatatsiooni ja remonti. Vajalikud kompetentsed kontrollmõõtmised kui ka valmistusprotsessi pidev kontroll. Vahetatavus: - täielik (ilma täiendava sobitamiseta); - osaline (valikkoostamine, kompensaatorid , reguleerimine, justeerimine ). Osaline vahetatavus vajalik suure täpsuse korral, individuaaltootmine); - väline, kus asendatakse suures kompleksis üks koost (nt elektrimootor treipingis); - sisemine vahetatavus, kus detailis asendatakse mõni osa). Vahetatavuse aste saab illustreerida teguriga , sõltuvalt vahetatavate detailide osakaalust detailide üldarvust koostus. Funktsionaalne vahetatavus: vahetatavus, mis tagab ühetüübiliste toodete optimaalsed ekspluatatsioonilised näitajad etteantud piirides. Selleks on vajalik teada ekspluatatsiooninäitajate seos GPS. Toodete geomeetriline vahetatavus tagatakse vajaliku täpsusega detailide valmistamise ja nende montaaziga, kusjuures täpsus tagatakse GPS-iga. Seade koostatakse erinevatest detailidest, mis ei ole samuti idenentsed. Ülaltoodust selgub vajalikkus, et detailid oleks võimalikult väheste kuludega vahetatavad või asendatavad. See tagatakse objektile teatud nõuete esitamisega, mis käsitlevad mõõtmeid, tolerantse ja pinna omadusi. Neid nõudeid nimetatakse Geometrical Product Specifications (GPS) - toote geomeetrilised nõuded.
Mõõtmete tolerantsid Geomeetrilised tolerantsid Pinna tolerantsid Pikkused Astmed Kuju Pinnakaredus Lineaarmõõtmed Vahemaad Suuna Lainelisus Nurgad jne Asetsemise Viskumise
Tab 1 GPS üldkontseptsioon
GPS tagatakse: - toimimisvõime. Masin töötab korralikult kui on tagatud näiteks tööpinna sirgjoonelisus . - ohutus. Nõutud pinnasiledus väldib väntvõlli väsimuspraod. - koostöövõime. Sobivad tolerantsid tagavad kolb-silinderpaari pikajalise töö. - vahtatavus. Võimaldab osade asendamise remondi käigus. - majandusliku kasu. GPS kohta kehtivad rahvusvahelised ISO standardid . Sellega tegeleb ISO/TC 213 Dimensional and Geometrical Product Specifications and Verifications. Vajalik insenerile, et luua uut. Põhimõisted: Mõõtmestamine: toote ja selle osade suuruse ja kuju määramine. Objekt esitatakse tehnilisel joonisel koos mõõtmete, asendi ja kuju nõuetega. Tolerants ( tolerance ) on võtmeküsimuseks projekteerimisel, tootmisel ja kasutamisel . Ist (fit). ISO süsteem istudele. Geomeetriline hälve. Pinnakaredus. Vahetatavus. Mõõteahel. Lähted, baaspinnad. Seosed teiste aladega - metroloogia ; - standardimine; - kvaliteedi juhtimine; - tootmistehnoloogiad; - tehniline joonestamine ; - tõenäosusteooria.
2 2. GPS STANDARDITE MAATRIKS MUDEL GPS standardid on jagatud 4 gruppi: - alus (põhi) GPS standardid; - globaalsed GPS standardid; - üld GPS standardid; - täiendavad GPS standardid. Alus GPS standardid käsitlevad põhimõtteid ja üldreegleid ja praegu on ainult 2 standardit - ISO 8015 ja ISO/TR 14638. Globaalsed GPS standardid annavad nõudeid, mis on olulised paljudes muudes GPS standardites. Näiteks ISO 1 esitab referentstemperatuuri, ISO 14660/1 esitab geomeetriliste omaduste määratlused. VIM ja GUM annavad olulised metroloogilised nõuded, kuigi ise ei ole vormistatud ametliku standardine. Üld GPS standardid esitavad otsesed nõuded geomeetrilistele omadustele (näiteks mõõtmed, nurgad, pinnakaredus jne). Täiendavad GPS standardid esitavad nõudeid geomeetriliste omaduste selgitamiseks konkreetsetel juhtudel, näiteks jooniste tehnilised nõuded, erinõuded protsessidel ning teatud masinaelementidel. Standardite grupp 1. Dokumentide objektide identifitseerimine-kodeerimine 2. Tolerantside määratlused, nii keeleline kui väärtused. 3. Omaduste määratlused. 4. Tegeliku objekti hälvete hindamine ja piirväärtustega võrdlemine arvestades määramatust. 5. Nõuded mõõtevahenditele. 6. Kalibreerimise nõuded ja mõõteetalonid. Maatriksis on rakendatud järgmised põhimõtted: 1. Piisavuse reegel. Standardite kett peab sisaldama piisavalt reegleid, alates tähistest joonistel kuni suuruse mõõtmiseni. 2. Täielikkuse reegel. Igas lahtris peab olema standard(id). 3. Täiendavuse reegel. Iga lahter peab teineteist täiendama, kuid olema sõltumatud. Tab 2 GPS üldstandardid Geomeetriline omadus Standardite grupp 1 2 3 4 5 6 1 Mõõde ISO ISO ISO 286- ISO ISO 463 ISO 129 286-1 1 14253-1 ISO 9121 3650 ISO ISO ISO 8015 ISO 9493 ISO 286-2 286-2 ISO ISO 10360-1,2 14253-1 14660-2 ISO 13225 ISO 13385 ISO 14253-1 2 Vahemaa 3 Raadius 4 Nurk 5 Baasist sõltumatu joon 6 Baasist sõltuv joon 7 Baasist sõltumatu pind 8 Baasist sõltuv pind 9 Suund 10 Asetus 11 Ringviskumine 12 Täielik viskumine 13 Lähted 14 Pinnakaredus 15 Pinna lainelisus 16 Esmaspind 17 Pinna rikked 18 Kalded (nurgad)
3 3 " SKIN " MUDEL
Masinaehituse on detaili mõõtmed ja geomeetria üheks olulisemaks osaks. Mõõtmiste osakaal: - 85 % mõõtmed+pind, - 10 % materjalide katsetamine (tugevus, elastsus , kristallide struktuur), - 5 % siduvad näitajad (pinnakõvadus, riknemine, pinge) Mõõtmiste tähtsus: - tagada objekti foimimine - mõõtmete vastavus - ekonoomsuse tagamine.
Konstrueerimine Detaili tõendamine
Skin mudel. Geomeetriline esitamine Tegelik objekt
Operatsioonid Operatsioonid Ideaalne ja/või mitteideaalne omadus Ideaalne ja/või mitteideaalne omadus Osandamine (partition) Füüsikaline osandamine Eraldamine (extraction) Füüsikaline eraldamine Filtreerimine (filtration) Filtreerimine Assotsieerimine ( association ) Assotsieerimine Kogumine ( collection ) Kogumine Konstrueerimine (construction) Konstrueerimine Hindamine (evaluation) Hindamine
Määratletud karakteristikud Mõõtetulemus
Vastavuse hindamine
Joon 1 Masinaehitusliku objekti geomeetrilise tolerantsi mudel
4 GEOMEETRILISED OMADUSED Üldist Masinaehituslik detaili saab koostada punktide, joonte, ringjoonte, tasapindade, sfääride, koonuste, silindrite ja ringtorude abil. Täielikuks kirjelduseks on vaja lisada mõõtmed. Sellega saadakse ideaalne detail. Kirjeldamiseks on vajalik minimaalne arv parameetreid ning see võimaldab detaili viia elektroonsesse vormi ja arvutisse. Iga detail on matemaatiliselt kirjeldatav punkti koordinaadiga P(x, y, z) ning asukoha vektoriga V. Vt [GPS] Fig. 4.4 Punkt. Punkti asukoht on kirjeldatava ühe koordinaadiga.
z
· P (x, y, z) · y
x
Praktiliselt on raske mõõta punkti ning seetõttu väljendatakse see geomeetriliste vormide lõikepunktina, nt kuubiku nurgapunkt on kolme tasapinna lõikepunkt. Joon on lõputu pikkusega. Joon on antud punktiga ja suund suuna vektoriga (u, v, w) ning on defineeritud vähemalt kahe punktiga või tasapindade lõikekohana.
4 Z V(u, v, w) · P (x, y, z) Y
X
Tasapind on pind, mis asetseb tasaselt ning orientatsiooni määratleb pinnanormaal. Tasapind on defineeritud vähemalt kolme punktiga, mis ei asetse ühel joonel . Kolme punkti skaneerimisega (mõõtmisega) on võimalik tasapind arvutada. Ühe punkti määratlemisega on vajalik lisaks pinnanormaali leidmine. Punktiks võetakse tavaliselt tasapinna raskuskese. Ringjoon - keskkoht, kõik punktid raadiuse kaugusel ühel tasapinnal , pinnanormaal.
Z V(u, v, w) · P (x, y, z) Y R X
Silinder - raadius, telje suund. Defineerimiseks vajalik vähemalt viis punkti. Sfäär - kõik punktid ühel kaugusel, telje suund puudub, seetõttu määratletav vähemalt nelja punktiga. Koonus - defineerimiseks vajalik vähemalt kuus punkti, koonuse tipppunkt, telje suund ning koonuse nurk.
Z V(u, v, w) P (x, y, z) · Y ß
X Ringtoru - silinder, mille otsad on kokkuviidud suletud ringjoonena. Defineeritav seitsme punktiga, toru raadius, ringi raadius ning normaal .
Laiendatud omaduste definitsioon Eeltoodud omadused on regelikkuses täielikult kirjeldatavad lisades hälbed. Arvutites on lihtne väljendada. Vt [GPS] Fig. 4.6 Geomeetriliste omaduste põhimõisted joonistele on antud ISO 14660. Esitatud on tegeliku detaili ja joonisel kujutatu vahelised seosed. Mõõtmisel raskusi, sest mõjuvad tugevalt temperatuur ning operaator.
5 5 MÕÕTMETE ÜLDPRINTSIIBID 5.1 Mõõtme määratlus Mõõtmete tolerantside mõisted ja juhised tolereerimiseks on antud standardis ISO 286-1. Mõõde: Lineaarse suuruse numbriline väärtus erilises ühikus.
Näiteks: 20 mm või 20 km, kuid mitte 40 kg ega nurk. Lineaarne suurus
Kohtmõõde Arvutatud mõõde Statistiline mõõde Üldmõõde
Kahe punkti vahemaa Pindala diameetri mõõde Minimaalne mõõde Vähimruutude mõõde Sfääri määrav mõõde Ümbermõõdu- diameetri Maksimaalne mõõde Maksimaalne omistatud mõõde mõõde Keskmine mõõde Minimaalne omistatud mõõde
ISO 14660-1 järgi: - mõõte omadus: geomeetriline kuju mõõtmena lineaarses või nurga dimensioonis; - mõõde: väärtus kas kohtmõõtmena, arvutatud mõõtmena, statistilise mõõtmena või üldmõõtmena; - kohtmõõde (ISO/WD 14405); - üldmõõde: omaduse sisekarakteristiku väärtus seoses saadud omadusega; - väärtus saaduna matemaatilise seose abil; - väärtus saaduna statistilise töötluse abil. Mõõtmisel saavutatakse tegelik mõõde (mitte tõeline väärtus).
LP GG D
LP - Kahepunkti vaheline kohalik mõõde, GG - vähimruutude mõõde, D - piirmõõde.
Joon. Lineaarmõõtmete võimalused
Mõõtmete grupid Lineaarmõõtmed võib gruppeerida: - välismõõtmeteks (lehe paksus, võlli diameeter ), - sisemõõtmeteks (ava diameeter, lõhe), - astmeteks ( trepp ), - vahemõõtmeteks (avade vahemaa). Välis- ja sisemõõtmed on kirjeldatavad silindriliste detailidena ning need on haaratud ISO 8015 kui vastasomadused. Neid on suhteliselt lihtne mõõta. Astmed ja vahemõõtmed on metroloogiliselt keerulisemad kuivõrd üks (või mõlemad) pind ei ole otseselt materiaalsed. Vt [GPS] Fig. 5.3. Mõõde kujutatakse joonisel vastavalt ISO 406 nõuetele ning sisaldab mõõtme nimiväärtuse, mõõtejooned, tolerantsi ja tingtähised. Nimimõõde (nominal size ) on tõesele väärtusele lähedane suurus ning on eelistatult kujundatud eelisarvude rea väärtust aluseks võttes.
Maksimaalse ja vähima materjali piirväärtus ( maximum and least material limit ) Maksimaalne materjali piirväärtus (MML) on näiline ( virtuaalne ) suurus, mis on võrdne detaili materjali maksimaalse kogusega antud tingimustel. Silindrilistel võlldetailidel on MML ülemine piirmõõde ning avadetailidel MML vähimpiirmõõde. Vähima materjali piirväärtused võlldetailidel on MML alumine piirmõõde ning avadetailidel MML ülemine piirmõõde
6 TOLERANTSi väli
Min Max = MML
Näiteks on avade MML vastav kontrollkaliiber LÄBIV. MML on sobilik kasutamiseks kuivõrd on võimalus tolerantsi ulatuses vajadusel detaili töödelda. Vähima materjali piirväärtus annab võimaluse kasutada vähimat materjali kogust. Piirväärtusi on sobilik kasutada koostepaarides ning annab võimluse kujundada virtuaalse mõõtme, mis tagab paari koostamise ilma detaile kõverdamata ning ilma lõtkuta.
5.2 Sõltumatuse printsiip Paari koostamise vajadus on tolereerimise aluseks. Toote toimimine ning tööstuslik tootmine on võimalik arvestades tolerantse ja detailide geomeetrilisi omadusi. Tolereerimisel esines kuni lähiajani erinavaid norme ning 1985 a. esitas ISO standardi ISO 8015, mis harmoniseeris tolereerimise. Selles eristati selgelt hälbeid pinnale ning mõõtmetele. Põhimõtteks on iga hälbe eraldi (iseseisvalt) käsitlemine seni kuni erilist seost ei esinenud. St iga hälve kontrollitakse eraldi. 10 10
Detail vastab nõuetele arvestades ainult võlli tolerantsi kuigi sirgjoonelisus on halb. Samuti on võlli ristlõige tegelikult kolmnurga kujuline. Sageli piisab ainult ühe hälbe nõudest kuivõrd kasutamistingimus lubab seda. Projekteerija peab sügavalt mõtlema, mis on tõeliselt vajalik.
5.3 Ümbrikunõue (envilope requirements ) Detailipaari vabaks kuid ilma lõtkuta ühendamiseks on vajalik arvutada vastav väärtus arvestades hälbeid ning tolerantse. Selliseks väärtuseks on MML. Asja lihtsustamiseks on võimalik kasutada Taylori printsiipe aastast 1905. Taylori printsiip esitab, et effektiivne vastavuse kontrollimine on võimalik kaliibriga , mis kontrollib detaili kogu omaduse ulatuses ja puudutab teda kahes punktis. LÄBIV kaliiber kontrollib ava maksimaalset materjali piiri ning MITTELÄBIV vähimat materjali piiri.
MITTE- LÄBIV LÄBIV
Fig. Kaliibriga kontroll
LÄBIV kaliiber on ümbriku näidiseks kuivõrd mahub detaili. Ümbriku nõude korral on võimalik vähendada mõõtme tolerantside tähtsust ning esile seada kujuhälbed, kuid kujuhälve peab jääma väiksemaks mõõtme tolerantsist. Joonisel tähistatakse märgiga 20-0,2 E On kasutatav vaid parallelsuse hälvete puhul kuid mitte ristseisu , samatelgsuse või sümmeetrilisuse hälvete korral. 20-0,2 E 20
19,8 Ümbriku nõue kontrollib mitut hälvet korraga, st hälbed ei ole enam iseseisvad.
7 5.4 Maksimaalse materjali tingimus Materjali ökonoomia saavutamiseks on rakendatav maksimaalse materjali tingimus (MMC) ISO 2692 järgi. Maksimaalse materjali virtuaalne piir (MMVL - maximum material virtual limit) kirjeldab maksimaalse materjali koguse mõõdet virtuaalses tingimustes. MMVL on seoses MML ja kirjeldab geomeetrilise omaduse ideaalset mõõdet, mille juures MMC on täidetud ning näitab kuju ja vormi maksimaalseid tolerantse.
MML MMVL MMVL MML
T T ­ geomeetrilise hälbe tolerants a) MMVL võllile b) MMVL avale
Võllile on MMVL näiline läbimõõt kogu mõõtme pikkuses , millesse mahub tegelik hälvetega (tolerants + geomeetriline hälve) võll. MMVL=MML+T (välismõõtmetele, võllile) Avale on MMVL näiline läbimõõt, millesse mahub ideaalne võll. MMVL=MML-T (sisemõõtmetele, avale) Tähistatakse M Võimaldab kombineerida hälvete valikut soodsas suunas, nt suurendada teist tolerantsi esimese arvel. 150h7 0,05 A
MMVL 150,05
h7 = 0/-0,04
0,05 Kasutamise võimalused Vt [GPS] Tab. 5.1. Vähima materjali tingimus (LMVL - least material virtual limit) on vastupidine MML ning annab vähima materjali koguse detailile ning tähistatakse L LMVL=MML - T (välismõõtmetele, võllile) LMVL=MML + T (sisemõõtmetele, avale) Näiteks seina paksus seoses ava asetusega. Saab sobitada ava tolerantsi ning telje tolerantsi, kusjuures minimaalne seina paksus peab olema tagatud.
LMVL LMVL
T a) LMVL võllile b) LMVL avale Vt [GPS] Fig 5.13.
8 6 ISO SÜSTEEMI TOLERANTSID JA ISTUD 6.1 Lühiajalugu Esimene kord püüti luua rahvusvahelist tolerantside ja istude süsteemi luua International Standard Association (ISA) poolt enne Teist Maailmasõda mõõtmetele 1 mm kuni 500 mm. Töö lõpetati ISO poolt aastaks 1962 mõõtmetele kuni 3150 mm. Lisaks 1970 anti välja soovitused eelistolerantsiväljadele kasutamiseks masinaehituses. 1970-l hakati neid avaldama ISO standarditena. 1988 anti välja ISO 286-1 (esitab põhimõtted), ISO 286-2 (esitab arvväärtused) ja ISO 1829 (esitab soovitatavad tolerantsiklassid). ISO süsteem on eelkõige mõeldud silindrilistele detailidele, kuid on rakendatav ka analoogsetele mõõtmetele. 2000. a. alguses on standardid ISO 286-1 ja ISO 1829 revideerimisel üheks standardiks. 6.2 Tolerantsijärk Mõõtme tolerants kui nimimõõtme ja tolerantsi järgu funktsioon Kasutusel on tolerantsijärk (ISO 286-1:2001), et siduda mõõtme tolerants omaduse nimimõõtmega. Tolerantsijärk võrdleb mõõtme ja mõõtme piirväärtuse väärtusi, tema asetus nimimõõtme suhtes määratleb mõõtme piirid ja tema suurus määratleb mõõtme tolerantsi väärtused. Uues standardis kasutatakse tolerantsijärku varasema tolerantsiklassi asemel.
ES (es)
EM (em)
IT7 IT8 IT9 IT10
EI (ei) Nimimõõde ES (es)
IT8
EI (ei)
Vt GPS Fig 6.1 (esitab kolvi ja kolvi rõnga skeemi). Erinevatele nimimõõtmetele sama täpsustaseme kindlustamiseks kasutatakse tolerantsijärgu (tolerance grade) mõistet kui täpsuse mõõduna. Tolerantsi väärtus on antud valemiga IT = a × i, kus i on tolerantsi ühik ja a on tolerantsijärgu faktor. Tolerantsiühik sõltub ainult nimimõõtmest ja tolerantsijärgu faktor sõltub ainult valitud tolerantsijärgust. Järku näitab arv IT järel, mida väiksem arv, seda täpsem tolerants. IT suurust vastab tolerantsivälja suurusel ning tolerantsivälja tähistatakse ka TD (avalaadsetele mõõtmetele) või Td (võllilaadsetele mõõtmetele). IT on universaalsed ja korrapärased sõltuvalt nimimõõtmest. Valides tolerantsijärke, võimaldab konstruktoril valida erinevaid täpsustasemeid. Tolerantsi ühik on diskreetsete arvude kogum. ühiku konkreetne arv on antud teatud mõõtmete ulatuses, mida piirkonnas kuni 3150 mm on 21 gruppi. IT koosneb 20 grupist 01, 0, 1, 2,...,18, kus algus on kõige täpsem. Tähistatakse IT01, IT0 jne. Vt GPS Tab 6.1 Erinevate tolerantsijärkude funktisoonid ISO 286 esitab mõõtmed kuni 3150 mm. See on omakorda jagatud alagruppideks mõõtmetega kuni 500 mm ja üle selle. Gruppides on tolerantsi ühik erinev. Alagrupp on jaotatud 21 piirkonnaks ning iga piirkond sisaldab ühe standard tolerantsi, mis on geomeetriline keskmine antud piirkonnale
D= D ×D1 2 ,
kus D1 ja D2 on intervalli alumine ja ülemine piir. Tolerantsi ühik on leitav 500 mm grupis ja tolerantsi astetel IT5 kuni IT 18 valemiga
9 3 i = 0,45 D +0,001 D, kus D on millimeetrites ja i on mikromeetrites. Oma olemuselt on valem empiiriline ning võtab arvesse seose, et tootmise vigade ning nimimõõtme vaheline sõltuvus on paraboolse funktsiooni alusel. Üldjuhul on IT on arvutatud ülaltoodud valemi abil. Täpsematele on leitud erivalmid IT01 = 0,3 +0,008D; IT0 = 0,5 + 0,012D, IT1 = 0,8 +0,020D. Suurte mõõtmete (üle 500 mm) grupis on IT1 kuni IT18 on lineaarse tolerantsi ühik I leitud valemiga I = 0,004D + 2,1. Arvutatud tolerantsi väärtuste ümmardamine Tolerantsid on arvutatud ning ümmardatud teatud reeglite järgi. Uues standardis ei ole enam antud arvutusvalemeid. Lubatud on kasutada ka ebatäpsemaid tolerantsi astmeid korrutades tabelis olevaid teatud faktoriga. Lihtne on seda teha rea R5 järgi, kus iga viies väärtus võrdub 10 kordse esimese rea liikme väärtusega. IT19=10×IT14; IT20=10×IT15 jne.
6.3 Põhihälbed Põhihälvete esitus Tolerantsivälja kaugus nulljoonest on määratud piirhälbega, mida nimetatakse põhihälbeks (fundamental deviation ). Põhihälve on selline piirhälve, mis on lähim nimimõõtmele. Tolerantsivälja suurus sõltub valitud tolerantsijärgust. Sarnaselt tolerantsjärgule on põhihälbed määratletud nimimõõtmete suuruste järgi ning need suurused koos tolerantsijärkudega on põhialused tolereerimisele. Tabelid põhihälbe väärtustega on antud standardites ISO 286-1 ja ISO 286-2.
+ ES, es Ülemine hälve Upper deviation IT EM, em EI, ei Alumine hälve Lower deviation Põhihälve Foundamental deviation 0 joon - Mõõtme ülemine piir (nt Dmax ) Mõõtme alumine piir (nt Dmin)
Keskmine tolerantsi hälve EM = (ES + EI) / 2 või em = (es + ei) / 2 Ava maksimaalne läbimõõt Dmax = Dnom + ES Ava minimaalne läbimõõt Dmin = Dnom + EI Võlli maksimaalne läbimõõt dmax = dnom + es Võlli minimaalne läbimõõt dmin = dnom + ei
ISO 286-1 esitab 28 erinevat põhihälvet. Neid tähistatakse tähtedega, avale suured tähed A...ZC ning võllile a...zc, kusjuures tähed i, I, l, L, o, O, q, Q ja w, W ei ole kasutusel.segimineku vätimiseks. Põhihälbed on sama nimetusega avala ja võllile, väärtuselt sama suured kuid vastasmärgiga, võlli ülemine hälve vastab ava alumise hälbele. Ava ja võlli põhihälvete alusel saab määratleda istu iseloomu. Hälvetele js ja JS ei ole põhihälvet kuivõrd see on määratletud eriviisil. Tähistatakse koos järguga H8, d12 jne. Vt GPS Fig 6.3 Võlli põhihälbed (a,..., zc) Vt GPS Fig 6.4 Ava põhihälbed (A,...., ZC) Tolerantsi suuruse kujutamine Antakse mõõtme järel kas arvväärtus või tingtähis: 45H8 või 45+0,039 75n9 või 75+00,,094 020
10 Soovitatavad tolerantsijärgud ISO süsteemis on võimalik saada 560 tolerantsi ühele nimimõõtmele. Optimaalselt oleks vaja vähem ning ISO 1829 ja ISO 286:2001 annavad eelistolerantsid. Vähendab mõõtevahendite arvu ning lihtsustab tootmisprotsessi. Vt GPS Fig 6.5 Soovitatavad võlli ja ava tolerantsijärgud ISO 1829 (ISO/CD 286-1:2001) järgi. Nt: - võllidele a11, b11, c11, d9, e8, f7,....., s6; - avadele A11, B11, C11,...., S7.
6.4 Istud ja nende karakteristikud Istu põhimõte Objekti osapoolte (võll - ava) vajalik koostöö saavutatakse sobiva istu valikuga. Ist tähendab, et on koostatud paar, mis omavad sobivaid tolerantse. Esineb kaks põhijuhtu: - ava minimaalne mõõde on suurem kui võlli maksimaalne mõõde, Dmin > dmax: - ava maksimaalne mõõde on väiksem kui võlli minimaalne mõõde Dmax ping (interference) ja arvutades selle ava ja võlli mõõtmete alusel on negatiivse märgiga. Kasutatakse siiski absoluutväärtusena seega positiivse märgiga. Tähistatakse Int või ka tähega N. Sõltuvalt tolerantsi suurusest esineb maksimaalne ja minimaalne lõtk või ping. MinClr = Dmin - dmax; MaxInt = dmax - Dmin; MaxClr = Dmax - dmin; MinInt = dmin - Dmax; või MinClr = MinDif = EI - es; MaxClr = MaxDif = ES - ei; MaxInt = es - EI; MinInt = ei - ES; kus Dif on ava ja võlli nimimõõtmete vahe (D - d).
Istude tüübid Lõtk (clearance fit) + Dmax ES Dmin 0 EI Smax Smin dmax es dmin ei
Nominaalmõõde
- Ping (inteference fit) + dmax es dmin 0 ei Nmax Nmin Dmax ES Dmin EI
Nominaalmõõde
11 Ülemineku (siirde) istud (transition fit) + Nmax Smax dmax es dmin 0 ei ES Dmin EI
Nominaalmõõde
- Ava põhine ja võlli põhine istude süsteem Avasüsteem (hole- basis system of fits) saadakse kui üheks istuks valitakse üheks istuks ava baasjärk H. Istud saadakse varieerides võlli tolerantsivälju. Vt ka GPS Fig 6.10
ES zc7
H7 H8 H9 H10
0 EI Nimimõõde
h7 es
a7 ei Võllisüsteem (shaft-basis system of fits) - üks tolerants h. Vt ka GPS Fig 6.11
A7
H7
0 es
h7 h8 ZC7 ei
Istude kujundamise põhireeglid Ava keerulisem toota ja kontrollida, seetõttu kasutatakse rohkem seda. Võib olla ühe järgu väiksema täpsusega kui võll (H7/n6). Vähendab tööriistade arvu avale.
12 Võllisüsteem kui on majanduslikult põhjendatud (nt ühesugune võll mitmele avale, automootoris kolvisõrm, mis seob kolbi ja kepsu ). Pindade puhul, mis ei ole otseselt avad või võllid (astmed, soonte sügavused) antakse enamasti sümmeetriline tolerants. Soovitav anda maksimimmaterjali tingimus, sest see võimaldab vajadusel parandada detaili mõõdet vähenemise suunas. Istu valik: - skeem ja valida sobiv istu tüüp; - valida ja leida põhihälve (ES või EI; es või ei) standardist ISO 286-1; - leida tabelitest tolerantside väärtused (IT ehk TD või Td) standardist ISO 286-1; - arvutada ülejäänud piirhälbed; EI = ES - IT või ES = EI + IT; ei = es - IT või es = ei + IT; - arvutada lõtk/ping arvväärtused: Smin = MinClr = MinDif = EI - es; Smax = MaxClr = MaxDif = ES - ei; Nmax = MaxInt = es - EI; Nmin = MinInt = ei - ES; - arvutada tõenäosed lõtku/pingu piirväärtused (vajadusel). Tähistus: 65H8/g7 või 87F9/h8. Tegelikud mõõtmed hajuvad ja nende väärtused on juhuslikud suurused teatud piirides. Seetõttu kasulik arvestada ava ja võlli liidetes tekkivate lõtkude/pingude tõenäosuslike suuruste arvutamisel. Eeldada võib, et hälbed alluvad normaaljagunemisseadusele, järelikult ka ping/lõtk. Summaarne tõenäoline tolerants: TS = C. ] TD2 + Td2 , kus C on tõenäosust iseloomustav koefitsient ning ? on tulemuste jaotusseadust iseloomustav koefitsient. Tõenäosustaseme P=0,9973 juures C=3; P=0,9999 juures C=3,89; P=0,9990 juures C=3,29; P=0,9950 juures C=2,81; P=0,9900 juures C=2,57; P=0,9700 juures C=2,17; P=0,9500 juures C=1,96; P=0,9000 juures C=1,65. Tulemuste normaaljaotuse korral = 1/3, ühtlase jaotuse korral = 0,577, kolmnurkse jaotuse korral = 0,408 ning kui ei ole teada jaotusseadust, siis ligikaudu 0,4. Suurim ja väiksem lõtk tõenäosusega P on leitav valemitega : SmaxP = Sm + 0,5 TS. ja SminP = Sm - 0,5 TS, kus Sm = 0,5 (Smax + Smin). Keskmise lõtku leidmisel tuleb arvestada võimalikke süstemaatilisi hälbeid selle kujunemisel tootmises. Kui ei ole teada süstemaatilisi hälbeid, siis kasutada halvimat juhust. Analoogne tõenäose pingu piirväärtuse arvutus.
SmaxP 0 SminP
Võimaldab suurendada üksikdetailide tolerantse kuivõrd istus summeeruvad need mitte max/min põhimõttel. Siiski tekib lisa praagi võimalus. Pingu või lõtku tekimise tõenäosus siirdeistus Arvutus Laplace funktisooni 0(z) alusel, mille väärtused on antud tabelites sõltuvalt z. Argument z on leitav valemiga Sm alusel. z = 6 |Sm| / T0P. Lõtku tõenäosus liites p(S) = 0,5 ± 0(z), kus plussmärk on, kui Sm > 0 ja miinusmärk, kui Sm partiis on siis p(S) .100. Pinguga liidete tõenäosus p(N) = 1 ­ p(S).
SmaxP 0
13 Põhihälvete korrigeerimine sõltuvalt istu struktuurist Põhihälve on sümmeetriline ava ja võlli suhtes, kuigi vastasmärgiga. Esineb kaks erandit : - põhihälve on 0 hälbele N järkudes IT9 kuni IT18 mõõtmetele 3 mm kuni 500 mm; - istud, kus võlli tolerants on järgu võrra täpsem (nt H7/m6 ja M7/h6 jne nn twin fits) ja mis peavad omama sama lõtku või pingu mõõtmetele 3 mm kuni 500mm). Põhihälbed on täpsustatud sel juhul valemiga: ES = -ei + = EScalc + , kus on vahe ITn - IT(n-1). Parandid on antud ISO 286-1 tabelites. Vt GPS Fig 6.12 Soovitatavad istud Kokku võimalusi ca 300000 . ISO 286-1:2001 on antud soovitatavad istud. Näide: H7/g6, h6, js6, k6, n6, p6, r6, s6. Järgida varasemat kogemust (käsiraamatud) ja kasutusala. Tolerantside ja istu valik Võib toimuda arvutuste alusel kuid rohkem soovituste alusel. Lisaks: - funktsionaalsel alusel (pingist tagab sobiva ülekande, kuid võib olla purustav õhukeseseinalisele torule); - mitteolulised mõõtmed ­ soovituste alusel; - mõõtahela arvutuse alusel; - maksimummaterjali tingimuse arvestamine (max võll või min ava ­ võimaldab asendada tolerantse teineteise arvel); - sümmeetriline tolerants, kui ei ole tegemist ava või võlliga. Rahvuslikud istusüsteemid ISO süsteemist ajalooliselt olid varem rahvuslikud istude süsteemid, mis kujutasid endast ebaregulaarsete istude kogumit. NSVL kehtis kuni 1980.a. OST istude süsteem. See sisaldas täpsustaset arvestavaid täpsusklasse ja ca 50 erinevat istu 18 erineva nimetusega. Kasutati venetähestikus lühendeid ja täpsusklassi. Avasüsteem 100A4/C4, võllisüsteem 62X1/B1. Hiljem kasutati SEV OST süsteemi, milles põhimõtted samad ISO süsteemiga. Analoogne oli Saksamaal kasutatud DIN istude süsteem. Mõlemad süsteemid on kasutuselt kadunud kuid võivad esineda vanadel jooniste. USA kehtib istude süsteem ning arvestab tollimõõdustiku nõudeid. Kehtib standard ASME B.4.1-1967 "Preffered Limits and Fits for Cylindrical Parts". Standarditud on ainult avasüsteemi istud. Standardistu tähistus sisaldab tähepaari vastavalt tema talitusülesandele (R- running , L ­ locational, F ­ force) ja istu iseloomule (C ­ clearance, T ­ transition, N ­ interference). Täheühendile järgneb number 1 kuni 11, mis üldjuhul on seda suurem kui on ping või lõtk. Tähed koos numbriga määravad istu klassi. Klassidele on omistatud iseloomulikud nimetused, nt RC3 ­ precision running fit, RC7 ­ free running fit. Piirhälbed esitatakse tabelites ning sõltub nimimõõtmest. Nt. Ist FN2 ( medium drive fit) nimimõõtmele 0,8 tolli. Tabelist saame piirhälvete tegurid nii võllile kui ka avale (CEI=0; CES=+0,907; Cei=+2,717; Ces=+3,288). Tegelike piirhälvete L saamiseks tuleb need läbi korrutada valemi 3 C D alusel ( 3 0,8 =0,928; EI=0; ES=+0,842; ei=+2,521; es=+3,051 (mõõtühik mIN)). Vana süsteemi istu asendamine ISO süsteemi istuga Uue detaili valmistamisel remondi käigus tuleb võrrelda tolerantsiväljade ning põhihälvete suurusi ning valida lähedasemate väärtustega. USA süsteemil tuleb arvestada, et detaili enda mõõtmed on tollides ning ei ole otseselt asendatavad meetermõõduga detailiga kuigi istud oleks saadud väga lähedased. NB piirhälbed on arvestatud nimimõõtme suhtes. Istude süntees Tuleb leida istu pingu või lõtku järgi koostu sobivad tolerantsid. Pingistul lähtutakse ülekantavatest jõududest ja purunemistingimustest. Lõtkuga istul lähtutakse näiteks õlitamisvõimest. Ülemineku istul tsentreerimise täpsusest. Istutolerants T0 on leitav valemiga T0 = Smax - Smin (lõtku juhul). Asjaolud lihtsustuvad kuivõrd nimimõõde sama koostu paarile. Kuivõrd T0 = TD + Td (min-max põhimõte), siis esimeses lähenduses T = TD = Td. ja otsitav tolerants T = 0,5T0. Kui on aluseks tõenäosuspõhimõte, siis T0 = TD2 + Td2 = T 2 + T 2 = 1,41T siis esimeses lähenduses otsitav tolerants T = 0,7T0. Tabelist otsitakse nimimõõtmele ja leitud T lähedasemad standardtolerantsi väärtused.
14 Ette tuleb valida ava- või võllisüsteem, siis saab valida põhihälbe 0, so H või h. Teise lüli tolerantsivälja asend leitakse ISO põhihälvete tabelist rahuldades parimal viisil etteantud piirväärtusi. Saadud arvutustulemused ning standardväärtused ei kattu täielikult ning seetõttu vajalik teatud sobitamine, mis jääb konstruktori ülesandeks. Tuleb arvestada eelkõige kasutamisel vajalikkusest ning tootmise tehnoloogiat. Võib osutuda vajalikuks valida erinev tolerantsijärk koostu detailidele, nt avale IT12 ja võllile IT10, siis seos TD = Td ei kehti. Talituslik istutolerants Toode peab hästi funktsioneerima kogu ettenähtud ressursi jooksul. Istu tolerantside sünteesil tuleb arvestada tingimata ekspluatatsioonis tekkivate tegelike mõõtmete muutusega ning koostamisel, käivitamisel, teisaldamisel tekkivate deformatsioonide ja hälvetega. Lisaks võivad tekkida temperatuuri deformatsioonid , kui paari materjalid on erinevad ning raske on määratleda tegelikke temperatuure paaris. Funktsionaalne istutolerants on leitav valemiga: TF = TE + + TTE, kus TE on tolerantsi ekspluatatsiooniline osa ( kulumine , deformatsioon , koostamine), valmistamise tegelike mõõtmete hajumisväli, TTE on tehnoloogilise protsessi varu ( viimased kaks moodustavad joonisega antud konstruktsioonilise tolerantsi T). Suhe KT= TF /T on täpsusvarutegur ning sõltub toote ressursi tasemest. Nt karburaatori düüsi läbimõõdul on suhe 2. Ekspluatatsioonilist tolerantsi on keeruline määrata ning saadakse reeglina uurimistööde alusel ning seejärel arvutusvalemite kujundamine. Lõtku arvutus koostu toimimist arvesse võttes Minimaalne lõtk on vajalik näiteks õlitustingimuste tagamiseks liugelaagris. Optimaalne lõtk on S. Suhteline lõtk on leitav valemitega S = 0,8 v0,25/ 1000, kus v on ringkiirus ning on leitav v= dn/60000, kus pöörlemissagedus n on p/min. S = d 1000, kus S on lõtk ja d on nimiläbimõõt. Täisvedelikulisele määrimisele avaldavad mõju hmin istukomponentide pikkus l, koormav radiaaljõud Fr ja õli dünaamiline viskoossus . Kandevõime on leitav Reynoldsi võrrandeist Fr = d3lCF/S2, kus CF on ühikuta koormustegur (Sommerfeldi arv) ning sõltub suhtest l / d ja suhtelisest võlli ja ava keskkohtade eksentrilisusest e, k = e / 0,5S korrektsel toimimisel. Nurkkiirus pöörlemissagedusest = n/30, kui pöörlemissagedus on antud p/min. Koormustegur on leitav nii kandevõime valemist ja ka empiirilisest seosest l/d suhte alusel. CF=m/(1-k)-m, kus m=l/(1,2d). Sellest k = CF/(CF+m). Edasi saab leida minimaalse õlikihi paksuse hmin ja selle kriitilise paksuse hkr mikromeetrites valemitega hmin= 0,5S(1-k) ja hkr= 2 (RzH+RzS), kus RzS on võlli ja RzH ava pinnakaredus paari kohal. Ohutustegur SS = hmin/hkr ning piisavaks on väärtus 1,5. S alusel saab leida lähima lõtku standardtolerantsi T0. Siis istu objektide tolerantsid T0 = TD+Td. Soovitav on arvestada funktsionaalse istuga, st tuleb arvestada kulumisvaruga. Pingu arvutus koostu toimimist arvesse võttes Ping peab olema teatud piirides, et oleks tagatud jõu ülekandmine kuid ei tohi olla põhjustatud liigset deformatsiooni, mis võib purustada detaili või põhjustab väsimust soodustavat mõju (pingekontsentratsiooni). Arvutus õõnesvõllile pressitud puksiga pressistule. Elastsus pindsurve pmin kaudu tekitatud hõõrdejõud on µpminA, kus istupinna suurus A= dl ja µ on hõõrdetegur (mustmetallidel külmpressistul µ=0,08 ja µ=0,14 kuumpressistul). Lubatav arvutuslik nihkejõud istupinnal F=µpminA/SS, kus SS on ohutustegur. Lisaks F2=Fa2+Ft2, kus Fa on telgjõud ja Ft on ringjõud ning on leitav Ft = 2000T/d, kus T on pöördemoment ja istu nimimõõde. Vajalik pindsurve eeltoodud valemist pmin = FSS / µA. Sellest tulenev ping Lame valemist Nmin=1000pmind(C1+C2)/E+U, kus E on elastsusmoodul (E=2,1. 105), tegurid C1=(d2+d12)/ (d2-d12)- ja C2=(d22+ d2)/ (d22- d2)+ , kus d1 on toru siseläbimõõt ja d2 on puksi välisläbimõõt ning U=5,5 (RaS+RaH). Suurim lubatav pindsurve tugevustingimustest lähtudes, et vältida plastseid deformatsioone nii sisemises kui ka välimises detailis on pmax1= 0,5 T(1-(d1/d)2), kus T on voolavuspiir ja pmax2= 0,5 T(1-(d/d2)2), kus T on voolavuspiir. Nmax1= 1000pmax1d(C1+C2)/E ja Nmax2= 1000pmax2d(C1+C2)/E.
15 Ist tuleb valida minmaalset ülekandevõimet ja purunematust tagavate pingude alusel. N alusel saab leida lähima pingu standardtolerantsi T0. Siis istu objektide tolerantsid T0 = TD+Td.
Fa d1
Siirdeistu arvutus Ei ole välja kujunenud standardseid eeskirju. Tuleb lähtuda tsentreerimise vajalikkusest ning lõtkude lubatavusest. Võimaldab lihtsalt koostu lahtivõtmist. Võimalik leida tõenäosus saada siirdeistus pingu või lõtku. Lõtku maksimaalväärtus Smax, pingu maksimaalväärtus Nmax, keskmine lõtk istus SM, keskmine tõenäoline tolerants TP, kusjuures
TP= 6 ehk P=0,9973, TP= TD + Td , 2 2
teisendatud keskmine lõtk z, z = 6 SM /TP ja tõenäosus saada istus lõtku p(S)= (z), kus on (z) SM Laplace funktisooni väärtus kohal z. -3 +3 Arvutus on ligikaudne , kuivõrd Smax Nmax võib esineda süstemaatilisi hälbeid keskjoonte suhtes.
Istu valik pretsedentide meetodil Suurele osale istudele ei ole lähteparameetrid korrektselt arvutatavad, kuna töötingimuste mitmekesisus on niivõrd suur, et puuduvad vajalikud arvutusalused. Lõtkist esineb laagris või juhikus, kus probleemiks on optimaalse pilu tagamine võlli ja ava vahel - pöörlemise ja nihutatavuse huvides. Lõtk on vajalik veel kaasdetailide ristlõikekujuhälvete, soojusdeformatsioonide ja mitmetoelistes konstruktsioonides tekkivate toeasendihälvete kompenseerimiseks. Enamasti ainult soovituslikku laadi on poolvedelik-poolkuivmäärimisega ja määrdeta liikuvistude valik. Garanteeritud pinguga ist annab press- või kuumliide, kus minimaalne ping peab tagama vajaliku jõu või pöördemomendi ülekandmise, aga maksimaalse pingu võib limiteerida liite detailide tugevus. Pinguga istuga liite valimisel peab arvestama, et selle tugevust mõjutavad peale liites tekkivate pingude veel paljud arvutusega raskesti hõlmatavad tegurid: - liite ühendamise viis, pressimine või kuumutamine- jahutamine ; - kaaspindade karedus ; - juhtfaaside olemasolu ja mõõtmed; - pressimisel kasutatav määrdeaine; - pressimise kiirus; - vibratsioon ja tõuked pressimisel. Seetõttu ka siin on katseline valitud istu kontroll väga soovitav. Siirdeist oma iseloomulike väikeste pingude ja lõtkudega tagab liitedetailide hea tsentreeritavuse, aga ka osandatavuse. Liite iseloom ja istu nimetus ei kattu alati - ka lõtkuga istu või kerge pinguga istu võib kasutada tsentreerimiseks. Siirdeiste kasutatakse ainult tolerantsijärkudes 4...8, kusjuures tööolukorras liikumatute tsentreerimiseks. Lahtivõtmisel võivad detailid olla nihutatavad käsitsi või kergete löökidega. Võlli täpsus neis istudes on sageli üks tolerantsijärk suurem kui aval. ISO süsteem tagav võlli- ja avasüsteemi istude pööratavuse. Näiteks istud H/g ja G/h annavad samad lõtku parameetrid . Praktika alusel on välja toodud sobivad istud teatud kasutusalas.. Lõtkuga istud. H/a; H/b; H7c - suure lõtkuga, võimaldavad temperatuuri mõjul paisumist , H8/c7 ja H9/c8 (keskkäiguistud), sobivad suurtel kiirustel ja eelmistest suurematel pindsurvetel. H/d -lobe, kasutatakse rasketes tingimustes, suur kiirus, koormus, kõrge temperatuur, saastumisoht, H8/d8 turbiinivõll laagris, auto sisselaskeklapi säär juhtpuksis, õlirõngas automootori kolvisoones, H9/d8 (vabakäiguist) - juhtudel, kui täpsus on vähem oluline või esinevad temperatuuritõusud, H11/d11 - kiire osandamise tagamiseks, pinnakatte võimaldamiseks.
16 H/e - lahe, ette nähtud liugelaagriistud suurte kiiruste ja koormuste juhul. H7/e7 kõrgete töökindlusnõudega vedelikmäärimisega liugelaagrid , H8/e8 suure elektrimootori võll laagris, automootori väntvõll raamlaagris. H/f - vabalt liikuv, ette nähtud liugelaagrites mõõduka kiiruse ja koormuse korral, sirgliikumisel kui ei ole vajalik eriline tsentreerimisvajadus, H7/f6 (täpiskäiguist) - annab tihedama istu vabalt liikuvate istuse peres. Võimaldab täpsiliikumist madalatel kiirustel ja kergete laagrisusrvete juures. Pole töövõimelised, kui esinevad temperatuurikõikumised, automootori jaotusvõll ja laagrile, treipingi peavõllilaagris, kolb auto pidurisilindris, rihmaratas võllil. H8/f7 (tihekäiguist) - ette nähtud mõõdukatelkiirustel ja survetel masinate laagripinnas kindlustamaks korraliku tsentreerimise ja minimaalsed lõtkud. H/g liikuv, ette nähtud ainult kuni 7 järku, väike lõtk lubab istu kasutada ainult vähekoormatud ja aeglastes aga täpsetes liugelaagrites H5/g4 (tiheliugist) - väga täpsete minimaalselõtkuga väga korralikult valmistatud liited . Lõtk suureneb aeglaselt läbimõõdu suurenedes, säilitades liikumistäpsuse. H6/g5 (liugist) - eelmisest suuremate tolerantsidega. Minimaalse lõtku samaks jäädes on maksimaalne lõtk suurem. Võimaldab osade vaba nihutamise, kuid pole ette nähtud pöörlemiseks. Suuremate mõõtmete korral on ka väikeste temperatuurimuudatuste juures oht kinni kiiluda, plunzer silindris , jagamispea spindellaagris, täpse väntmehanismi liigendid. H/h - libisev, mugavat paigutamist tagavad üldjuhul lõtkud, ainult piirjuhtumil on lõtk null. H/h istud on kasutatvaimad kõigis mõõtme- ja täpsuspiirkondades (IT4 kuni IT12) ja võimaldavad liikuvais liidetes väga väikese kiiruse (sirgliikumise) ja väikese koormuse juures. H5/h4 - hambatõukepingi spindelkeres, pikkumõõturi varb keres . H7/h6 - eelisist, vahetushammasratas metallilõikepingi võllil, frees tornil, tsentreeriv äärik või aste või juhtsoon, kõrgsurvepumba kolvivars juhtpuksis, klapisäär juhtpuksis, kolb pneumopuurmasina silindris); H8/h7 - kepsupea polt kepsus, vahetatav mõõteotsik mõõtevarbas ja H9/h8; H8/h8; H9/h9 (mugavpaigutusistud) - vähekoormatud rihma- ja ketiratas võllil, kaitsesidur võllil, laagriliuad poolitavas laagrikeres. H11/h11 ja H12/h12 - kaane ja kere tsentreerimispind, keevis- ja jooteliite kaaspinnad, liist ja soon kõrguses, ühenduspolt ja selle ava täpsel koostamisel. H7/g6; H9/f8 ja H10/c9 (keskpaigutusistud) -kasutatakse kui täpsem paigutamine on oluline, kuid suurendab koostamisvabadus on vajalik. H10/d9 ja H11/c10 (lobepaigutusistud) - koostamine kerge. Siirdeistud. H/js - nõrgalt tsentreeriv, annavad ainult (0,5...0,6) % pinguga liiteid.seega tsentreerimistäpsus ei ole suur kuid osandamine on lihtne, ei nõua erivahendeid, ist H/js annab enamasti lõtku ja kasutatakse kui liide on sageli lahtivõetav. H6/js5 - laagrikilp väikese elektrimootori keres, pinool täpse treipingi tagapukis, H7/js6 - väikerihmaratas võllil, vahetatav sidur võllil,veerelaagrivõru võllile või keresse võnkuva koormuse korral, H8/js7 - elektrimootori kilp keres, prismaliist puksisoones. H/k - normaalselt tsentreeriv, annavad (24... 68) % pinguga liiteid, tsentreerimine parem, koostatav käsivasaraga, kiirus mõõdukas. Istude H/k keskmised lõtkud on nullilähedased ja tagavad hea tsentreerimise rihma-, keti-, ja hammasrattaid ning siduripooli. Pöördemoment kantakse üle siiski liit-, tihvt- vms liiteelemendiga. H6/k5 - kolvisõrm kolvis, H7/k6 - hammasratas ülekandevõllil, laagrivõru võllil või keres pöörleval koormusel ja H8/k7 (pitsitavistud) - kasutatakse vähese nihutusvabaduse juures, pumba kolvivars kolvis. Valdavalt nullilähedased istud, kuid lõtke pisut rohkem. H/m - hästi tsentreeriv, annavad (60...99) % pinguga liiteid, ping on piisav ka kiiretele võllidele kinnitatud elementide tsentreerimiseks, koostamine pressi all, ei kuulu eelistatute hulka ning on harva lahtivõetav. H6/m5 - kolvisõrm kompressori kolvis, H7/m6 - hammasratas reduktori võllil, fikseertihvt või õhuke puks keres, veerelaagrivõru istamine kesksuure koormusega. H/n - täpselt tsentreeriv, annab (88...100) % pinguga liiteid, praktiliselt lõtku ei tekina kuivõrd lisanduvad ka kujuhälbed. Ist H/n koostatakse juba pressi all, kusjuures koost võetakse lahti ainult kapitaalremondiks ning teda kasutatakse õhukeseseinaliste pukside puhulliites, kus ei saa kasutada kinnituselemente ( liistud ). H6/n5 - kolvisõrm traktorimootori kolvis, H7/n6 ja H7/n7 (tiheistud) - istud annavad enamasti pingu vähese lõtku saamise tõenäosusega. Istud on kasutatavad ka seal, kus kerge lõtk on saavutatav valikkoostamisega, raskelt koormatud hammmasratas võllil, liugelaagri puks keres, siduripool elektrimootori võllil. Pinguga istud. H/p - pinguga tsentreeriv, annavad liites väikese pingu, kasutatav 5...6 järgus arvutusliku koormuse puudumise ja õhukese seinaga detailide puhul. H6/p6 - suure koormusega veerelaagrivõru võllil või keres, H7/p6 - klapipesa keres. H/r; H/s; H/t - keskmise pinguga, saadakse ping (0,2...0,6 µm/mm), H7/s6 (keskveoist) - kasutatakse tavaliste terasdetailide puhul või õhukeseseinaliste osade kuumistus, H7/t6 (raskeveoist) - mõeldud rasekmasinate osade liitmiseks või keskmistes kuumistudes. H/u; H/x; H/z - suure pinguga, saadakse suur ping (1,0...2,0 µm/mm). Annavad püsiva pindsurve kogu mõõtmete ulatuses - suurima ja vähima pingu erinevus hoitakse väikesena. Seda tüüpi iste tuleb täpselt arvutada ja praktiliselt katsetada. Kuumistud, kus kuumutatakse enne koostamist haaravat või jahutatakse haaravat detaili, annavad praktikas kindla liite. Ist nõuab tugevaid ja massiivseid kaasdetaile, H7/u6 ja H8/x7 (jõuistud) - on kasutatavad detailide puhul, mis taluvad suuri pingeid, vaguniratas teljel , pronkshammasvöö teraspöial, seadetihvt rakise keres, sõrm massiivses vändahoovas. Häid näiteid istude valikuks pretsdendi meetodil annavad käsiraamatud ja klassikaliste koostude joonisealbumid.
17 6.5 Üldtolerantsid Paljud geomeetrilised omadused on ilma täpsema tolerantside spetsifitseerimiseta. Joonistel on need antud ainult nimimõõtmena. Näiteks joonisel on 5 mõõtmest 3 tolerantsidega ning 2 0,05 B B geomeetriliste hälvete tolerantsidega. Ülejäänud tolerantsid peetakse mitteoluliseks. Siiski võivad tolerantsid olla 70 30H8 50n7 märkimata kuid siiski määratletud. Sellel juhul rakenduvad nn üldtolerantsid, mida on lihtne 45±0,2 0,02 A tagada töötlemisel. A Standardis ISO 2768 on antud 55 tolerantsid masintöötluse korral. Seal on antud hälbed lineaarsetele mõõtmetele ja nurkadele ning lihtsamatele geomeetrilistele hälvetele - sirgjoonelisus ja tasapinnalisus , ristseis, sümmeetria ja viskumine. Tavaline töötlemis (töökoja) täpsus Tavalisel töötlemisprotsessil on saavutatav ratsionaalne täpsus tase teatud piirides. Seda on arvestatud üldtolerantside määratlemisel. Üldtolerantside kasutamine Lineaar -ja nurgamõõtmetele on üldtolerantsid jaotatud täpsuse järgi nelja klassi ja geomeetrilise hälbed kolme klassi. Tolerantside märkimine toimub Standardite ISO 1101 ja ISO 129-1,2 järgi. Lisaks standard ISO 8015 annab juhised üldtolerantside kasutamiseks ka individuaalsete tolerantside asemel. Selle eeliseks on: - lihtsustab tehnilist informatsiooni, joonised on lihtsamad; - tolerantside arvutus on lihtsam ning otsustada on vaja kuhu klassi kuulub; - lihtsustab tootmist ja kontrolli, kuivõrd jooniselt on näha mõõtmed, mis on võimalik saavutada tavalise töötlemisega; - lihtsustab tootmise kavandamist, kuivõrd otseselt näha mõõtmed, eriliseks käsitlemiseks; - lihtsustab kliendile arusaamist , kuivõrd üldine tase paremini mõistetav. Esitab lisanõuded tootjale: - peab olema arusaadav kogu meeskonnale; - peab teadma töötlemise tavalisest tasemest; - töötlemise tase peab pidevalt säilima. Kui üldtolerantside tase tootmisel on halvem tuleb leida põhjus ning vajadusel rakendada täpsuse parandamist või mõnel juhul piisab ka väiksemast täpsustasemest. Ei ole käsitletud ASME standardites. Mõõtmete üldtolerantsid Neli klassi: f (fine); m (medium); c (coarce); v (very coarce). On sümmeetrilised, kui vastupidist ei olenäidatud. Väärtused antud ISO 2768-1. Klass 0,5-3 mm 3-6 mm 6 - 30 mm 30- 120mm 120-400mm 400-1000mm f 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 m 0,2 0,2 0,4 0,6 1,0 1,6 c 0,4 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 v - 1,0 2,0 3,0 5,0 8,0 Nurkade üldtolerantsid on väljendatud nurgaühikutes ja hõlmavad ainult pinna või joone osa tervest. Samuti ISO 2768-1 järgi neli klassi. Klass kuni 10 mm 10-50 mm 50-120 mm 120-400 mm üle 400 mm f ±1° ±30' ±20' ±10' ±5' m ±1° ±30' ±20' ±10' ±5' c ±1°30` ±1° ±30' ±15' ±10' v ±3° ±2° ±1° ±30' ±20'
18 Üld geomeetrilised tolerantsid Üld geomeetrilised tolerantsid on jagatud kahte gruppi - sõltuvad ja sõltumatud (üksikud). Sõltumatud geomeetrilised tolerantsid on sirgjoonelisus ja tasapinnalisus, ümarus ja silindrilisus. Sõltuvad: paralleelsus, ristseis, sümmeetia, mittetsentrilisus ja viskumine. ISO 2768-2 määratleb: sirgjoonelisus ja tasapinnalisus, ristseis, sümmeetria ja radiaalviskumine . Lisaks mõned täiendused - ümarus seostatakse läbimõõdu hälbega. Kolm klassi - H, K ja L. Väärtused antud standardis ISO 2768-1,2. Sirgjoonelisus ja tasapinnalisus kuni 10 mm 10-30 mm 30-100 mm 100-300 mm 100-1000 mm 1000-3000 mm H 0,02; K 0,05; L 0,1 Ristseis kuni 100 mm 100-300 mm 300-1000 mm 1000-3000 mm H 0,2; K 0,4; L 0,6 Muud geomeetrilised hälbed määratletud nende abil. Nii on silindrilisus: ümarus, sirgjoonelisus, paralleelsus. Radiaalviskumine hõlmab ka mittetsentrilisust ja ümarust. Klass Radiaalviskumine, mm H 0,1; K 0,2; L 0,5 Joonistel märkimine Võib märkida igale mõõtmele vastavalt ISO 8015. Vastavalt standardile ISO 2768 võib märkida joonise tiitelplokis. Võib rakendada ümbrikunõuet E. Tuleb märkida standard, mille järgi mõõtmestamine (ISO 8015; ISO 2768-1,2 üldtolerantsid) ja täpsustähis. Nt ISO 2768-cL või ISO 2768-H või ISO 2768-vK-E. ISO 2768-cL - lineaarmõõtmed c kl, geomeetriline tolerants L kl. ISO 2768-H - geomeetriline tolerants H kl. ISO 2768-vK-E - lineaarmõõtmed v kl, geomeetriline tolerants K kl ning ja ümbrikunõue E. Üldtolerants ainult pikkusele 43 ja silindrilisusele. m - ±0,3 mm. Ümarus on võrdne diameetri tolerantsiga. L - 0,4 mm. 40 0/0,2 43
Tolerantsid ISO8015 Üldtolerantsid ISO 2768-mL 6.6 Istud võlli ja rummu liidetes Võllile istatud rattad , puksid, siduripooled jms kannavad nii pikisuunalist jõudu kui ka pöördemomenti üle: - garanteeritud pingu abil, sageli kasutatakse koostamisel termilist paisumist; - hõõrdemomendi abil, mis tekib pindsurvest pindadele ; - lisadetailide abil (liist, kiil , tihvt). Esimestel juhtudel raskusi täpselt arvutamisega ning koostamise raskused, kuid olemas suur praktiline kogemus ( raudtee rattad teljel, bandaazid ratastel , kolvisõrmed silindris jne). Liistliide Liistliide kannab üle suuri jõude ning on olemas tugevusarvutus . Puuduseks: õhukeseseinaliste detailide puhul ning kiiretel seadmetel mitterakendatav, vajalik lisatasakaalustamine, valmistamisel vajalik täpne soonetöötlus. Liistliide ­ prisma või segment (analoogne joonis, kuid ilma kaldeta). Kiilliide b
t2
t1
d
Töötav pind: alumine ja ülemine kiilu pind Tihvtliide ­ tihvt istatuna võlli ja rummu liitepinda. Tähistused: l ­ liistu pikkus, b ­ liistu laius, t1 ­ liistu soone sügavus võllis, t2 ­ soone sügavus rummus .
19 Liistliide sisaldab palju mõõtmeid ahelas ning koostu projekteerimisel tuleb tingimata arvestada erinevate tingimustega. Liistu ristlõige on seotud võlli läbimõõduga ning antud soovitused mõõtmetele. Liistu pikkus valitakse soovitavalt standardreast ja kontrollitakse tugevusarvutusega, peamiselt muljumisele. Liistu materjaliks tavaliselt teras tõmbetugevusega vähemalt 590 MPa. Rummu pikkus võetakse 8 kuni 10 mm liistust pikem st liist ei ulatu rummust välja. Kui arvutuste tulemusel osutub rummu pikkus 1,5d suuremaks , tuleb kaaluda kahe liistu kasutamist või kasutada nuutliidet või pressistu. Liistude mõõtmed on normitud kuid tuleb arvestada, et erinevates rahvustandartites on erinevused. Liistliidetes on soovitatavateks tolerantsideks ja istudeks võlli ja rummu silinderpinnal: - sirghammastega silinderhammasratas istamiseks ­ H7/p6; H7/r6; - kaldhammastega ja tigurataste istamiseks ­ H7/r6; H7/s6; - koonusrataste istamiseks - H7/s6; H7/t6; - liikumatus liites rattad käigukasti sees koostamiseks - H7/k6; H7/m6; Liistu laiuse b tolerants on levinenult h9 ja kõrgusele h tolerants ruudukujulise ristlõikega liistudel h9 ja teistel h11. Liistu pikkuse tolerants on h14. Liistu soone laiusele on soovitatavad järgmised tolerantsid: - vabaliistliites ­ võllis H9 (ka H11) ja rummus D10; - normaalliistliites ­ võllis N9 ja rummus Js9; - tiheliistliites ­ võllis ja rummus P9.
D10 rummusoon
H9 võllisoon Js9
h9 liist N9 P9 P9 Joon. Liistliite tolerantsiväljad Tekivad liite elementides olulised ebaühtlased kohalikud muljumised, deformatsioonid ja väsimusprao arenemise oht võlli liistusoonte nurkades. Lõtku puhul tekib liites mõningane mikrorullumine ja nihked, mis põhjustab pinnakonaruste silumist, istupindade valtsimist, kulumist ja kontaktkorrosiooni. Seetõttu tuleb püüda vältida lõtku, eriti reverseeritavates ülekannetes. Kaldhammmastega ülekannetes lisandub telgjõud, mis käristab liitepinda ja liist ei takista otseselt. Eeliseks lahtivõetavus remondiks, laagrite vahetamise võimalus. Kui on teada täpselt nimimõõtmed ja jõud on võimalik arvutada pindsurve ning sealt valida standardist. Asjaoludele vastava otsuse tegemine jääb konstruktorile. Liistliite puhul tuleb arvestada veel kuju- ja asendihälbeid: - soone telje rõõpsustolerants ava telje suhtes 0,5T, kus T on soone laiuse mõõtmetolerants (hälve avaldub liistusoone piki telje suunas); - liistusoone ebasümmeetria võlli ja rummu püsttelje suhtes (liits ei mahu teoreetiliselt soonde), soovitus 4T, kus T on soone laiuse valmistamise tolerants. Mitme liistu korral veelgi komplitseeritum, vajalik sageli sobitamine.
12H9 // 0,02 A ÷ 0,16 M A M 12h9 8h11
5+0,2 12D10 // 0,03 A ÷ 0,3 M A M
40h8 A 43,3h14
Sümmeetriatolerantsi on vahel otstarbekas anda maksimaalmaterjali tingimuse abil (M). 40H8 Lõtkude kontrollimiseks kasutatakse pilukaliibreid või komplekskaliibreid. A
20 Arvutuspõhimõte: - etteantud koost koos põhiparameetritega ning tehtud tugevusarvutus; - valitakse sobiv istu tüüp; - valitakse sobivad liistu ja soonte mõõtmed; - valitakse: liistu ist laiuses (võllis, nt H9/h9 ja rummus nt D10/h9), siit saab liistu ja soone piirmõõtmed; - valitakse soonte sügavustolerantsid (nt +0,2); - leitakse pikkuse ja kõrgusandmed liistule ja soonele; - valitakse geomeetriatolerantsid: rummusoone rööpsustolerants, 0,5T ja sümmeetriatolerants 4T; - valitakse võllisoone lõplikud rööpsustolerants ja sümmeetriatolerants. Hammas- ehk soon- ehk nuutliide (splines) Hammas- ehk soon- ehk nuutliide leitakse laialdast kasutamist jõuülekannetes nt käigukastides. Liide on võimeline üle kandma suuri võimsusi, on hästi tsntreeritav ja töökindle. Kasutatakse kolmnurk -, sirgkülgedega ja evolventprofiiliga hambaid ( sooni , nuute). Liite põhielement on sisuliselt ühes tükis tehtud liistudega mitmeliistuline võll. Valmistamine vajab paremaid seadmeid ning on kohane suurtootmisele. Tsentreerimine võib toimuda kas välisläbimõõdu D, siseläbimõõdu d või hambalaiuse b järgi. Rummu sooned saadakse enamasti kammlõikamise teel ning täpsus on kõrge. Võlli nuudid saadakse freesimisega ja vajadusel lihvitakse. Välisläbimõõtu on lihtne töödelda ja seega odavam toota ning sageli ei karastata. Välisläbimõõdu järgi tsentreerimist kasutatakse odavust silmas pidades liikumatutes ja vähekoormatavates liidetes. Siseläbimõõdu järgi tsentreerimine on soodus, kui rummuava karastatakse ja lihvitakse. Kasutatakse kulumiskindlamates liidetes. Hamba külgpinna järgi tsentreerimist kasutatakse vahelduvatel (suuna muutusega) koormustel ja suurte pöördemomentide korral. Kindlustab koormuse ühtlase jaotuse hammaste vahel kuid halvem tsentreeritavus. Evolventhambaga liide on oluliselt tugevamad ning hamba jalas pingekontsentratsioon väiksem, tsentreeritakse ainult külgpinna järgi. Liidete mõõtmed ja soovitatavad istud on standarditud ( kolmnurk - ja sirgkülgedega liide standard ISO 14¸ evolventprofiiliga ISO 4156) ning valikul tuleb arvestada töötingimusi. Standarditud on välis- ja siseläbimõõt d ja D ning soone laius B ja hammaste arv N. Läbimõõtude järgi soovitatavad istud: välisläbimõõt H10/a11; siseläbimõõt - H7/F7 (libisev), H7/h7 (väheselt libisev), H7/h7 (fikseeritud). Külje B järgi: H9/d10 (libisev), H9/f9 (väheselt libisev), H9/h10 (fikseeritud), ka H11 järgi. Vabad läbimõõdud suure lõtkuga,et oleks tagatud vaba liikumine - H12a11 või H11a11. Lisaks on standardiseeritud nuutide sümmeetria: laius 6 mm - t = 0,012, laius 8 mm - t = 0,015.
21 7 SISSEJUHATUS GEOMEETRILISELE TOLEREERIMISELE 7.1 Klassifitseerimine. Geomeetrilised tolerantsid Reaalse objekti pind ei vasta täielikult nominaalsete parameetritega. Näiteks silinder võib olla kooniline või tünniline ning ristlõige võib olla elliptiline. Sellised hälbeid nimetatakse geomeetrilisteks (kujuhälveteks). Sellised hälbed esitavad ühte geomeetrilist tolerantsi. Tegelik objekt omab mitut elementi nt plaadis on augud. Seega lisaks on vajalik asetuse hälvete määratlemist. Lisaks esineb pindade viskumine pöörlemisel. Vajalik on teatud hälvetele baaselement, mille suhtes tolerants määratletakse (joon, pind, telg ). Geomeetrilised hälbed on määratletud standardis ISO 1101, mille järgi tegelik element asetseb geomeetrilise hälbe tolerantsi piirides. Tolerants võib olla silindri või ringi või kahe paralleelse tasapinna või sirgjoone vaheala või kahe üheteljelise silindri või ringi jne kujul. Kujutolerantsid Form - sirgjoonelisus, straightness, - tasapinnalisus, flatness; - ümarus, roundness; - silindrilisus, cylindricity; - jooneprofiil, profile any line; - pinnaprofiil, profile any surface Suunatolerantsid Orientation - rööpsus, parallelism ; - ristisus, perpendicularity; - kalle, angularity; - jooneprofiil, profile any line; - pinnaprofiil, profile any surface Asenditolerantsid Location - koht, position ; - samatelgsus, cocentricity; - samatsentrilisus, coaxiality; - sümmeetria, symmetry; - jooneprofiil, profile any line; - pinnaprofiil, profile any surface Viskumistolerantsid Run-out - ringviskumine, circular run-out; - täisviskumine, total run-out. 7.2 Tähistused Tähistatakse ristkülikkastides, võib olla mitme kastiga. Selles on toodud alates vasakult: - geomeetrilise omaduse sümbol; - tolerantsi väärtus mm, selle ees on märk kui tolerantsi tsoon on silinder või ringjoon või märk S kui on tegemist sfäärilise tsooniga; - kui vajalik, siis baaspinna täht või tähed ning lisanõuded nt M.
// 0,1 A B Rööpsuse tolerants on 0,1 mm pinna A ja B suhtes. Pind A esmane. Lisanõuete tähised: M - maksimaalse materjali tingimus; P - projektsioon tolerantsi tsoon; L - vähima materjali tingimus; F ­ vabakuju tingimus. 6x Kui tolerants rakendub mitmele elemendile tuleb see näidata ülalpool kasti, tuues ära arvu ning märgi ×. 0,1
­ 0,01 Kui elemendile rakendub mitu tolerantsi tuleb see näidata teises kastis ülalpool. 0,1
Kast ühendatakse elemendiga nooljoonega: - otse pinnale;
22 - mõõtmejoone pikendusele, kui omadus on telje või keskpinna suhtes või kui on omadus selliselt määratletud.
Lähe (baaselement) tähistatakse kastis tähega ning joonega ühendatakse pinnaga, lõpus täis või tühi kolmnurk.
A A B
a) b) Asetseb otse pinnal või pikendusel kuid mitte mõõtejoonel (a). Kui lähe (b) on telg või keskpind, siis asetseb mõõtjoone otsas, pikendusel. Kui lähe on teatud pikkusel , siis tuleb see määratleda. Lähte asukoha (sihtkoha) määratlemiseks joonisel kasutatakse ringi, mis on jaotatud kahte ossa . Alumises osas on täht ning number. Täht tähendab lähet ning number tähistab sihi numbrit. Ülemist poolt kasutatakse lisainformatsiooni andmiseks nagu sihtkoha suurus. 5x5
A1 Sihtkoha sümbolid on: x - tähistab punkti; x­­­x - tähistab joont; - tähistavad pinda.
A1 ×
Vt Fig 7.1 - 7.14
8 KUJUTOLERANTSID 8.1 Sissejuhatus Kujuhälve on tegeliku kuju kõrvalekalde suurus nimipinna kujust. Ideaalseks kujuks on sirgjoon , tasapind, ring ja silinder. Standardis ISO 1101 on antud 6 erinevat kujuhälvet. Hälve tuleb määratleda minimaalse tsooni põhimõttel. Tsooniks on kahe ideaalse sirgjoone või tasapinna vahe ning tolerantsiks on minimaalne nende vahe, kusjuures joon või tasapind on kohas, kus hälbed on maksimaalsed. Ümaruse ja silindrilisuse juhul on hälbeks on minimaalne vahe radiaalsuunas. Ümarust on võimalik interpreteerida nelja meetodiga: LSCI - vähima ruutude meetodil (annab hälvete minimaalse ruutude summa), välishaaramise meetodil (vähim ring ümber hälvetega ringi), sisehaaramise meetodil (suurim ring hälvete sees) või minimaalse tsooni meetodil (vähim erinevus radiaal suunas) 8.2 Sirgjoonelisus Lühend STR (ISO 12780). On hälve teatud pikkusel (nt objekti terve külje pikkusel) ideaalsest sirgjoonest. Tähis tG
8.3 Ümarus Lühend RON (ISO 12181). Tähis tK
23 8.4 Tasapinnalisus Lühend PLN (ISO 12781). Tähis tE
8.5 Silindrilisus Lühend CYL (ISO 12180). Tähis tZ
8.6 Joone- ja pinnaprofiil Jooneprofiil On joone hälve teoreetilisest täpsest joonest, mis on piiratud ringjoonega diameetriga tLP. Tähis tLP
Pinnaprofiil Tähis tFP
9 LÄHTED Põhimõisted Lähe, baaspind datum , teoreetiliselt täpne geomeetriline omadus nagu telg, tasapind, sirgjoon jne, mille suhtes tolereerimine toimub. Lähteid võib olla vajadusel mitu, siis on tegemist lähtesüsteemiga. Lähte asukoht, datum feature - tegelik koht (nt äär, pind.ava jne), millega määratletakse lähet. Üleviidud lähte koht, simulated datum feature - tegeliku pinna täpne kuju (pinna plaat jne), mis on seotud lähtega. Kasutatakse kontrollimisel või töötlemisel tegeliku lähtena. Lähte määramine Punkt: A - sfääri keskpunkt, raske saada üleviidud lähte kohta; - ringi keskpunkt. Lähte asukoht on tegelikult välispind Sirgjoon või tasapind: - silindripind, lähte asukoht - silindri pind, üleviidud lähte asukoht - plaat, mis puududtab silindri pinda; - tasapind.
Silindri telg või keskmine tasapind: A
A
Lähte sihtkohad Datum targets Sageli on pind liialt ebaühtlane, nt valutoode, siis valitakse lähteks kindel punkt, joon või pind, terve elemendi asemel. Lähtesüsteemid Sageli ühel elemendil mitu lähet, nt: 1) aval detaili erinevad küljed
24 A Ø 0,1 A B
B 2) võlli erinevatel osadel viskumine otste suhtes, kuigi sama telg A B
0,1 A-B
Risttasapind silindri teljele või teiseletasapinnale
B 0,01 A B
A Kolme tasapinna lähtesüsteem Harva on vajalik lähe kolmes tasapinnas - A, B, C Elementide grupid kui lähted Kui on vajalik nt avade grupp teise suhtes lähteks siis tähistatakse andmete kast lähte märgiga. 4 ava Ø0,05 D A B
C
Lähted arvutiga mõõtevahendile ja töötlemisvahendile Uuemad mõõtevahendid on skaneerivad ja on arvutiga seotud. Peab olema sobiv reaalne lähe ning korralik mõõtemudel. Arvutiga seotud mõõtemehanism ja töötlemispink valib reaalse pinna asemel nt vähimruutude hälvetega pinna. Sageli erinevad mudelid lähtuvad erinevatest põhimõtetest. Soodne rakendada maksimaalmaterjali tingimust kuivõrd arvuti suudab arvesse võtta mitmeid tegureid.
10 SUUNAHÄLBED/TOLERANTSID TOLERANCES OF ORIENTATION Rööpsus (paralleelsus), parallelism Saab eristada sirgjoone paralleelsust sirgjoonest või tasapinnast või lähtesüsteemist sirgjoon ja tasapind või lähtseüsteemist tasapind ja tasapind. Saab eristada tasapinna paralleelsust sirgjoonest või tasapinnast. Tähis Paralleelsus sirgjoonel joone ja tasapinna suhtes (süsteemina) // 0,1 A B
0,1 A B
A B
25 Paralleelsus saab olla ka ava mõlema tsentrit läbivale joonele. Paralleelsus sirgjoonel sirgjoone suhtes
// Ø 0,03 A A
Paralleelsus sirgjoonel tasapinna suhtes
// 0,01 B
B
Paralleelsus sirgjoonel kahe tasapinna suhtes (üks pind võib olla risti) Paralleelsus tasapinnal sirgjoone suhtes Paralleelsus tasapinnal tasapinna suhtes Ristisus, perpendicularity Telg võib olla risti sirgjoonega või tasapinnaga või lähtesüsteemiga tasapind ja tasapind. Tasapind võib olla risti sirgjoonega või tasapinnaga. Tähis
0,1 A 0,06 A
Sirgjoon risti sirgjoonega A
Sirgjoon risti kahe tasapinnaga 0,1 A B B
A 0,01 A Sirgjoon risti tasapinnaga
A Tasapind risti sirgjoonega A 0,08 A
Tasapind risti tasapinnaga
26 Kalle, angularity Tähis 0,08 A A 0,1 A
Sirgjoone kalle sirgjoone suhtes Tolerants antud mm
Sirgjoone kalle tasapinna suhtes Sirgjoone kalle kahe tasapinna suhtes Tasapinna kalle sirgjoone suhtes
11 ASENDITOLERANTSID TOLERANCES OF LOCATION Asenditolerants sisaldab kujuhälvet ja suunahälvet. Asukoha tolerants Position tolerance Tähis S 0,3 A B C 0,1 A C
Punkti asukoha tolerants
C B Sirgjoone asukoha tolerants B 6× 0,1 A B
A
Sirgjoon võib olla telje kujul B
Tasapinna asukoha tolerants 0,05 A B
A
Tolerants võib olla nii paralleelse pinna kui ka risti pinna suhtes
Silindrilise pinna asukoha tolerants telje suhtes
A
0,01 A
27 Samatelgsus ja samatsentrilisus Concentricity and coaxiality
0,1 A A
Punkti samatsentrilisuse tolerants
0,1 A
Telje samatelgsuse tolerants A
0,1 A Kui teise silindri välispind on B, siis kujul A - B tähistab ühist telge mõlemale silindrile. Sümmeetria Symmetry Tähis
0,08 A-B
A ÷ 0,08 A Pinnad saavad kõikuda 0,08 mm lähtel A
12 LÄHTEGA VÕI ILMA LÄHTETA JOON VÕI PIND TOLERANCES OF LINE OR SURFACE WITH OR WITHOUT DATUM Joone või pinna profiili tolereerimine on mõeldud konkreetse objekti kuju omadustega. Lähtega saab siduda lisaks kuju hälvetele ka suuna ja asukoha omadusi. Need kolm omadust ei ole iseseisvad vaid teatud määral seotud üksteisega. Kuju hälve esitab siiski nõudeid vaid kujule , Suuna tolerants hõlmab nõuded nii suunale kui ka kujule ning asukoha tolerants kõigile kolmele. Hoolikalt tuleb konstrueerimisel mõelda milliseid tolerantse kasutatakse.
ISO 1101 antud profiili tolerantsid Tolerants Karakteristik Lähte vajadus Kuju Joone profiil ei Pinna profiil ei Suund Joone profiil ja Pinna profiil ja Asukoht Joone profiil ja Pinna profiil ja
28 Joone profiil Joone profiil on tolereeritud toru kujulise väljaga, mille keskpunkt asub teoreetiliselt täpses ristlõike keskpunktis . Joone suuna ja asukoha võib määratleda lähtega. Tähis tLP A B Puudub märk kuivõrd tähistab ise ringjoont .
0,02 Lähe puudub kui ainult kuju tolerants.
0,02 A B Toru tsentri asukoht on tolereeritud ka pindade A ja B suhtes.
A B
Pinnaprofiil Pind peab mahtuma kahe tasapinna vahele, tasapindade vahele peab mahtuma sfäär S .
Tähis tFP
Ilma lähteta või tolerantsiga lähte suhtes
0,05 A Sfääride tsentri asukoht on tolereeritud pinna A suhtes, 0,05 tähistab sfääri läbimõõtu.
A
13 VISKUMISTOLERANTSID TOLERANCES WITH RUN-OUT Viskumine esineb kui sümmeetriateljest on erinevad raadiused ning see väljendub ilmekalt kui objekti pöörata sümmeetriatelje ümber. Ringviskumine Circular run-out Viskumine radiaalsuunas või aktsiaalsuunas või muudes suundades. Tähis
0,05 A 0,05 A A
Ringviskumine radiaalsuunas Noolega viidatud pind ei tohi viskuda pinna A telje suhtes üle 0,05 mm. Kui tähistatud A-B, siis pindade A ja B ühine telg. Viskumise võib piirata pinna teatud pikkusele lineaar või nurga ühikutes. Ringviskumine aktsiaalsuunas Viskumine teljesuunas, st paralleelselt sümmeetriateljega.
29 0,05 A
A Ringviskumine mistahes suunas Viskumine suunas, mis ei ole risti või paralleelne sümmeetriateljega. 0,05 A Viskumine 0,05 on antud risti koonuse pinnaga Koonuse asemel võin olla kõverjoonega pind
A Täisviskumine Total run-out Pindade viskumine on seoses ühe nullpunktiga. Erinevus eelnevaga seisneb selles ,et siis oli limiteeritud konkreetne ristlõige.
0,05 A
On nii radiaal- kui ka aktsiaalsuunas. 0,05 A
A
30 14 NURKADE JA KOONUSTE TOLERANTSID TOLERANCES OF ANGLES AND CONES Nurk tekib kahe joone või pinna vahel. SI ühikutes on antud radiaanides. Tehnilistel joonistel on antud siiski kraadides ja kraadide kümnendosades või minutites või sekundites. Radiaan on võrdne nurgaga, mis jääb tsentrist lähtuva kahe joone vahele, mis lõppevad kaare pikkusel, mis on võrdne raadiusega: 1 rad = 57o17'44,8''. Nurga moodustavad kaks lõikuvat joont või tasapinda. Viimasel juhul saab moodustada prisma. Koonus moodustub, kui kaks lõikuvat joont pöörlevad. Prisma ja koonuse põhikarakteristikud on määratletud standarditega ISO 2538 ja ISO 1119 . Tegelikkuses moodustuvad prismad ja koonused erinevaid detaile ning nende määratlemiseks on vajalik tunda nende omadusi. Eriti tähtis on see masintöötluse rakendamisel. Nurka on võimalik väljendada valemiga H S = (H - h) / L = tan Koonusel on võimalik väljendada koonilisus faktoriga C = (D - d) / L = 2 tan /2. Vastav faktor prismale Cp.
h L d D
L
Nurga suurused tuleb valida prisma ja koonuse eelisarvude reast vastavalt standarditele ISO 2538 ja ISO 1119. Prismadele on eelistatud anda nurga suurus ning koonustele koonuselisuse faktor C. Joonisele märgitakse nominaalväärtusega. ISO 3040 ja ISO 7083 alusel on koonilisuse sümboliks . Nurk on seotud lähtega.
Standardsed nurgad prismadele ja koonustele Prisma nurk Prisma kalle S Koonuse nurk Koonilisus C Seeria 1 Seeria 2 90o 90o 1:0,5000000 75o 1:0,2679491 75o 1:0,6516127 o 60 1:0,5773503 60o 1:0,8660254 45o 1:1 45o 1:1,2071068 40o 1:1,1917536 30o 1:1,8660254 30o 1:1,7320508 1:3 20o 1:2,7474794 1:4 15o 1:3,7320508 1:5 10o 1:5,6712818 1:6 8o 1:7,1153697 1:7 7o 1:8,1443464 1:8 6o 1:9,5143645 1:10 1:10 1:12 5o 1:11,4300523 1:15
Nurkade tolerantsid Standardi ISO/FDIS 1101 alusel on võimalik määratleda kolm juhtumit nurkade tolerantsidele (tähis ): - tolerantsi tsoon on määratletud kahe paralleelse taspinna või sirgjoonega olles nurga all teise pinna või joonega, milles saab asetseda tegelik pind; - tolerantsi tsoon on määratletud kahe paralleelse taspinna või sirgjoonega olles nurga all lähte pinna või joonega, milles saab asetseda üleviidud tegelik pind; - tolerantsi tsoon on määratletud silindriga olles nurga all lähte pinna või joonega, milles saab asetseda üleviidud tegelik telg. Nurga hälbe saab väljendada teise geomeetrilise hälbega: - paralleelsus (rööpsus), nurkadele 0o ja 180o;
31 - ristisus, nurkadele 90o ja 270o. Nurkade tolerantsid on antud mm, suunas, mis on risti uuritava pinna suunaga. Nurga tolerantsi võib anda ka nurga hälbena, kuid see on ebasoovitavam, kuivõrd tipule lähemal hälve muutub nullilähedaseks. Samuti on raske kontrollida väikese pinna kallet nurgana. Nurk on seoses lähtega ning tuleb valida võimalikult suurele pikkusele.
0,1
Nurga tolereerimise kaks võimalust
Märkus termilise paisumise mõjust. Termiline paisumine on ühe materjali ulatuses sama ning seega nurki ei mõjuta. Joonisele märgitakse ainult nurgad, mis erinevad 0o, 90o, 180o või 270o. Kuid nendele tuleb määratleda tolerantsid ning võib rakendada üldtolerantside põhimõttet. Standardis ISO 129-1985 annab reeglid joonistel mõõtmestamiseks ja tolereerimiseks. Need reeglid ei ole mõningatel juhtudel piisavaks täpseks objekti geomeetria määratlemiseks. Joonisele märgistamine analoogne lineaarmõõtmetele - enne nominaalväärtus ning seejärel tolerants. Nurkade tolerantse on raskem kontrollida. Koonuste tolerantsid Koonuste tolereerimisel on kasutusel analoogsed põhimõtted kui nurkadele. Koonuse tolerants on kahe paralleelse pinnaga koonuste vahele. Koonust on võimalik tolereerida 4 tüüpilisel viisil. C t t
D D
L L
C
t t A
D D
l L
L A
32 15 PINNAKAREDUS, LAINELISUS JA ALUS( PRIMAAR )PROFIIL Tegeliku pinna definitsioon on antud standardis ISO 14660-1 ning selle järgi on selleks tegelikult eksisteerivate füüsikaliste omaduste kogu, mis eristab objekti keskkonnast. Pinnale on iseloomulik mehaanilistele omadustele lisaks ka väljad,nt elektromagneetiline. Pind on oluline objekti toimimisele ning ca 90 % toodete riknemisest on seotud pinnaga, nt väsimuspururnemine, stress korrosioon, kulumine, korrosioon, erosioon jne. Pinna ja pinna lähedaste nähtuste uurimisega tegeleb triboloogia . Joonisel kujutatakse pinda ideaalsena ning see kattub mõistega nominaalpind. Iga tegelik pind omab iseloomulikku jälge ning seal on palju teravikke ning süvendeid, mis omavad iseloomulikke kuju, mõõtmeid ja vahemaad. Töötlemine mõjutab ka pealispinna aluseid kihte, millest võib eristada: - oksiidide kiht, paksusega mõned nanomeetrid; - topograafiline kiht,millemoodustab sisuliselt tööriist; - plastselt deformeeritud kiht töötlemise tulemusel; - metallograafiliselt deformeerunud kiht, töötlemise temperatuuri mõjul; - keha materjal. Kuigi alumised kihid on väga tähtsad objekti toimimisvõimele on neid raske mõõta. Seetõttu omab suuremat tähtsust pinna kareduste mõõtmine, mis kaudselt annab hinnangu ka seesmiste kihtide kohta. Pinna hälbeid eristatakse karedusena, lainelisusena ja kuju vigadena. Enamuses mõõdetakse ainult karedust ning muu filtreeritakse välja. Mõnedes rahvustandardites on pinnakaredus jaotatud rohkemateks klassideks. Karedus on põhjustatud töötlemismetoodikast ja omab peenikest struktuuri. Lainelisus on perioodilised mõjutused töötlemisel, nt mittebalanseeritus. Kuju hälve on tingitud reeglina materjali vähesest vastupanust. Pinna parameetrid ISO 4287 annab põhimõisted ja parameetrid. Karedus R - pinnal asetsevad irregulaarsused töötlemise tagajärjel. Lainelisus W - pinnalainelisus tekib protsessi ebatäpsuste poolt. Primaarprofiil P on pind ilma liigsete liiglühikeste omadusteta. Pinnahälbed määratletakse lähtepinna suhtes. Amplituudi parameetrid Amplituudi parameetrid võib jagada kahte alamklassi: tipust põhjani ja keskmised väärtused. Maksimaalne tipu kõrgus Rp on maksimaalne tipu kõrgus keskjoonest mõõtepikkusel. Maksimaalne süvendi sügavus Rv on maksimaalne süvendi sügavus keskjoonest mõõtepikkusel. Maksimaalne profiili kõrgus Rz on vahemaa kõrgeima tipu ja sügavaima süvendi vahel mõõtepikkusel. Standardi ISO 4287 järgi Rz on nn kümne punkti kõrgus, mis on keskmine vahemaa viie kõrgeima tipu ja viie sügavaima süvendi vahel mõõtepikkusel. Profiili kogu kõrgus Rt on vahemaa kõrgeima tipu ja sügavaima süvendi vahel hinnataval pinnal.
Rz
Hälvete aritmeetiline keskmine hinnataval pinnal Ra on keskjoone suhtes arvestatavate hälvete aritmeetiline keskmine (ehk aritmeetiline keskmine hälvete eemaldumisest keskjoonest) mõõtepikkusel: lr 1 Ra = z ( x) dx lr 0 Sisuliselt annab see kaalutud keskmise keskjoone suhtes.
Ra
Ruutjuure keskmine karedus Rq on sarnane eelmisega : l 1 r 2 Rq = z ( x )dx lr 0
33 Rq iseloomustab sisuliselt keskmist elektrilist võimsust signaalil kuid kasutatakse kaasajal vähe tööstuses. Omab teatud nõrki külgi kuid on tundlik ebamäärasuste suhtes kuivõrd omab ruutu . Iseloomustab kõrguste standard hälvet.
Rq
Kolmandas astmes hälve Rsk: Rsk = µ 3 / Rq 3 Iseloomustab jaotuse sümmeetriat keskjoone suhtes, kui pinnal on rohkem nõgusid kui tippe ,siis on tulemus negatiivne ning vastupidi.
Neljandas astmes hälve Rku: Rku = m4 / Rq 4 Tippude arv pikkusühiku kohta HSC. Keskmine tippude vaheline kaugus RSm. Pinna kareduse mõõtmine ja praktiline kasutamine Kogu pinnal on lubatud tolerantsi väärtusi ületada 16 % mõõdetud väärtuste juhul kui ei ole määratletud muul viisil. Kui on määratletud nõue MAX, siis ei ole lubatud pinnal ületada maksimaalseid väärtusi. Tähistatakse joonise llisades tolerantsi tähisele max, nt Rqmax. Kõige levinumad mõõteriistad, kus nõel libiseb üle pinna. Kareduse poolt põhjustatud kõikumine muudetakse elektriliseks, magneetiliseks või valgussignaaliks, mida siis mõõdetakse mõõteriista abil. Mõõtmisel võib vajadusel välja filtreerida ebasoovitavad elemendid (sagedused). Pinnakareduse kahedimensionaalsel mõõtmisel on puuduseks, et ei võeta arvesse pinna ulatuse muutusi ning parameetrid iseloomuatavad sama arvulise väärtusega erinevaid pindasid. Seetõttu uuritakse võimalust määratleda pinnakaredust kolmedimensionaalsena. Optimaalne mõõtme- ja kujutäpsus ning pinnakaredus on omavahel sõltuvuses ­ suurema täpsustasemega detail nõuab väiksemat pinnakaredust. Otsene karedusparameetrite arvutamine talitustingimustest lähtudes on raskendatud kuid esineb palju soovitusi pinnakareduse valiku kohta. Iga töötlemisviisi iseloomustab otstarbekas pinnakaredus. Näiteks liivvormvalu annab mustmetallist detailile Ra pinnakareduse 50...160 ning värvilisest metallist detailile 25...50. Mehaanilise töötlemisel saavutatav pinnasileduse andmed on antud järgnevas tabelis:
Töötlemisviis Ra, µm IT ökonoomne IT saavutatav Hööveldamine 3,2...6,3 12...13 - Freesimine silinderfreesiga 3,2...25 11...14 - Freesimine otsfreesiga 3,2...12,5 11...14 - Treimine pikiettenihkega 4,4...12,5 8...14 5 Puurimine 6,3...12,5 12...14 10 Süvistamine 3,2...25 10...15 8 Sisetreimine 0,4...100 7...17 6 Hõõritsemine 0,4...12,5 7...10 6 Kammlõikamine 0,8...6,3 7...9 - Tasalihvimine külgkettaga 0,4...1,6 5...8 5 Soveldamine 0,1...3,2 5...7 - Poleerimine 0,05...1,6 5...6 - Plankimine 0,012...0,2 5...6 - Hoonimine 0,05...0,4 6...8 - Superfinis 0,1...0,4 5 -
Pinnakareduse põhimärgiks joonisel on "kolmnurkkuju" tipunurgaga 60o, mille vasaku haru kõrgus on ca 1,4 ja parema haru kõrgus ca 3 tähekõrgust - . Märgil võivad olla eri
kujud tingituna mehaanilise töötlemise nõudest - või töötlemata jätmisest - . Põhilise karedusparameetri Ra väärtus kirjutatakse märgi madalama haru kohale, kusjuures 0,63
34 tähis Ra ise võib jääda kirjutamata - . Ülesse paremale võib kirjutada lisanõudeid töötlemisele ning joone alla mõõtmise lähtepikkus vajadusel ja Ra erinev lihvida karedusparameeter - 0,8 Rz0,4. Ring parempoolse haru otsas osutab, et pinnakaredus on kogu kinnist kontuuri mööda sama. Kui on oluline pinnakonarusjoonte (töötlusjälgede) siht ja kuju, kasutatakse parempoolse märgiharu all vastavaid tingmärke. Täht M ( multi directional) tähendab mitmesuunalist, C -­kontsentrilist ringjoonelist, R ­ radiaalset ja P (protuberant) ­ sihitut pinnajoonist. Nt sobivaim toruäärikute tihenditega kontakteeruv pind on kontsentriliste ringjoontega. Pinnakareduse arvväärtus kehtib lõpliku pinna kohta, kuid võib olla vajadusel eraldi näidatuna enne ja pärast pindamist. Vahetult pinnakaredusmärgi ees võib olla antud töötlemisvaru vastavalt standardile ISO 10135-1. Pinnakaredusmärk osutab teravikuga sellele pinnale, mille kohta karedusnõue kehtib. Märk võib asetseda ka mõõtejoonel. Pinnakaredustähist näidatakse joonisel ühe pinna kohta vaid üks kord ja seal kus see on kõige iseloomulikum ­ võimalikult samal vaatel iseloomustava mõõtme ja positsiooniga. Silinder ­ ja prismapinna karedustähist võib näidata ühekordselt tsentrijoonel. Kui sama pinna karedust nõutakse enamike pindade kohta, kantakse üldtähis koos karedusparameetritega joonise pinnale, näiteks kirjanurga peale. Sulgudes lisatud tähis viitab sellele, et joonisel on veel pindu, mille karedus erineb üldisest ja näidatud on see joonisel pinna juures eraldi.
35 16 SPETSIIFILISTE TOOTMISPROTSESSIDE TOLERANTSID Üldist Standard ISO 286 oli esmaselt mõeldud toodetele , mida valmistati masintöötlusega. See on aga üldise iseloomuga ning kasutatav muudes alades. Lõppotsustajaks on konstruktor. Tolerantside valikul tuleb arvestada kõrvalmõjusid nagu materjali suur mõju (plastmassdetailid), koostamise vähene täpsus (keeviskonstruktsioonid, üldjuhul), täiendav töötlemise vajadus (valutooted) jne. Paljudele aladele on koostatud eraldi tolereerimise reeglid. Valutooted Reeglina on vajalik pinna täiendav masintöötlus ja projekteerimisel arvestada sellest tuleneva täiendavate tolerantsidega. Valutoote mõõtmed, juhul kui töödeldakse täiendavalt mõlemat külge, on võimalik leida valemiga: R = (F+2×RMA+CT/2)±CT/2, kus R on mõõde pärast valamist, F on mõõde pärast täiendavat lõpptöötlemist, CT on valutolerants ja RMA on vajatav masintöötluse võimalus. Valutoote nimimõõde Lõppmõõde
RMA
CT/2 Valutoote minimaalmõõde
Valutoote maksimaalmõõde
Vastavalt ISO 8062 on antud RMA'le 10 järku alates A kuni K, eelistatult C kuni K. Järgu valik sõltub eelkõige valamise tehnoloogiast ja materjalist. ISO 8062 on antud väärtused RMA sõltuvalt nimimõõtmest ja järgust.
Järk C D E F G H J K Mõõde 63 kuni 100 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 1 1,4
Tüüpilised RMA järgud sõltuvalt tingimustest
Valumeetod Materjal Teras Malm Vask- sulamid Tsingisulamid Kerged sulamid Liivavorm, käsi G-K F-H F-H F-H F-H Liivavorm, masin F-H E-G E­G E­G E­G Püsivalu, madalrõhk - D-F D-F D-F D-F Rõhkvalu - - B-D B-D B-D Täiendavvalu E E E - E Valutolerantsidele CT on 16 järku tähistega CT1 kuni CT16. Järgu valikul tuleb arvestada materjali ning valuprotsessi. Järk 7 8 9 10 11 12 13 14 Mõõde100 kuni 160 1,2 1,8 2,5 3,6 5 7 10 14
Tüüpilised CT järgud sõltuvalt tingimustest Valumeetod Materjal Teras ja malm Vase ja tsingisulamid Kerged sulamid Liivavorm, käsi 11 ­ 14 10 ­ 13 9 ­ 12 Liivavorm, masin 8 - 12 8 ­ 10 7­9
36 Lisaks võib anda täiendavaid protsessi spetsiifilisusest põhjustatud tolerantse. Valu puhul on selleks pindade nihkumine (mismatch) erinevate valuvormide vahel ja seda limiteeritakse maksimaalse lubatava erinevusega. Max nihkumine
Valu tolerantsid tähistatakse erinevatel viisidel: a) nagu üldtolerantsid (ISO 8062 järgi) + CT järk: nt: üldtolerants ­ CT10, CT 10 järgi on kõik mõõtmed väljaarvatud seinapaksus, mis on üks järk ebatäpsem; b) nagu eelnev + nihkumise tolerants: nt üldtolerants-CT12-maksimaalne nihkumine 1,5, kus 1,5 on millimeetrites; c) nagu a) + RMA väärtus: nt üldtolerants-CT12- RMA 6(H), kus 6 on millimeetrites ja H on RME järk. Keeviskonstruktsioonid Standard ISO 13920 määratleb keeviskonstruktsioonide tolerantsid lineaarmõõtmetele ja nurgahälvetele ja mõnedele geomeetrilistele hälvetele. Lineaarmõõtmed üldtolerantsid jagatakse nelja klassi ­ A, B, C ja D. Geomeetrilise tolerantsid on määratletud sirgsusele, tasapinnalisusele ja paralleelsusele nelja klassi järgi ­ E, F, G ja H. Joonisele märgitakse üldtolerants ja vajadusel geomeetriliste hälvete klassid : nt : mõõde - BE. Tolerantsi klass Nimimõõde 120 - 400 Üle400 - 1000 Üle 1000- 2000 Üle 2000-4000 A ±1 ±2 ±3 ±4 B ±2 ±3 ±4 ±6 C ±4 ±6 ±8 ±11 D ±7 ±9 ±12 ±16 E 1 1,5 2 3 F 1,5 3 4,5 6 G 3 5,5 9 11 H 5 9 14 18
37 17 TOLERANTSID KOMPLEKSETELE GEOMEETRILISTELE OMADUSTELE Üldist Suur osa masina osasid nagu võllid, raamid jne on kujutavad lihtsate geomeetriliste elementide summana. Selliste geomeetriliste elementide, sirgjoon, tasapind, silinder ja koonus, tolereerimise põhimõtted olid käsitletud eespool . Siiski on mitmeid osade tüüpe, mille geomeetria on keerulisem. Laiemalt kasutatavad on keermed , nuutvõllid ja hammasrattad . Kuivõrd need elemendid on laialdase kasutusega ülepiiride on nende standardne käsitlus eluliselt vajalik. Keermed, põhiparameetrid, tolerantside järgud. Keermed on standardiseeritud juba kaua aega ning standardid käsitlevad: - baasprofiili, põhimõõtmeid; - tolerantsid; - mõõtmise süsteem ja kaliibrite tolerantsid. Masinaehituse on rakendatud mitmeid keermetüüpe, mis erinevad eelkõige keerme profiili poolest. Põhiliseks on meeterkeere. Baasprofiiliks on kolmnurkse kujuga vorm vastavalt ISO 68-1. Kõik profiili mõõtmed sõltuvad sammust ( pitch ) P, mis on määratletud 0,25 mm kuni 8 mm. Kõrgus (height) H on leitav valemiga 3 H= P 2 . Standard ISO 724 annab nimimõõtmed läbimõõtudele: suurim läbimõõt D (väliskeermele) või d (sisekeermele), keerme sammu läbimõõt D2 või d2 ning vähim läbimõõt D1 või d1. Näide standardist ISO 724, mõõtmed millimeetrites Nimiläbimõõt= suurim Samm P Sammu läbimõõt Vähim läbimõõt läbimõõt D2, d2 D1 või d1 D, d 6 1 5,350 4,917 0,75 5,513 5,188
P P/8
H/8 3/8 H 5/8/H H
H/4 D,d D1,d1 D2,d2 P/4
Meeterkeerme põhimõõtmed
Suurim läbimõõt D või d on keerme nimiläbimõõtmeks. Enamikel juhtudel võib ühele nimimõõtmele olla mitu sammu. Suurima sammuga keere on tavaliseks keermeks ning väiksema sammuga keermed moodustavad peenkeerme (põhimõtted antud standardis ISO 261). ISO 724 on antud keermed nimimõõtmetega 1mm kuni 300 mm. Tavaline meeterkeere tähistatakse tähega M ning nimiläbimõõduga (nt M12), kusjuures sammu väärtust ei anta ning see tuleb leida standardist ISO 261. Peenkeerme tähistuses antakse lisaks sammu väärtus (nt M12×1). Meeterkeerme tolerantsid on antud standardis ISO 965, mis koosneb viiest osast. Peamine osa ISO 965-1 annab põhiprintsiibid ja põhiandmed. Tolerantsid on antud keskläbimõõdule ning läbimõõtudele, mis jäävad detaili sisse (väliskeermele vähim läbimõõt D1 ja sisekeermele suurim läbimõõt d). Tolerantsid on jaotatud järkudeks.
Näide standardist ISO 695, tolerantsid mõõtmele D1, tolerantsi mõõtmed mikromeetrites Samm Tolerantsi järgud 1 150 190 236 300 315 1,25 170 212 265 335 425
38 Keerme põhihälbega antakse tolerantsi asukoht sarnaselt silindriliste elementide tolerantsiga. Põhihälbed on tähistatud suurte tähtedega ning põhihälve on leitav tabelist: - sisekeermetele - G ja H; - väliskeermetele - e, f, g ja h. Näide standardist ISO 695, põhihälbed, mõõtmed mikromeetrites, tolerantsile H - EI=0 ja h - ei = 0. Samm, P G e f g EI es es es 0,75 +22 -56 -38 -22 1 +26 -60 -40 -26
Põhihälbed kehtivad kõikidele standardiseeritud läbimõõtudele. St, et keerme profiil on nihutatud baasprofiili suhtes vertikaalsuunas. Näide sisekeerme tolerantsile G.
TD/2
EI/2
Samm ja keerme nurk ei ole otseslt tolereeritud. Keerme profiil peab siiski jääma tolerantsitsooni sisse etteantud pikkusel. Standardiseeritud on kolm pikkust: lühike S, normaalne N, ja pikk L. Erinevatel läbimõõtudel võivad olla erinevad järgud ja põhihälbed, nt 5g (sammuläbimõõdule) ja 6g (suurimaleläbimõõdule), kuid üldjuhil on soovitav need säilitada võrdste järkude ja põhihälvetega. Standardi järgi on sammuläbimõõdu arvuline väärtus tolerantsile väiksem teistest. Keere tähistuses on antud kõik andmed, va erijuhul kus teatud keermetele antakse ainult lühendatud tähistus. Üldjuhul on tähises keere, märk "-", tolerantsi järk sammuläbimõõdule, tolerantsi järk sisemiseleläbimõõdule, mõõte pikkus: - nt M6×0,75 - 7g6g - L. Tolerantsitähised võivad olla märkimata: - sisekeermetele kuni M1,4 tolerants 5H ja suuremetele kui M1,6 tolerants 6H; - väliskeermetele kuni M1,4 tolerants 6h ja suuremetele kui M1,6 tolerants 6g. Tolerantside varieerumisega saab anda keermete tolerantside kvaliteete: peen (fine), keskmine (medium), jäme ( coarse ).
Soovitatavad tolerantsid sisekeermetele ( bold - eelistatud valik) Tolerantsi Tolerantsi asukoht G Tolerantsi asukoht H kvaliteet S N L S N L Fine - - - 4H 5H 6H Medium (5G) 6G (7G) 5H 6H 7H Coarse - (7G) (8G) - 7H 8H
Keermepaaridele ei ole standardiseeritud eeliskombinatsioone. Tavaliselt on kasutusel paarid H/h, H/g ja G/h.
Silindrilised hammasrattad Silindrilistele hammasratastele on standardiseeritud järgmised elemendid: - geomeetriliste omaduste määratlused ja sümbolid (ISO 701, ISO 1122-1); - hambaprofiil (ISO 53); - moodulid (ISO 54); - täpsustasemed va hambapaksuse hälve (ISO 1328-1; ISO 1328-2).
39 On olemas ka hammasrataste kontrolli dokumente (ISO/TR 10064-1; ISO/TR 10064-2 jne). P sp ep
cp
haP hP hwP hfP hFfP
P cP
Joon Hamba profiil Standardse hamba proportsioonide on järgmised: P= m eP = sP = 0,5P o P = 20 haP = 1m cP = 0,25m hfP = 1,25m efP = 0,38m Tähistused valemites on järgmised: sP on hamba paksus; eP on hamba vahekaugus ; P on samm ja m on moodul . Standardis ISO 1328-1 on käsitletud hammasrataste geomeetrilist täpsust ja standardist ISO 1328-2 funktsionaalset täpsust. Hälbed, mis on olulised koostule (paarilisele hammasrattale) Hälbed on defineeritud standardis ISO 1328-1. Hamba samm pt on vahema hamba pindaded kaugus keskjoonel ning sellele on standardis 3 hälvet: - üksiku sammu hälve ( single pitch deviation) fpt; - kogutud sammu hälve (cumulative pitch deviation) Fpk; - üldine kogutud sammu hälve (total cumulative pitch deviation) Fp. Hamba profiili hälveteks on: - üldine profiili hälve (total profile deviation) Fa; - profiili kuju hälve (profile form deviation) ff ; - profiili slope hälve (profile slope deviation) fH ;. Hamba profiili kontrollitakse ideaalse pinna suhtes Helix hälbed: - total helix deviation F ; - (helix form deviation) ff ; - (helix slope deviation) fH . Võrreldakse ideaalsega. Tangentsiaalse komponendi hälbed: - üldine tangentsiaalse komponendi hälve (total tangential composite deviation) Fi'; - hambalt hambale tangentsiaalse komponendi hälve (tooth-to-tooth tangential composite deviations) fi'. Hälvete täpsustase on antud 13 täpsusjärguga (0 kuni 12). See on määratletud sammudiameetriga, mooduliga ja hamba paksusega ning nende alusel on leitavad ülaltoodud hälvete väärtused vastavalt ISO 1328-1 toodud valemitega. Radiaal komponentide hälbed ja viskumised Standardiga on määratletud järgmised hälbed: - üldine radiaalkomponendi hälve (total radial composite deviation) Fi''; - hambalt hambale radiaalse komponendi hälve fi''; - viskumine (runout) Fr. Määratletud on sammudiameeter ja moodul nende alusel on leitavad ülaltoodud hälvete väärtused vastavalt ISO 1328-2 toodud valemitega. Hamba paksuse hälbed Määratletud on järgmised hälbed: - ringpaksus syn mistahes diameetril (circular thikness at any diameter ) dy , - (chordal thickness) sync; - (tooth span) Wk ; - (dimension over balls or cylinders) DMthe.
40 LAAGRITE ISTUD Laagrite valiku lihtsustamiseks on praktilise tegevuse alusel välja kujunenud teatud põhimõtted laagrisõlme istude kujundamiseks. Välisvõru istatakse keresse reeglina võllisüsteemis ja sisevõru võllile avasüsteemis. Oluline on seejuures, et nii välisvõru välisläbimõõdu kui ka sisevõru siseläbimõõdu ülemine piirhälve on null, alumised piirhälbed valitakse vastavalt tingimustele kasutamisel. Seega on sisevõru aval alumine hälve miinusesse . Selline tolerantsivälja paigutus annab vajaliku pingu laagri istamisel võllile, mille tolerantsiväli on näiteks n6, m6, k6 või js6.
h
Võllid valmistakse IT 4....IT7 järgu järgi. Põhilised andmed, mis iseloomustavad veerelaagreid ennast on põhimõõtmed siseläbimõõt d, välisläbimõõt D ning võrude laius B ning täpsusparameetrid sise- ja välisvõru radiaalviskumine, sisevõru otsviskumine ja sise- ja välisvõrude veereteede viskumine. Veerelaagri normaalne töö sõltub suurelt laagri istudest võllil ja korpuses. Laagri ist võllil ja keres sõltub sellest, kas laagri võru pöörleb või jääb liikumatuks temalemõjuva muutuva suunaga radiaalkoormuse suhtes. Võrudele mõjuv koormus võib olla kohalik, tsirkuleeriv (pöörlev) või pendeldav (võnkuv). Kohaliku koormuse puhul on laagrivõru teatud osa koormatud püsisuunalise radiaalkoormusega F0, st koormus on ainult võru ühes kindlas kohas ning võru ei liigu koormuse suhtes. Tsirkuleeriva koormuse korral on järjest koormatud kas pöörleva laagrivõru kõik osad püsivasuunalise Fp F0 jõuga F0 või paigalseisva võru osad pöörleva jõuga Fp, st võru suhtes koormus liigub.
Pendaldava koormuse korral on võru teatav osa koormatud jõuga F0+Fp. Tsirkuleeriva koormusega võrude ist valitakse radiaalkoormuse intensiivsuse FR alusel vastavatest tabelitest.
Laagri ava läbimõõt, Lubatav intensiivsus FR KN/m mm Laagri ist võllil üle kuni js5, js6 k5, k6 m5, m6 n5, n6 18 80 kuni 300 300... 1400 1400...1600 1600...3000 80 180 kuni 600 600...2000 2000...2500 2500...4000 Laagri välisläbimõõt, mm Laagri ist keres üle kuni K6, K7 M6, M7 N6, N7 P7 50 180 kuni 800 800...1000 1000...1300 1300...2500 180 360 kuni 1000 1000...1500 1500...2000 2000...3300
Radiaalkoormuse intensiivsus (N/mm) on leitav valemi abil: FR = Fr k1 k2 k3 / b, kus Fr on laagri radiaalkoormus N, b on laagri istamispinna pikkus mm (b = B - 2 r, kus B on laagri laius ja r võru servade ümardusraadius), k1 dünaamilisustegur, mis sõltub koormuse iseloomust (mõõdukate tõugete ja vibratsiooni puhul, kui ülekoormus ei ületa 50 %, k1=1, tugevate löökide ja vibratsiooni puhul, kui koormus on kuni 300 % k1=1,8), k2 on tegur, mis arvestab vähenemist,kui laager istatakse õõnesvõllile või õhukeseseinalisse keresse (täisvõlli puhul k2=1) ja k3 on tegur, mis arvestab radiaalkoormuse ebaühtlast jaotumist kaheralise koonusrull-laagri ridade vahel (ühe välis- ja ühe sisevõruga radiaal- ja radiaaltugikuullaagritel k3=1).
dava/d või D/Dkere k2 võllile k2 kerele üle kuni D/d 1,5 D/d>1,5...2,0 D/d>2,0...3,0 Kõigil - 0,4 1 1 1 1 0,4 0,7 1,2 1,4 1,6 1 0,7 0,8 1,5 1,7 2 1,4 0,8 - 2 2 3 1,8
41 Kui dünaamilisustegurit k1 ei saa täpselt määrata võib tsirkuleerivalt koormatud võru istu leida minimaalse pingu Nmin (µm) järgi Nmin=13 FrN'/103(B-2r), kus tegur N' on 2,8 kerge seeria, 2,3 keskmise seeria ja 2,0 raske seeria laagritel, koormus Fr on N ja mõõtmed B ning r mm. Soovitatavad võllide ja avade tolerantsiväljad ja nende kasutamise näited on tabelis
Võlli istud: Sisevõru Tööre- Kasutusala Kuul laager Rull laager Soovita-tav koormus ziim võlli võlli Radiaall Radtugil Silinderl Koonusl tolerants Kohalik Kerge, Konveier- Kõik läbi- Kõik läbi- Kõik läbi- Kõik läbi- g6, h6 (välis-võru nor- rullid , kirjutus- mõõdud mõõdud mõõdud mõõdud pöörleb) maalne seadmed Autode, trak - g6, f6, js6, torite rattad j6, h6 Keskmin Tõstemasinad h6 e ja raske Tsirkulee- Kerge ja Väikesed kuni 100 kuni 100 kuni 40 kuni 40 k6, js6 riv (võll nor- el. masinad , pöörleb) maalne el.trellid, 100.......14 100.......14 40..........14 40..........14 k6, h6, js6, käigukastid 0 0 0 0 j6 Tsirkuleeri Normaal Puidutöötlemis 18...100 kuni 100 kuni 40 kuni 40 k6, js6 v või ne või masinad, pendeldav raske el. mootorid (võll 100 kW, pöörleb väntmehanismi 100..140 100...140 40...100 40...100 m6 või d, suured segakoorm reduktorid us) Telg- Erinevad kõik kõik kõik kõik js6, j6 koormus
Avade (korpuses) istud: Kere tüüp Välisvõru Tööreziim Kasutus Soovitatav koormus tolerants Ühest Tsirkuleeriv Välisvõru ei Raske, õhukese- Autorattad koonusl, P7 tükist (kere nihku seinaline kere tornkraana rattad pöörleb) telgsuunas Normaalne Autode esirataste, kuull, N7 pingutusrat. Normaalne, muutlik Lintkonveierrattad M7 koorm. Pendeldav Raske dün.koormus El.mootorid M7 (kere pöörleb) või segakoor - Normaalne El.mootorid, pumbd, K7 mus käigukast, tagasillad Pendeldav Välisvõru ei Normaalne või Rasked metallil . pinkide K6, Js6, M6, (kere pöörleb nihku raske spindlid J6 või telgsuunas segakoorm.) Ühest Kohalik (võll Välisvõru võib Raske või El.mootorid, pumbad , Js7, J7 tükist normaalne spindlid või pöörleb) nihkuda Dün.muutuv Rongi rattapaar, Js/, J7, H7 poolita- telgsihis koormus masinate laagerdus tav Normaalne ja kerge Pabermas.kuivatustruml G7, H8 id, põllutöömasin. Ühest Telgkoormus Välisvõru võib Normaalne Tugilaagrid E8 tükist nihkuda keres Raske Laagrid H8, H9
42 Lõtkud veerelaagrites Ühe laagrivõru pöörlemine teise suhtes on võimalik ainult lõtkude olemasolu tõttu laagris.Laagris olevad lõtkud sõltuvad laagri tüübist, konstruktsionist, koormuse liigist ja koostamistingimustest. Sisemine lõtk laagrivõrude vahel põhjustab mõningat laagrivõrude suhtelist nihkumisvabadust radiaal ja telgsuunas. Laagrites esinevad radiaal- ja telglõtkud: Radiaallõtku all mõistetakse ühepoolse summaarse lõtku väärtust veerekehade ja veereteede vahel tasapinnas, mis on risti laagri pöörlemisteljega.radiaallõtkust sõltuvad ratsionaalne koormuse jaotus üksikute veerekehade vahel, laagri tööiga, vibratsioonid laagri tööolukorras jne. Telglõtk laagrites määratakse laagrivõru suurima telgnihke suurusega liikumatu laagrivõru suhtes mõlema laagrivõru telje ühtimise korral. Laagrites eristatakse kolme radiaallõtku: - alg-radiaallõtk, mis on laagris pärast tema valmistamist; - koostamis -radiaallõtku, mis saadakse pärast laagri monteerimist ja see on väiksem kui alglõtk; - töö-radiaallõtk, mis kujuneb töökoormusel ja töötemperatuuril. Koostamislõtk on algradiaallõtkust väiksem vastavalt sise- või välisvõru veeretee deformatsiooni võrra. Sisevõru ühendamisel võlliga avaldub koostamislõtk valemiga: Sk=D1-[(D2+ D2)+2dk, kus D1 on kuulide veeretee välisläbimõõt, D2 kuulide veeretee siseläbimõõt, D2 on laagri sisevõru deformatsioon ja d2 kuulide läbimõõt. Laagrivõrude deformatsioon leitakse järgmiste valemitega: a) Laagri sisevõru ühendamiselvõlliga D2 = 's teg d / d0 [mm] ja b) laagri välisvõru ühendamisel korpusega D1 = 's teg D / D0 [mm], kus 's teg on suurim tegelik ping vastavalt laagri sisevõru ja võlli või välisvõru ja korpuse vahel. Suurim tegelik ping sõltub laagri montaazil kasutatavast istust ja on leitav ligikaudu valemiga 's teg = 0,85 'st, kus 'st on kasutatava istu suurim tabeliping, d0 on laagri sisevõru redutseeritud välisläbimõõt ja D0 on laagri vaälisvõru redutseeritud siseläbimõõt mm. Redutseeritud läbimõõte võib küllaldase täpsusega määrata valemitega: d0 = d + (D - d) / 4 ja D0 = D - (D - d) / 4. Koostamislõtk väheneb ka laagrivõrude kuumenemise tagajärjel tööprotsessis, mis on leitav valemiga t= t D2, kus on materjali joonpaisumistegur (kroomterasel 11,2.10-6), t on laagri sise-ja välisvõru temperatuuride vahe (praktiliselt 5...10 oC) ja D2 on laagri sisevõru veeretee läbimõõt, mm.
43 KALIIBRITE TOLERANTSID Kaliibrid on ette nähtud detailide mõõtmete, kuju ja pindade asendi hälvete kontrollimiseks. Kontrollitavate detailide kuju ja teiste tunnuste järgi jagatakse kaliibrid järgmiselt: siledad kaliibrid silindriliste detailide kontrollimiseks, keermekaliibrid, kaliibrid pikkuste, astmete, kõrguste, pindade vastastikuse asendi jne kontrollimiseks. Samaaegselt kontrollitavate elementide arvu järgi jagatakse kaliibrid element- ja komplekskaliibriteks. Elementkaliibrid on ette nähtud detailide üksikute joon- või nurkmõõtmete kontrollimiseks. Komplekskaliibrite abil kontrollitakse samaaegselt mitut elementi. Komplekskaliibreid kasutatakse näiteks hammas-, liist- ja keermesliidete või teiste keeruka geomeetrilise kujuga detailide mõõtmete, pindade asendi ja kuju kontrollimiseks. Ühe detaili kontrollimiseks vajatakse kahte piirkaliibrit, millest üks on läbiv ja teine mitteläbiv. Piirkaliibritega kontrollitakse detailide piirmõõtmeid, jagades detailid kolme gruppi: a) kõlblikud, mille mõõtmed on lubatavuse piirides; b) parandatav praaka, kui näiteks võlli mõõde on lubatavast suurem või ava mõõde lubatavast väiksem; c) parandamatu praak , kui võlli mõõde on lubatavast väiksem, aval aga suurem. Ava tegeliku mõõtme kontrollimiseks valmistatakse mitteläbiv kaliiber lähtudes mõõtmest DES ja läbiv mõõtmest DEI. Võlli kontrollimisel läbiv kaliiber valmistatakse lähtudes mõõtmest des ja mitteläbiv mõõtmest dei.
LÄBIV MITTELÄBIV
DES des
DEI dei
MITTELÄBIV LÄBIV
Kaliibrid ava (korkkaliibrid) ja võlli (harkkaliibrid) kontrollimiseks
Kui mitteläbiv korkkaliiber läheb kontrollitavasse avasse või mitteläbiv harkkaliiber kontrollitavale võllile, siis on tegemist parandamatu praagiga, kui aga läbiv korkkaliiber ei lähe kontrollitavasse avasse ning läbiv harkkaliiber võllile, siis on tegemist parandatava praagiga. Piirkaliibriga kontrollimine ei nõua kõrge kvalifikatsiooniga kontrollijat ja suurendab tunduvalt kontrolli objektiivsust.
KALIIBRID AVADELE KALIIBRID VÕLLIDELE
Vastuvõtuk Töökaliiber Valmistamise tolerants Mitteläbivad Kulumise tolerants
H Töökaliiber Kontrollk Vastuvõtuk Läbivad Läbiv
h
Mitteläbivad Kaliibrite tolerantsiväljade asetus Kaliibrid jagatakse vastavalt nende kasutamise kohale ja iseloomule.
44 1. Töökaliibrid (läbiv ja mitteläbiv), mida kasutatakse vahetult töökohtadel detailide kontrollimiseks. 2. Vastuvõtukaliibrid (läbiv ja mitteläbiv) on ette nähtud detailide kontrollimiseks kvaliteediteenistuse või kliendi poolt. Nendeks kaliibriteks on sobiv kasutada osaliselt kulunud läbivaid töökaliibreid. Vastuvõtukaliibritel on ette nähtud oma tolerantsiväljad selleks, et vältida korralike detailide väljapraakimist tellija poolt pärast detailide kontrollimist ja kõlblikuks tunnistamist töökaliibri kasutaja poolt. Sellised detailide väljapraakimise juhud on seotud tolerantsiväljade kattumisega erinevates kontrolli instantsides kasutatavatel kaliibritel. 3. Kontrollkaliibrid on ette nähtud võllide töö- ja vastuvõtukaliibrite mõõtmete kontrollimiseks ja vajadusel (võimalusel) nende reguleerimiseks. Kontrollkaliibrid võivad olla uute töökaliibrite kontrollimiseks või teatud kulumistaseme kindlakstegemiseks. Kontrolkaliibreid kasutakse ainult harkkaliibrite kontrollimiseks. Korkaliibreid kontrollitakse universaalmõõteriistadega.
Siledate kaliibrite valmistamismõõtmete määramine Kaliibrite valmistamismõõtmeteks nimetatakse kaliibri tööjoonisel antavat põhimõõdet. Kaliibrite valmistamismõõtmete arvutamisel kasutatakse teatmematerjali andmeid. Kaliibrite valmistamismõõtmete arvutamisel tuleb kasutada tolerantsivälja ühepoolset asetust. Seega on korkkaliibrite valmistamismõõtmeks antud korkkaliibri suurim piirmõõde tolerantsiga võrdse negatiivse hälbega ja harkkaliibri valmistamismõõtmeks on väikseim piirmõõde tolerantsiga võrdse positiivse hälbega. Näide. Arvutada töökaliibrid võlli kontrollimiseks, võlli andmed - 100 mm, es= -120µm ja ei= -235 µm. Võlli piirmõõtmed dmax=99,880 mm ja dmin= 99,765 mm. Teatmematerjalist saame harkkaliibrile: piirmõõtmed: - läbiv max = 99,8725 mm; - läbiv min = 99,8575 mm; - mitteläbiv min = 99,7575 mm; - mitteläbiv max = 99,7725 mm valmistamismõõtmed: - läbiv = 99,8575+0,015 mm; 99,880 99,886 - mitteläbiv = 99,7575+0,015 mm; 99,8725 kulunud kaliibri mõõde: LÄBIV - läbiv = 99,886 mm 99,8575
99,765 99,7725 MITTEL 99,7575
Keermekaliibrid Eriti efektiivne on kaliibrite kasutamine keermete kontrollimisel. Analoogselt eelnevaga on võimalik keermekaliibreid jaotada töö-, vastuvõtu ja kontrollkaliibriteks. Sise- ja väliskeermega detailide kontroll läbivate kompleks - ja mitteläbivate elementkaliibritega tagab kõikide keermeelementide mõõtmete paiknemise etteantud tolerantsivälja piirides. Läbivate töökaliibrite sisse- ja pealekeeratavus kontrollitavale keermele tagab mitte ainult keerme keskmise läbimõõdu vastavuse normidele, vaid ka keerme sammu ning profiilinurga hälvete kompenseerimise keskläbimõõdule antud tegeliku lõtku arvel. Keermetatud detailide kontrollimine läbivate töökaliibritega tagab, et mutri välisläbimõõt ei ole väiksem poldi välisläbimõõdust ega poldi siseläbimõõt suurem mutri siseläbimõõdust. Mitteläbivatel töökaliibritel võib olla sisse- või pealekeeratavus mutrisse või poldile kuni kahe pöörde ulatuses. Mitteläbiva töökaliibriga keerme kontrollimisel tehakse kindlaks, et mutri keskläbimõõt ei ole suurem ja poldi keskläbimõõt väiksem normitud piirmõõtmest. Keerme sammu ja profiilinurga ja profiilinurga hälvete mõju vähendamiseks kontrollimise tulemustele valmistatakse mitteläbiv töökaliiber lühikesena (keermeniitide arv 2,5...3) ja profiili külje lühendatud pikkusega. Lühendatud profiiliga keermekaliibrid on ette nähtud ainult keerme keskläbimõõdu kontrollimiseks. Läbivaid ja mitteläbivaid keermekaliibreid poltide kontrollimiseks võib kujundada mittereguleeritavate ja reguleeritavate rõngastena või reguleeritavate keermeharkidena. Mutrite kontrollimiseks on keermestatud korkkaliibrid. Rõngas töökaliibrite kontrollimiseks on võimalik kasutada kontrollkaliibreid korke. Korkkaliibreid kontrollitakse universaalsete mõõteriistadega.
45 Vastuvõtu keermekaliibritele kehtivad analoogsed põhimõtted kui siledate detailide kaliibritele.
MUTTER +10 Mitteläbiv töökaliiber Kaliibrid poldile +174 -7 +23 VVKL (kulumise kontr) Kaliibrid mutrile +13 KKL +20 +15 +7 +10 +5 Läbiv töökaliiber -2 VVKL 0 joon -8 -12 -5 -10 KKML -18 Läbiv töökaliiber -15 -20 Läbiv vastuvõtukaliiber -20 Läbiv seadekaliiber KKML +10 (kulumise kontr) +7 KKML +4 +3 +7 -174 -3 -10 POLT -10 Mitteläbiv Mitteläbiv töökaliiber seadekaliiber KKL - kontrolkaliibrid läbivad; KKML - kontrollkaliibrid mitteläbivad VVKL - läbiv vastuvõtukaliiber Kulumise tolerants
Valmistamise tolerants Joon. Keermekaliibrite keskläbimõõdu tolerantsiväljad (hälbed antud M24x3)
Kaliibrite hälbed antakse järgmisi põhimõtteid arvestades: - keermekaliibri keskläbimõõdu hälbed antakse kontrollitava keerme keskläbimõõdu piirmõõtmetest; - läbivatel töökaliibritel ja nende kontrollimiseks kasutatavatel kontrollkaliibritel antakse hälbed poldi keerme keskläbimõõdu suurimast või mutri keerme keskläbimõõdu väiksemast piirmõõtmest; - mitteläbivatel töökaliibritel ja nende kontrollimiseks kasutatavatel kontrollkaliibritel antakse hälbed poldi keerme keskläbimõõdu väiksemast või mutri keerme keskläbimõõdu suurimast piirmõõtmest; - keermekaliibri välisläbimõõdu hälbed antakse poldi keerme välisläbimõõdu suurimast piirmõõtmetest,siseläbimõõdu hälbed aga mutri keerme siseläbimõõdu väiksemast piirmõõtmsest. Mitteläbivad töökaliibrid kasutatakse lühendatud profiiliga keeret,millel on väiksem keerme kõrgus ja keermeniitide arv (kuni 3). Kuna nimetatud kaliibrid on ette nähtud keerme keskläbimõõdu kontrollimiseks, siis keermeniitide kõrguse vähendamine ja nende väike arv võimaldab vähendada profiili kolmnurga ja sammu vigade mõju kontrolli tulemustele. Keermekaliibrite lühendatud profiil saavutatakse korkkaliibritel välisläbimõõdu vähendamisega ja süvise lõikamisega keerme põhja (keerme siseläbimõõdu juures), rõngaskaliibritel aga siseläbimõõdu suurendamisega ja süvise lõikamisega keerme põhja (keerme välisläbimõõdu juures). Süvised tuleb lõigata reguleeritavatel rõngas- ja harkkaliibritel, mille samm on üle 0,75 mm, teistel kaliibritel alates sammust 1,5 mm meeterkeermetele, tollkeermetele alates 20 niidist 1'' kohta.
d2
Keermekaliibrite parameetrid ja mõõtmed on antud erinevates käsiraamatutes.
46 18 MÕÕTEAHELAD DIMENSIONAL CHAINS Detailielemendi ja koostu geomeetrilised parameetrid määratakse mitme omavahel seotud mõõtme koosesinemisega. Mõõtmed moodustavad sisuliselt kinnise kontuuriga mõõteahelaid ning seega omavahel sõltuvad. Lihtsaim koost on võll avas ning seal moodustavad ahela võlli läbimõõt d, ava läbimõõt D ning nende vahele jääv ping N või lõtk S. Sõltuvus nähtub selles, kui muutes üht mõõdet, siis peab muutuma vähemalt ka teine mõõt. Sõltuvalt mõõtme muutumisest muutub teine mõõt kas samas suunas (nt mõlemad suurenevad) või teine muutub vastandsuunas (ühe suurenemisel teine väheneb). S
D S D d d
Sulgevaks lüliks loetakse mõõdet, mis kujuneb pärast seda kui teised mõõtmed on määratletud konkreetsete väärtustega. Olenevalt mõõtmete paigutusest ja valikust võib sulgev lüli olla teoreetiliselt ükskõik milline mõõde. Suurendavaks mõõtmeks (increasing dimension), omab mõjutegurit +1, loetakse mõõteahela lüli, mis suurenedes suurendab ka sulgevat lüli ning vähendavaks mõõtmeks (decreasing dimension), omab mõjutegurit ­1, lüli, mis suurenedes vähendab sulgevat lüli. Tekstis on neid tähistatud traditsiooniliselt noolekesega tähise kohal - s suurendaval paremale A ja vähendaval vasakule A . Ka mõõteahela vektorskeemis on sobilik kasutada sama põhimõtet, kuivõrd siis on kooskõlas koordinaatsüsteemi suunaga. Kui koostislüli pole sulgevaga rööpne, siis ta mõju sellele kahaneb kaldenurga suurenedes ning kaldlüli väärtus tuleb taandada sulgeva lüli sihile. Mõõtahela koostamisel ja arvutamisel tuleb mõõtme A asemel kasutada tema projektsiooni A' sulgeva lüli sihil. Sõltuvalt nurga valikust on projektsiooni suuruseks A'= A cos või A'=A sin .
A
A' Mõõteahela mõõtmete tähised võib asendada üldjuhul tähtedega Ai ning mõõteahela sulgeva lüli A0. Kinnisel kontuuril on mõõtmete summa null arvestades mõjutegurit : 0 A0 + 1 A1 + 2 A2 +...+ n An = 0 ning sulgev lüli kujuneb suurendavate mõõtmete summa ning vähendatavate mõõtmete summa vahena n A0= i Ai , i =n kus n on mõõtahela liikmete arv ilma sulgeva lülita. Sulgev lüli saab kõikuda mõõteahela lülide tolerantside Ti summa ulatuses n T0= Ti . i =n Kui suurendavad lülid ahelas on kõik maksimaalse võimaliku väärtusega ja vähendavad lülid samas minimaalsed, kujuneb sulgev lüli suurimaks võimalikuks. Kui suurendavad lülid on minimaalsed ja vähendavad maksimaalsed, saadakse sulgeva lüli minimaalne väärtus. Nende vahe on sulgeva lüli tolerants maksimum-miinimumi (nimetatakse ka halvima juhu ) meetodil. Äärmuslike väärtuste sellina kokkulangemine on reaalselt vähe tõenäoline. Tõenäosuslik sulgeva lüli tolerants on enamasti oluliselt väiksem. Halvima juhu meetod tagab täisvahetatavuse, tõenäosuslik - etteantud tõenäosusega osavahetatavuse. Tolerantsiväljade keskväärtused EMi on seotud nimimõõtmetega ning esinevad kui vektor nimimõõtme otsas. Nimimõõde koos keskhälbega annab mõõtme tegeliku keskmise väärtuse. Tolerantsiväljade keskväärtus omab suunamärki ning koos nimimõõtmega moodustab kinnise kontuuri, siis: n
i ( A + EM ) + i i 0 ( A0 + EM 0 ) = 0 i =1 . Kuivõrd nimimõõtmete, sh sulgev lüli, summa arvestades suunamärki on null, siis ka tolerantsiväljade keskväärtuste summa on null: n
i EM i + 0 EM 0 = 0 i =1
47 Tolerantsivälja ülemine ES ja alumine EI piirhälve on leitav seostega: ESi = EMi + Ti/2; EIi = EMi - Ti/2. Mõõteahelaid lahendatakse toote konstrueerimisel. Arvutatakse lülide puuduvaid nimiväärtusi, tolerantse ja põhihälbeid. Toote täpsuslikus sünteesis projektarvutuste ajal on ette antud sulgeva lüli parameetrid ning tuleb leida koostislülide sobivad parameetrid. Kontrollarvutustes on olukord vastupidine ning koostislülide parameetrite järgi leitakse sulgeva lüli parameetrid. Projektarvutus on keerulisem, kuna lõpplülile etteantud tolerants tuleb jagada koostislülide vahel nii, et tulemus summaarselt oleks sobiv. See eeldab vajadusel väärtuste sobitamist ning sügavamaid teadmisi kasutusnõuetest. Vastavalt joonestamise ja mõõtmestamise reeglitele sulgevat lüli kui teistest olenevat ise väljakujunevat, tööjoonisele ei kanta . Mõõteahela analüüsi alustatakse vektorskeemi koostamisest. Mõõtmed märgitakse vektoritena üksteisele järgnevalt arvestades suunategurit seni kuni kontuuri sulgumiseni. Seejärel arvutatakse sulgeva lüli parameetrid. Mõõteahela arvutamine halvima juhu meetodil Tolerance calculation based on deterministic model - min-max method (ka min-max meetod, täisvahetatavuse meetod) Selle meetodi puhul kasutatakse ainult piirmõõtmeid, eeldates, et nende kombinatsioon mõõteahelas on ebasoodsaim - kõik suurendavad lülid on maksimaalsed, kõik vähendavad minimaalsed või vastupidi. Tagatakse täisvahetatavus, mis tähendab mistahes lüli piiranguteta väljavahetamise võimalust mistahes kohas juhusliku tolerantsi piires valmistatud samase lüliga. Sobitamist ei vajata. Kontrollarvutuste puhul on vaba lüli leitav ülaltoodud valemitega. Projektülesande juhul on antud vabalüli mõõtme tolerants T0 ja tolerantsivälja keskväärtus EM0. Järgmisena tuleb jagada tolerants ülejäänud liikmete vahel. Seda võib teha jagades summaarse tolerantsi võrdselt (võrdtolerantside meetod, equivalent tolerance method) ahelaliikmete vahel, siis Ti = T0 / n, kus i on koostislülide arv ilma sulgeva lülita ja n on i maksimaalne väärtus. Tolerants tuleb valida lähedaseim standardväärtus. Meetod sobib lähedase suurusega koostislülide korral kuid on ebasobiv mõõtemete suure erinevuse korral kuivõrd kõik lülid saavad samaväärtusega tolerantsi. Võrdtäpsuse meetod (equivalent standard tolerance grade method) seisneb koostislülide võrdse täpsustaseme otsimises. Standardtolerants avaldub seosega: Ti = ii ai, kus ii on nimimõõtmest sõltuv tolerantsiühik ja ai on täpsustegur. Seega n T0 = ii # a i i =1 . Ühe tolerantsijärgu piires a1=a2=...=an, siis n a = T0 / ii i =1 . Tolerantsiühik on arvutatav valemiga ii = 0,453 Ai + 0,001 Ai . Leitud a alusel saab leida standardse IT järgu (nt kui on saadud a=56, siis tuleb teha valik IT9 = 40 µm ja IT10 = 64 µm vahel). Edasi saadakse IT järgu ning nimimõõtme järgi standardne tolerants Ti igale mõõteahela lülile, kusjuures tolerantside summa peab andma kokku ligilähedaselt sulgeva lüli tolerantsi. Suure erinevuse korral tuleb valitud andmeid veidi korrigeerida . Veel tuleb määrata tolerantsiväljade keskhälbed nii, et nende summad annaksid sulgeva lüli keskhälbe. Soovitav on ette anda koostislülide keskhälvete rakendamise põhimõte - avadele valida H so EM = +T/2 ning võllidele h so EM = -T/2 ja ülejäänutele js so EM=0. Kui mõne koostislüli tolerants on ette antud ja seda muuta ei saa tuleb see maha lahutada sulgeva lüli tolerantsist. T'0 = T0 - Tteada. Ülejäänud osa T'0 tuleb jaotada võrdtäpsuse moodusel ülejäänud koostislülide vahel, kusjuures m a = T0' / ij j =1 , kus j on ilma tolerantsideta lülide arv. Arvutuste kontrollimiseks tuleb liita suurendavad lülid maksimaalsena ning sellest summast lahutada vähendavad mõõtmed minimaalsetena. Vahe peab andma sulgeva lüli maksimaalse väärtusele lähedase (või võrdse) tulemuse. Arvutus on sobilik läbi viia tabeli abil. Antud meetod on arvutuslikult lihtsaim, kuid ainult piirmõõtmeist koosneva ahela esinemise tõenäosus on väga väike võrreldes juhuslike mõõtmetega praktilise ahelaga. Saadavad täpsused kujunevad asjatult suurteks.
48 Lüli Ai i ii IT Ti EM valem EMi AEIES A1 .... An Summa A0MAX Mõõteahela arvutamine tõenäosusmeetodil Tolerance calculation based on stochastic model Tegelikud mõõtmed on juhuslikud suurused ja nende ahel annab summeerudes mingeid tõenäoseid keskmisi summasid. Ahela koostislüli nimiväärtus ja keskhälve pole juhuslikud suurused ning eelnevad seosed nende osas ei muutu. Tolerantsi tegelik väärtus on juhuslik suurus, millel on dispersioon. Summa dispersioon on juhuslike suuruste dispersioonide summa ja tolerantsi ruut on võrdeline tegelike mõõtmete dispersiooniga. Sulgeva lüli tõenäosuslik tolerants: n T0 p = t 2 2 T i i i =1 , kus on suhteline standardhälve, normaaljaotuse korral 1/3, ristkülikjaotuse korral 0,577, kolmnurkse jaotuse korral 0,408 ning t tegur, mis sõltubtulemuse tõenäosusest (praagi protsendist). Tõenäosus 99,99 99,95 99,9 99,73 99,5 99,0 98,0 97,0 95,5 95,0 90,0 68,0 % t 3,89 3,48 3,29 3,00 2,81 2,57 2,32 2,17 2,0 1,96 1,65 1,00 Praktikas sagedamini esineva normaaljaotusseaduse ja P = 99,97 % korral seos lihtsustub ning valemiks kujuneb: n T0 p = Ti 2 . i =1
Võrdsete tolerantside meetodil on tolerantsi keskmise väärtuse leidmiseks valemiks: Tip = T0p / $n, Võrdtäpsuse meetodil tõenäosuslik keskmine täpsusteguri arvutusvalem on: n a p = T0 / ii2 i =1 . Arvutus on sobilik läbi viia tabeli abil. Lüli Ai i ii ii2 IT Ti Ti 2 EM valem EMi AEIES A1 .... An Summa Kui mõne koostislüli tolerants on ette antud ja seda muuta ei saa tuleb see maha lahutada sulgeva lüli tolerantsist: T0' p = T02p 2 Tteada . Ülejäänud osa T'0 tuleb jaotada võrdtäpsuse moodusel ülejäänud koostislülide vahel, m a p = T'0' p / ii2 j =1 , kus j on ilma tolerantsideta lülide arv. Võrdse mõju meetod (equivalent influence method) seisneb koostislülide tolerantsidele võrdse mõjutaseme otsimises arvestades kogu toodet. Mõju võib olla väljendatud näiteks optimaalse hinnaga, st mõõtme tolerantsid on lülidele saavutatud nii, et nende hinnatase oleks sama (töötlemine, koostamine, remontimine). Seega: n T0 = Qi Ti i =1 , kus Qi on tundlikkuskoefitsient. Valitakse Q1T1 = Q2T2=...= QnTn . Optimiseerimismeetod (optimisation method) seisneb koostislülide tolerantsidele optimaalse taseme otsimises arvestades kogu toodet. Aluseks võib olla optimaalne kvaliteet või optimaalne toote hind. Vajalik on viia läbi suuri uurimistöid konkreetseid tingimusi arvestades. Tolerantside analüüs/süntees ja mõõteahelate arvutamine arvuti abil Arvuti kasutamine lihtsustab rutiinset arvutustööd eriti toote arenduse staadiumis , kus on vajalik leida mitmeid sobivaid variante ja kontrollida tulemuste sobivust. Loodud on mitmeid programme mõõteahelate arvutuseks. Konstruktoril on vajalik siiski tunnetada ka toodet sügavuti, seetõttu on oluline teada ka ahelate arvutust käsitsi. Vajadusel peab olema oskus koostada konkreetsele objektile ise arvutusprogramm, mida on lihtne teha Exelis või Basic formaadis .
49 19 GEOMEETRILISTE TOLERANTSIDE RAKENDAMINE JA INTEPRETEERIMINE Konstruktor kujundab iga detaili ideaalse kuju ja piirid rakendades komplektset protsessi, mis hõlmab loovust, kogemust ja teadmisi ala kohta. Lisaks konstruktor määratleb tootmisviisi ning kvaliteedi hindamise komponendid. Kui aluseks olev joonis on vigane, siis ei ole võimalik seda toote tootmisel rakendada. Tootmist lihtsustavad ümbriku nõue ja maksimaalse materjali tingimus. Tolerantside ja hälvete rakendamisel tuleb leida vastus järgmistele küsimustele: - mis on mõõtme funktsioon; - kas mõõtme üldtolereerimine on piisav, kui mitte, milliseid samme tuleb astuda; - millist geomeetrilist hälvet on vaja limiteerida, kas hälve on otsene või tulenev teisest; - mis on lähteks, kas on reaalne pind või üleviidud pind; - milline on tolerantsi väli, silindriline, joon vm; - kuidas on tolerantsitsoon määratletud, lähtega, piirangutega vm; - milliseid ekstreemseid geomeetrilisi hälbeid võib omadus omada. Paine, mitteristseis, konstantne paksus, elliptilisus, maksimaalne materjali tingimus; - kas mõni tolerants on ülemuslik, kas rakendatav on ümbriku tingimus; - sobiv on joonistada tolerantside ja hälvete skeem. Geomeetriliste omaduste tolereerimine Tehniliste kaupade kvaliteedi ja tootmise kvaliteedi tagamiseks tuleb limiteerida geomeetrilisi omadusi. Geomeetrilised hälbed on põhjustatud suuresti töötlemisprotsessist. Geomeetrilisi hälbeid on reeglina käsitletud sõltumatutena. Mõõtmisel kontrollitakse reaalset pinda, kuid mitte nominaalpinda. On vajalik määratleda lähted, mis reaalses olukorras kujunevad sageli üleviidud lähteks (telje asemelmingi külgpind). Osasid hälbeid on sobivam kujutada teiste hälvete kompleksina (silindrilisus koosneb ümarusest, sirgjoonelisusest ja paralleelsusest). Tolereerimise printsiibid ISO 8015 järgi on põhiprintsiibiks hälvete sõltumatu käsitlemine või paari moodustavatel detailidele ümbriku nõude rakendamine. ISO 1101 järgi on geomeetriliste hälvete tolereerimisel rakendatavad järgmised printsiibid. Geomeetrilised tolerantsid
Mõõtme tolerantsid Kuju, suuna, asendi ja viskumise tolerantsid
Sõltumatuse Ümbriku- Sõltuvad tolerantsid Sõltumatud tolerantsid printsiip nõue E Max materjali Min materjali Vastas- nõue M nõue L tiku nõue R
Lisaks on kasutusel projektsioon tolerants P ISO 1101 alusel või vaba seisukord F vastavalt standardile ISO 10579. Sõltumatuse printsiip on kasutusel reeglina mõõtmetele, mis ei moodusta paari. St et mõõde peab asetsema tolerantsi piirides. Ümbriku nõue on rakendatav paari kohta ning näitab, et tegelik mõõde ei tohi ületada ideaalset ümbrist maksimaalse materjali piirides kogu paari haarde ulatuses. Joonisel tähendab ümbriku nõue, et mõõtme tolerantsi tuleb vähendada kujuhälbe võrra. a) joonis b) võimalik tegelik detail
12 +00,02 Geomeetrilise hälbe tsoon 0,1 +0 , 01 12 0 , 02 E
Ümbriku nõue Maksimaalse materjali nõue on sobiv silindrilistele ja prismaatilistelevormidele, mis omavad sümmeetria telge või tasapinda. Maksimaalsematerjali nõue tähendab, et mõõde ei tohi ületada mitte mingil juhul piirväärtust.
50 a) joonis b) võimalik tegelik mõõde +0 ,1 8 0 ,1 Kuju hälve 0,02 mm
A 0M A Tegelik mõõde 8 +00,,108
M tingimus on kasutatav asendi hälbe ja samatelgsusele.
Tolerantsi projektsioon tsoon P võimaldab geomeetrilised hälbed kujutada selgelt joonisel. Projektsioon tuuakse paari mõjupinnale. Nt ava ristseisu nõue viiakse pinnalt teatud kaugusele. Ristseis telje asendi hälbena 0,1 0,1 P A ulatub pinnalt kaugusele 20 mm P 20
A
Vaba oleku tolerants F võimaldab tolereerida kergelt muutuvaid detaile, nt õhukeseseinalist lehtmetalltoodet, vabas olekus. Nt tähendab ümaruse hälvet 4 mm vabas olekus. O 4 F Mõõtmed joonisel Kõik andmed toote valmistamiseks peavad olema tööjoonisel. Mistahes element joonisel, nt tasapind, silinderpind, paralleelpinnad, õlgmik, keere, soon, prifiil jne, mõõtmestatakse reeglina ühekordselt. Liigsed mõõtmed pole kohased. Mõõtmed asetatakse vaatele või lõikele, mis kõige selgemalt avavad elemendi olemuse. Standardi ISO 129:1985 liigitab mõõtmeid joonisel talitluslikeks ( functional dimension), talitusvabadeks (non- functional) ja abimõõtmeteks (auxiliary). Talituslikud mõõtmed on olulised toote eesmärgikohaseks toimimiseks. Talitusvabad pole funktsioneerimise seisukohalt vajalikud, kuid aitavad nt tehnoloogiat rakendada (nt keermestatud ava üldpikkus). Abimõõtmed on antud ainult informatsiooniks, teatmemõõtmetena ning antakse ilma tolerantsideta Mõõtmed on kogu joonise ulatuses smades ühikutes, peamiselt mm-tes ja neid ei kirjutata joonisele. Kui on olemas erinevaid ühikuid tuleb mittepeamisele lisada mõõtühik. Mõõtarvud kirjutatakse: - paralleelselt mõõtejoonega nii, et oleks loetav alt üles või paremalt vaadates; - paralleelselt joonise allservaga ning siis soovitatavalt mõõtejoone keskel. Joonisel tuleb kinni pidada mõõtkavast. Joonisel ei tohi olla kinniseid mõõtahelaid st üks mõõtmetest tuleb jätta vabaks. Valmistus- või kontrollprotseduure ei tule joonisel ette näha, või ainult siis,kui see on vältimatu funktisonaalsuse või vahetatavuse kindlustamiseks. Peamiseks põhjuseks on võimalike tehnoloogiate suur mitmekesisus. Sama toode võidakse teha alguses universaalpinkidel, hiljem seerias automaatpinkides. Toote tehnoloogilisus määratakse suuresti talituslike mõõtmete lähtepindade ja tehnoloogiliste lähtepindade valikuga ja mõõtmete paigutamisega joonisel. Mõõtmestamine on tehnoloogiliselt sobivaim, kui konstruktsioonilised ja tehnoloogilised lähted kattuvad, kui mõõde on tagatav häälestatud pingioperatsiooniga, lihtsalt kontrollitav, ratsionaalses järjestuses töödeldav. Nt allesjäävat osa on lihtsam mõõta kui mahatöödeldud osa. Oluline on lahti mõtestada avade vahelised kaugused (erinev põhimõte, kui kasutatakse kontrollimiseks kaliibreid, universaal mõõteriistu või koordinaat mõõtmeid). Arvestada tuleb tootmisprotsessis esinevat mõõteriista muutust (nt kulumine).
51 Masinaosad toimivad koostöös. Osade kokkusobivus ja koostatavus sõltub liiteelementide nimimõõtmete, mõõte- ja geomeetriahälvete ning pinnakareduse koostoimimisest. Nimimõõtmed Koostude tehniliste lahenduste väljatöötamisel tekivad esmalt iseloomulikumad nimimõõtmed, so mõõtmed, mis määravad elemendi geomeetria üldistes joontes ja mille juurde seejärel hakatakse arvestama hälbeid. Need mõõtmed pannakse paika enamasti ruumilise ettekujutuse tulemusena. CAD kasutamisel on koostatav joonis täpne ning mõõtmele vastab ka mõõtarv. Visuaalselt kontrollitav on kõige paremini mõõtkava 1:1. 3D stiili kasutamise võimalusel tuleb modelleerides ettekeerata olulised vaated ning üks nendest võtta nö põhivaateks. Ainult mõned kriitilised mõõtmed kontrollitakse kinemaatiliste, tugevuse, jäikuse, kulumise, töökindluse jm sarnaste arvutustega. Nimimõõtmed reeglina ei ole arvutatavad, sest sellisel juhul oleks kõik lihtsalt komputiseeritav. Praktika on näidanud, et alus uuele tootele tekib konstruktori loova töö tulemusena ning sageli järk-järgulise lähendusena ning kasutades varasemaid kogemusi. Paljude elementide kohta on antud soovitusi, mis on sobilikud enamustel juhtudelkasutamiseks. Nt faasid, ümardusraadiused, laagrite sõlmed, kinnituselemendid jne. Nimimõõtmed soovitatakse valida joonmõõtmete standardreast. Tegelikkuses konstrueerimisel on tõsiasi, et paljude mõjurite väärtusi ei ole teada kuid nende toimet tuleb aga käsitada koos väga erinevate ja vastuaoluliste ekspluatatsiooniliste nõuetega. Nt masinatel esinevad erinevad kiirused, sõidustiilid, pinnase, koormatus, löögid, väsimust põhjustavad vibratsioonid ja erinevad koormuste tsüklid. Selliseid asjaolusid annab parandada konstruktori "talendiga" ning vajadusel mudelite katsetamisega. Seega kujunevad nimimõõtmed joonisele konstruktsiooni arenedes järkjärgulise lähenemise teel, arvestades etteantud parameetreid kui tõenäosuslikke suurusi, arvestades eelmiste toodete väljatöötamise kogemusi ja mitmesuguste normidega ette nähtud kitsendusi. Laialdase automaatprojekteerimisega ja mõõtmete arvutamisega ei saa enamasti suurt midagi pealehakata. Mõõtmete normimine Mõõtmete normeerimisel on eesmärgiks ebaotstarbeka mitmekesisuse piiramine. Eelisravude süsteem standardi ISO 3 järgi objekti parameetrite väärtustena kasutatult võimaldab saavutada üksteisest sõltumatult loodud objektide kooskõla, hoida kokku aega ja vahendeid tootmises ja ekspluatatsioonis. Eelisarvude rea aluseks on geomeetriline progressioon ,kus kahe järgneva arvu suhe on konstantne. Standardsed eelisarvud moodustavad neli põhirida eelistuste kahanemise järjekorras - R5, R10, R20 ja R40. Lisaread on R80 ja R160 . Ümardatult on reategurid vastavalt 1,6; 1,25; 1,12; ja 1,06. Rea R5 moodustavad arvud 1,00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30 ja 10,00. Eelisarvusid saab koma nihutamisega piiramatult pikendada. Monedes rahvusstandardites on joonmõõtmetele koostatud oma eeliarvude read, kus arve on mõnevõrra ümardatud ja kohandatud. Joonmõõtmete rida tähistatakse Ra. Mõõtmetolerantside ja geomeetriliste tolerantside ning pinnakareduse omavaheline seos Mõõtmetolerantsid ja geomeetrilised hälbed tuleb reeglina arvesse võtta sõltumatutena. Kui geomeetriliste hälvete täpne määramine ei ole võimalik või otstarbekas on esitatud soovitus, et: - normaalseks loetakse geomeetrilist täpsust, kui kuju- või asenditolerantsid moodustuvad umbes 60 % mõõtmete tolerantsist; - normaalsest kõrgemate nõuete korral peaks geomeetrilised hälbed moodustuma ca 40 % mõõtmete tolerantsist; ning - eriti täpsete detailide korral peaks suhe olema 25 %. Mõõtmetolerantside ja geomeetrilise hälvete ning pinnakareduse vahel on teatud korrelatsioon, kuivõrd mida täpsem on detailsedaväiksemad on ka lubatud pinnakareduse väärtused. Praktika alusel on antud vastavad soovitused sõltuvalt detaili nimimõõtmest, tema mõõtmetolerantsist ning geomeetriliste hälvete suurusest. Nt soovitused Ra suurusele:
Nimimõõde mm Tolerantsijärk, Geom hälve, normaalne Geom hälve, täpne sj ei ole nõuet geom. hälbele 18....12 IT 3 Ra 0,4 0,2 0,1 120...500 IT 3 Ra 0,8 0,4 0,2
52 20 MÕÕTMESTAMISE JA TOLEREERIMISE VEKTORIPÕHINE KÄSITLUS Vektoripõhise käsitluse perspektiivid Vektoripõhine mõõtmestamine ja tolereerimine (VDT) (vectorial dimensioning and tolerancing) on uus konsept , mis esitab detaili geomeetriat ja tema tolerantse. VDT järgib reegleid, mis on esitatud CMM ja CAD/CAM süsteemi poolt ning traditsioonilist tolereerimist. Lisaks on võimalus korraldada mõõtmine otse tootmisprotsessis ning rakendada vajalikud täpsustused koheselt. VDT konsept esitati 80-ndate aastate lõpus A.Wirtz poolt. 1996-1998 loodi ISO juures vastav nõuandev kogu ning VDT põhimõtteid on arendatud laialdaselt edasi. Vektoripõhise käsitluse kontseptsioon VDT võimaldab täpse eristatavuse asendi, suuna, mõõtme ja kuju elementide vahel ja seega tagab täpse probleemi määratluse ja tõenduse.
z TEGELIK PIND eE Ea
y E NIMIPIND eP
Pa P
x Üleviidud elemendi väärtused: Üleviidud Asend Suund Mõõde Kuju element Nimi- Piir- Nimi- Piirhälve ± Nimi- Piir- Nimipind Piir- mõõt hälve ± mõõt mõõt hälve ± hälve ± mm mm mm mm mm mm mm PxPyPz TxTyTz ExEyEz TExTEyTEz S T Tasapind Tasapind nr ....... ...... ...... ......... ....... ......... ........ ........... 1
Joon. Pinna vektoriaalne käsitlus.
Nimipind on määratletud nimi asendi vektoriga P ja nimi suuna ühiku vektoriga E. Tegeliku pinna arvutatud üleviidud pind on määratletud tegeliku asendi vektoriga Pa ja tegeliku suuna ühiku vektoriga Ea. Silindri vektoriaalsel käsitlusel antakse silindri telje asukoha vektor P, telje suuna vektor E, mis moodustavad tasapinna ning lisaks nimimõõtme (raadiuse kujul) vektor r. Tegelikud detailid saadakse piirates tasapinda sirgetega ning silindrit tasapindadega. VDT põhireegliteks on: a) Omadus mida mõõtmestatakse ja tolereeritakse on asendatud geomeetriliselt täislik pind (nimipind), mis ei ole tegelik tööpind. b) Tegelik pind on reaalse detaili pinna üleviidud pind, mis on saadud reaalse pinna mõõtmiste ning selle arvutamisel Gaussi meetodi alusel. c) Nimipinna määratletakse koordinaatide süsteemi abil. d) Eraldi ja sõltumatult on antud asendi ja suuna vektorid . e) Võimalik on kasutada telgede ümber pööramist etteantud nurkade võrra. f) Elementide mõõtmed on määratletud skaaladega. g) Joonis ja tabel annavad tööpinna geomeetria andmed. Joonisel on antud sümbolitega: - nimielemnt ja seda määratlevad punktid antuna vektoritega; - reaalse elemendi lähte süsteem. Tabelis antakse: - nimiasendi vektorite parameetrid ja piirväärtused neile; - nimisuuna vektorite parameetrid ja piirväärtused neile; - vajadusel nimi pöördenurkad ja piirväärtused neile;
53 - nimimõõtmed asendavale elemendile ja piirväärtused neile; - kuju ja pinnakareduse nõuded; - vajadusel ümbrikunõue,maksimaalse materjali nõue jne. Asendavad elemendid (substitute elements) Asendav geomeetriline element on geomeetriline element, mis on sama tüüpi kui nimielement (omadus). Asendav element on ideaalne geomeetriline element nt sirgjoon, ring, tasapind, silinder, sfäär, koonus, ringtoru, kesktasapind, vaba kujuga element. Detailil on saadud üleviidud pind, mis on arvutatud Gaussi meetodit kasutades punktide kogumit tegelikul pinnal. Sellel juhul kasutatakse põhimõtet, et tegelikult pinnalt hälvete, mis on risti pinnaga, ruutude summa oleks väikseim. Asendatud elemendid koos: - nimiasendi vektorite ja hälvetega; - nimisuuna vektorite ja hälvete; - nimipöördenurkade ja hälvetega; - nimimõõtmete ja tolerantsidega; - kujutolerantsidega määratlevad detaili geomeetrilised omadused paremini kui klassikaline mõõtmestamine ja tolereerimine ISO1101 alusel. Asendav element on määratletud alltoodud andmete alusel: Element Asendivektor P Suuna ühikvektor Mõõt Minimaalne punktide arv Tasapind Punkt tasapinnal Pinnanormaal - 3 Sfäär Keskpunkt - Diameeter 4 Silinder Punkt teljel Telje suund Diameeter 5 Koonus Punkt teljel Telje suund Diameeter 6 Koonuse nurk Ringtoru Keskpunkt Telje suund Toru diameeter 7 Ringi diameeter Sirgjoon Punkt joonel Telje suund - 2 Ringjoon Keskpunkt Pinnanormaal Diameeter 3 Pindade paar Punkt Keskpina normaal Pindade 6 kesktasapinnal vahekaugus Vaba kujuga pind Valitud punkt Pinna suund Pöördenurk Andme fail Tegeliku detaili kujuhälbed on võimalik mõõta asendatavast pinnast. Kontrollpunkte peab olema piisavalt palju, et saada ülevaadet tegelikust pinnast. Asendatavad elementid tuleb joonisel nummerdada ja identifitseerida. Asendav element tähistatakse kujul 3 o
Asendava elemendi punkt tähistatakse kujul % 3 Tähis 1+2 tähistab lõikepunkti. Tähis (1+2)-(3+4) tähistab punktidega eraldatud sirget. Asendav lähtesüsteem Asendavaks lähtesüsteemiks on koordinaatsüsteem. Asendav lähtesüsteem võib olla primaarne, sekundaarne või tertsiaalne . Primaarne asendav lähtesüsteem (nt pind koordinaatides x ja y) esitab primaarset lähtesüsteemi, siis sekundaarne (nt pind x ja z) ja tertsiaalne (nt pind y ja z) asendavad vähema tähtsusega lähteid. Asendavad pinnad tähistatakse SA (või SB; SC jne). z Pinnad 1, 2 ja 3 ja tähised SA, SB ja SC SC
3 & x % O 1+2+3 1 y x % O 1+2+3 2 SB
54 Asendav asukoht Asukoht on määratletud vektoriga P. Asukoha hälve on tegeliku pinna asukoha vektori ja asendava pinna asukoha vektori vahe. Asendav suund Asendav suund on määratletud suuna ühiku vektoriga E. Asendav pööre Tähendab pööret ümber koordinaadi O punkti. Kuju, pinnakareduse ja muud nõuded Antakse joonisel eraldi nõuetena, kuivõrd on raske siduda vektorkäsitlusega. Vektoripõhine käsitlus on eriti sobiv arvutiga seotud töötlemisprotsessis ning mõõtmistel. Näide: Kepsu vektoripõhine käsitlus Vt GPS ptk 20.9.
21 MEHAANILISTE KOOSTUDE STATISTILINE TOLEREERIMINE Üldist Statistilist tolereerimist on käsitletud, mitmes töös ning ka DIN 7186-1. ISO tasemel standardite loomine on alles projektistaadiumis. Klassikaline tolereerimine võtab aluseks halvima juhu põhimõtte, st hälbeid käsitletakse maksimaalses väärtuses. See tagab elementide täisvahetatavuse. Tegelikkuses on mõõtmed juhuslikud suurused ning võivad kõikuda tolerantsi piirides tõenäosuse põhimõtete alusel. Juhuslikud suurused on käsitletavad statistiliste teooriate alusel. Statistika kehtib suurte koguste juhul ning võivad esineda mittevastavused nõuetele. Seda tuleb arvestada, kui on võimalik ohuolukorrad toote kasutamisel. Statistika põhitõed Tõenäosuse ning statistika teooria on lai valdkond kuid tolereerimisel piisab mõnede põhitõdede mõistmist. Lisaks on võimalik sageli lihtsustada statistilisi mudeleid. Füüsikalise süsteemi statistiline suurus või juhuslik suurus X võib mõõtmisel omada erinevaid väärtusi. Võimalike väärtuste kogum x määratleb statistilise jaotuse. Jaotuse saab kirjeldada tõenäosuse tiheduse funktsiooniga g(x), mis omab kahte olulist omadust: - funktsioon on selline, et tõenäosus, et X mõõtetulemus asub piirkonnas x0 ja x0+dx on antud g(x0)dx; ja g( x ) dx = 1 - integral g(x) -st x järgi on ühik, so . 2 Eeltoodu alusel keskmine µx ja varaints x saab kirjutada +'
µx = x g ( x ) dx ' +' 2 2 x = x µx g ( x ) dx ' . Sageli on jaotus kirjeldatud nende kahe võrrandiga,mis annab keskväärtuse ja jaotumise ulatuse. Differentsiaali kasutamine on vajalik tulemuste pideva ( katkematu ) jaotumise korral ning diskreetse jaotumise korral on eeltoodud valemid kasutatavad kujul: 1 µx = xi N i 1 2 2 x = xi µx N i , kus N on mõõdetavate arvude koguarv ja summa on kõikide xi osas. Kui funktsiooni saab kirjutada juhuslike suuruste lineaar kombinatsioonina, siis ka selle funktisooni keskmine on sama lineaar kombinatsioon muutujate keskmisest. Seega kui F(yi)=a0+a1y1+a2y2+....+anyn siis µF= a0+a1µy1+a2µy 2+....+anµy n ja 2 2 2 2 F = a1 y1+a2 y 2+....+an y n. Viimane valem on tõene ainult juhul, kui juhuslikud suurused yi on statistiliselt sõltumatud. Viimased kaks valemit on kasutatavad osade koostamisel, kus kogumit iseloomustab keskmine ning on võimalik leida nende hajumine .
55 Näide. Koost koosneb võllist, mis on asetatud silindrilisse avasse. Võll omab läbimõõtu ds, keskmist µs ja standard hälvet s ning ava analoogselt dh, µh ja h. Eeldades, et geomeetrilised hälbed on väikesed, siis lõtk on leitav lineaarse võrrandiga S = dh - ds. Keskmine lõtk partiis on analoogselt µS = µh - µs. Eeldades, et ava ja võll on valmistatud erinevates vabrikutes tagamaks korrelatsiooni puudumist, siis on lõtkude jaotumine leitav valemiga
=( ) 1 2 + 2 2 S h s . Kui diameetrite tulemuste jaotumine oli normaaljaotuse kohane, siis ka lõtk on normaaljaotuse kohane ning on võimalik leida osa, mis võib minna praaki . Tolerantside tähistamine Detaili geomeetrilised karakteristikud saab statistiliselt tolereerida, sh kuju, suuna,asukoha ja viskumise hälbed. Statistiline spetsifitseerimine on alati täienduseks halvima juhu tolereerimisele. Statistilised tolerantsid tähistatakse tähtetega ST, mis asub heksgonaalis, millele järgneb kast, milles on antud jaotuse andmed (ei ole senini standarditud).
10±0,15 ST Cpk(1,0 Cp(1,7
Statistilise taseme andmed on esitatavad mitme meetoditega. Järgnevas näites on tähised antud nn Process Capability Indices (PCI) põhimõtetel ning parameetrid Cpk ja Cp on leitavad spetsiaalsete valemitega. PCI järgi koostatakse graafik µ , mis kirjeldab objekti võimalikku jaotumist teatud eelis piirkonnas PPZ (populatsion parameter zone). Selles eelistsoonis asetsevad µ; väärtused rahuldavad ST tolerantse.
c b e d a
PPZ
L ) U µ Suurused L (low) ja U (upper) on halvima juhu piirväärtused ja ) on soovitud väärtus tolereeritavale karakteristikule. Sageli on L ja U sümmeetrilised ) suhtes, siis )=(U+L)/2. Eeltoodu ei kehti,kui rakendatakse näiteks maksimaalse materjali tingimust. Olukorra hindamiseks rakendatakse võime tegureid Cp, Cpk, Cc ja Cpm, mis on leitavad järgmiste valemite abil. U L Cp = 6 , ( C pk = min C pl , C pu , kus ) µ L U µ C pl = ja C pu = 3 3 Cx= max (Cel, Ccu), kus ) µ µ ) Cel = ja Ccu = ) L U ) U L C pm = + (µ ) ) 2 2 6 Eeltoodud joonisel on saadud PPZ tsoon võimetegurite abil.
56 Joon a puhul (U-L)/6Cp; joon b puhul (µ-L)/3Cpk; joon c puhul (U-µ)/3Cpk; joon d puhul µ )+Cc(U-)) ja joon e puhul µ()-Cc()-L) Näite andmete 10±0,15 ST Cpk(1,0 Cp(1,7
alusel saab koostada PPZ tsooni
Cpk Cpk ja Cp 0,08 0,08
0,03
0 9,85 10 10,15 µ 9,85 10 10,15 µ
57 22 GEOMEETRILISTE HÄLVETE KONTROLLIMINE Üldist Seoses tootmise mehaniseerimisega on järjest tõusnud detailide valmistamise täpsuse kontrollimine. Kaasajal on toodetel järjest rangemad nõuded täpsuse suhtes. Piisavalt nõuetekohane detail tagab kogu toote kvaliteetse koostuna toimimise. Järjest paranevad samuti mõõtmisvõimalused ning mõõtevõimed ning sellega tegeleb nn tööstuslik metroloogia. Nõutavamad on mõõtmised mida on võimalik kergesti hinnata, kasutada automatiseeritult koos arvutitega, integreerida tootmisprotsessi ja võrku. Selle tulemusel on välja arenenud mõõteriistad elektrilise ja digitaalse väljundiga. Tööstuses kontrolliks kasutatavad mõõtemeetodid saab jagada järgnevalt: - tavapärane katsetamine (käsimõõtevahendid); - kujumõõtemasinad; - koordinaat mõõtemasinad; - hammasrataste mõõtemasinad; - automaatsed pikkuse mõõtemasinad. Kontrollimine võib olla subjektiivne so inimese poolt visuaalne hinnang või mõõtevahenditega sooritatud . Viimane juhus annab täielikuma kinnituse, et nõuded on täidetud, kuivõrd saadakse arvuline tulemus. Kontrollimisel on vajalik sobiv meetod, sobivad vahendid ning hinnata tuleb mõõtemääramatus. Mõõtmete ja vahemaade mõõtmine Lineaarvahemaad on võimalik mõõta lihtsate vahenditega mõõtes otseselt kahe punkti vahemaa. Lineaarmõõtmiste jaoks on sobivad järgmised mõõteriistad:
Nimetus Skaalajaotise väärtus Nimetus Skaalajaotise väärtus Nihik 0,05; 0,1 mm Sügavusnihik 0,05; 0,1 mm Väliskruvik 0,01 mm Sisekruvik 0,01mm Sügavuskruvik 0,01 mm Kellindikaator 0,01 mm Siseindikaator 0,01; 0,002; 0,001 mm Sügavusindikaator 0,01 mm Kang-hammasratas 0,001; 0,002 mm Mitmepöördeline kang- 0,001; 0,002 mm mõõtepea hammasindikaator (mikroindikaator) Vedru-mõõtepea 0,0001...0,0005 mm Optiline vedru-mõõtepea 0,001...0,005 mm (mikrokaator) Kangkruvik 0,002; 0,005 mm Kanghark 0,002; 0,005 mm Harkindikaator 0,01 mm Optimeeter 0,001 mm Mõõtemikroskoop 0,005; 0,01 mm Pikkusplaadid Mõõtejoonlauad ja 0,5 mm Lehtkaliibrid 0,01 mm mõõdulindid
Eeltoodud mõõteriistadega on mõõteprotsessis parim mõõtevõime ligikaudu samal tasemel kui minimaalne jaotise väärtus. Mõõteriistade lühiiseloomustus: a) Nihik (calliper), ISO/WD 13385, erinevad variandid võimaldavad kontrollida välismõõtusid, sisemõõtusid, astmeid, sügavusi. Mõõteulatused väga laiad , 0 kuni mitme meetrini, parim mõõtevõime kuni 0,05 mm. Täpsuse taseme parandamist takistab mõõtepindade mitteparalleelsus, mis on põhjustatud lõtkudest liikumise võimaldamiseks. Skaalad võivad olla lineaarsed, kellakujulised või digitaalsed. Mehhaanilistel nihikutel saavutatakse lugemi täpsustamine nooniuse abil. Mõõtmisel tuleb tagada korrektne kontakt mõõteotsikute ja mõõdetava pinna vahel. b) Kruvik (micrometer gauges), ISO 3611, kasutusala on nihikule analoogne, välismõõtmed, sisemõõtmed ja sügavus. .Mõõteulatus reeglina 0 kuni 500 mm, skaala jaotis reeglina 0,01 mm. Mõõtejõu ühtluse tagab üleviskemehanism ning konstruktsiooni tõttu on vähene käe temperatuuri mõju. Täpsuse taseme tõusu takistab mõõteotsikute kiivsus (kalle) ühise telje suhtes. Võimalik on rakendada digitaalnäitu. Kruviku kruvi samm P=0,5 mm, seega ühe täispöörde n=1 korral on kruvi joonpaigutus L = P. n = 0,5. 1= 0,5 mm. Pöörates kruvi ringskaala ühe jaotise, so n = 1/50 võrra, on kruvijoonpaigutus L = 0,5 / 50 = 0,01 mm, mis on ka jaotise väärtuseks. c) Kellindikaatorid ( dial gauges), ISO/CD 463, on mõeldud eelkõige vahede mõõtmisteks. Töökäik on väike, 0 kuni 10 mm. Võimaldavad mõõta sirgjoonelisust, paralleelsust ja ümarust. Absoluutmõõtmete kontrollimiseks on vajalik täiendavad skaalad ja abiseadmed. Jaotise väärtus reeglina 0,01 mm. Võimalik varustada erinevate otsikutega ja digitaalnäiduga. Mõõdetava pikkuse tegelik väärtus on võrdne seademõõdu ja hälbe algebralise summaga . Mõõtemehanismis on kasutusel täpishammasratasülekanne.
58 Siseindikaator omab spetsiaalset abikonstruktsiooni silindriliste sisemõõtude kontrollimiseks, sügavusindikaator abipinda ning seinapaksuse indikaator harkset mõõteotsikut. d) Kellkomparaatorid (dial comparators) on analoogsed kellindikaatorile kuid lühikesema käiguulatusega (kuni 1 mm) ja täpsemad (jaotise väärtus kuni 0,002 mm). Mõõtmisel võrreldakse etalonväärtusega. e) Optimeetrid ja mõõtemikroskoop. Kasutatakse optilisi omadusi mõõtmisel. e) Nurgamõõtevahendid. Nurka mõõdetakse otseselt nurgamõõtevahendiga (analoogne nihiku põhimõttele) või arvutatakse kasutades mitut lineaarmõõtme mõõtmist, kasutades sageli siinuslaudu ja pikkusplaate. f) Kaliibrid. g) Kui on lisaks vajalik mõõta ümbriku nõude täitmist läheb vaja koordinaat mõõtemasinat. Kujuhälvete mõõtmine Kasutusel on peamiselt mõõtevahendid, mis võimaldavad skaneerida ümaruse, sirgjoonelisue, tasapinnalisuse ja silindrilisuse hälvet. Libistatakse (skaneeritakse) otsikut üle pinna ning võrreldakse seda referenspinnaga. Mõõteotsiku liikumine filtreeritakse, võimendatakse ning esitatakse. Mõõtepunktid võivad olla ka diskreetselt, katkeva joonena . Mõõtetäpsuse tõustes väheneb mõõteulatus. Vajalik on sobiv mõõtejõud. Ümaruse kontrollimisel ristlõike ovaalsus on suurima ja väiksema läbimõõdu vahe. Kuna suurim ja väikseim läbimõõt ei tarvitse olla teineteisega risti, siis täpsema mõõtmise korral tuleb pöörata detaili mõõteriista mõõteotsikute vahel ühe täispöörde ulatuses ning määrata suurim ja väikseim läbimõõt. Tsentrite vahele kinnitatud detaili ovaalsuse mõõtmisel tuleb mõõtetulemusest kõrvaldada ektsentrilisuse mõju. Selleks seatakse tasapinnalise või joonotsikuga mõõtepea madalaimas punktis nulli ning võetakse näidud, pöörates detaili 90o, 180o ja 270o ning ovaalsus määratakse o= 90 + 270 - 180. Ristlõike kandilisus on piirderingjoone läbimõõdu d ja reaalse profiili paralleel-puutepindade suurima kauguse vahe. Kandilisuse kontrollimisel prismas tuleb mõõtmiselsaadud suurima ja väikseima näidu vahe A jagada kantide arvust ja prisma nurgast sõltuva teguriga.
D1 D
Silindrilisuse hindamisel koonilisuse absoluutväärtuseks on ühe ja sama pikilõike otstes mõõdetud läbimõõtude vahe ds - dv ning tünnilisuse ja sadulsuse väärtuseks on detaili ühe otsa ja keskväärtuse läbimõõtude suurim vahe. Kõveruse väärtuse määrab pikilõike suurim läbipaine. Kõveruse kontrolliks pööratakse tugedel asuvat detaili mõõteriista sfäärilise mõõteotsiku all 360o võrra. Kõverus on võrdne mõõteriista näitude suurima poolvahega.
dv ds
Sirgjoonelisuse hälve on kontrollitava pinna profiili punktide suurim kaugus piirdesirgest. Tasapinnalisuse hälve on kontrollitava pinna punktide suurim kaugus piirdetasapinnast. Mõlema kontrollimiseks saab kasutada lekaaljoonlauda valguspilu meetodil, laiapinnalist joonlauda koos lehtkaliibriga, laiapinnalist joonlauda koos mõõteplaatide ja kang-mehaanilise mõõteriistaga, hüdrostaatilist meetodit (ühendatud anumate printsiibil), pingutatud traadi ja optilise viseerimise meetodit. Kasutamist leiavad veel nurga hälvete meetod (kontrollimine loodi abil, kollimatsiooni- ja autokolimatsioonimeetod) ja inteferentsimeetod. Lihtsaim meetod on "värvitäpimeetod". Pindade ja telgede asendi ning viskumise hälvete mitmesuguseid kontrollimise juhte esineb praktikas väga sageli ning eksisteerib mitmeid meetodeid . Vajalik on erilised rakised ning hälbed määratakse sageli kellindikaatorite abil. Kellindikaatorid seatakse etalonide järgi.
Kontrollplaat Kontrollplaat
Nurkade mõõtmine Nurkade kontrollimiseks kasutatakse mitmesuguseid vahendeid: nurgikuid, nurgaplaate, koonuskaliibreid, nurgamõõtureid, mehaanilisi ja optilisi jagamispäid, goniomeetreid ja siinuslaudu. Praktikas mõõdetakse detailide
59 nurki enamasti universaalmõõturitega (nooniusega nurgamõõtur). Siinuslaual mõõtmisel asetatakse detail siinuslauale ning horisontaalsus seatakse kellindikaatorite abil rakises. Laua kalle on leitav valemiga sin 2 =h/L, kus h on rulli alla asetatava pikkusplaadi kõrgus ja L tugirullide vahekaugus.
L h
Koordinaatmõõtmised (CMM) Rakendatakse kolme koordinaadi põhimõtet. Mõõtmised lähtuvad nullpunktist . Võimaliku on erinevad koordinaadistikud - sfäärilised, silindrilised või Cartesia koordinaadistikud. Mõõteotsik liigub vajalikku punkti ning võetakse lugem . Lihtne seostada arvutitöötlusega. Vajalikud järgmised põhiosad: - mõõteriista baas; - detaili hoidik; - laagerdus; - ülekanne; - mõõte ja kontkatisüsteem; - arvuti ning seostamissüsteemid; - vajadusel, spetsiaalsed abiseadmed, eriliste mõõtmiste võimaldamiseks; - tarkvara mõõtmisteks; - tarkvara hindamiseks. Võimalik on erinevad mõõteulatused (20x20x5) mm kuni (20x6x4) m. Tagatud on kõrge täpsustase. Vajalik erilised tunnetusotsikud, et saadakse kindlas kohas mõõtetulemus, kuid erisuunas liikudes. Vajalik esmane kalibreerimine . Mõõtemääramatus Hälvete nõuetekohaseks kontrollimiseks on vajalik teatud suhe tolerantsi ning mõõteprotsessi hälbe vahel. Sageli loeti piisavaks 10 kordne vahe, kuid ei arvestatud statistilist lähenemist. Mõõtetulemus on tegelikult juhuslik suurus ning selle kujunemist mõjutavad oluliste komponentidena mõõtevahend, keskkond, objekt, mõõtemeetod ning operaator. Need komponendid summeeritakse ruutudena ruutjuure all, eeldades, et nad on mittekorreleeruvad ning ühesuguse tundlikkuskoefitsiendiga. Vastavusotsuse tegemine Pärast detaili kontrollimist tuleb vastu võtte otsus vastavuse kohta spetsifikatsioonile. Selles tuleb arvestada mõõtemääramatust. Täieliku nõuetekohasuse tagamise nõude korral tuleb piirväärtusi vähendada mõõtemääramatuse võrra.
60 23 TOOTMISPROTSESSI STATISTILINE KONTROLL Üldist Seoses defektide vähendamise nõudega tootmises on suurenenud vajadus kõrgevõimega tootmisprotsesside järele. Selleks on rakendatud kvaliteedi tagamise süsteeme, milles on nõuded protsessi kontrollile. Rakendatud on protsessi võime näitajad Cp ja Cpk, mis peaksid olema vähemalt 1,33. Sellel juhul defektide võimalus on 63 ppm maksimaalselt. Võime näitajate juures 2,00 on praagi võimalus 0,002 ppm. See eeldab kõrge täpsusega kontrollmõõtmisi. Hajumine Tootmis- või mõõteprotsessi tulemuseks ei saada kunagi ühesugust tulemust. Igas protsessis on erinevaid mõjureid ning tulemuseks on tulemuste hajumine. Detailide partii valmistamisel sama joonise järgi esineb alati tegelikest mõõtmetest juhuslikke ja süstemaatilisihälbeid. Juhuslikud põhjused (detaili kõvaduse ja töötlemisvaru ebaühtlus, lõikereziimi kõikumised jne) viivad süsteemi pink -rakis-tööriist-detail elastsete deformatsioonide erinevuseni ja on mõõtmete jaotusseaduse välja kujunemisel enamasti domineerivaks. Lisanduvad töötaja poolt tekitatud juhuslikud häälestuse,rakisesse kinnitamise jm ebatäpsused. Kui ei ole domineerivaid põhjusi, toimib sagedamine normaaljaotusseadus Gaussi kõvera järgi. Kõvera püstteljel on esinemissagedus . Horisontaalteljel on tulemuste keskmine x (väljendub kui matemaatiline ootus) ja hajumist iseloomustavad suurused - standardhälve . Detailimõõtmete suurem kogus kuhjub keskele , ümber keskväärtust ning esinemissagedus äärmistel väärtustel väheneb järsult. Kõvera kõrgus on ligikaudu ymax=0,4/ . -3 -2 -1 1 2 3 Kaugusel ± keskteljest on kõrgus yi=0,24/ . x Suuremal täpsusel on kõver kitsam ja kõrgem, so on väiksem. Harvemini esineb ristkülikjaotust (tulen kasutada kui ei ole teada andmeid jaotumise kohta,sohalvim juhus), kolmnurkjaotust (esineb kaks domineerivat mõjurit võrdsena) või nihutatud tsentriga normaaljaotust (esineb süstemaatiline mõjur). Ristkülikjaotus Kolmnurkjaotus Maxwelli jaotus
Jaotumise uurimiseks grupeeritakse saadud mõõtetulemused, mille alusel koostatakse histogramm. Püstteljel on esinemissagedus, horisontaalteljel mõõtevahemikud. See on lähendus jaotusseaduse graafikule. Tolerants kui mõõtme lubatud muutumise ulatus ja tegelike mõõtmete hajumisulatus püütakse panna kattuma. Alati see ei ole võimalik või pole otstarbekas. Väljajäävad lõigud näitavad praagi olemasolu. Histogrammist võib nähtuda ka süstemaatilise hälbe olemasolu. Hajumisväljade parameetrite määramine Normaaljaotuse tihedust iseloomustab matemaatiline ootus M(x), mis näitab hajumisvälja keskväärtust ja dispersioon D(x), mis näitab hajumist keskvälja suhtes. Praktilistes arvutustes kasutatakse dispersiooni asemel keskmist ruuthälvet = D( x ) . Normaaljaotuse korral asetseb intervallis ±1 kõikidest mõõdetest 68 %, intervallis ±2 kõikidest mõõdetest 95 % ja ±3 kõikidest mõõdetest 99,73 %. Grupeeringu keskväärtus on leitav valemiga k x = xi ni / N i =1 ning keskmine standardhälve
s= (x i x ) ni / N 2
, kus xi on intervalli keskmine mõõde, ni on detailide arv intervallis ja N on detailide koguarv. Soovitatavalt võetakse intervalle 8...15. Soovitatavalt võetakse intervalle 8...15. Praktiliselt on sobiv tulemused kanda tabelisse. Näide: Jrk nr Vahemik Vahemiku keskväärtus Sagedus
61 1 alla 40,120 - 1 2 40,120- 40,124 40,122 5 3 40,125 - 40,129 40,127 10 4 40,130 - 40,134 40,132 30 5 40,135 - 40,139 40,137 37 6 40,140 - 40,144 40,142 47 7 40,145 - 40,149 40,147 39 8 40,150 - 40,154 40,152 22 9 40,155 - 40,159 40,157 7 10 40,160 - 40,164 40,162 1 11 üle 40,165 - 1 47 39 37 30 Esinemis - sagedus 22
10 7 Mõõtegrupid 5 1 1 1 40,120 40,140 40,160 40,130 40,150 x =40,141 Joon. Tulpdiagramm ja mõõtmete praktilise jaotumise kõver Arvutatakse aritmeetiline keskmine x ja keskmine ruuthälve . Normaaljaotuskõvera kõrgus on leitav valemiga x2 1 y= 2 e 2 2 . Tulemuste analüüsiks tuleb kui hästi sobib jaotusseadus tegelikule jaotumisele. Selleks võib kasutada erinevaid
meetodeid kuid üheks levinumaks on *2 kriteerium. Samuti tuleks hinnata mõõdetud tulemuste seas valesti mõõdetud suurused, mis tuleks jaotumisest eraldada. Empiirilise jaotuskõvera kõrvutamisel normaaljaotuskõveraga võib mastaabid määrata järgmist arvestades. Mastaap x-teljel: µm = a mm, millest 1 µm = a/ mm joonisel. Tegur a on vabalt valitav mastaabitegur, mis on ligikaudu võrdne lõigu pikkuse kuuendikuga, millele soovitatakse paigutada hajuvusulatus (6 µm = 6a mm). 1 y= Mastaap y-teljel normaaljaotuskõverale vastavalt eeltoodud valemile. Kui x=0, siis 2 ehk 0,4/ µm-1. -1 -1 Vabalt valitava mastaabiteguri b kohaselt vastab teljel 1/ µm = b mm ja 1 µm = b mm joonisel. Siit y = 0,4/ µm-1 = b 0,4/ µm-1. Juhul kui soovitakse, et teoreetilise jaotuskõvera suurim ordinaat oleks suuruselt lähedane hajuvusulatusega, siis tuleks valida 0,4b=6a, millest b=15a. Analoogselt määratakse normaaljaotuskõvera teiste ordinaatide pikkused millimeetrites, kasutades normeeritud normaaljaotuse andmeid. Jrk nr z=±x/ y(z) Jrk nr z=±x/ y(z) 0 0 0,3989 4 2 0,0540 1 0,5 0,3521 5 2,5 0,0175 2 1 0,2420 6 3 0,0044 3 1,5 0, 1295
62 Tootmisprotsessi iseloomustus Tootmisprotsessi tulemusi saab hinnata keskväärtusega x ja standardhälbega s. Ülesandeks on hoida keskväärtus võimalikult lähedasena nimiväärtusele ning standardhälve võimalikult väiksena. Tolerantsiväli tuleks võrdsustada ±3 väärtustega, mis tagab statistilise tõenäosuse 99,73 %. Tegelikuks (actual size) mõõtmeks loetakse konkreetse mõõdu tõelisele väärtusele lähedast suurust. Konkreetse mõõtmise tulemuseks on juhuslik suurus. Juhuslikuks suuruseks on ka tegelik hälve - etteantud nimimõõtme ja mõõtetulemuse vahe. Tootmisprotsess on statistilisena iseloomustatav võimekuse näitajatega Cp ja Cpk. Nende näitajate leidmiseks tuleb mõõta suur kogus ühesugust toodet (eelkõige nende olulist parameetrit läbimõõdud,pikkused, nurgad jne) ning leida keskväärtus ja standardhälve. Väärtus Cp iseloomustab protsessi hajuvust seoses tolerantsiga ja Cpk võtab täiendavalt arvesse mõõdetud keskmise ja tolerantsi välja keskmise erinevuse. Näitajate arvutusvalemiteks on: USL LSL Cp = ( 1,33 6s +USL x x LSL . C pk = min , , / ( 1,33 - 3s 3s 0 , kus USL on ülemine lubatud piirhälve, LSL on alumine lubatud piirhälve, s on standardhälve ja x on keskväärtus. Protsess loetakse kontrolli alla olevaks kui mõlemate näitajate väärtused on suuremad kui 1,33. Kui Cp on väiksem 1,33, siis tulemuste hajumine on liialt suur. Kui Cpk on väiksem 1,33, siis eri aegadel mõõdetud detailide gruppide tulemuste väljade keskpunktid on nihkunud üksteise suhtes.
Cp(1,33 Cp 1,33
x x1 x2 Cp(1,33 ; Cpk 1,33 Joon Protsessi võimekuse näitajad
Mõõteprotsessi iseloomus Mõõteprotsessi võimekuse iseloomustamiseks kasutatakse tegureid Cg ja Cgk, mis ei ole aga standardiseeritud ning kasutusel on erinevaid määramisviise. Teiseks võimaluseks on kasutada mõõtemääramatust. Mõõtemääramatuse aluste ja arvutamise kohta on saavutatud üksmeel ning neid käsitletakse dokumendis " Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement". Mõõtetulemus M on väljendatav kujul M, U, k, kus U on laiendmääramatus ning k kattetegur. Tootmisprotsessi kontrollimine mõõtevahendiga Kui tooteprotsessi kontrollitakse mõõteriistaga siis mõõtetulemus ei sisalda ainult tootepoolseid väärtusi. Sellele lisanduvad mõõteriistaga seotud ja põhjustatud hälbed. Nendest põhjustatud hajumine summaarse standardhälbena on leitav valemiga: so = s 2p + sm2 , kus sp on tootmisprotsessist põhjustatud standardhälve ja sm on mõõteriistadest põhjustatud standardmääramatus. Protsessi võimekuse näitajad Cp ja Cpk sisaldavad tegelikult mõõtmistega seotud hälbeid ning seetõttu on nad tagalikkuses veidi paremad. Praegu ei ole korrektset meetodit kuidas eraldada mõõtmise näitajad tootmisprotsessi näitajatest. Praktikas on sageli piisavaks kui mõõteriista laiendmääramatus on 20 korda väiksem kui mõõte tolerants. Mõõtmiste määramatuse suurenemisel protsessi võime näitajad vähenevad. Tegeliku protsessi võime määramine Tootmisprotsessis on vajalik, et mõõtevead oleks võimalikult väikesed. Arvutiga seotud tootmisprotsessis on võimalik seda saavutada, lisades pidevalt vastava parandi. See parand on aga esitatav piirväärtustena. Protsessi statistiline kontroll
63 Tootmisprotsessi kontrollimiseks on rakendatavad mitmesugused kvaliteeditagamise vahendid - andmevormid- kontrolllehed ( check list), histogrammid (histograms),Pareto diagrammid, hajuvusdiagrammid (scatter diagrams ), Ishikava kalaluudiagrammid (fishbone diagrams) jt. Tootmisprotsessi kontrolliks kasutatakse eelkõige X- ja S-kaarte. X-kaardile kantakse gruppide keskväärtused ning S-kaartidele standardhälbed. X-kaart
x UCL (ülemine lubatud hälve) Keskväärtus
LCL (alumine lubatud hälve)
1 2 3 4 5 Grupi number S-kaart
s Lubatud standardhälbe väärtus
1 2 3 4 5 Grupi number
Lubatud väärtused on leitud enne kontrolltsükli algust ning võib vajadusel olla korrigeeritud.
24 ARVUTIABINE TOLEREERIMINE JA TÕENDAMINE Tolereerimist ja mõõtmestamist on võimalik esitada arvutite abil. Selleks on välja töötatud mitmeid programme. Programmid on võimalik liigitada järgnevalt:
Computer aided tolerancing (CAT)
Programmid ISO 286-1 lahendamiseks (ISO system of limits and fits)
Programmid mõõtmete analüüsiks/sünteesiks
Programmid geomeetriliseks tolereerimiseks CAD keskkonnas
Harjutusprogrammid
Mõõtmiste programmid
Võimalik leida esitusi sellel alal: http://adcats.et.byu.edu/home.html (Brigham Young University in Provo web-site)
ISO piirväärtused ja istud Arvutit on võimalik rakendada arvutuste lihtsustamiseks ning programmid sisaldavad järgmist: - tolerantside piirvääertuste leidmiseks järkude ulatuses; - lõtkude ja pingude arvutamine; - tolerantsitsoonide graafiline visualiseerimine. Mõõtmestamise ja mõõtahelate analüüs ja süntees Arvutused on töömahukad ning võimalused on vigade tekkimiseks. Kasutamisega on raskusi kuivõrd joonestamine toimub ise CAD süsteemis ning lahenduste programmid on kasutajale raskesti mõistetavad. Geomeetrilised hälbed CAD keskkonnas Tolerantside valiku teeb konstruktor ning programmid lihtsustavad joonisele kandmist. CAD keskkonnas on võimalik: - mõõtmestamise sümboleid;
64 - lähte sümboleid; -geomeetriliste karakteristikute sümboleid; - materjali tingimuste sümboleid; - omaduste kontrolli raame. Uuemad variandid võimaldavad kontrollida tolerantside ja omaduste korralikku seost. Võimaldavad visualiseerida ühendust. Harjutuspaketid Levinud on USA's ASME standardite õpetamine. Üldõpetust saab www.tolerancing.com. Mõõtmiste tarkvara Mõõtmiste osas on areng olnud kiire ning võimalik on geomeetriliste omaduste täpne automaatne mõõtmine. Programmid võimaldavad: - statistiline protsessi kontroll (kvaliteedi kontrolli kaardid); - protsessi ja masinate võime analüüs; - mõõtevahendite kalibreerimine; - pinnakareduse mõõtmine; - kuju mõõtmine; - hammasrataste mõõtmine; - 1 dimensionaalne mõõtmine; - 2 dimensionaalne mõõtmine (mõõtemikroskoop); - 3 dimensionaalne mõõtmine (koordinaat mõõtemasinad).
65