Элементы гладких цилиндрических и плоских соединений: основные понятия

Характеристики геометрических элементов

Международный стандарт ИСО 286−1:2010.

Необходимость установления стандартизованных предельных размеров и посадок для деталей механической и других видов обработки была вызвана прежде всего требованием обеспечения взаимозаменяемости деталей массового производства, а также неточностью, присущей способам обработки. Кроме того, установлено, что собственно строгое соблюдение точности выполнения размера не является необходимым для большинства элементов детали и что для выполнения деталью своего назначения достаточно, чтобы ее размер находился между двумя допустимыми пределами (т. е. в допуске), которые гарантируют соответствие детали предъявляемым к ней функциональным требованиям. То же аналогично для посадок: там, где конкретные требования предъявляются к посадке, образуемой двумя деталями, необходимо для размера каждой из деталей предусмотреть допустимые отклонения от номинального размера, обеспечивающие достижение требуемого зазора или натяга. <

p>Новый международный стандарт ИСО 286−1:2010 рассматривает ряд терминов более широко, чем в предыдущей версии (ИСО 286−1:1988), и представляет собой стандарт не на размеры, а на геометрические характеристики изделий. Стандарт ИСО 286−1:2010 устанавливает систему допусков и отклонений на линейные размеры, применимую к двум типам размерных элементов: цилиндру и двум параллельным противолежащим плоскостям. Основное назначение этой системы — обеспечение взаимозаменяемости деталей в сборочных единицах и изделиях. Стандарт ИСО 286−1:2010 позиционируется как общий стандарт на геометрические характеристики изделий (ГХИ) — параметры, описывающие отклонения реальных поверхностей от номинальных (заданных): ISO 14 638:2015 «Геометрические характеристики изделий (GPS). Матричная модель» (GPS — Geometrical Product Specification).

Положения ISO 14 638:2015 требуется учитывать и использовать в стандартах первой и второй серий (ГОСТ 25 346—2013 (ISO 286−1:2010) и ГОСТ 25 347–2013 (ISO 286−2:2010)) на размеры в матричной модели ГХИ.

Межгосударственные стандарты ГОСТ 31 254–2004 (ИСО14 660−1: 1999, ИСО 14 660−2:1999) и ГОСТ 25 346–2013 (ISO 286−1:2010).

Межгосударственный стандарт ГОСТ 31 254–2004 (ИСО 14 660−1:1999, ИСО 14 660−2:1999) «Основные нормы взаимозаменяемости. Геометрические элементы. Общие термины и определения» распространяется на основные нормы размерной и геометрической точности и взаимозаменяемости в машиностроении и устанавливает общие термины и определения для геометрических элементов.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 25 346–2013 (ISO 286−1:2010) «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки» содержит термины и определения, касающиеся размеров, отклонений, допусков и посадок, образуемых двумя размерными элементами, без ограничения ориентации и месторасположения. В тексте этого стандарта приведены пояснения принципов «основного вала» и «основного отверстия».

В межгосударственных стандартах ГОСТ 25 346–2013 и ГОСТ 31 254— 2004, представляющих собой аутентичные переводы международных стандартов ИСО, регламентированы термины, отдельные определения которых приведены ниже.

Реальная поверхность детали (ГОСТ 31 254—2004) — совокупность физически существующих геометрических элементов, которые отделяют всю деталь от окружающей среды.

Геометрический элемент, элемент (ГОСТ 31 254—2004) — точка, линия, поверхность. Геометрический элемент может быть полным (поверхность или линия на поверхности) или производным (средняя точка, средняя линия или средняя поверхность, которые произведены от одного или нескольких полных элементов) элементом.

Понятие о геометрических элементах используется в трех областях:

• • при разработке технических требований, когда конструктор рассматривает отдельные части будущей детали;
• • при физической материализации детали;
• • при контроле, когда используются части данной детали.

Ниже приводятся определения и примеры геометрических элементов, представленных на рис. 2.1.

Реальный полный геометрический элемент (ГОСТ 31 254— 2004) — полный геометрический элемент как часть реальной поверхности детали, ограниченная соседними реальными полными геометрическими элементами (рис. 2.1, б). Реальные производные геометрические элементы не существуют.

Полный номинальный геометрический элемент (ГОСТ 31 254— 2004) — точный, полный геометрический элемент, определенный чертежом или другими средствами (рис. 2.1, а). Полный номинальный геометрический элемент — это элемент контура детали на чертеже, который обозначен сплошной тонкой линией. В качестве объекта выступает точка, линия или ось, поверхность или плоскость.

А — номинальный полный элемент; Б — номинальный производный элемент; В — реальный элемент; Г — выявленный полный элемент;

Д — выявленный производный элемент; Е — присоединенный полный элемент;

Ж — присоединенный производный элемент.

Производный номинальный геометрический элемент (ГОСТ 31 254— 2004) — центр, ось или плоскость симметрии, которые произведены от одного или нескольких полных геометрических элементов (рис. 2.1,.

а). На чертежах производные номинальные геометрические элементы изображаются в основном тонкими штрихпунктирными линиями.

Выявленный геометрический элемент (ГОСТ 31 254—2004) — приближенное представление реального полного геометрического элемента, которое получают с помощью регистрации конечного (ограниченного) числа реальных полных геометрических элементов при соблюдении согласованных условий (рис. 2.1, в).

Выявленный производный элемент (ГОСТ 31 254—2004) — центральная точка, средняя линия или средняя поверхность, произведенные от одного или нескольких реальных полных элементов (рис. 2.1, в). Производная средняя линия выявленной цилиндрической поверхности называется выявленной средней линией (выявленной осью), а производная средняя поверхность двух противолежащих выявленных плоских поверхностей — выявленной средней поверхностью.

Присоединенный (совмещенный) полный элемент (ГОСТ 31 254— 2004) — полный элемент правильной формы, присоединенный (совмещенный) к выявленному полному элементу при соблюдении согласованных условий (рис. 2.1, г).

Присоединенный производный элемент (ГОСТ 31 254—2004) — центр, ось или плоскость симметрии, произведенные от одного или нескольких присоединенных полных элементов (рис. 2.1, г).

Выявленная средняя линия цилиндра (ГОСТ 31 254—2004) — производная средняя линия выявленной цилиндрической поверхности, определяемая как геометрическое место центров поперечных сечений (рис. 2.2). Центрами поперечных сечений служат центры присоединенных окружностей. Поперечные сечения перпендикулярны к оси присоединенного цилиндра, полученного по выявленной поверхности, т. е. радиус может отличаться от номинального радиуса.

1 — выявленная поверхность; 2 — присоединенный цилиндр; 3 — ось присоединенного цилиндра; 4 — выявленная средняя линия; 5 — присоединенная окружность; 6 — центр присоединенной окружности; 7 — ось присоединенного цилиндра; 8 — присоединенный цилиндр; 9 — выявленная линия Для определения «по умолчанию» (если не предписано иное) выявленной средней линии цилиндра должны выполняться следующие условия:

• • присоединенные окружности являются полными окружностями наименьших квадратов отклонений;
• • присоединенный цилиндр является полным цилиндром наименьших квадратов отклонений.

Выявленная средняя линия конуса (ГОСТ 31 254—2004) — производная средняя линия выявленной конической поверхности — определяется как геометрическое место центров поперечных сечений (рис. 2.3). Центры поперечных сечений представляют собой центры присоединенных окружностей. Поперечные сечения перпендикулярны к оси присоединенного конуса, полученного по выявленной средней линии, т. е. угол конуса может отличаться от номинального угла.

В межгосударственных нормативных документах термины «выявленная средняя линия цилиндра» или «выявленная средняя линия конуса» используются в том же значении что и термин «реальная ось»^[1].

Для определения «по умолчанию» (если не предписано иное) выявленной средней линии конуса должны выполняться следующие условия:

• • присоединенные окружности являются полными окружностями наименьших квадратов отклонений;
• • присоединенный конус является полным конусом наименьших квадратов отклонений.

Рис. 2.3. Выявленная средняя линия конуса:

1 — присоединенный конус; 2 — выявленная поверхность; 3 — ось присоединенного конуса; 4 — выявленная средняя линия; 5 — присоединенная окружность; 6 — центр присоединенной окружности; 7 — ось присоединенного конуса; 8 — присоединенный конус; 9 — выявленная линия Выявленная средняя поверхность (ГОСТ 31 254—2004) — производная средняя поверхность двух противолежащих выявленных плоских поверхностей — определяется как геометрическое место центральных точек для наборов противолежащих точек выявленных противолежащих поверхностей (рис. 2.4).

Линии, соединяющие пары противолежащих точек, перпендикулярны к присоединенной средней плоскости (плоскости симметрии). Присоединенная средняя плоскость является плоскостью симметрии двух присоединенных параллельных плоскостей, полученных по выявленным поверхностям, т. е. расстояние между двумя присоединенными параллельными плоскостями может отличаться от номинального расстояния.

• 1 — выявленная поверхность; 2 — присоединенная плоскость;
• 3 — присоединенная плоскость симметрии; 4 — выявленная средняя поверхность; 5 — выявленная поверхность

Для определения «по умолчанию» (если не предписано иное) выявленной средней поверхности должно выполняться следующее условие: обе присоединенные параллельные плоскости построены по методу наименьших квадратов отклонений (рис. 2.4).

Действительный размер (ГОСТ 25 346—2013) — размер присоединенного полного элемента.

Местный размер (местный диаметр) выявленного цилиндра.

(ГОСТ 31 254—2004) — расстояние между двумя противолежащими точками элемента (рис. 2.5). Линия, соединяющая две точки, проходит через центр присоединенной окружности. Поперечные сечения перпендикулярны к оси присоединенного цилиндра, полученного по выделенной поверхности.

• 1 — выявленная поверхность; 2 — присоединенный цилиндр;
• 3 — ось присоединенного цилиндра; 4 — выявленная средняя линия;
• 5 — выявленная линия; 6 — присоединенная окружность; 7 — центр

присоединенной окружности; 8 — местный диаметр выявленного элемента;

9 — присоединенный цилиндр; 10 — ось присоединенного цилиндра Для определения «по умолчанию» (если не предписано иное) местного диаметра выявленного цилиндра (отдельного сечения) должны выполняться следующие условия:

• • присоединенная окружность является окружностью наименьших квадратов отклонений;
• • присоединенный цилиндр является цилиндром наименьших квадратов отклонений.

Местный размер для элемента, образованного двумя параллельными выявленными поверхностями (ГОСТ 31 254—2004) — расстояние между двумя точками на противолежащих выявленных поверхностях. Линии, соединяющие пары противолежащих точек, перпендикулярны к присоединенной плоскости симметрии. Присоединенная плоскость симметрии является плоскостью симметрии двух присоединенных параллельных плоскостей, полученных по выявленным поверхностям, т. е. расстояние между присоединенными плоскостями может отличаться от номинального.

Для определения «по умолчанию» (если не предписано иное) местного размера двух параллельных выявленных поверхностей должно выполняться следующее условие: обе присоединенные параллельные плоскости построены по методу наименьших квадратов отклонений (рис. 2.6).

• 1 — выявленные поверхности; 2 — присоединенная плоскость симметрии;
• 3 — местный размер двух выявленных поверхностей; 4 — противолежащие точки

Изменения в терминологической базе ГОСТ 25 346–2013 (ISO 286−1:2010) относительно ГОСТ 25 346–89. Упомянутые выше термины для геометрических элементов предназначены как для каждой из перечисленных областей в отдельности, так и для уяснения взаимосвязи между этими областями, при этом они приняты за основу для определений «по умолчанию» (если не задано иное) для рассматриваемых элементов.

Выявленные элементы не имеют правильной геометрической формы и по сравнению с соответствующими номинальными элементами нуждаются в дополнительных, более детализированных определениях для однозначного и правильного понимания терминов. Во всех стандартах, где рассматриваются элементы и их характеристики, следует использовать одно и то же определение выявленного элемента (определение «по умолчанию»).

Детализированное дополнительное определение для рассматриваемого выявленного элемента, установленное путем соглашения, применимо только при использовании на чертежах или в других технических документах основных способов указания допусков, и если не задано иное. Основные способы указания допусков регламентированы межгосударственными стандартами:

• • ГОСТ 25 346–2013 (ISO 286−1:2010) «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки»;
• • ГОСТ 2.307—2011 «Единая система конструкторской документации. Нанесение размеров и предельных отклонений»;
• • ГОСТ 2.308—2011 «Единая система конструкторской документации. Указания допусков формы и расположения поверхностей».

До введения в действие ГОСТ 25 346–2013 (ISO 286−1:2010) термины и определения в отношении размеров геометрических элементов и их допусков были регламентированы «по умолчанию» в ГОСТ 25 346–89 и основаны на правиле Тейлора. Согласно этому правилу размер по сопряжению ограничен пределом максимума материала, а любой местный диаметр ограничен пределом минимума материала. Изменения в ГОСТ 25 346–2013 в сравнении с ГОСТ 25 346–89 в части терминологии, связанной с размерами геометрических элементов и их отклонениями, представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Термины и определения, связанные с размерами геометрических элементов и их отклонениями, по ГОСТ 25 346–89 и ГОСТ 25 346–2013.

(ISO 286−1:2010).

Регламен- тированный термин	Определение		Примечание
	ГОСТ 25 346–89	ГОСТ 25 346–2013
Размер	Числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. п.) в выбранных единицах измерения.	Термин отсутствует.	Различают номинальные, действительные и предельные размеры.
Размерный элемент (feature of size).	Термин отсутствует.	Геометрическая форма, определяемая линейным или угловым размером.
Номинальный размер (nominal size).	Размер, относительно которого определяются отклонения (черт. 1 и 2).	Размер геометрического элемента идеальной формы, определенной чертежом (рис. 2.7 пособия).
Действительный размер (actual size).	Размер элемента, установленный измерением с допускаемой погрешностью.	Размер присоединенного полного элемента.	Действительный размер получают путем измерения.
Предельные размеры. (limits of size).	Два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер (см. п. 1.4).	Предельно допустимые размеры размерного элемента.	Удовлетворяющий допуску действительный размер находится между предельными размерами или равен им.

Регламен; тированный термин.	Определение.		Примечание.
	ГОСТ 25 346–89.	ГОСТ 25 346–2013.
Наибольший предельный размер / Верхний предельный размер (upper limit of size; ULS).	Наибольший допустимый размер элемента (черт. 1).	Наибольший допустимый размер размерного элемента.
Наименьший предельный размер / Нижний предельный размер (lower limit of size; LLS).	Наименьший допустимый размер элемента (черт. 1).	Наименьший допустимый размер размерного элемента.
Отклонение. (deviation).	Алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и соответствующим номинальным размером.	Разность между значением и опорным значением.	Для отклонений размеров опорным значением является номинальный размер, а значением — действительный размер
Предельное отклонение (limit deviation).	Алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами.	Верхнее предельное отклонение или нижнее предельное отклонение от номинального размера.
Верхнее предельное отклонение (upper limit deviation; ES; es).	Алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами (черт. 2).	Алгебраическая разность между верхним предельным размером и номинальным размером (обозначение ES применяют для внутренних, a es — для наружных размерных элементов).	Верхнее предельное отклонение — отрицательное, равное нулю или положительное число.

Регламен; тированный термин.	Определение.		Примечание.
	ГОСТ 25 346–89.	ГОСТ 25 346–2013.
Нижнее предельное отклонение (lower limit deviation; EI; ei).	Алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами (черт. 2).	Алгебраическая разность между нижним предельным размером и номинальным размером (обозначение EI применяют для внутренних, а ei — для наружных размерных элементов).	Нижнее предельное отклонение — отрицательное, равное нулю или положительное число.
Основное отклонение. (fundamental. deviation).	Одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии.	Предельное отклонение, определяющее расположение интервала допуска относительно номинального размера.	Основным отклонением является то из предельных отклонений, которое соответствует ближайшему к номинальному предельному размеру (рис. 2.7 пособия). Основное отклонение обозначают буквой латинского алфавита (например, В, d).
Основной вал (basic shaft).	Вал, верхнее отклонение которого равно нулю.	Вал, выбранный за базовый для посадок в системе вала.	В системе допусков ИСО на линейные размеры основным является вал, верхнее предельное отклонение которого равно нулю.

Регламен; тированный термин.	Определение.		Примечание.
	ГОСТ 25 346–89.	ГОСТ 25 346–2013.
Основное отверстие. (basic hole).	Отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.	Отверстие, выбранное за базовое для посадок в системе отверстия.	В системе допусков ИСО на линейные размеры основным отверстием является отверстие, нижнее предельное отклонение которого равно нулю.
Поле допуска (tolerance field).	Поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (черт. 2).	Термин отсутствует.
Интервал допуска. (tolerance. interval)*.	Термин отсутствует.	Совокупность значений размера между пределами допуска, включая эти пределы.

* Прежний термин «поле допуска» (по ГОСТ 25 346–89), применявшийся ранее для линейных размеров, изменен на термин «интервал допуска» в связи с тем, что термин «интервал допуска» указывает на диапазон чисел, в то время как термин «поле допуска» в отношении геометрических характеристик изделий указывает на область в плоскости или пространстве, например, при установлении допусков согласно стандарту.

Согласно ГОСТ 25 346–2013 интервал допуска заключен между верхним и нижним предельными размерами. Он определяется значением допуска и его расположением относительно номинального размера (рис. 2.7).

Номинальный размер необязательно находится внутри интервала допуска (рис. 2.7). Пределы допуска могут располагаться как по обе стороны (двусторонние пределы), так и по одну сторону (односторонние пределы) относительно номинального размера.

Из определений, представленных в табл. 2.1, следует, что в ГОСТ 25 346— 2013 термин «размер» трактуется по-новому, а именно как размерный элемент. Размерными элементами, согласно этому стандарту, приняты цилиндр, сфера, две параллельные плоскости. Ранее (ИСО 286−1: 2010 и международные рекомендации ИСО/Р 1938) термины «гладкая деталь» и «гладкий элемент» трактовались в том же значении, что и термин «размерный элемент». В новом (ГОСТ 25 346—2013) стандарте четко прописано, что система допусков и посадок на линейные размеры имеет отношение только к двум размерным элементам: цилиндру и параллельным плоскостям.

1 — интервал допуска; 2 — правило знаков для отклонений; а — номинальный размер; b — верхний предельный размер; с — нижний предельный размер; d — верхнее предельное отклонение; е — нижнее предельное отклонение (в данном случае оно является и основным отклонением);/—допуск; непрерывная горизонтальная линия, ограничивающая интервал допуска, показывает основное отклонение, а штриховая — другое (не основное) предельное отклонение отверстия Кроме того, в предыдущей версии (ГОСТ 25 346—89) стандарта термин «действительный размер» пояснялся как размер, полученный в результате измерения. При такой интерпретации существует некоторая информационная неопределенность: без добавления фразы «полученный в результате измерений с допускаемой погрешностью» термины «действительный размер» и «истинный размер» сложно различить. В стандарте ГОСТ 25 346–2013 эти два термина не различаются.

• [1] Реальная ось (ГОСТ 24 642—81, утратил силу в РФ с 01.01.2012) — геометрическоеместо центров сечений поверхности вращения, перпендикулярных к оси прилегающейповерхности.