Вопрос 4.3. Посадки гладких соединений
В машиностроении существует понятие сборочная единица, которая определяется как изделие, собранное из отдельных деталей. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называют сопрягаемые. Остальные поверхности называют несопрягаемыми или свободными.
Посадка двух деталей определяется как частный случай соединения, в котором поверхность одной детали является наружной поверхностью, а поверхность другой – внутренней.
(На рис 3.8.3 показаны соединения двух деталей, первое из которых не образует посадку, а второе образует. Кроме этого в соединении, образующем посадку номинальный размер L должен быть одинаков. )
Форма сопрягаемых поверхностей П1 и П2 может быть различной. Например, плоской, как на рисунке, цилиндрической, резьбовой. Поэтому все наружные, охватываемые поверхности называют валом, а внутренние охватывающие – отверстием.
Таким образом, в соединении, образующем посадку, одна поверхность является валом, а другая отверстием.
Рис 4.4. Соединения двух деталей:
а - посадка не образуется, б - посадка образуется
В зависимости от взаимного расположения полей допусков вала и отверстия, которые, как указывалось, определяют предельные размеры, возможно образование трех групп посадок:
1-я с зазором:
2-я с натягом;
3-я переходная.
В посадках с зазором предельные размеры отверстия Dmax, D min больше предельных размеров вала dmax , dmin и поле допуска отверстия H7 расположено выше поля допуска вала f6, Причем номинальные размеры D= d.
Рис. 4.5. Расположение полей допусков в посадках с зазором
Посадки с зазором характеризуются: Smax – наибольшим зазором, Smin – наименьшим зазором.
Наибольший зазор возникнет в том случае, если отверстие имеет наибольший предельный размер, а вал – наименьший:
Smax = Dmax – d max =(ES + D) – (ei + d) = ES – ei.
Наименьший зазор возникнет тогда, если отверстие имеет наименьший предельный размер, а вал – наибольший. Аналогично вышеприведенному получим:
Smin = Dmin – d max = EI – es.
Значения предельных зазоров показаны на рисунке в виде отрезков.
Следует отметить, что к посадкам с зазором относят также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала и Smin = 0 .
В посадках с натягом предельные размеры вала больше предельных размеров отверстия (до сборки деталей). После соединения деталей их сопрягаемые поверхности деформируются и образуется натяг. Посадки с натягом характеризуются: Nmax – наибольшим натягом, Nmin –наименьшим натягом.
Наибольший натяг образуется, если вал имеет наибольший предельный размер, а отверстие – наименьший:
Nmax = d max - Dmin = es – EI.
Наименьший натяг возникнет при сочетании наименьшего предельного размера вала и наибольшего предельного размера отверстия:
Nmin = dmin – D max = ei – ES.
Рис 4.6. Расположение полей допусков в посадках с натягом
В переходных посадках поля допусков вала и отверстия перекрываются и для одной пары соединяемых деталей возможно получения зазора, а для другой натяга. Поэтому характеристикой переходной посадки является наибольший зазор – Smax и наибольший натяг Nmax, которые определяются по формулам, приведенным выше.
Рис 4.7. Расположение полей допусков в переходных посадках
На сборочных чертежах посадки обозначаются с указанием номинального размера соединения, условного обозначения поля допуска отверстия (в «числителе») и условного обозначения поля допуска вала (в «знаменателе»): 45H7/k6.
В некоторых случаях количественной характеристикой посадок является допуск посадки:
TS = Smax – Smin – для посадок с зазором, TN = Nmax – Nmin для посадок с натягом и для переходных Тпер = Smax + Nmax. Для всех посадок их допуски равны сумме полей допусков и отверстия и вала TS(TN)= TD + Td.
Пример расчета посадок. Определить предельные размеры деталей, характеристики посадок, образованных в системе отверстия.
Поле допуска отверстия принять постоянным - 40H7. Предельные отклонения размера отверстия ES = +0,025мм. EI = 0,000мм. Предельные размеры отверстия D max = 40,000 + 0,0250= 40,025мм. Dmin = 40,000+0,000 = 40,000мм. Допуск размера отверстия
TD = ES - EI = +0,025мм - 0,000мм= 0.025мм.
Предназначение посадок, методы их выбора
Посадки с зазором предназначены: а) для подвижных соединений, в которых одна деталь при работе перемещается относительно другой; б) для неподвижных соединений при необходимости беспрепятственной их сборке.
Примером посадки с зазором является соединение поршня и цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Зазор необходим для размещения слоя смазки между поверхностями, компенсации температурных деформаций и погрешностей, возникающих при обработке деталей.
В соединении крышки подшипника с корпусом редуктора зазор необходим для простоты сборки, затем детали закрепляются неподвижно при помощи резьбовых соединений.
Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъемных соединений. Натяг обеспечивает фиксацию деталей, прочность соединения, которое может передавать крутящие моменты, осевые усилия. Поскольку в посадках с натягом размеры вала до сборки больше размеров отверстия, то при монтаже деталей необходимо применять напрессовку или предварительно нагревать отверстие. Пример посадки с натягом – неподвижное соединение вала с зубчатым колесом коробки переключения передач автомобиля.
Переходные посадки предназначены для неподвижных, но разъемных соединений, в которых необходимо обеспечить центрирование деталей. Сборка соединений по переходным посадкам упрощена, не требует, как правило, применения прессового оборудования, такое соединение может быть разобрано при ремонте. Центрирование означает совмещение осей вала и отверстия, особенно необходимое на вращающихся деталях.
Посадки можно образовать сочетанием любых полей допусков вала и отверстия. Однако стандартами рекомендованы посадки в системе отверстия либо в системе вала. (На рис 3.8.7. показаны принципы образования посадок. )
В посадках в системе отверстия различные зазоры и натяги обеспечиваются изменением полей допусков валов в сочетании полем допуска основного отверстия, имеющего основное отклонение «Н».
В посадках в системе вала различные зазоры и натяги обеспечиваются изменением полей допусков отверстий в сочетании с полем допуска основного вала, имеющего основное отклонение « h ».
Посадки в системе отверстия и вала совершенно равнозначны по численным величинам зазоров или натягов. Однако, посадки в системе отверстия имеют практические преимущества и предпочтительны для применения.
Посадки, в которых нет основных отклонений вала и отверстия, например, 10 D9/f8 называются комбинированные и также могут применяться.
При конструировании соединений всегда возникает вопрос выбора определенной посадки, которая обеспечила бы надежную работу механизма. В настоящее время применяют два метода выбора 1-й метод аналогов, 2-й расчетный метод.
По методу аналогов в справочной литературе отыскивается соединение подобное проектируемому по конструкции и условиям работы и посадка назначается такая же как существующая. В справочной литературе приведены также примеры применения различных посадок. Недостатком метода является невозможность учета количественных характеристик условий работы соединения по действующим нагрузкам, перегрузкам, температурам.
Посадки Н/h – «скользящие». Установлены во всех квалитетах точности. В подвижных соединениях применяют при медленных перемещениях деталей при продольном и круговом движениях. Посадки высокой точности Н5/h4 применяют в неподвижных соединениях при их частой разборке и необходимости центрирования. Посадки низкой точности Н11/h11 для неподвижных соединений низкой точности.
Посадки Н/g –«движения» установлены в точных квалитетах, для подвижных соединений при возвратно-поступательных перемещениях с обеспечением герметичности.
Посадки H/f – «ходовые» обеспечивают размещение слоя смазки в подшипниках скольжения.
Посадки H/a, H/b обеспечивают большие гарантированные зазоры, часто назначаются для нецентрирующих поверхностей.
Посадки с натягом условно разделены на 3 подгруппы:
1 – «легкопрессовые» Н/р, которые обеспечивают минимальный гарантированный натяг;
2 – «прессовые средние» H/r, H/t обеспечивают передачу нагрузок средней величины без дополнительных конструктивных элементов. В соединяемых поверхностях деталей возникают упругие деформации.
3 – «прессовые тяжелые», предназначены для передачи значительных, в том числе, динамических нагрузок.
Переходные посадки H/js обеспечивают наиболее вероятный зазор в соединении, сборка таких соединений упрощена.
Посадки H/k наиболее распространены, обеспечивают хорошее центрирование и сборку с применением ручных молотков.
Посадки H/m обеспечивают преимущественно натяг, применяются на быстровращающихся валах с передачей нагрузок дополнительными конструктивными элементами.
Посадки H/n являются наиболее прочными из переходных посадок. Сборка требует применения значительных усилий, обеспечивают передачу крутящих моментов при наличии дополнительных конструктивных элементов при динамических нагрузках.
При расчетном методе количественные характеристики посадок (Nmax, Nmin) определяются исходя из условий передачи требуемого крутящего момента и усилия с последующей проверкой на прочность.