Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения

МИНИСТЕРСТВО ОБРА ЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Кафедра инжиниринга технологического оборудования
Взаимозаменяемость, 
стандартизация
и технические 
измерения
Под редакцией профессора С.М. Горбатюка
Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебника для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по направлению Металлургия
Москва  2015

УДК 621
 
В40
Р е ц е н з е н т ы :
д-р техн. наук, проф. Г.В. Ашихмин
(ОАО «Институт Цветметобработка»);
д-р техн. наук, проф. Б.А. Романцев
А в т о р ы :
А.Н. Веремеевич, С.М. Горбатюк, И.Г. Морозова, М.Г. Наумова, С.В. Албул
 
 
Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения :
В40 
учеб. / А.Н. Веремеевич [и др.] ; под ред. С.М. Г
орбатюка. – М. : 
Изд. Дом МИСиС, 2015. – 328 с.
ISBN 978-5-87623-927-3
В учебнике представлены основные теоретические и практические вопросы курса «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения»: роль взаимозаменяемости в повышении качества, единые принципы построения систем допусков 
и посадок гладких цилиндрических и плоских соединений, стандартизация отклонений поверхностей деталей машин, системы допусков и посадок стандартных деталей, 
сборочных единиц и соединений. Приведены различные методы расчеты размерных 
цепей.
Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению «Металлургия».
УДК 621
ISBN 978-5-87623-927-3


Коллектив авторов, 2015
НИТУ «МИСиС», 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................6
1. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ В ПОВЫШЕНИИ 
КАЧЕСТВА ...........................................................................................8
1.1. Краткая история взаимозаменяемости и управления 
качеством ............................................................................................. 8
1.2. Качество. Основные свойства и показатели ..............................13
1.3. Управление качеством продукции .............................................18
1.4. Взаимозаменяемость и ее роль в повышении качества 
продукции и экономичности производства .....................................20
2. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ 
И ПЛОСКИХ СОЕДИНЕНИЙ .........................................................26
2.1. Основные понятия о размерах, отклонениях и допусках .........26
2.2. Соединения, посадки и типы посадок .......................................32
2.3. Основные отклонения для образования посадок 
......................35
2.4. Единые принципы построения систем допусков и посадок 
для типовых соединений деталей машин .........................................39
2.5. Выбор допусков для сопрягаемых размеров ..............................46
2.6. Обозначение допусков и посадок на чертежах ..........................77
3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ 
ДЕТАЛЕЙ МАШИН ..........................................................................85
3.1. Стандартизация шероховатости поверхности ...........................85
3.2. Обозначение шероховатости на чертежах 
..................................91
3.3. Измерение и контроль шероховатости поверхности ................99
3.4. Стандартизация отклонений формы и расположения 
поверхностей деталей 
.......................................................................100
4. СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК 
ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ .............................................. 112
4.1. Выбор посадок подшипников качения на валы и в корпус ....115
4.2. Зазоры и предварительные натяги в подшипниках качения .... 120
4.3. Обозначение подшипниковой посадки на чертеже ................121
5. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ШПОНОЧНЫХ И ШЛИЦЕВЫХ 
СОЕДИНЕНИЙ ............................................................................... 123
5.1. Соединение призматическими шпонками ..............................123
5.2. Шлицевые соединения 
..............................................................126
6. ДОПУСКИ НА УГЛОВЫЕ РАЗМЕРЫ. 
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ КОНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ... 130
6.1. Основные сведения ...................................................................130
6.2. Системы допусков и посадок на угловые размеры 
..................133
6.3. Виды конических соединений ..................................................135
3

6.4. Система допусков и посадок для конических соединений 
.....138
6.5. Методы и средства измерения и контроля угловых  
и конических соединений 
................................................................142
7. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ 
СОЕДИНЕНИЙ ............................................................................... 145
7.1. Классификация резьбовых поверхностей 
................................145
7.2. Основные параметры резьбовых соединений .........................146
7.3. Общие принципы обеспечения взаимозаменяемости 
цилиндрических резьб .....................................................................149
7.4. Посадки с зазором для метрической резьбы 
............................150
7.5. Резьбовые соединения с натягом 
..............................................156
7.6. Переходные резьбовые посадки ...............................................159
7.7. Методы и средства контроля и измерения точности 
цилиндрических резьб .....................................................................160
8. СИСТЕМА ПОСАДОК ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ 
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 
......................................................................... 164
8.1. Общие сведения .........................................................................164
8.2. Классификация передач и основные понятия зубчатого 
зацепления ........................................................................................164
8.3. Функциональные предпосылки нормирования точности 
зубчатых передач ..............................................................................169
8.4. Стандартизация точности цилиндрических зубчатых 
колес и передач .................................................................................171
8.5. Виды сопряжений зубьев колес в передаче 
..............................173
8.6. Кинематическая точность передачи 
.........................................174
8.7. Нормирование параметров кинематической точности ..........177
8.8. Нормирование параметров плавности работы передачи 
........179
8.9. Методы и средства контроля зубчатых передач 
.......................180
9. РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ ................................................................... 185
9.1. Классификация размерных цепей.
Основные термины и определения .................................................185
9.2. Основные понятия 
.....................................................................197
9.3. Методы достижения точности замыкающего звена 
................199
9.4. Порядок построения размерных цепей 
....................................201
9.5. Задачи и методы расчета размерных цепей 
..............................203
9.6. Основные уравнения размерной цепи и способы 
назначения знаков предельных отклонений ..................................204
9.7. Метод расчета размерных цепей, обеспечивающий 
полную взаимозаменяемость 
...........................................................208
9.8. Расчет линейных размерных цепей  
теоретико-вероятностным методом 
................................................213

9.9. Особенности расчета динамических размерных цепей ..........231
9.10. Расчет зависимых допусков размеров ....................................235
10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ................................................................. 240
10.1. Российские организации по стандартизации ........................242
10.2. Международные организации по стандартизации 
................244
10.3. Работы, выполняемые при стандартизации ..........................247
10.4. Научно-технические принципы и методы стандартизации ... 254
10.5. Категории и виды стандартов .................................................261
10.6. Государственный надзор за соблюдением требований 
стандартов .........................................................................................268
11. СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ И СИСТЕМ 
КАЧЕСТВА ....................................................................................... 271
11.1. Понятие сертификации продукции 
........................................271
11.2. Преимущества сертификации продукции .............................276
11.3. Этапы проведения сертификации системы качества ............286
11.4. Международная практика сертификации 
..............................291
Контрольные вопросы .....................................................................294
12. МЕТРОЛОГИЯ ........................................................................... 295
12.1. Физические величины, методы и средства измерения .........295
12.2. Система единиц и основные принципы ее построения 
........299
12.3. Шкалы измерений ...................................................................300
12.4. Относительные и логарифмические величины и единицы .... 302
12.5. Определение и содержание основных единиц СИ 
................305
12.6. Измерения и средства измерений 
...........................................308
12.7. Система воспроизведения единиц физических величин 
и передача их размера средствами измерения ................................314
12.8. Погрешности измерений и средств измерений .....................319
12.9. Нормирование и погрешность измерения 
метрологических характеристик средств измерения .....................322
Библиографический список ................................................................329
5

ВВЕДЕНИЕ
Необходимость подготовки специалистов по машиностроению и 
механике привела еще в конце ХVIII столетия к формированию учения о машинах. В дальнейшем предмет «Построение машин» разветвляется на «Техническую механику», «Прикладную механику» и «Детали машин». Затем науки о машиностроении продолжали ветвиться, 
и к нашему времени сложился цикл научных и учебных дисциплин 
машиностроения, к которому наряду с теорией механизмов и машин, 
науках о сопротивлении материалов и о деталях машин принадлежит 
и наука «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Все дисциплины цикла «Машиностроение» взаимно дополняют друг друга. В первой из них рассматриваются классификация, 
кинематика и динамика механизмов, а также трение в машинах; во 
второй – основы расчета на прочность и жесткость элементов инженерных конструкций; в третьей – методы конструирования и расчета по критериям работоспособности (прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость, надежность) деталей 
машин общего назначения; в четвертой – требования к характеру и 
точности соединений в машинах на основе эксплуатационного назначения, методы расчетно-опытного обоснования требований к точности, физико- технические и экономические предпосылки систем допусков и посадок, построение и применение этих систем в комплексе 
с техническими измерениями, метрологическое обеспечение качества 
продукции. Таким образом, для специалиста, в особенности механика 
или машиностроителя, четкие познания и определенные навыки по 
взаимозаменяемости и техническим измерениям являются необходимой составной частью его специальной подготовки.
Вместе с тем техническим работникам всех отраслей народного хозяйства необходимы познания из отраслевой науки о стандартизации, ее научных основах, методике сдачах. Применительно 
к машиностроению теория стандартизации в значительной мере 
предметно совпадает с теорией взаимозаменяемости и технических 
измерений, что позволяет эти две самостоятельные науки – одну из 
цикла «Машиностроение», а другую – межотраслевую науку, распространяющуюся в равной мере на все отрасли промышленности, 
изучать совместно в одной учебной дисциплине «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения».
6

Каждый специалист, занимающийся конструкторской работой, 
должен хорошо знать действующую систему допусков и посадок, 
принципы их построения и методику применения. Но этого мало, 
конструктор должен еще ясно представлять способы контроля устанавливаемых им отклонений, т.е. знать технические измерения, методы и средства контроля размеров, потому что без таких знаний он 
может назначить нереальные отклонения, которые невозможно проконтролировать на производстве.
Познания в области системы допусков и посадок еще более необходимы технологам машиностроения, так как они, проектируя 
технологический процесс, должны предусматривать в нем (наряду с 
операциями обработки) операции контроля размеров, осуществляемые при помощи методов и средств измерений, удовлетворяющих 
современным требованиям. Конструкторам и технологам необходимы также знания научных основ стандартизации, методов разработки и внедрения стандартов.
Положения курса «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения» используются в первую очередь при работе 
над курсовым проектом по дисциплине «Детали машин», а также 
при дальнейшем изучении специальных конструкторских и технологических дисциплин. Особенно важно подчеркнуть и то, что к ним 
приходится прибегать с первых же дней самостоятельной работы.
Изучение систем допусков и посадок обязательно следует сопровождать ознакомлением с соответствующими таблицами и стандартами, 
разбором примеров и решением задач на применение методики назначения допусков и посадок к конкретным случаям практики. Последние можно взять из курса «Детали машин», а также из чертежей.
Следует обратить особое внимание на то, как и для чего применяются те или иные приборы. Надо дать критический анализ правильности применения приборов. Изучая тот или иной прибор, студент 
должен ознакомиться с технической документацией на него: со стандартом, инструкцией по поверке прибора, с техническими условиями.
Для усвоения курса целесообразно ответить на контрольные вопросы.
7

1. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ 
В ПОВЫШЕНИИ КАЧЕСТВА
1.1. Краткая история взаимозаменяемости 
и управления качеством
Возникновение стандартизации относится к глубокой древности, 
когда еще и самого понятия стандартизации не существовало. Впервые принципы стандартизации были использованы в строительстве. 
Например, египетские пирамиды, построенные свыше 5 тысяч лет 
тому назад, сложены из тщательно обработанных и доведенных до 
строго определенных размеров блоков. При строительстве величественных дворцов фараонов египтяне применяли кирпичи определенного размера. В Древнем Риме при сооружении водопроводов 
применяли трубы единого диаметра. Еще более наглядные примеры применения принципов стандартизации в области вооружения 
и судостроения встречаются в XIV–XV вв. нашей эры в Венеции, 
являющейся в то время крупной морской державой. Развитие экономических связей требовало постройки большого количества торговых судов и военных кораблей для их защиты. Постройка этих судов была организована на одном потоке, по мере перемещения по 
которому суда оснащались унифицированными деталями, снаряжением, вооружением и т.д. Применение при постройке судов принципов стандартизации позволяло выпускать довольно быстро по тем 
временам большое количество кораблей. Более широкое внедрение 
стандартизации в производство было положено Петром I, во времена правления которого и начинает отсчет русская промышленная 
стандартизация. В первом собрании законов Российской империи 
эпохи Петра I был помещен ряд указов, свидетельствующих о внедрении элементов стандартизации и взаимозаменяемости в России 
того времени. Тогда, согласно ряду указов Петра I и Сената, серия 
судов была изготовлена по образцам, утвержденным Петром I, что 
позволяло выдерживать одинаковые размеры составляющих их конструкции и единый уровень качества.
На заре развития машиностроения принципы взаимозаменяемости при производстве различных изделий не использовались. 
В то время требуемый характер соединения деталей обеспечивался 
их взаимной подгонкой. Взаимозаменяемость в машиностроении в 
8

современном смысле этого слова стала возможной благодаря совершенствованию средств производства и средств измерения и контроля размеров деталей машин.
Большое значение в развитии взаимозаменяемости в машиностроении имело появление калибров.
В России калибры (или кружала) впервые были введены в 1555 г. 
указом Ивана IV для проверки размеров ядер для пушек. Петр I также 
уделял особое внимание стандартизации оружейного снаряжения. Так, 
в указе № 2436 от 15 февраля 1712 г. сказано: «А ружье драгунское, так 
и солдатское, также и пистолеты, когда будет повелено, делать одним 
калибером». Первые калибры были «нормальными», т.е. деталь должна была входить в эти калибры плотно. В этом случае необходимо изготавливать детали с высокой точностью. Затем появились «предельные» 
калибры, т.е. комплект, состоящий из проходного и непроходного калибров. Название «предельные» эти калибры получили потому, что 
размеры проходного и непроходного калибров соответствовали двум 
предельным размерам, указанным на чертеже детали.
Предельные калибры получили относительно широкое применение лишь в конце XIX – начале XX в., хотя двойные предельные 
кружала для ядер в России были введены еще в 1806 г., а предельные 
калибры-пробки на оружейных заводах стали применяться с 1810 г.
При рассмотрении вопроса об управлении качеством несомненный интерес представляет указ Петра I о качестве от 11 января 1723 г., из текста которого ясны не только требования к качеству 
продукции, но и к системе контроля качества, государственного 
надзора над ним и меры наказания за выпуск дефектной продукции. 
Стремясь к расширению внешней торговли, Петр I не только ввел 
технические условия, учитывающие высокие требования к качеству 
отечественных товаров, но и организовал в Петербурге и Архангельске правительственные бракеражные комиссии, которым вменялось 
в обязанность следить за качеством экспортируемого Россией сырья. 
Совершенствование средств производства, контроля и измерения 
размеров позволило изготавливать сопрягаемые детали независимо 
друг от друга с таким расчетом, что при сборке их не требовалось дорабатывать. В этом и заключается смысл организации производства 
взаимозаменяемых деталей.
В 1761 г. граф Шувалов направил на Тульский завод инструкцию, 
из которой следовало, что на этом заводе уже широко применяли 
9

принцип взаимозаменяемости, что позволяло не только изготавливать стрелковое оружие в массовом количестве, но и поставлять запасные части к нему для ремонта. Инструкция гласила: «В силу объявленного мною предложения на каждую оружейную вещь порознь 
мастерами иметь меры или по заводскому обыкновению называемые лекалы с заводским клеймом или печатью Оружейной канцелярии, аккуратные, по которым каждый с пропорциею всякую вещь 
при желании проводить мог. Без того вещи одна с другой во всем 
точного равенства не имеют, потому что дело оных происходит глазомерством, от чего неминуемо при приемках в полки должны быть 
переправки и в том напрасно времени потеряние». Об этом свидетельствуют и зарубежные источники. Так, в книге французского 
инженера Коти «Методы изготовления огнестрельного оружия», изданной в Париже 1806 г., написано: «Конечно, и при употреблении 
самых совершенных механических способов могут замки выходить 
не совсем равными в своих частях, если мастера не будут старательными; но я видел на Тульском заводе, когда из находившегося в приемной палате большого количества некоторые из этих замков были 
разобраны, части их перемешаны, а потом из этих частей вновь составлены замки; при этом все части приходились с одной точностью, 
будто бы намеренно их подгоняли одну к другой».
В некоторых американских литературных источниках (Бредли, 
Гарриман) приоритет в организации производства взаимозаменяемых деталей и изделий приписывается американскому промышленнику Эли Уитнею, который за период с 1798 по 1806 г. изготовил 
10 000 изделий с взаимозаменяемыми деталями.
Это опровергается как свидетельством инженера Коти, так и следующими данными, относящимися к тому периоду времени, что и 
работы Уитнея. В самом начале Отечественной войны 1812 г. начальнику оружейного завода в Туле было предписано изготовлять 
ежемесячно по 7000 ружей с взаимозаменяемыми деталями и, кроме 
того, войти в соглашение с оружейниками для дополнительного изготовления на дому еще 3000 таких же ружей в месяц.
Известно, что искусственное старение калибров и шаблонов, 
применяющихся на Тульском заводе и обеспечивающих неизменность их форм и размеров в течение длительного времени, за рубежом стали применять только спустя 60 лет после начала применения 
его на Тульском заводе.
10