Узбекский государственный центр стандартизации, метрологии и сертификации при Кабинете Министров Республики Узбекистан

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ

Одним из основных показателей стандартизации является взаимозаменяемость.

Взаимозаменяемостью называют свойство изделий (машин и механизмов), их частей или других видов продукции (сырья, материалов, полуфабрикатов и т.д.) равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром.
Известны полная и неполная взаимозаменяемость. Полная взаимозаменяемость характеризуется тем, что размеры, форма, механические, электрические (технические) и другие количественные и качественные характеристики объектов стандартизации находятся в заданных пределах и собранные изделия удовлетворяют техническим и функциональным требованиям. При этом методе обеспечивается беспригоночная сборка любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в сборочные единицы или в изделия. Если при изготовлении деталей, сборочных единиц имели место отклонения по некоторым геометрическим или другим параметрам и при сборке применяют пригонку и другие дополнительные мероприятия – взаимозаменяемость называют неполной.
При сборке изделий из взаимозаменяемой детали и сборочной единицы, в условиях серийного и массового производства, используют стандартные крепежные детали, подшипники качения, электротехнические и пластмассовые изделия, унифицированные агрегаты и др. Этим самым создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий.
При проведении работ по стандартизации, для обеспечения функциональной взаимозаменяемости стандартизуемых изделий, узлов и агрегатов, в качестве критериев качества и эффективности следует выбрать эксплуатационные показатели последних. Различают внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость.
Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (монтируемых в другие более сложные изделия) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей. Например, в подшипниках качения – по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца.
Внутренняя взаимозаменяемость распространяется на детали, сборочные единицы (узлы) и механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца.
Уровень взаимозаменяемости в производстве определяется коэффициентом взаимозаменяемости – К_в:

где q- трудоемкость изготовления взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц;

Q –общая трудоемкость изготовления изделий.

При полной взаимозаменяемости сборку выполняют без доработки деталей и сборочных единиц. Такое производство называют взаимозаменяемым.

Совместимость – это свойства объектов (узлы, агрегаты, блоки, приборы или другие изделия, входящие в сложные изделия) занимать свое место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые (установленные в нормативном документе) функции при совместной или последовательной работе этих объектов и сложного изделия в заданных эксплуатационных условиях. Совместимость указывает на связь взаимозаменяемости с другими сопутствующими свойствами: надежностью, долговечностью, технологичностью, точностью.
Комплекс работ, регламентированных в нормативно-технических документах, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации (на этапах «петли» качества) обеспечивает взаимозаменяемость деталей, сборочных единиц и изделий – называют принципом взаимозаменяемости.
При делении взаимозаменяемости на внутреннюю и внешнюю учитывают сложную взаимосвязь допусков.
Системой допусков и посадок называют совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе теоретических (расчетных) и экспериментальных (опытов) исследований и оформленных в виде стандартов, предназначенных для выбора вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин.
В системе ИСО и единой системе допусков и посадок (ЕСДП) установлены допуски и посадки для размеров менее 1 мм и до 500 мм, свыше 500 мм до 3150 мм.
ЕСДП распространяется на допуски размеров гладких элементов деталей и на посадки, допусков и посадок на резьбы, зубчатые передачи, конуса, шлицевые и шпоночные соединения и др.
Система допусков и посадок ИСО и ЕСДП для типовых деталей машин построены по единым принципам: в системе отверстия (СА) и в системе вала (СВ).
Обеспечение взаимозаменяемости машин и других изделий на этапах петли качества по оптимальным эксплуатационным показателям (ОЭП) является основным принципом взаимозаменяемости в машиностроении, в котором обеспечивается работоспособность изделий с оптимальными и (или) стабильными во времени качества функционирования сборочных единиц.
Функциональными параметрами являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели машин или служебные функции сборочных единиц. Например, от величины зазора между поршнем и цилиндром (функционального параметра) зависит мощность двигателей (эксплуатационный показатель).
При конструировании и разработке изделий, в зависимости от принципа действия машин, следует учитывать ожидаемые погрешности параметров с целью обеспечения стабильности основных характеристик рабочего процесса, например, качества поверхностного слоя сопрягаемых деталей, размеров и форм деталей и сборочных единиц. На этапе проектирования, исходя из назначения изделия, выявив основные требования к надежности и безопасности, и к эксплуатационным показателям, уточняют номинальные значения и допускаемые отклонения наиболее ответственных деталей, несущих частей и сопрягаемых пар. Затем, для этих наиболее ответственных деталей и узлов, составных частей изделия выбирают конструктивные формы, материалы, сырье, полуфабрикаты, технологию изготовления, которые обеспечат надежность, максимальный срок их службы и качество работы.
Следует обеспечивать однородность исходного сырья, материалов, заготовок, полуфабрикатов по химическому составу, структуре, стабильность физико-механических и химических свойств. При расчете точности функциональных параметров необходимо предусмотреть гарантированный запас работоспособности изделий.
Для выявления функциональных параметров необходимо провести опытно-экспериментальные исследовательские работы на макетах, моделях и опытных образцах. По результатам испытаний устанавливают оптимальные значения допусков и посадок. Установленные связи (закономерностей) эксплуатационных показателей с функциональными параметрами и их регулирование на этапе изготовления и сборки являются одним из главных условий обеспечения функциональной взаимозаменяемости.
При разработке изделий необходимо применять общетехнические нормы, унифицированные и стандартизированные детали, и сборочные единицы, руководствоваться принципами предпочтительности и агрегатирования.
При проектировании необходимо провести работу по обеспечению технологичности конструкции, сборочных единиц и изделия, чтобы метрологическое обеспечение позволяло применять простые и надежные измерительные средства.
Из вышеизложенного следует, что при конструировании изделия с разработкой чертежей и технических требований с указанием точности размеров геометрических параметров деталей, сборочных единиц и изделий обеспечивается принцип взаимозаменяемости. Проектная документация должна подвергаться технологической, метрологической и экологической экспертизе.
При производстве изделий следует обратить особое внимание на следующее:

1. 
   Для соблюдения взаимозаменяемости строго выдерживать нормированную точность функциональных параметров во всех пределах технологического процесса при изготовлении деталей и сборочных единиц;
   
2. 
   Для наиболее ответственных функциональных параметров предусмотреть обеспечения запаса работоспособности, выполнив следующее условие:
   

где: Т_F – допуск параметра;

T_r – технологический допуск.

3. 
   Обеспечить наличие запаса точности технологического оборудования, оснастки и инструмента. Организовать регулярный профилактический контроль и их наладку.
   
4. 
   Для наиболее ответственных деталей и сборочных единиц создавать оптимальное качество поверхностного слоя сопрягаемых пар.
   
5. 
   Необходимо обеспечить совпадение технологических, измерительных и конструкторских баз.
   

При эксплуатации изделий проводятся следующие работы:

1. 
   Анализ и выявление наиболее «слабых мест» изделия, качество которых во многом определяет надежность и долговечность.
   
2. 
   Обеспечить полную взаимозаменяемость запасных частей.
   
3. 
   Обеспечить разработчиков оперативной информацией о состоянии и «поведении» взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц, особенно по «слабым местам» изделия.
   

Из вышеизложенного следует, что для оптимальной и своевременной реализации принципа функциональной взаимозаменяемости деталей, сборочных единиц и изделий необходима четкая, взаимоувязанная комплексная система конструкторской, технологической, метрологической и эксплуатационной документации, отвечающая требованиям системы качества.