Взаимозаменяемость и нормирование точности

Министерство образования и науки  Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Н. В. Мерзликина, В. С. Секацкий, В. А. Титов 
 
 
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ   
И НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ 
 
 
 
Рекомендовано Сибирским региональным 
учебно-методическим центром высшего 
профессионального образования для межвузовского использования в качестве 
учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
бакалавров 221700.62 «Стандартизация и 
метрология» и 221400.62 «Управление 
качеством» 5 июля 2010 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 

УДК 006.01(075) 
ББК  30.104я73 
М52 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: А. В. Гехман, канд. техн. наук зам. директора 
ФГУ «Красноярский ЦСМ»; В. А. Меновщиков, д-р техн. наук, проф. зав. 
каф. деталей машин и технологии маталлов Краснояр. гос. аграр. ун-та 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Мерзликина, Н. В.  
М52        Взаимозаменяемость и нормирование точности :  учеб. пособие  / Н. В. Мерзликина, В. С. Секацкий, В. А. Титов. – Красноярск : 
Сибирский федеральный университет, 2011. – 192 с. 
ISBN 978-5-7638-2051-5 
 
 
Приведены основные положения взаимозаменяемости. Подробно рассмотрена Единая система допусков и посадок на гладкие цилиндрические соединения,  методы решения размерных цепей и допуски и посадки типовых видов соединений.   
Предназначено для бакалавров всех форм обучения, обучающихся по направлению подготовки 221400 «Управление качеством» специальности  221700.62 
«Стандартизация и  метрология», а также для преподавателей, аспирантов и 
студентов  других специальностей, занимающихся изучением вопросов, связанных с нормированием точности деталей машин и механизмов. 
 
 
 
УДК 006.01((075)  
ББК  30.104я73 
 
 
 
 
ISBN  978-5-7638-2051-5                                                          Сибирский федеральный  
 
                                                                                     университет, 2011 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Переход России к рыночной экономике определил условия для деятельности отечественных предприятий. Рост машиностроения  может быть 
осуществлен за счет интенсификации производства на основе широкого 
использования достижений науки и техники, применения прогрессивных и 
новейших технологий, создания новой техники высокой точности, достоверности и единства измерений. 
В современной рыночной экономике конкурентоспособность выпускаемой предприятием продукции определяет жизнеспособность данного 
предприятия. Одним из главных факторов, влияющих на конкурентоспособность продукции, работ и услуг, является их качество. Взаимозаменяемость является одним из инструментов обеспечения качества. 
Проблема качества является важнейшим фактором повышения 
уровня жизни, экономической, социальной и экологической безопасности. 
Качество – комплексное понятие, характеризующее эффективность всех 
сторон деятельности: разработка стратегии, организация производства, 
маркетинг и др. Важнейшей составляющей всей системы качества является качество продукции. 
При разработке, производстве, эксплуатации и ремонте важно соблюдать принцип взаимозаменяемости, обеспечивающий замену деталей, 
сборочных единиц и изделий с заданным качеством изделия. 
В машино- и приборостроении широко используют стандартные 
нормативно–технические документы, стандартные детали, а также комплектующие изделия, изготовленные на специализированных предприятиях, поэтому взаимозаменяемость базируется на стандартизации и способствует ее развитию. 
Одним из основных условий осуществления взаимозаменяемости 
является точность деталей, узлов и комплектующих изделий по геометрическим параметрам, к которым относятся: точность размеров или нормированные допуски; характер соединения деталей при сборке (посадка); 
точность формы и расположения поверхностей; шероховатость и волнистость поверхностей. 
В учебном пособии рассмотрены основные положения взаимозаменяемости, подробно изложен материал по  нормированию точности гладких цилиндрических сопряжений, подшипников качения,  допусков формы и расположения поверхностей, типовых соединений деталей. Приведены методики решения размерных цепей.  
Целью настоящего учебного пособия является помощь студентам и 
специалистам в освоении теоретических основ взаимозаменяемости и привития навыков в нормировании точности деталей машин и механизмов. 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ  
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ 
 
 
 
1.1. Краткие сведения  
из истории взаимозаменяемости 
 
 
Примером древнейших унифицированных взаимозаменяемых изделий были блоки строго определенных размеров для строительства египетских пирамид. При сооружении дворцов фараонов использовали кирпичи 
определенного размера 410×200×130 мм. В древнем мире применяли метод пропорциональных размеров при создании катапульт, водопроводных 
труб, водяных мельниц. В XIV–XV вв. морские суда оснащались одинаковыми мачтами, парусами, веслами, рулями. Египетские воины вооружались одинаковыми луками и стрелами. 
В России вопросы унификации, стандартизации и взаимозаменяемости начали решаться централизованно на уровне государства в XVIII в., 
когда по образцам, утвержденным Петром I, были построены серии судов 
одинаковых размеров, с одинаковыми размерами якорей, снаряжения и 
орудий. 
Считается, что России принадлежит приоритет в создании взаимозаменяемого производства в металлообрабатывающей промышленности. Такое производство было организованно в 1761 г. на Тульском, а 
впоследствии и на Ижевском заводе, где было массовое производство 
ружей. 
В период с конца XIX до начала XX в. принцип взаимозаменяемости 
реализовывался при изготовлении многих видов военной и гражданской 
продукции. В это время на крупных заводах Петербурга и Москвы, на 
оружейных заводах Тулы, Ижевска и Сестрорецка появились заводские 
нормы на допуски и посадки.  
Первая попытка создания единой системы допусков и посадок была 
предпринята в 1914, 1915 гг. профессором Московского высшего технического училища И. И. Куколевским. Его первая в мире система допусков и 
посадок активно использовалась в 1915–1917 гг. Первый проект стандарта 
на допуски отклонений размеров изделий был разработан инженером                 
П. М. Шелоумовым в 1919–1921 гг., но не нашел применения. 
В 1924, 1925 гг. под руководством профессора А. Д. Гатцука был 
разработан проект стандарта «Допуски для пригонок», который стал основой для разработки современной системы допусков.  

В 1929 г. данный проект стандарта был утвержден Комитетом по 
стандартизации при Совете Труда и Обороны СССР в качестве общесоюзного стандарта обязательного применения  на территории СССР. 
В 1931 г. были введены стандарты на размеры и допуски гладких калибров. 
В 1926–1928 гг. были разработаны таблицы номинальных размеров 
резьбы, а в 1931 г. был утвержден стандарт на допуски резьбы. 
В 1930-е годы были начаты разработки новых методов расчета точности механизмов, теоретических основ взаимозаменяемости. Тогда же 
были созданы первые системы для допусков зубчатых колес, шлицевых 
соединений, тугих резьб, на шероховатость поверхности. 
Одной из первых публикаций по основам теории точности машин и 
приборов является брошюра Б. С. Балакшина «Размерные цепи и компенсаторы», опубликованная в 1934 г. В 1946 г. вышла статья В. И. Эттингера 
и В. Бортки «Основы для определения допусков при производстве». В работе Б. С. Балакшина был изложен метод расчета линейных размеров цепей по предельным отклонениям, а в работе В. И. Эттингера и В. Бортки 
дан метод расчета тех же цепей вероятностным методом. 
Работой Н. Г. Бруевича «О точности механизмов», изданной в 1940 г., 
и серией статей по точности его последователей (М. Л. Быховского,            
Н. Е. Кобринского, В. И. Сергеева и др.) были заложены фундаментальные 
основы теории точности механизмов, кинематических цепей, деталей машин и других изделий. 
Трудами  Н. А. Бородачева в 1943 и 1946 гг. создана теория вероятностных расчетов допусков и ошибок как линейных, так и нелинейных 
размерных и кинематических цепей. 
Теоретические положения, разработанные Б. С. Балакшиным,             
Н. Г. Бруевичем и Н. А. Бородачевым, оказались приемлемыми для различных динамических, электрических и электронных систем. 
Теория точности производства развивалась в работах отечественных 
ученых Н. А. Бородачева, С. И. Брук, В. П. Булатова, А. Н. Гаврилова,             
В. Н. Гостева и многих других. 
В 1946 г. с участием Комитета по стандартизации при Совете Труда 
и Обороны СССР была создана Международная организация по стандартизации ISO (ИСО), которая, обобщая опыт по созданию систем нормирования точности, рекомендовала странам использовать принцип предпочтительности размеров. Ряды предпочтительных чисел соответствуют геометрическим прогрессиям. В соответствии с рекомендациями ИСО был 
разработан и утвержден ГОСТ 8032–56, в котором устанавливались основные ряды предпочтительных чисел.  
В 1974 г. сессия Совета Экономический Взаимопомощи (СЭВ) на 
своем заседании утвердила положение о стандарте Совета Экономической 

Взаимопомощи (СТ СЭВ). В первые годы после утверждения Положения 
о СТ СЭВ основное внимание было уделено созданию систем общетехнических базовых СТ СЭВ. Так были созданы и внедрены Единая система 
проектно-конструкторской документации СЭВ (ЕСКД), Единая система 
допусков и посадок (ЕСДП) и др. 
  
 
 
1.2. Определение и виды взаимозаменяемости 
 
 
Взаимозаменяемость – это свойство независимо изготовленных с 
заданной точностью деталей или узлов обеспечивать беспригоночную 
сборку или замену при ремонте. Взаимозаменяемость достигается тогда, 
когда различные параметры находятся в заданных пределах. 
Машина собирается из деталей и сборочных единиц. 
Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. 
Сборочная единица или узел – это часть изделия, которая собирается отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как одно 
целое. 
Взаимозаменяемость технической продукции (машин, приборов, 
механизмов и др.), ее частей или других видов продукции (сырья, полуфабрикатов и т. д. – свойство заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром при сохранении качества изделия.  
Взаимозаменяемость в машиностроении означает возможность 
сборки или полной замены любых деталей в сборочной единице и любых сборочных единиц в машине без дополнительной или ручной их 
обработки при сборке, пригонке, подборе или других манипуляциях при 
соблюдении технических требований к работе данного узла или машины в целом. 
Лампочка всегда ввинчивается в патрон, гайка навинчивается на 
болт, гаечный ключ подходит к головке болта, сверло устанавливается и 
центрируется в шпинделе сверлильного станка и обеспечивает получение 
отверстия заданного диаметра при сверлении – все это примеры взаимозаменяемости, широко применяемые в быту и на производстве. 
Взаимозаменяемость делится на полную и неполную, внешнюю и 
внутреннюю. 
Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость, которая обеспечивает возможность беспригоночной сборки (или замены при 
ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью одно

типных деталей в сборочные единицы, а последних – в изделия при соблюдении предъявляемых к ним (к сборочным единицам или изделиям) 
технических требований по всем параметрам качества. 
При полной взаимозаменяемости: 
– упрощается процесс сборки – он сводится к простому соединению 
деталей рабочими преимущественно невысокой квалификации; 
– появляется возможность точно нормировать процесс сборки во 
времени, устанавливать необходимый темп работы и применять поточный 
метод; 
– создаются условия для автоматизации процессов изготовления и 
сборки изделий, а также широкой специализации и кооперирования заводов (при которых завод-поставщик изготовляет унифицированные изделия, сборочные единицы и детали ограниченной номенклатуры и поставляет их заводу, выпускающему основные изделия); 
– упрощается ремонт изделий, т. к. любая изношенная или поломанная деталь или сборочная единица может быть заменена новой (запасной). 
Иногда для удовлетворения эксплуатационных требований необходимо изготовлять детали и сборочные единицы с малыми экономически 
неприемлемыми или технологически трудновыполнимыми допусками.        
В этих случаях для получения требуемой точности сборки применяют 
групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения некоторых частей машин и приборов, пригонку и другие дополнительные технологические мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц и изделий. Такую 
взаимозаменяемость называют неполной (ограниченной). Ее можно 
осуществлять не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам. 
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 электродвигателях внешнюю взаимозаменяемость обеспечивают по частоте 
вращения вала и мощности, а также по размерам присоединительных поверхностей; в подшипниках качения – по наружному диаметру наружного 
кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца, а также по точности 
вращения. 
Внутренняя взаимозаменяемость распространяется на детали, 
сборочные единицы и механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю групповую взаимозаменяемость имеют тела качения и кольца. 
 

1.3. Классификация отклонений  
геометрических параметров 
 
 
Форма любой детали может быть представлена в виде сочетаний 
различных элементов: поверхностей, линий и точек. 
Размером элемента является численное значение линейной величины (диаметра, длины, ширины и т. д.) в выбранных единицах измерения. 
При изготовлении детали получают действительный размер dд элемента, установленный измерением с допустимой погрешностью. 
На чертеже детали указывается номинальный размер dн, относительно которого определяют отклонения, получаемый конструктором на основе прочностного расчета (или по другим соображениям) и выбранный по 
номинальному ряду (ГОСТ 6636). 
Различают номинальные (идеальные) поверхности, формы которых 
заданы на чертеже, и реальные (действительные) поверхности, полученные с 
погрешностями при обработке или видоизмененные при эксплуатации. 
Под профилем понимают линию пересечения поверхности с плоскостью или заданной поверхностью. 
При определении погрешности формы или нормирования отклонений формы используется принцип прилегающих профилей, прямых и поверхностей. Например, прилегающая окружность – это окружность минимального диаметра, описания вокруг реального профиля наружной поверхности вращения. 
Для определения номинального расположения поверхностей детали 
используют номинальные, а для определения реального расположения поверхностей – действительные линейные и угловые размеры между ними. 
Реальная поверхность всегда отличается от номинальной поверхности (рис. 1.1). Для нормирования поверхности и в последующем для ее 
оценки нужны количественные показатели, которые можно сгруппировать 
и задать им стандартные значения. Поэтому было принято решение сложную поверхность оценивать отдельными составляющими по укрупненной 
классификации: 
1. Δd – отклонение размера, которое находится как алгебраическая 
разность между действительным dд и номинальным dн размерами; 
2. Δр – отклонение расположения поверхностей (смещение e осей реального и номинального цилиндров); 
3. Δф – отклонение формы поверхности (например, в поперечном сечении, отклонение круглости – наибольшее расстояние от точки реального 
профиля до прилегающей окружности); 
4. Δв – волнистость поверхности; 
5. Δш – шероховатость поверхности. 

На практике бывает сложно отличить волнистость от отклонения 
формы или шероховатости. Поэтому принято оценивать по отношению 
длины волны S к ее высоте W (рис.1.2). 
 
 

 
 
Рис. 1.1. Отклонения геометрических параметров  
различных порядков 
 
 

 
 
Рис.1.2. Схема погрешности  
поверхности детали 
 
 
Если погрешность длинноволновая, т. е. отношение S/W >`1 000, то 
ее относят к погрешности формы; микронеровности с отношением S/W < 50 
характеризуют  шероховатость поверхности, а при  50<S/W<1000 погрешность относится к волнистости. 

1.4. Понятие точности и погрешности 
 
 
Точность изделий машиностроения является важнейшей характеристикой их качества. Недостаточная точность изготовления современных 
машин не позволяет им функционировать при больших скоростях и 
удельных нагрузках, вызывающих вибрации и их разрушение. 
Точность – комплексное понятие, характеризующее как геометрические параметры машин и их элементов, так и единообразие различных 
свойств изготовляемых изделий, например упругости, электропроводности и др. Точность характеризует также единообразие показателей назначения (технико-эксплуатационных показателей) машин: напора, производительности, установленной мощности и др. Эти показатели тем точнее, 
чем ýже поле их разброса. 
Точность изделий машиностроения – это степень соответствия 
действительных параметров изделий их заранее установленным значениям. 
Под точностью деталей понимают степень приближения детали к 
геометрически правильному прототипу, изображенному на чертеже и описанному техническими требованиями. 
Различают конструкторскую, технологическую и эксплуатационную 
точность. 
При проектировании машин рассматривают конструкторскую точность. При этом определяют погрешности, заложенные в рабочем принципе 
машин, и их влияние на стоимость и качество функционирования машины. 
Эти погрешности можно устранить, выбрать другой принцип с допустимой 
погрешностью или уменьшить путем улучшения данного рабочего принципа. 
На технологическую точность в производстве изделий можно 
воздействовать тремя способами: 
– устранить причины погрешностей, но это будет сопровождаться 
большими производственными затратами; 
– компенсировать погрешности путем ужесточения точности, например, введением конструкции с кратчайшей размерной цепью; 
– учесть погрешности, так чтобы они не превышали допустимых 
значений, если их устранение связано с большими затратами. 
На эксплуатационную точность с течением времени влияет износ 
(механический, коррозионный, эрозионный). 
Повышение точности деталей и узлов увеличивает долговечность и 
надежность эксплуатации механизмов и машин. 
При изготовлении изделий невозможно получить идеальную точность, т. е. невозможно добиться того, чтобы погрешность была равна нулю. Погрешности параметров не только не неизбежны, но и допустимы в 
определенных пределах.