Взаємозамінність, її види

Взаємозамінність - це властивість незалежно виготовлених виробів забезпечувати можливість використання одного виробу замість іншого без додаткової обробки зі зберіганням заданої якості виробу, до складу якого він входить, працездатного стану та надійності. До взаємозамінних виробів належать, наприклад, судові плунжерні пари, кришки робочих циліндрів двигунів, електро- і радіотехнічне обладнання, підшипники ковзання, деталі різьбових з’єднань та ін.

Надійність [ДСТУ 2860-94] - властивість об’єкта зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характе­ризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання і транспортування.

Примітка. Надійність є комплексною властивістю, що, залежно від призначення об’єкта та умов його застосування, може містити в собі безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність та збережуваність чи повні поєднання цих властивостей.

Працездатний стан [ДСТУ 2860-94] - стан об’єкта, який характеризується його здатністю виконувати усі потрібні функції.

Розрізняють п’ять видів взаємозамінності: повна, неповна, зовнішня, внутрішня та функціональна.

Взаємозамінністю машин, приладів, механізмів, окремих деталей називають їх властивість замінюватись на інші однотипні екземпляри. Розрізняють такі види взаємозамінностей: повну, неповну, зовнішню, внутрішню, функціональну.

Повною взаємозамінністю називають таку взаємозамінність, яка забезпечує безпідгоночне складання чи заміну при ремонті однотипних деталей з заданою точністю.

Неповною взаємозамінністю називають таку взаємозамінність, яка для отримання необхідної точності складання потребує групового підбору деталей (селективне складання), а також застосування різного роду компенсаторів і регулювань.

Зовнішня взаємозамінність – це взаємозамінність по зовнішнім розмірах і формах приєднувальних поверхонь.

Внутрішня взаємозамінність – це взаємозамінність по внутрішніх розмірах і формах приєднувальних поверхонь.

Функціональна взаємозамінність – це взаємозамінність складальних одиниць по експлуатаційних показниках (потужності, величині крутного моменту, кількості обертів за хвилину).

Або Функціональна взаємозамінність – взаємозамінність, яка забезпечує оптимальні і стабільні у часі експлуатаційні показники, що функціонально пов’язані з деякими параметрами і залежать від них.

При взаємозамінності спрощується процес складання, тобто він зводиться до простого з’єднання деталей.

При експлуатації і ремонті машин в умовах с.-г. виробництва взаємозамінність набуває особливо важливого значення. У тракторах, автомобілях і с.-г. машинах, які працюють у полі вихід з ладу однієї з деталей призводить до простою всього агрегату. Швидко усунути несправність далеко від ремонтних майстерень можна лише використовуючи взаємозамінність запасних частин.. Порушення ж цього принципу та необхідність припасування деталей на місці призвело б до довготривалого простою машин, затягуванню строків польових робіт та до великих втрат урожаю.

Види взаємозамінності за ступенем забезпечення точності

Повна взаємозамінність[

Повністю взаємозамінними називаються деталі і вузли, що встановлюються при складанні без додаткових операцій по обробці, без регулювання та підбору.

Повна взаємозамінність забезпечує задані показники якості без додаткових підгінних операцій при складанні під час виготовлення або ремонту суден та їх вузлів. Така взаємозамінність спрощує ремонт суден, оскільки будь-яка деталь чи вузол, що зносилися, замінюються запасними. Економічно доцільним є застосування взаємозамінності для деталей, точність яких нижча за п’ятий квалітет, а також для вузлів, що складаються з невеликої кількості деталей.

Повна взаємозамінність можлива тільки коли розміри, форма, механічні, електричні й інші якісні і кількісні характеристики деталей і складальних одиниць після виготовлення знаходяться в заданих межах і зібрані вироби задовольняють технічним вимогам.

При повній взаємозамінності спрощується процес складання, а також ремонт виробів, тому що будь-яка зношена чи поламана деталь або складальна одиниця може бути замінена новою (запасною). Повну взаємозамінність економічно доцільно застосовувати для деталей, виготовлених з допусками квалітетів не вище 6-го.

Неповна взаємозамінність

Іноді для задоволення експлуатаційних вимог необхідно виготовляти деталі і складальні одиниці з економічно не прийнятими чи технологічно важко досяжними допусками. Такий випадок називають неповною (обмеженою) взаємозамінністю.

У разі неповної взаємозамінності для одержання необхідної точності складання застосовують:

• груповий підбір деталей (селективне складання) — метод складання машин і механізмів, при якому здійснюють відповідний підбір деталей, що працюють у парі. Деталі, які поступають на складання сортують за розмірними групами, всередині яких деталі, що сполучаються (охоплювана і охоплювальна) мають найсприятливіші для з'єднання дійсні розміри;
• регулювання положення деяких частин виробів — необхідні характеристики досягаються регулюванням спеціального елемента шляхом зміни місця, положення або введення додаткового елементу;
• припасування деталей — для досягнення заданих властивостей конструкції змінюють параметри елемента (заздалегідь призначеного), до необхідних значень для успішного збирання.

Неповна взаємозамінність - це груповий підбір деталей. Деталі сортують за розмірами на ряд груп, а потім при збірці використовують деталі визначеної групи. Вказаним методом виробляють збірку підшипників ковзання, поршневі пальці з поршнем двигунів, плунжера з гільзою паливного насосу та інших з’єднань.

За методом неповної взаємозамінності ведуть збірку в межах даного виробництва.

При зовнішній взаємозамінності має місце безпідгонна збірка тільки за приєднувальними розмірами (стартерний електричний двигун, ДВЗ, синхронний електричний генератор, головки вимірю­вальних пристроїв та ін.). Зовнішня взаємозамінність є основою виконання агрегатного методу ремонту, який сприяє збільшенню часу експлуатаційного періоду суден. Замість демонтованих об’єктів встановлюють нові або раніше відремонтовані.

При внутрішній взаємозамінності усі елементи, які входять до виробу, характеризуються вищевказаною властивістю. Наприклад, взаємозамінність шариків або роликів підшипників кочення, вузлів валів коробки зміни передач.

З метою підвищення вимог до якості деталей суден, останнім часом упроваджують нову, більш прогресивну форму взаємозамінності, яка має назву функціональна. Вона передбачає повну взаємозамінність не тільки за геометричними розмірами виробів, але і за функціо­нальними показниками (наприклад, за хімічним складом, фізико- механічними, електричними та магнітними властивостями). Функ­ціональна взаємозамінність забезпечує оптимальні показники роботи деталей суден, їх низьку вартість та високу надійність.

Функціональну взаємозамінність потрібно створити з моменту проектування судна чи вузла. Для цього уточнюються номінальні значення експлуатаційних показників і визначаються допустимі відхилення від них. Потім встановлюють основні вузли і деталі, від яких, насамперед, залежать дані показники. Для цих вузлів і деталей застосовують такі матеріали й технологію виготовлення, щоб надійність, довговічність та інші показники були оптимальними. Після цього виявляють функціональні параметри і встановлюють оптимальні відхилення. Для впровадження функціональної взаємозамінності важливого значення набувають методи і засоби, які застосовують та розробляють для контролю деталей, вузлів, механізмів.

Принцип функціональної взаємозамінності є одним із головних принципів конструювання і виробництва, контролю та експлуатації різноманітних суден, машин і вузлів.

Від значень і коливань функціональних параметрів залежать експлуатаційні показники виробів. Наприклад, зміна величини зазору між поршнем і гільзою змінює потужність двигунів.

Для функціональної взаємозамінності важливо забезпечувати взаємозамінність вихідної сировини або матеріалу, заготовок або напівфабрикатів. Велике значення має також взаємозамінність заготовок за розмірами міжопераційних посадочних поверхонь.

Принцип функціональної взаємозамінності є одним із важливіших принципів конструювання, виробництва, контролю, експлуатації та ремонту виробів.

Неоціненне значення має взаємозамінність під час судноремонту. Вона сприяє прискоренню та здешевлюванню ремонту, нерідко зводячи його до простої заміни зношених або пошкоджених виробів (деталей) запасними. Так, наприклад, у роки Великої Вітчизняної війни за короткий проміжок часу було виконано ремонт торпедованого крейсера «Червона Україна», в якому було пошкоджено гребний вал. Він був відрихтований на плаву із виконанням заміни підшипників.

Види взаємозамінності по відношенню до об'єкта

По відношенню до об'єкта розрізняють взаємозамінність зовнішню і внутрішню.

Зовнішня взаємозамінність — це взаємозамінність покупного виробу:

• розмірна — мається на увазі взаємозамінність за розмірами і формою приєднувальних поверхонь;
• параметрична — мається на увазі взаємозамінність виробу за експлуатаційними показниками.

Наприклад, в електродвигунах зовнішню взаємозамінність забезпечують за розмірами приєднувальних поверхонь (розмірна), а також, за частотою обертання вала і потужністю (параметрична).

Внутрішня взаємозамінність поширюється на деталь, складальні одиниці і механізми, що входять в об'єкт. Наприклад, кулькові підшипники мають повну зовнішню взаємозамінність, оскільки за своїм призначенням і монтажними розмірами взаємозамінні, але разом з тим окремі їхні частини (внутрішні і зовнішні кільця, кульки) не взаємозамінні між собою, оскільки подаються на складання тільки селективно підібраними комплектами, тобто не мають внутрішньої взаємозамінності (окремі частини кулькового чи роликового підшипників не взаємозамінні).

Роль взаємозамінності

Основні переваги здійснення принципу взаємозамінності у сфері виробництва, експлуатації і ремонту полягають у наступному:

• Спрощуються, прискорюються і здешевлюються проєктно-конструкторські роботи із створення нових машин і механізмів, оскільки конфігурація, точність і технічні вимоги до основних елементів стандартизовані (різьби, шліци, зубчасті  передачі, шпонки, підшипники тощо).
• Завдяки відсутності припасувальних робіт і обробки по місцю складання машин значно спрощується і створюється певний ритм складального процесу, що дає можливість підвищити продуктивність складальних робіт шляхом організації конвеєрного потокового виробництва.
• Спрощується і здешевлюється виготовлення машини в результаті регламентації точності заготовок на всіх стадіях механічної обробки, застосування досконаліших методів контролю і здешевлення складання. Якість продукції стає стабільною, підвищується її надійність.
• Незалежне виготовлення деталей машин створює широкі можливості для кооперації різних виробників, а отже, створює передумови високої спеціалізації виробництва та випуску уніфікованої продукції.
• Здешевлюється експлуатація машин за рахунок прискорення ремонту і підвищення його якості.

Створення параметричних та уніфікованих рядів

Сучасний стан ринку техніки характеризується широкою номенклатурою виробів. Але випуск надмірно великої номенклатури виробів, схожих за призначенням і конструктивним виконанням, здорожує їх виробництво та ускладнює уніфікацію. Одним із основних шляхів виготовлення раціональної номенклатури й кількості типорозмірів виробів є використання стандартизованих рядів основних параметрів (параметричних рядів).

Параметрична стандартизація – це діяльність, що спрямована на вибір та встановлення доцільних чисельних значень параметрів, що підпорядковуються певній строгій математичній залежності.

Параметри виробів поділяють на основні та головні. Основні параметри визначають характерні конструктивні та експлуатаційні властивості виробів та процесів. Головні параметри виділяють із числа основних. Вони вирізняються стабільністю при подальших удосконаленнях, не залежать від матеріалів та технологій виготовлення і при цьому найбільш повно характеризують конструктивно-технологічні та експлуатаційні властивості виробу та процесів. Головних параметрів може бути як один, так і декілька.

Параметричними називають ряди машин однакового призначення з регламентованими конструкцією параметрами, градація яких встановлена з дотриманням визначених та чітко обґрунтованих рядів переважних чисел.

У багатьох випадках доцільно покласти в основу ряду єдиний тип машини й отримати необхідні градації зміною її розмірів або збереженням геометричної подібності модифікацій ряду. Такі ряди називаються розмірними.

В інших випадках доцільно встановити для кожної градації свій тип машин зі своїми розмірами. Такі ряди називають типорозмірними. У діапазоні параметрів, що найчастіше використовуються, доцільно збільшувати кількість членів ряду, в діапазоні нечастого використання – розширити інтервали між членами ряду.

Одним із головних умов реалізації економічного ефекту параметричних рядів є тривалість їх використання. Параметри уніфікованих рядів складаються за іншими законами, які залежать від реальних можливостей сполучення уніфікованих органів і умов технічного застосування членів ряду. Наприклад, уніфіковані ряди двигунів мають однакові шатунно-поршневі пари, але їх кількість та розташування – різне; параметричні ряди двигунів мають кількість та розміщення шатунно-поршневої пари однакове, але вона має різні діаметри та довжини ходу.

Універсалізація машин

Універсалізація машин переслідує мету розширення функцій машин, росту діапазону виконуваних нею операцій. Ця мета може досягатись як за рахунок додаткової комплектації машини пристосуваннями різного призначення чи змінними робочими органами, так і шляхом створення багатоцільової машини з широкими функціональними можливостями. Вона збільшує пристосованість машин до вимог виробництва і підвищує коефіцієнт їх використання. Головний економічний ефект від універсалізації полягає в можливості скоротити кількість об’єктів виробництва, тому що одна універсальна машина замінює декілька спеціалізованих.

Важливо також встановити доцільну межу універсалізації. Оскільки машини, призначені для надто широкого діапазону функцій, конструктивно складні, громіздкі та незручні в обслуговуванні.