Тема 1.2 Система допусков и посадок гладких соединений.

Системой допусков и посадок называют комплекс ря­дов допусков и посадок, созданный на основе теоретиче­ских исследований и обобщения опыта проектирования, изготовления и эксплуатации изделий. Стандартные си­стемы допусков и посадок разработаны для различных ти­повых соединений деталей машин и приборов. Они обеспе­чивают взаимозаменяемость в машино- и приборостроении; создают условия для стандартизации конечной продукции, комплектующих изделий, режущего инструмента и кали­бров; способствуют повышению качества продукции. В настоящее время используется ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК (ЕСДП).

На основе иссле­дований и систематизации опыта механической обработки цилиндрических деталей из металлов с размерами от 1 до 500 мм было установлено, что погрешность их изготовления ∆ (рассеяние действительных размеров) в одинаковых технологических условиях меняется в зависимости от диаметра D деталей по закону параболы: , где х изменяется в пределах от 2,5 до 3,5; коэффициент С для шли­фованных валов близок к 0,005, а для отверстий - к 0,008.

Для построения системы допусков устанавливают единицу допуска i. которая, отражая влияние технологических, конструктивных, метрологи­ческих факторов, выражает зависимость допуска от номинального размера (является мерой точности и используется для измерения величины допуска). Следовательно, точность размера тем выше, чем меньшее число единиц допуска содержит его допуск.

Единицу допуска определяют по формулам. Например в системе ISO и ЕСДП для размеров 1-500 мм Обратите внимание на схожесть формул и . Член 0,001D учитывает погрешность измерения.

Квалитет (от немецкого Qualitat - качество) - это степень точности. Всего в ЕСДП предусмотрено 19 квалитетов, обозначаемых порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска: 01, 0, 1, 2, 3,..., 17 (номера 01 и 0 соответствуют двум наиболее точным квалитетам, введенным в систему ИСО после введения 1-го квалитета). Сокращенно допуск по одному из квалитетов обозначают латинскими буквами IT (от англ. Interneishenl tolerance - международный допуск) и номером квалитета, например IT9 — допуск по 9-му квалитету.

Допуск выражается определенным, постоянным для данного квалитета числом единиц допуска (указанном в соответствующем ГОСТе) - а; Т = iа (для размеров до 500 мм).

Начиная с пятого квалитета, допуски при переходе к следующему более грубому квалитету увеличивают­ся на 60%. Через каждые пять квалитетов допуски возрастают примерно в 10 раз. Это позволяет развить систему в сторону более грубых квалитетов, например IT18 = 10 IT13; IT19 = 10 IT14.

Квалитеты 01 и 0 с допусками точнее допуска квалитета 1 введены позже в связи с повышением требований к точности машино- и приборостроительной продукции.

В наиболее точных квалитетах основное влияние на точность размеров оказывает погрешность измерения, которая прямо пропорциональна размеру. Поэтому для размеров до 500 мм в первых трех квалитетах допуски, линейно зависящие от размера, вычисляют по формулам (согласно стандарта). Допуски квалитетов 2 - 4 состав­ляют геометрическую прогрессию между IT1 и IT5.

Формально следуя рассмотрен­ному порядку подсчета допусков, следовало бы в спра­вочных таблицах иметь число строк, равное числу охвачен­ных стандартом номинальных размеров. При этом для целых групп размеров допуски окажутся одинаковыми или очень близкими. Поэтому в соответствующем ГОСТе диапазон размеров до 10 000 мм разбит на 26 интервалов таким образом, чтобы табличный допуск, подсчитанный по сред­нему размеру интервала (среднегеометрическому ), отличался от допусков для крайних разме­ров интервала D₁ и D₂ не более чем на 5 ... 8 %. Если такое отличие неприемлемо, основные интервалы в соответствующем месте стандарта дополнительно подразделяют на так называемые промежуточные интервалы.

В спра­вочных таблицах допуск указывается для размерного интервала, а для определения величины единицы допуска используют D – среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала .

Основные отклонения в ЕСДП стандарти­зованы, обозначаются латинской буквой - малой для валов и большой для отверстий.

Буквой h обозначают верхнее отклонение вала, рав­ное нулю (основной вал), буквой Н - нижнее откло­нение отверстия, равное нулю (основное отверстие).

рис.7

Схема относительного расположения полей допусков.

В системе отверстия основные отклонения от a до h предназначены для образования полей допусков валов в посадках с зазором; от j_s до п - для переходных по­садок; от р до z - для неподвижных посадок.

В системе вала основные отклонения от А до Н слу­жат для образования полей допусков отверстий в по­садках с зазором; от J_s до N - в переходных и от Р до Z - в посадках с натягом.

Буквами j_s, и J_s, обозна­чают симметричное расположение поля допуска отно­сительно нулевой линии. В этом случае числовые зна­чения верхнего и нижнего отклонений одинаковы и оп­ределяются в зависимости от допуска (квалитета), а основным при любом допуске служит среднее откло­нение, равное нулю.

При одном и том же буквенном обозначении число­вое значение основного отклонения изменяется от интервала к интервалу номинального размера и остаётся постоянными для всех квалитетов. Исключение составляют основные откло­нения отверстий J, K, М, N и валов j и k, которые при одинаковых номинальных размерах, в разных квалитетах имеют различные значения. Поэтому на схеме поля допусков с отклонениями J, K, М, N, j, k разделены на части и показаны ступенчатыми. Число­вое значение основного отклонения указывается в справочных таблицах.

Неосновные предельные отклонения определяют по формулам

ei = es—IT; es = ei+IT; EI=ES—IT; ES = EI+IT.

рис.8

Поля допусков в ЕСДП образуются сочета­нием основного отклонения и квалитета (допуск), например h6,d10 (для валов) и H6, D10 (для отверстий).

Все отклонения в стандартах на допуски и посадки рассчитаны на условия контроля деталей при нормальной температуре (+20 °С). Для особо точных деталей контроль проводят в специальных поме­щениях. В остальных случаях следят лишь за тем, чтобы температура детали и измерительного средства в момент проверки была одинаковой.

При разработке ЕСДП из всего многообразия полей допусков отобраны только те поля, которые обеспе­чивают потребности промышленности страны и ее внешне­экономические связи. Установлено определённое количество полей допусков общего применения. Из их числа выделены предпочтительные поля допусков. Кроме того, введены дополнительные поля допусков. В первую очередь применяют предпочтительные, затем остальные поля допусков общего применения. Дополнительные поля применяют, если посадку нужного характера нельзя получить с помощью полей допусков общего применения.

Предпочтительные поля допусков выделены на основе обобщения опыта производственной деятельности и внеэкономических связей. Применение предпочтительных полей допусков необходимо для дальнейшего развития взаимозаменяемости, коопери­рования и специализации производства. Кроме того, оно обеспечивает сокращение номенклатуры режущего и измерительного инструмента, а также другой технологической оснастки. Номенкла­тура нормального инструмента (сверл, разверток и пр.), выпускаемого специализированными инструменталь­ными заводами, определяется только рядами предпочти­тельных полей допусков.

Посадки в ЕСДП образуются сочетанием поля допуска от­верстия и поля допуска вала; их условно обозначают в виде дроби: в числителе - поле допуска отверстия, в знаменателе - поле допуска вала, например .

В ЕСДП рекомендуются посадки для всех ин­тервалов размеров. Уста­новлено определённое количество посадок общего применения. Из посадок об­щего применения выделены предпочтительные посад­ки, ко­торые образуются из предпочтительных полей допус­ков. Их следует применять в первую очередь.

Выбор систем отверстия и вала для той или иной посадки определяется рядом соображений. Точные отверстия обрабатывают дорогостоящим режущим инстру­ментом (зенкерами, развертками, протяжками и т. п.) которые имеет один размер с определенным полем допуска и номенклатура которого ограничена. Измерение отверстий сложнее. Валы же независимо oт их размера обрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом и измерения проще. В системе отверстия различных по предельным размерам отверстий будет меньше, чем в системе вала. В связи с этим преимущест­венное распространение получила система отверстия.

Однако в некоторых случаях по конструктивным соображениям приходится применять систему вала, например, когда требуется чередовать соединения нескольких отверстий одинакового номинального размера, но с различными посадками на одном валу. Систему вала выгоднее применять и тогда, когда детали типа тяг, осей, валиков могут быть изготовлены из точных холоднотянутых прутков без механи­ческой обработки их наружной поверхности. При выборе системы посадок надо учитывать также допуски на стандартные детали и составные части изделий. Так посадка наружного кольца подшипника выполнена в системе вала.

Посадки принимают на основании предваритель­ных расчетов, экспериментальных исследований или по аналогии. Расчетный метод дает более обоснован­ные результаты. Однако из-за разнообразия соедине­ний создание универсального метода расчета затруд­нено. В методе аналогии используют рекомендации по применению отдельных посадок, разработанные в ре­зультате обобщения опыта проектирования и эксплуа­тации машин.

При выборе квалитетов необходимо учитывать ряд общих положений.

Технико-экономические факторы. С уменьшением допуска повышается качество, но усложняется изготовление и резко увеличивается стоимость изделий.

Технологические возможности достижения намеченной точности. Каждый метод обработки металлов характери­зуется определенной точностью. Точность зависит от состояния станков и организации технологических процессов.

Средний уровень точности, гарантирующий работо­способность продукции.

Возможность проверки намеченной точности размеров.

Требования к точности отдельных размеров и соедине­ний.

Наличие посадок и их видов. Например, в интервале размеров от 1 до 500 мм посадки с зазором установлены в квалитетах 4 - 12, переходные - в квалитетах 4 - 7, по­садки с натягом - в квалитетах 5 - 8. Если вид посадки определяют по результатам расчета, то квалитет выбирают одновременно с посадкой.

При подборе квалитетов часто используют опыт проек­тирования и эксплуатации аналогичных изделий. Например: в маши­нах и приборах при высоких требованиях к ограничению разброса зазоров и натягов посадок применяют для от­верстий квалитет 7, для валов квалитет 6; допуски свободных размеров назна­чаются по квалитету 11 (в приборах) и грубее. Учитывая повышенные требования к качеству машин и приборов, рекомендуется шире применять квалитеты 6 - 8.

Основной причиной потери работоспособности маши­нами серийного выпуска является снижение точности в результате износа основных деталей и соединений, по­этому в настоящее время распространен метод назначения допусков и выбора посадок с зазором, основанный на гаран­тированных запасах точности эксплуатационных показа­телей машин. Суть этого метода заключается в том, что на основные детали и соединения назначают несколько завышенные допуски, которые должны обеспечивать экс­плуатационные показатели машин (точность вращения шпинделя, перемещения суппорта и пр.), а также компен­сировать погрешности изготовления и сборки.

Такой допуск называют функциональным. Он вклю­чает в себя эксплуатационный допуск, обеспечивающий запас точности деталей и их соединений с целью сохране­ния работоспособности машины в течение намеченного срока службы, и конструктивный допуск, обеспечи­вающий компенсацию погрешностей изготовления деталей и сборке изделий.

На рабочих чертежах дета­лей поля допу­сков преимущественно задают в числовом выражении, что единственно правильно в случае пользования универсальными измерительными инструментами, показывающими размер (в еди­ничном и мелкосерийном производствах, при ремонтных работах), а также удобно при наладке станков (рис.9 - 2).

рис.9

Условные обозначения на рабочих черте­жах деталей можно указывать лишь в случаях исполь­зования стандартного мерного режущего инструмента (разверток, протяжек…) и соответствующих предельных калибров (средство измерения, предназначенное для контроля годности детали одного размера), которые хранятся в инструментальной кладо­вой под этим же условным обозначением (рис.9 - 1).

Комбинированная форма указания полей допусков яв­ляется наиболее предпочтительной (рис.9 - 3).

рис.10

ГОСТ не допускает указывать поля допу­сков одними условными обозначениями, а обязывает применять комбинированные (или числовые) обозначения в следующих случаях:

а) при номинальных размерах, не включенных в ряды нормальных линейных размеров, например, 111h9_(-0.087) .

б) при назначении полей допусков, условные обозначения и пре­дельные отклонения которых не пред­усмотрены ГОСТом напри­мер, для пластмассовых деталей.

в) при назначении предельных отклонений разме­ров уступов с несимметричным допуском, например, 20D11 или 10h9_(-0,0552) (рис.10 б).

г) на размеры или элементы соединений специальных видов – посадки подшипников качения, шпоночных пазов (рис.10 а) и т. п..

д) для отверстий которые изготовлены в системе вала (рис.10 в).

Участки детали с различной точностью обозначаются как на рисунке 10 г.

На сборочных чертежах посадки преимущественно обозначают условными обозначениями сочетаемых полей допусков, так как рабочему - сборщику важно сразу полу­чить представление о характере собираемого соединения, например (рис.9 – 1).

Для линейных размеров неуказанные предельные отклонения (отклонения относительно низкой точности) могут быть назначены на основе квалитетов либо специальных классов точности (t₁ ≈ IT12, t₂ ≈ IT14, t₃ ≈ IT16, t₄ ≈ IT17,). В технических требованиях чертежа делается запись, например, “Неуказанные предельные отклонения размеров Н14; h14; или H14; h14; ”. Н14 – для размеров отверстия, h14 – для размеров вала, ( ) – прочие размеры. В машиностроении подобная запись нашла наибольшее распространение.