Вступление
Начнем с того, точность изготовления детали характеризует допуск. И чем он меньше, тем труднее обрабатывать деталь. Это происходит из-за повышения требований к точности станка, инструмента, приспособлений, квалификации рабочего. Важно знать, что неоправданно больший допуск снижает надежность и качество работы изделия.
Полем допуска называют поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом же изображении оно заключают между линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям нулевой линии.
При нанесении на чертежи размеров с верхним и нижним отклонением следует соблюдать определенные правила:
·верхнее или нижнее отклонения, равные нулю, не указываются;
·количество знаков в верхнем и нижнем отклонениях выравнивают, при необходимости для сохранения одинокого числа знаков справа дописывают нули, например, Æ ;
·верхнее и нижнее отклонения записывают в две строки, причем верхнее отклонение располагают над нижним;
· высота цифр отклонения примерно вдвое меньше цифр номинального размера;
·в случае симметричного расположения поля допуска относительно нулевой линии, т. е. когда верхнее отклонение равно по абсолютной величине нижнему отклонению, но противоположно по знаку, их значение указывают после знака ± цифрами, равными по высоте цифрам номинального размера.
Поле допуска характеризует не только величину допуска, но и расположение его относительно номинального размера или нулевой линии. Оно может быть расположено выше, ниже, симметрично, односторонне и асимметрично относительно нулевой линии. Для наглядности на чертежах деталей над размерной линией после номинального размера принято указывать верхнее и нижнее отклонение в миллиметрах с их знакам. Для наглядности строят схемы расположения поля допуска вала или отверстия относительно нулевой линии; при этом верхние и нижние отклонения откладывают в микрометрах, а не в миллиметрах.
Посадка — характер соединения детали, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Различают посадки трех тиков:
·с зазором;
·с натягом;
·переходные.
Отметим, что вал и отверстие, образующие посадку, имеют один и тот же номинальный размер и различаются верхними и нижними отклонениями. По этой причине на чертежах над размерной линией, посадку обозначают после номинального размера дробью, в числители которой записывают предельные отклонения для отверстия, а в знаменателе — аналогичные данные для вала.
Разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия, называется натягом N . Посадка с натягом — это посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении, а поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала.
Наименьший Nmin и наибольший Nmax натяги имеют важные значения для посадки с натягом:
·Nmin имеет место в соединении, если в отверстии с наибольшим предельным размером Dmax будет запрессован вал наименьшего предельного размера dmin;
·Nmax имеет место при наименьшим предельном размере отверстия Dmin и наибольшим предельном размере вала dmax.
Разность размеров отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше отверстия вала, называют зазором S. Посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении и поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, называют посадкой с зазором. Ее характеризует наименьший Smin и наибольший Smax зазоры:
·Smin имеет место в соединении отверстия с валом образуется, если в отверстии с наименьшим предельным размером Dmin, будет установлен вал с наибольшим предельным размером dmax;
·Smax имеет место при наибольшем предельном размере отверстия Dmax и наименьшим предельном размере вала dmin.
Разность между наибольшим наименьшим зазорами или сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединения, называются допуском посадки.
А посадка, при которой возможно получение, как зазора, так и натяга, называют переходной посадкой. В данном случае поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью.
Вследствие неизбежного колебания размеров вала и отверстия от наибольшего до наименьшего значений, при сборке деталей, возникает колебание зазоров и натягов. Наибольшие и наименьшие зазоры, а также натяги рассчитываются по формулам. И чем меньше колебание зазоров или натягов, тем выше точность посадки.
Принцип взаимозаменяемости
Свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающих возможность ее применения вместо другой без дополнительной обработки, с сохранением заданного качества изделия, в состав которого он входит, называется взаимозаменяемостью. При полной взаимозаменяемости однотипные детали, изделия, например, болты, шпильки, могут быть изготовлены и установлены на “свои места” без дополнительной обработки или предварительной пригонки.
Наряду с полной взаимозаменяемостью допускается сборка изделий методами неполной и групповой взаимозаменяемости, регулирование и пригонка.
К неполной взаимозаменяемости относят сборку изделий на основе теоретико-вероятностных расчетов.
При групповой взаимозаменяемости детали, изготовленные на распространенном станочном оборудовании с технологически выполненными допусками, сортируются по размерам на несколько размерных групп; затем проверяют сборку детали одинакового номера группы.
Метод регулирования предполагает сборку с регулированием положения или размеров одной или нескольких отдельных, заранее выбранных деталей изделия, называемых компенсаторами.
Метод пригонки — сборка изделий с пригонкой одной и собираемых деталей. Взаимозаменяемостью обеспечивает высокое качество изделий и снижает их стоимость, способствуя при этом развитию прогрессивной технологии и измерительной технике. Без взаимозаменяемости невозможно современное производство. Взаимозаменяемость базируется на стандартизации — нахождения решения для повторяющихся задач в сфере науки, технике и экономики, направленного на достижения оптимальной степени упорядочение в определенной области. Стандартизация направлена на совершенствование и управления народным хозяйством, повышения технического уровня и качества продукции и т. д. Главной задачей стандартизации является создания системы нормативно-технической документации, которая устанавливает требования к объектам стандартизации, обязательна для использования в определенных областях деятельности. Важнейшим нормативно-техническим документом стандартизации является стандарт, разрабатываемый на основе достижения отечественной и зарубежной науки, техники, технологии передового опыта и предусматривающий решения, оптимальные для экономического и социального развития страны.
Допуски и посадки нормированы государственными стандартами, входящими в две системы: ЕСДП — “Единая система допусков и посадок” и ОНВ — “Основные нормы взаимозаменяемости”. ЕСДП распространяется на допуски и посадки размеров гладких элементов деталей и на посадки, образуемые при соединении этих деталей. ОНВ регламентирует допуски и посадки шпоночных, шлицевых, резьбовых и конических соединений, а также зубчатых передач и колес.
Допуски и посадки указывают на чертежах, эскизах технологических картах и в другой технологической документации. На основе допусков и посадок разрабатываются технологические процессы изготовления деталей и контроля их размеров, а также сборки изделий.
На рабочем чертеже детали проставляют размеры, называемые номинальными, предельные отклонения размеров и условные обозначения полей допусков. Номинальный размер отверстия обозначают через D, а номинальный размер вала — d. В том случаи, когда вал и отверстие образует одно соединение за номинальный размер соединения, принимают общий размер вала и отверстия, обозначаемый d(D). Номинальный размер выбирают из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69, ограничивающих число применяемых размеров. Для размеров в интервале 0,001 – 0,009 мм установлен ряд: 0,001; 0,002; 0,003; 0,009 мм. Предусмотрены четыре основных ряда нормальных размеров (Ra5; Ra10; Ra20; Ra40) и один ряд дополнительных размеров. Предпочтительны ряды с более крупной градацией размеров, т. е. ряд Ra5 сведут предпочесть ряду Ra10 и т. д.
Обработать деталь точно по номинальному размеру практически невозможно из-за многочисленных погрешностей, влияющих на процесс обработки. Размеры обрабатываемой детали отличаются от заданного номинального размера. Поэтому их ограничивают двумя придельными размерами, один из которых (больший) называется наибольшим предельным размером, а другой (меньший) — наименьшим предельным размером. Наибольший предельный размер отверстий обозначают Dmax, вала dmax; соответственно наименьший предельный размер отверстия Dmin, и вала dmin.
Измерение отверстия или вала с допустимой погрешностью определяют их действительный размер. Деталь является годной, если ее действительный размер больше наименьшего предельного размера, но не превосходит наибольшего предельного размера.
На чертежах вместо предельных размеров рядом с номинальным размером указывают два предельных отклонения, например,
.
Отклонением называется алгебраическая разность между размеров и соответствующим номинальным размером. Таким образом, номинальный размер служит также началом отсчета отклонений и определяет положение нулевой линии.
Действительное отклонение — алгебраическая разность между действительным и номинальным размером.
Предельное отклонение — алгебраическая разность между действительным и номинальными размерами. Одно из двух предельных отклонений называется верхним, а другое — нижним.
Верхнее и нижнее отклонение могут быть положительными, т. е. со знаком “плюс”, отрицательными, т. е. со знаком “минус”, и равные нулю.
Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок (ГОСТ 25346-82). Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительное отклонение откладывается вверх от нее, а отрицательное — вниз.
Система допусков и посадок
Стандарты ЕСДП распространяются на гладкие сопрягаемые и несопрягаемые элементы деталей с номинальными размерами до 10 000 мм
Квалитеты
Классы (уровни, степени) точности в ЕСДП названы квалитетами, что отличает их от классов точности в системе ОСТ. Квалитет (степень точности) — ступень градации значений допусков системы.
Допуски в каждом квалитете возрастают с увеличением номинальных размеров, но они соответствуют одному и тому же уровню точности, определяемому квалитетом (его порядковым номером).
Для данного номинального размера допуск для разных квалитетов неодинаков, так как каждый квалитет определяет необходимость применения тех или иных методов и средств обработки изделий.
В ЕСДП установлено 19 квалитетов, обозначаемых порядковым номером: 01; 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16 и 17. Наивысшей точности соответствует квалитет 01, а низшей — 17-й квалитет. Точность убывает от квалитета 01 к квалитету 17.
Допуск квалитета условно обозначают прописными латинскими буквами ІТ с номером квалитета, например, ІТ6 — допуск 6-го квалитета. В дальнейшем под словом допуск понимается допуск системы. Квалитеты 01, 0 и 1 предусмотрены для оценки точности плоскопараллельных концевых мер длины, а квалитеты 2, 3 и 4 — для оценки гладких калибров-пробок и калибров-скоб. Размеры деталей высокоточных ответственных соединений, например подшипников качения, шеек коленчатых валов, деталей, соединяемых с подшипниками качения высоких классов точности, шпинделей прецизионных и точных металлорежущих станков и другие выполняют по 5-му и 6-му квалитетам. Квалитеты 7 и 8 являются наиболее распространенными. Они предусмотрены для размеров точных ответственных соединений в приборостроении и машиностроении, например деталей двигателей внутреннего сгорания, автомобилей, самолетов, металлорежущих станков, измерительных приборов. Размеры деталей тепловозов, паровых машин, подъемно-транспортных механизмов, полиграфических, текстильных и сельскохозяйственных машин преимущественно выполняют по 9-му квалитету. Квалитет 10 предназначен для размеров неответственных соединений, например для размеров деталей сельскохозяйственных машин, тракторов и вагонов. Размеры деталей, образующих неответственные соединения, в которых допустимы большие зазоры и их колебания, например размеры крышек, фланцев, деталей, полученных литьем или штамповкой, назначают по 11-му и 12-му квалитетам.
Квалитеты 13 – 17 предназначены для неответственных размеров деталей, не входящих в соединения с другими деталями, т. е. для свободных размеров, а также для межоперационных размеров.
Допуски в квалитетах 5—17 определяют по общей формуле: 1Тq = аі, (1), где q — номер квалитета; а — безразмерный коэффициент, установленный для каждого квалитета и не за висящий от номинального размера (его называют “число единиц допуска”); і — единица допуска (мкм) — множитель, зависящий от номинального размера.
При заданных квалитете и интервале номинальных размеров значение допуска постоянно для валов и отверстий (их поля допусков одинаковы). Начиная с 5-го квалитета, допуски при переходе к соседнему менее точному квалитету увеличиваются на 60 % (знаменатель геометрической прогрессии равен 1,6). Через каждые пять квалитетов допуски увеличиваются в 10 раз. Например, для деталей номинальных размеров св. 1 до 3 мм допуск 5-го квалитета ІТ5 = 4 мкм; через пять квалитетов он увеличивается в 10 раз, т. е. ІТ1О = 40 мкм и т. д.
Интервалы номинальных размеров в диапазонах св. 3 до 180 и св. 500 до 10000 мм в системах ОСТ и ЕСДП совпадают.
В системе ОСТ до 3 мм установлены следующие интервалы размеров: до 0,01; св. 0,01 до 0,03; св. 0,03 до 0,06; св. 0,06 до 0,1 (исключение); от 0,1 до 0,3; св. 0,3 до 0,6; св. 0,6 до 1 (исключение) и от 1 до 3 мм. Интервал св. 180 до 260 мм разбит на два промежуточных интервала: св. 180 до 220 и св. 220 до 260 мм. Интервал св. — 260 до 360 мм разбит на интервалы: св. 260 до 310 и св. 310 до 360 мм. Интервал св. 360 до 500 мм разбит на интервалы: св. 360 до 440 и св. 440 до 500 мм.
При переводе классов точности по ОСТ в квалитеты по ЕСДП необходимо знать следующее. Так как в системе ОСТ допуски подсчитывали по формулам, отличающихся от формул (2) и (3), то нет точного совпадения допусков по классам точности и квалитетам. Первоначально в системе ОСТ были установлены классы точности: 1; 2; 2a; 3; 3a; 4; 5; 7; 8; и 9. Позднее система ОСТ была дополнена более точными классами 10 и 11. В системе ОСТ допуски валов 1, 2 и 2а классов точности установлены меньшими, чем для отверстий тех же классов точности.
Это связано с трудностью обработки отверстий по сравнения с валами.
Основные отклонения
Основное отклонение — одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. Таким отклонением является ближайшее отклонение от нулевой линии. Для полей допусков вала (отверстия), расположенных выше нулевой линии, основное отклонение является нижним отклонением, вала еі (для отверстия EI) со знаком “плюс”, а для полей допусков, расположенных ниже нулевой линии, основное отклонение — верхнее отклонение вала еѕ (для отверстия ЕЅ) со знаком “минус”. От границы основного отклонения начинается поле допуска. Положение второй границы поля допуска (т. е. второе предельное отклонение) определяется как алгебраическая сумма значения основного отклонения и допуска квалитета точности.
Для валов установлено 28 основных отклонений и столько же основных отклонений для отверстий (ГОСТ 25346-82). Основные отклонения обозначаются одной или двумя буквами латинского алфавита: для вала — строчными буквами от а до zc, а для отверстия — прописными буквами от А до ZС. Значения основных отклонений приведены в таблицах.
Основные отклонения валов от а до g (верхнее отклонения еѕ со знаком “минус”) и основное отклонение вала h (еѕ равно нулю) предназначены для образования полей допусков валов в посадках с зазором; от ј (јѕ) до n — в переходных посадках от р до zс (нижние отклонения еі со знаком “плюс”) — в посадках с натягом. Аналогично основные отклонения отверстий от А до G (нижние отклонения ЕІ со знаком “плюс”) и основное отклонение отверстия Н (для него ЕІ = 0) предназначены для образования полей допусков отверстий в посадках с зазором; от Ј (Јѕ) до N — в переходных посадках и от Р до ZС (верхние отклонения ЕЅ со знаком “минус”) — в посадках с натягом. Буквами јѕ и Јѕ обозначено симметричное расположение допуска относительно нулевой линии. В этом случае числовые значения верхнего еѕ (ЕЅ) и нижнего еі (ЕІ) отклонении вала (отверстия) численно равны, но противоположны по знаку (верхнее отклонение со знаком “плюс”, а, нижнее — со знаком “минус”).
Основные отклонения вала и отверстия, обозначенные одноименной буквой (для данного интервала размеров), равны по величине, но противоположны по знаку; они увеличиваются с возрастанием значения интервала размеров.
Сочетанием полей допусков валов и отверстий может быть получено большое число посадок. Различают посадки в системе отверстия и в системе вала.
Посадки в системе отверстия — посадки, в которых различные зазоры и натяги получают соединением различных по размеру валов с одним основным отверстием, поле допуска которого (для данного квалитета и интервала размеров) постоянно для всей совокупности посадок. Поле допуска основного отверстия расположено неизменно относительно нулевой линии так, что его нижнее отклонение ЕІ = 0 (оно является основным отклонением Н), а верхнее отклонение ЕЅ со знаком + “плюс” численно равно допуску основного отверстия. Поля допусков валов в посадках с зазором расположены ниже нулевой линии (под полем допуска основного отверстия), а в посадках с натягом — выше поля допуска основного отверстия. В переходных посадках поля допусков валов частично или полностью перекрывают поле допуска основного отверстия.
Посадки в системе вала — посадки, в которых различные зазоры и натяги получают соединением различных по размеру отверстий с одним основным валом, поле допуска которого (для данного квалитета и интервала размеров) постоянно для всей совокупности посадок. Поле допуска основного вала расположено неизменно относительно нулевой линии так, что его верхнее отклонение еѕ = 0, а нижнее отклонение еі со знаком — “минус” численно равно допуску основного вала. Поля допусков отверстий в посадках с зазором расположены выше поля допуска основного вала, а в посадках с натягом — ниже поля допуска основного вала.
Система отверстия характеризуется более простой технологией изготовления изделий по сравнению с системой вала, а поэтому она получила преимущественное применение. По системе вала соединяют подшипники качения с отверстиями втулок или корпусов изделий, а также поршневой палец с поршнем и шатуном и т. п.
В отдельных случаях для получения соединений с очень большими зазорами используют комбинированные посадки — посадки, образованные полями допусков отверстий из системы вала и полями допусков валов из системы отверстия.
Для номинальных размеров менее 1 и св. 3150 мм, а также для 9 – 12-го квалитетов при номинальных размерах 1 – 3150 мм посадки образуются сочетанием полей допусков отверстий и валов одинакового квалитета точности, например, Н6/р6; Н7/е7; Е8/h8; Н9/е9 и В11/h1. В 6-м и 7-м квалитетах при номинальных размерах 1 – 3150 мм по технологическим соображениям поле допуска отверстия рекомендуется выбирать на один квалитет грубее, чем поле допуска вала, например, Н7/k6; Е8/h7.
Кроме посадок, указанных в таблицах, в технически обоснованных случаях допускаются к применению и другие посадки, образованные из полей допусков ЕСДП. Посадка должна относиться к системе отверстия или системе вала, а при неодинаковых допусках отверстия и вала больший допуск должно иметь отверстие. Допуски отверстия и вала могут различаться не более чем на два квалитета.
Выбор и назначение допусков и посадок осуществляют на основе расчетов необходимых зазоров или натягов с учетом опыта эксплуатации подобных соединений.
Советы по применению посадок ЕСДП
Некоторые примеры применения предпочтительных посадок ЕСДП при номинальных размерах 1 – 500 мм приведены ниже (в скобках даны соответствующие названия посадок в, системе ОСТ).
Посадки с зазором
Посадки Н7/h6 и Н8/h7 образованы полями допусков основного вала и основного отверстия. Наименьший зазор равен нулю, а наибольший — сумме допусков вала и отверстия. Эти посадки соответствуют скользящим посадкам системы ОСТ, их применяют преимущественно для неподвижных соединений, часто подвергаемых разборке и регулированию и допускающих проворачивание или продольное перемещение одной детали относительно другой (для установки сменных зубчатых колес в станках и механизмах, сменных кондукторных втулок, фрез на оправках, центрирующих корпусов под подшипники качения, шпинделя в корпусе сверлильного станка).
Посадку Н8/h8 используют при установке на валы деталей, передающих крутящие моменты через штифты и шпонки, для неподвижных осей и пальцев в опорах, для соединения деталей, которые должны легко передвигаться при настройке и регулировании с последующей затяжкой в рабочем положении.
Посадка Н11/h11 низкой точности и предназначена для относительно грубо центрированных неподвижных соединений (для центрирующих фланцев крышек и корпусов арматуры, для соединений, детали которых подлежат сварке; для крышек сальников в корпусах, для соединений распорных втулок и др.). В неподвижных соединениях эти посадки применяют для неответственных шарниров и роликов.
Посадку Н7/g6 (движения) применяют в точных подвижных соединениях, в которых требуется обеспечить герметичность при перемещении одной детали в другой, а также плавность и точность перемещений; для подшипников скольжения особо точных механизмов при малых нагрузках и работающих при постоянной температуре; например, шпиндели точных станков, механизмов и делительных головок в их направляющих, сменные втулки в кондукторах, передвижные шестерни на валах коробок передач, плунжерные и гидравлические пары.
Посадки Н7/f7 и F8/h6 (ходовые) предназначены для опор валов, вращающихся с умеренной угловой скоростью (частота до 150 рад/с) при постоянной по величине и направлению нагрузке; для опор с поступательным перемещением одной детали относительно другой; для неподвижных соединений при невысокой точности центрирования деталей, допускающих их легкую сборку и разборку (поршень в гидроцилиндре; зубчатые колеса и муфты, перемещаемые на валах; подшипники скольжения легких и средних машин, редукторов, насосов и др.).
Посадки H7/e8, H8/e8 и E9/h8 характеризуются большими зазорами, поэтому обеспечивают свободное вращение при значительных нагрузках и угловых скоростях (свыше 150 рад/с). Их применяют при разнесенных опорах валов и увеличенной длине опор, например, для подшипников скольжения валов турбогенераторов, электромашин.
Посадки H11/d11 предназначены для подвижных соединений низкой точности и для неподвижно грубо центрированных соединений, работающих в условии загруженности и напыления.
Посадки с натягом
Посадки H7/p6 и P7/h6 характеризуются минимальными гарантированными натягами. Их назначают для неподвижных соединений передающих сравнительно малые осевые усиления или небольшие крутящие моменты, для сопряжения валов с тонкостенными трубками, не опускающих больших деформаций, для соединения деталей из цветных металлов и легких сплавов, для центрирования тяжело нагруженных валов с втулками с дополнительным креплением соединяемых деталей.
Посадки H7/s6 H7/r6 (прессовые) для неподвижных соединений, предающих средней нагрузки без дополнительного крепления соединяемых деталей.
Переходные посадки
Посадки Н7/nб и Ы7/h6 (соответствуют глухой посадке) обеспечивают в соединениях только натяги (вероятность получения зазоров чрезвычайно мала). Эти посадки используют при центрировании деталей в неподвижных соединениях, воспринимающих вибрации и удары. Надежность посадки с натягом гарантируется дополнительным креплением деталей с помощью винтов, штифтов и т. п. Разборку соединения проводят редко (при капитальном ремонте). Например, зубчатые колеса и муфты на валах, бронзовые венцы червячных колес, кондукторные втулки в станочных приспособлениях, поршневые пальцы в бобышках поршней двигателей, ступица вентилятора на валу.
Посадки Н7/k6 и К7/h6 (напряженные) обеспечивают средний зазор, близкий к нулю. Вероятность получения зазоров и натягов в соединении примерно одинакова. Вследствие погрешностей формы соединяемых поверхностей, особенно при длине соединения, превышающей три диаметра, зазоры не ощущаются. Поэтому эти посадки применяют для точного центрирования соединяемых деталей, например, неподвижных зубчатых колес на валах металлорежущих станков, втулок в головке шатуна тракторного двигателя; шкивов, маховиков и рычагов на валах; съемных муфт на валах.
Посадки Н7/јѕ6 и Јѕ7/hб (плотные) обеспечивают только зазоры в соединениях (вероятность получения натягов мала). Однако из-за влияния погрешностей формы и расположения поверхностей при сборке соединения требуется приложить усилие с помощью деревянного молотка. Посадку назначают для легко разбираемых, неподвижных, центрирующих соединений (ручных маховиков на валах, стаканов подшипников в корпусах).