1.2. Соединения.

Машины и механизмы состоят из деталей, которые в процессе работы должны совершать относительные движения или находится в относительном покое. В большинстве случаев детали машин представляют собой определенные комбинации геометрических тел, ограниченных поверхностями простейших форм: плоскими, цилиндрическими, коническими и т. д.

Две детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение. Такие детали называются сопрягаемыми деталями, а поверхности соединяемых элементов - сопрягаемыми поверхностями. Поверхности тех элементов, которые не входят в соединение с поверхностями других деталей, называется несопрягаемыми поверхностями. Соединения подразделяются по геометрической форме сопрягаемых поверхностей. Соединение деталей, имеющих сопрягаемые цилиндрические поверхности с круглым поперечным сечением, называется гладким цилиндрическим.

В соединении элементов двух деталей один из элементов является внутренним (охватывающим), другой – наружным (охватываемым). В системе допусков и посадок гладких соединений всякий наружный элемент условно называется валом, а всякий внутренний – отверстием. Эти термины распространяются и на несопрягаемые элементы.

Разность размеров отверстия и вала до сборки определяет характер соединения деталей, или посадку, т. е. большую или меньшую свободу относительного перемещения деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.

Разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала, называется зазором S=D-d.

Разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия, называется натягом N = d-D.

Зазор характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения деталей соединения.

Натяг - степень сопротивления взаимному смещению деталей в соединении, т.е. прочность их неподвижного соединения.

В необходимых случаях зазор может быть выражен как натяг со знаком (-);

S=(-N), а натяг как зазор со знаком (-); N=(-S).

Типы посадок. Предельные зазоры и натяги. Допуск посадки.

Вследствие колебания размеров деталей при изготовлении значения зазоров и натягов при сборке деталей также будут колебаться. Действительным зазором или действительным натягом называются соответственно зазор или натяг, определяемый разностью действительных размеров отверстия и вала. Действительный зазор или натяг должны находиться между двумя предельными значениями, называемыми наименьшим и наибольшим зазором или натягом. При этом наибольший и наименьший зазор обозначается S_max и S_min, а наибольший и наименьший натяг - N_max и N _min.

Предельные зазоры или натяги чертежами непосредственно не устанавливаются. Для того чтобы обеспечить независимое изготовление деталей соединения, а на сборке получить зазоры и натяги в требуемых пределах без дополнительной пригонки или регулировки деталей, необходимо назначить посадку в виде определенного сочетания полей допусков отверстия и вала.

При назначении посадок номинальный размер для отверстия и вала, составляющих соединение, является общим и называется номинальным размером соединения или посадки.

В зависимости от расположения полей допусков отверстия и вала различают посадки 3х типов: с зазором; с натягом; переходные.

В посадке с зазором поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала.

0

S _max = D _max – d _min = ES-ei,

_es

_ei

S _min = D _min – d _max = EI-es,

S _с=(S _max + S _min)/2

T _s= S _max – S _min = (ES-ei)-(EI-es)=T _D+T _d

Рис.1.3 Схема Полей допусков посадки с зазором.

Значение S _min называют “ гарантированным зазором “.

К посадкам с зазором относятся также так называемые скользящие посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала.

Рис. 1.4. Схема скользящей посадки.

Посадкой с натягом называют посадку, когда поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала.

N _max = d _max – d _min = es-EI

N _min = d _min – d _max = ei-ES

N _с=(N _max + N _min)/2

T _N= N _max – N _min =(es-EI)-(ei-ES)=T _D+T _d

Рис. 1.5. Схема полей допусков посадки с натягом.

Переходной посадкой называется посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. При такой посадке поля допусков отверстия и вала частично перекрывают друг друга. Она характеризуется наибольшими значениями натяга и зазора.

N _max = es - EI.

S _max = ES- ei

Рис.1.6. Схема полей допусков переходной посадки.

Наибольший зазор переходной посадки часто представляют в виде отрицательного наименьшего натяга: -N _min = S _max = ei-ES.

Допуск T _N= Ts = N _max - N _min = S _max – S _min =(ES-EI)+(es - ei)= T _D +T _d.

Т.о. для любой посадки, независимо от ее типа, допуск посадки есть сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение.

При расчете и выборе посадок нас могут интересовать не только предельные зазоры или натяги, но и средние, обычно наиболее вероятные, зазоры и натяги.

, (1.1.)

или

, (1.2.)

(1.3.)

В переходных посадках средний натяг рассчитывается по формуле:

(1.4.)

(результат со знаком « - » означает, что среднее значение для посадки соответствует зазору).

Здесь Е_с и ei – средние отклонения.

(1.5.)

Вследствие различных причин действительные значения геометрических, механических и других параметров деталей и изделий могут отличаться от расчетных, т.е. могут иметь погрешность.

Погрешность Δ_x – это разность между действительным значением Х_r и расчетным Х_расч размерами: .

Расчетным размером для валов считают наибольший предельный размер, для отверстий – наименьший предельный размер, т.е. переходный предел.

При таких условиях годный вал может иметь только отрицательные погрешности, не превышающие по абсолютному значению допуск, годные отверстия – только положительные и также не превышающие допуск.

Точностью изготовления называют степень приближения действительных значений геометрических или иных параметров деталей и изделий и их заданным значениям, указанным на чертежах или в ТУ.

Различают нормированную точность, т.е. совокупность допускаемых отклонений от расчетных значений и действительную точность, т.е. совокупность действительных отклонений, определенных в результате измерения (с допускаемой погрешностью).

Достичь заданной точности – значит изготовить деталь, у которой погрешность находится в установленных пределах.

Допуск.

Допуском Т называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями того или иного параметра. Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т.е. заданную точность изготовления. С увеличением допуска качество детали, как правило, ухудшается, но стоимость изготовления уменьшается.

Для упрощения допуски можно изображать графически в виде полей допусков. При этом ось изделия всегда находится под схемой. Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поля допуска определяются значением допуска и его положением относительно номинального размера.

При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, положительные отклонения откладывают вверх от нее, а отрицательные – вниз.

Систематизация допусков включает отсчет и закономерности построения рядов допусков. Закономерности построения рядов допусков устанавливают функциональные зависимости допусков от значений параметров и их комплексов, эталоны сравнения точности, градации уровней точностей к конкретным деталям типовых соединений.

Для построения систем допусков устанавливают единицу допуска i (I), которая, отражая влияние технологических, конструктивных и метрологических факторов, выражает зависимость допуска от номинального размера, ограничиваемого допуском, и является мерой точности. На основании исследований точности механической обработки цилиндрических деталей из металла установлены следующие единицы допуска:

• для размеров до 500 мм

; (1.6)

• для размеров свыше 500 до 10000 мм

, (1.7)

где - среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм;

- единица допуска, мкм.

Второй член в этих уравнениях учитывает погрешность измерения.

Допуск для любого квалитета

. (1.8)

где - число единиц допуска, зависящее от квалитета и независящее от номинального размера.

В каждом изделии детали разного назначения изготовляют с различной точностью. Для нормирования требуемых уровней точности установлены квалитеты (степени точности для резьбовых соединений, зубчатых передач и др.) изготовления деталей и изделий. Под квалитетом ( франц. - точность) понимают совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью (определяемой коэффициентом ) для номинальных размеров данного диапазона (например, от 1до 500). Точность в пределах одного квалитета зависит только от номинального размера. Для размеров до 500 мм в системе ИСО и е ЕСДП по величине допуска установлено 19 квалитетов:01,0,1,2,…17 (самые точные квалитеты 01 и 0 введены после введения квалитета 1). Для размеров от 500 до 3150 мм установлено 18 квалитетов. Количество квалитетов определялось потребностью различных отраслей промышленности, перспективами повышения точности изделий, границами достижимой точности, а также функциональными и технологическими факторами и принятым значением знаменателя геометрической прогрессии φ, по которой изменяется допуск при переходе от одного квалитета к другому. Квалитет определяет допуск на изготовление, а, следовательно, и соответствующие методы и средства обработки и контроля деталей машин. Допуски системы ИСО обозначаются ; ; . Буквы означают «допуск ИСО». Выше указанные формулы предназначены для определения допусков квалитетов 5 – 17. Число единиц допуска для этих квалитетов соответственно равны: 7, 10, 16, 25, 40, 64, 1200, 160, 250, 400, 640, 1000 и 1600. Значения для квалитетов 6 и грубее образуют геометрическую прогрессию со знаменателем φ = 1,6. Это значит, что при переходе от одного квалитета к следующему, более грубому, допуски возрастают на 60%. Через каждые пять квалитетов допуски увеличиваются в 10 раз. В квалитетах точнее 5 допуски определяют по специальным формулам.

Для размеров менее 1 мм допуски по квалитетам 14…17 не назначают.

Основные отклонения для образования посадок.

Для образования посадок с различными зазорами и натягами в системах ИСО и ЕСДП для размеров до 500 предусмотрено 27 вариантов основных отклонений валов и отверстий. Основное отклонение – это одно из двух (верхнее или нижнее) отклонение, ближайшее к нулевой линии, и определяющее положение поля допуска относительно номинального размера (нулевой линии). Основные отклонения отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавита, валов – строчными буквами. Основное отверстие обозначают буквой , основной вал . Отклонения предназначены для образования полей допусков в посадках с зазором; отклонения - в переходных посадках; отклонения в посадках с натягом.

Каждая буква обозначает ряд основных отклонений, значения которых зависят от номинального размера. Абсолютные значения и знак каждого основного отклонения вала определяется по эмпирическим формулам. Основное отклонение вала не зависит от квалитета.

Основные отклонения отверстия построены так, чтобы обеспечить посадки в системе вала, аналогичные посадкам в системе отверстия. Они равны по абсолютной величине и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначаемых той же буквой. Общее правило определения основных отклонений отверстий:

• при основных отклонениях от до ;

• при основных отклонениях от до .

Это правило формулируется следующим образом: основное отверстие должно быть симметрично относительно нулевой линии основному отклонению вала, обозначенному той же (но строчной) буквой. Из этого правила сделано исключение для отверстий размером свыше 3 мм с отклонениями до квалитета 8 и с отклонениями до квалитета 7 включительно. Для них установлено специальное правило: , где - разность между допуском рассматриваемого квалитета (с которым сочетается данное основное отклонение) и допуском ближайшего точного квалитета.

Специальное правило формулируется так: две посадки в системе отверстия и в системе вала, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего точного квалитета, должны иметь одинаковые зазоры или натяги (например, Ø и Ø ).

Только для отверстий, определяемых по указанному специальному правилу, основные отклонения зависят от сочетаемого с ним квалитета. Во всех остальных случаях основные отклонения, обозначенные данной буквой, остаются неизменными при сочетании с различными квалитетами (изменяется лишь второе предельное отклонение).

У отверстий с отклонениями и у валов с отклонениями (не имеющих основного отклонения) оба предельных отклонения определяются исходя только из допуска соответствующего квалитета. Для отклонений и поле допуска симметрично относительно нулевой линии.

Значения основных отклонений валов и отверстий для размеров до 500 мм приведены соответственно в табл. 7 и 8, значения основных отклонений валов и отверстий для размеров от 500 до 3150 мм – в табл.15 ГОСТ 25346-82.

Поля допусков.

Поле допуска образуется сочетанием одного из основных отклонений с допуском по одному из квалитетов. В соответствии с этим, поле допуска обозначают буквой основного отклонения и номером квалитета, например, для вала а для отверстия

Поле допуска ограничено горизонтальной линией, соответствующей значению основного отклонения. Второе предельное отклонение можно определить по основному отклонению и допуску принятого квалитета. Если основное отклонение верхнее, то нижнее отклонение: для вала ; для отверстия . Если основное отклонение нижнее, то верхнее отклонение: для вала ; а для отверстия (отклонения берут с учетом знака).

Ряды полей допусков для размеров менее 1 мм характеризуются большим набором полей и смещением их в сторону более точных квалитетов по сравнению с основными рядами полей допусков для размеров от 1 до 500 мм (табл. 1 и 2 ГОСТ 25347 – 82). Это отражает высокие точностные требования в приборостроении.

Для размеров свыше 500 до 10000 мм установлено сокращенное число полей допусков, и они смещены в сторону более грубых квалитетов.

В соответствии с рекомендациями ИСО и практикой изготовления деталей и узлов из основных рядов полей допусков для размеров от 1 до 500 мм выделены предпочтительные поля допусков. Они обеспечивают 90…95% посадок общего применения, и это способствует повышению уровня унификации изделий, сокращает номенклатуру режущего и мерительного инструмента, создает благоприятные условия для кооперирования и организации специализированного производства.

Для размеров более 500мм и менее 1 мм предпочтительные поля допусков не выделены.

В отдельных технически обоснованных случаях возможно применение полей допусков, не вошедших в основные ряды. В этом случае поля допусков и соответствующие им числовые значения предельных отклонений для размеров от 1 до 500 мм выбираем в Приложении 3 ГОСТа 25347-82.

Рис.1.7. Основные отклонения валов и отверстий.

Рис.1.8. Расположение полей допусков отверстий и валов в системе основного отверстия (а) и основного вала (б).