Завдання уніфікації конструкцій і типорозмірів виробів, складових частин і деталей є не тільки технічною але і економічною. Її мета – стандартизовати такі конструкції і їх розмірні ряди, при яких сумарна ефективність у сфері виробництва і експлуатації була б найбільшою. Таким чином при уніфікації встановлюють мінімально необхідне, але достатнє число типів, видів, типорозмірів, виробів, складальних одиниць і деталей, що володіють показниками якості і повною взаємозамінюваністю.
Взаємозамінюваністю виробів (машин, приладів, механізмів), їх частин або інших видів продукції (сировини, матеріалів, напівфабрикатів) називають їх властивість рівноцінно замінювати при використанні будь-який з безлічі екземплярів виробів, їх частин або іншої продукції іншим однотипним екземпляром. Найпоширенішою є повна взаємозамінюваність, яка забезпечує збірку без доопрацювання деталей і складальних одиниць.
Іноді необхідно виготовляти деталі і складальні одиниці з малими економічно неприйнятними або технологічно важко здійснимими допусками. У цих випадках для отримання необхідної точності збірки застосовують груповий підбір деталей (селективну збірку), компенсатори, регулювання положення деяких частин машин і приладів, пригін. Таку взаємозамінюваність називають неповною (обмеженою). Її можна здійснювати не по всіх, а тільки по окремих геометричних або іншим параметрам.
Зовнішня взаємозамінюваність – це взаємозамінюваність купувальних виробів і складальних одиниць, що кооперуються, за експлуатаційними показниками, а так само по розмірах і формі приєднувальних поверхонь. Наприклад, в електродвигунах зовнішню взаємозамінюваність забезпечують по частоті обертання валу і потужності, а так само по розмірах приєднувальних поверхонь.
Внутрішня взаємозамінюваність розповсюджується на деталі, складальні елементи та механізми, що складають виріб. Рівень взаємозамінюваності виробництва характеризується коефіцієнтом взаємозамінюваності Кв, рівним відношенню трудомісткості виготовлення виробу. Значення цього коефіцієнта може бути різним, проте ступінь його наближення до одиниці є об’єктивним показником технічного рівня виробництва.
Промислова продукція – об'єкт дії механізму забезпечення взаємозамінюваності
Під промисловою продукцією розуміється матеріалізований результат процесу трудової діяльності, що володіє корисними властивостями і призначений для використання споживачами в цілях задоволення їх потреб як суспільного, так і особистого характеру. Вся промислова продукція для оцінки якості розділена на два класи:
1.Продукція, яка витрачається при використанні.
2.Продукція, яка витрачає свій ресурс.
Окремим випадком промислової продукції є виріб – одиниця продукції, кількість якої може бути обрахована в штуках чи екземплярах. Види виробів, що представляють об’єкти конструкторської документації - вироби машинобудування: деталі, складальні одиниці, комплекти і комплекси. Вироби машинобудування входять в другий клас промислової продукції і діляться на ті, що не ремонтуються(група 4) і ремонтоздатні(група 5).
Прикладами виробів в групах є:
- у групі 4 – болти, гайки, підшипники і т.п.;
- у групі 5 – технологічне устаткування різних галузей промисловості, сільськогосподарські і транспортні машини, вимірювальні прилади, засоби автоматизації і систем управління.
Дії виробів піддається маса, енергія, інформація і по їх переробці виділяють класи виробів:
- металоріжучі верстати, обчислювальні машини, шахти, домни, технологічне устаткування (енергія, маса, інформація);
- теплообмінники, акумулятори, електричні двигуни (енергія);
- масообмінні апарати, випарні апарати, парові казани, дробарки, насоси, компресори (енергія і маса);
- контрольно-вимірювальні прилади, блоки автоматики, радіоприймачі, телевізори (енергія, інформація);
- судини, резервуари для зберігання газу і рідини (маса).
Кожен виріб характеризується величинами, що визначають показники якості даного виробу. Показники якості можуть характеризувати найрізноманітніші властивості виробу залежно від його призначення і тих вимог, які до нього пред'являються. Серед цих властивостей важливе значення відводиться взаємозамінюваності і супутнім нею властивостям: точності, надійності і стабільності. Звичайний кожен виріб характеризується поряд вихідних показників якості, і їх граничні значення контролюються і регламентуються нормативно-технічною документацією (НТД). У стандартизації виробів машинобудування вироблена практика, згідно якої в НТД включають технічні умови, що підлягають дотриманню при створенні виробів.
Взаємозамінюваність
Взаємозамінюваність має величезне народногосподарське значення і забезпечується єдністю науково-технічних, економічних і організаційних заходів. Вона є одній з найважливіших передумов організації серійного і масового виробництва, сприяє широкій кооперації виробництв, заснованих на виготовленні численних комплектуючих елементів виробів машинобудування на різних спеціалізованих підприємствах. Взаємозамінюваність дозволяє не тільки краще організувати виробництво виробів, але і скоротити терміни і підвищити якість їх ремонту в процесі експлуатації. Забезпечення взаємозамінюваності в заводському виготовленні дешевше, ніж при монтажі в польових умовах, в експлуатації буває дешевшим замінити, чим ремонтувати.
Взаємозамінюваність – один із засобів досягнення остаточного результату в підвищенні якості виробів. Вона припускає з більшою вартістю виготовлення деталей досягти найменшої вартості збірки і монтажу, знижуючи загальні витрати на виробництво виробу.
Взаємозамінюваність як властивість сукупності виробів.
Взаємозамінюваність – це властивість елементу (деталі складальної одиниці), що забезпечує можливість його застосування замість іншого з однаковими параметрами без додаткової обробки із збереженням заданої якості виробу, до складу якого воно входить.
Взаємозамінюваність є основною властивістю сукупності виробів, що визначає якість продукції, і характеризується інтенсивністю, наявністю відносин між елементами виробів з урахуванням спільності і специфічності, зовнішнім і внутрішнім проявами. Сумісність властивості взаємозамінюваності указує на зв'язок її з іншими якісними властивостями – точністю, надійністю, однорідністю.
Точність
Властивістю основної функції виробів, досягнення і забезпечення якої викликає найбільші труднощі і витрати в процесі виробництва, є точністю.
Точністю виготовлення називають ступінь наближення дійсних значень геометричних і інших параметрів деталей і виробів до їх заданих значень, вказаних в кресленнях або технічних вимогах.
Точність має три різновиди-конструкторську, технологічну і експлуатаційну.
Конструкторська точність розглядається в період проектних робіт і визначається погрішністю, закладеною в робочому процесі з урахуванням впливу на функціонування і вартість виробів. Основний принцип – конструкцюювання не повинно мати погрішностей.
Технологічну точність розглядають у процесі виробництва виробів. Застосовують три види дії на технологічну точність: усунення, компенсацію і облік. Найдійовішими заходами дії на технологічну точність є заходи усунення, які зводяться до усунення причин утворення погрішностей. Це супроводжується великими витратами на виробництві. Засобами компенсації впливають на точність посилюванням точності, введенням конструкції з найкоротшим розмірним ланцюгом, введенням компенсаторів. Облік погрішності рекомендований, коли усунення погрішностей регламентується витратами.
Експлуатаційна точність залежить від часу унаслідок зносу: механічного, корозійного, ерозійного.
Є також так звана нормативна точність – це сукупність допустимих відхилень і дійсна точність – сукупність дійсних відхилень. Досягти заданої точності це означає виготовити деталі і зібрати механізм так, щоб погрішності геометричних, електричних і інших параметрів знаходились в установлених межах.
Взаємозамінюваність при проектуванні
1. Експлуатаційні показники машин і інших виробів визначаються рівнем і стабільністю характеристик робочого процесу; розмірами, формою і іншими геометричними параметрами деталей і складальних одиниць; рівнем механічних, фізичних і хімічних властивостей матеріалів, з яких виготовлені деталі, і іншими чинниками.
2. Дуже важливо забезпечувати однорідність початкової сировини, матеріалів, заготовок і напівфабрикатів по хімічному складу і структурі, рівний рівень і стабільність механічних, фізичних і хімічних властивостей, а також точність і стабільність їх розмірів і форм.
3. Функціональну взаємозамінюваність забезпечують на стадії проектування виробів. Для цього в першу чергу необхідно уточнити номінальні значення їх експлуатаційних показників і визначити виходячи з призначення, вимог до надійності і безпеки, відхилення експлуатаційних показників виробів, які вони матимуть в кінці встановленого терміну роботи, що допускаються. Різниця між цими показниками у нових виробів і в кінці терміну експлуатації складає їх допуск. Є і інший шлях рішення цієї задачі — узагальнення досвіду експлуатації і проведення експериментальних випробувань моделей, макетів або зразків.
4. При конструюванні необхідно виявити функціональні параметри, від яких головним чином залежать значення і діапазон відхилень експлуатаційних показників машини, що допускається. Теоретично і експериментально на макетах, моделях і дослідних зразках слід встановити можливі зміни функціональних параметрів в часі, знайти зв'язок і ступінь впливу цих параметрів і їх відхилень на експлуатаційні показники нового виробу і в процесі його тривалої експлуатації. Знаючи ці зв'язки і допуски на експлуатаційні показники виробів, можна визначити відхилення функціональних параметрів, що допускаються, і розрахувати посадки для відповідальних з'єднань (посадкою називають характер з'єднань деталей, визначувані величиною зазорів, що виходять в нім, або натягу. Посадка характеризує свободу відносного переміщення деталей, що сполучаються, або ступінь опору їх взаємному зсуву. Залежно від взаємного розташування полів допусків отвору і валу посадка може бути: із зазором, з натягом або перехідною, при якій можливе отримання як зазору, так і натягу). Застосовують і інший метод: використовуючи встановлені зв'язки, визначають відхилення експлуатаційних показників при вибраних допусках функціональних параметрів. При розрахунку точності функціональних параметрів необхідно створювати гарантований запас працездатності виробів, який забезпечить збереження експлуатаційних показників до кінця терміну їх експлуатації в заданих межах. Встановлення зв'язків експлуатаційних показників з функціональними параметрами і незалежне виготовлення деталей і складових частин по цих параметрах з точністю, визначеною виходячи з відхилень експлуатаційних показників виробів, що допускаються, в кінці терміну їх служби, — одна з головних умов забезпечення функціональної взаємозамінюваності.