Нормирование точности и технические измерения

элементов своя роль: буквенное обозначение определяет поло­ жение поля допуска, а численное - ш ирину поля допуска (по ним определяют значения допусков указанны х квалитетов).

Рис. 3.4. Поля допусков с разными основными отклонениями и уровнями относительной точности

Необходимое разнообразие полей допусков обеспечено воз­ можностью сочетания практически любых основных отклоне­ ний и квалитетов.

Специфичны поля допусков типа js6, J s8 , Js9 и т.д. Они ф актически не имеют основного отклонения, поскольку рас­ положены симметрично относительно нулевой линии.

Стандартом ГОСТ 25347-82 в диапазоне размеров от 1 до 500 мм предусмотрено 10 предпочтительных полей допусков отверстий: Е9, F8, H I 1, # 9 , Я 8 , Н 7, Js7 , К 7, N 7, Р 7 и 16 предпочтительных полей допусков валов: d l l , d9, е8, /7, g6, h l l , 7г9, Л8, h7, /гб, ys6, йб, 7гб, рб, гб, s6.

Эти поля допусков составляют первый уровень предпочте­ ния. Второй уровень предпочтения вклю чает поля допусков ограничительного отбора (более 70 полей допусков отверстий и более 80 полей для валов, вклю чая предпочтительные поля допусков). Для этих полей в ГОСТ 25347-82 приведены значе­ ния верхних и ниж них предельных отклонений.

Третий уровень предпочтения включает все поля допусков отверстий и валов (поля допусков системы). Ориентировочное число этих полей допусков N можно рассчитать, исходя из чис­ ла основных отклонений (28) и квалитетов (20), поскольку не во всех квалитетах предусмотрены полные наборы отклонений.

В одном интервале ш ирина полей допусков одного квалитета одинакова, а в разных - разная, поэтому однотипные поля допусков отличаются вторым (не основным) отклонением.

П ринцип ограничения предельных контуров нормируемо­ го элемента детали (см. параграф 3.1) реализуется в стандарте

121

через «интерпретацию предельных размеров» . В соответствии со стандартной интерпретацией предельных размеров гладко­ го цилиндрического вала, наибольш ий размер реальной по­ верхности d х определяют как диаметр описанного цилиндра наименьш его радиуса. Этот размер у годного вала не должен быть больше наибольш его предельного размера (предела м ак ­ симума материала) вала (dmax).

П оскольку дать заклю чение о годности только по наиболь­ шему размеру реальной поверхности нельзя, необходимо опре­ делить еще и наименьш ую толщ ину контролируемого вала. Д ля этого применяю т «двухточечное» измерение накладны ми приборами типа ш тангенциркуля, микрометра и т.д. Приме­ нение такого прибора в принципе позволяет обнаружить наи ­ меньшую толщ ину вала и сравнить ее значение с пределом минимума материала. Если при этом

d. . > d . ,

imm — mm 5

то деталь признается годной, так как при установленных пра­ вилах оценивания экстремальны х размеров поверхности d.max и d.min соблюдаются формальные условия

где d. - действительные размеры контролируемого вала. Истолкование предельных размеров отверстия обратно ин ­

терпретации предельных размеров вала. Предел максимума материала (наименьш ий предельный размер отверстия) срав­ нивают с размером вписанного цилиндра наибольшего диамет­ ра. С пределом минимума м атериала (наибольший предель­ ный размер отверстия) сравнивают максимальный размер, полученный в результате двухточечного измерения реальной поверхности (например, индикаторны м нутромером).

Условие годности детали формально можно представить в виде

где D. - размеры реального вала.

Стандартная интерпретация предельных размеров вала и от­ верстия по сравнению с идеализированными концентрически расположенными предельными контурами имеет существен­ ную особенность. Контур, привязанны й к максимуму материа­ ла, жестко фиксируется относительно реальной поверхности с помощью прилегающего цилиндра. Второй предельный контур

122

«плавает» относительно прилегающей поверхности. Он может занимать любое положение, начиная от симметричного (рав­ ные расстояния между предельными контурами) до предельно смещенного в одну сторону (линии предельных контуров со­ впадают с одной стороны). Такое расположение поля допуска рассчитано на валы и отверстия с «кривыми» осями или асим­ метричными поперечными сечениями.

Принцип увязки допусков с эффективными параметрами в

системе допусков и посадок гладких цилиндрических поверх­ ностей обнаруживается легко. Допуски одного квалитета воз­ растают с увеличением номинального размера нормируемого параметра. Такой характер связи объясняется влиянием мас­ штабного фактора. Есть основания полагать, что в единообраз­ ных конструкциях можно допустить тем большие колебания размеров сопрягаемых деталей, чем больше сам сопрягаемый размер, например, для больших размеров в однотипных посад­ ках нужны большие натяги. Следовательно, в данной системе эффективным параметром является размер, на который уста­ навливают допуск.

Если рассматривать технологию, то множество факторов, влияю щ их на точность процессов обработки поверхностей, оказывают тем большее возмущающее действие, чем больше обрабатываемый размер. Действительно, при токарной обра­ ботке или ш лифовании с увеличением диаметра увеличивает­ ся и путь резания, следовательно, можно ожидать большего рассеяния температурных и силовых деформаций системы «станок-приспособ ление-инструмент-деталь» из-за неодинако­ вости толщ ины удаляемого слоя и его механических свойств, из-за колебания температуры смазываю щ е-охлаждаю щ ей жидкости, износа режущего инструмента и других факторов.

Полную (строгую) аналитическую модель процесса обработ­ ки детали построить невозможно ввиду неопределенности мно­ жества влияю щ их факторов, поэтому довольствуются прибли­ женной эмпирической зависимостью, описывающей рассеяние получаемых размеров. Вместо всех воздействующих на конеч­ ные результаты аргументов в эту зависимость входит только эффективный параметр, который позволяет учесть интеграль­ ное влияние множества аргументов.

Для гладких цилиндрических поверхностей эксперимен­ тально вы явленная связь допуска (Т ) с диаметром (d ) поверх­ ности может быть представлена в виде зависимости:

123

Т —а -i,

где а - неименованный коэффициент; і - единица допуска. Единица допуска - множ итель в формулах расчета допус­

ков системы, являю щ ейся функцией номинального размера. Единицу допуска для гладких соединений определяют по сле­ дующим зависим остям :

- для размеров до 500 мм

і = 0,45у[і ) + 0 ,0 0 1.D;

- для размеров свыше 500 мм

i - 0 ,004D = 2,1.

Д ля расчета размер (D) задается в миллиметрах, единица допуска (i) определяется в микрометрах.

Принцип формализации допусков в стандарте решен одно­ значно и наш ел отражение в таблице допусков. Головка таб­ лицы содержит 20 квалитетов, а боковик - значения номи­ нальны х размеров, сгруппированные в интервалы (до размера 3150 мм).

Допуск, как указывалось ранее определяется из зависимости:

Т— a -i.

Втабл. 3.1 приведены значения коэффициента а для квали­ тетов от 5 до 18. Анализ приведенных значений (например, 16; 25; 40; 64; 100) показы вает их явное сходство с рядом R 5, что подтверждает использование предпочтительных чисел для формирования рядов допусков.

Таблица 3.1

Значения коэффициента а

а7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 600 1000 1600 2500

Принцип группирования значений эффективных параме­ тров. Д ля того чтобы создать систему допусков и посадок и представить ее в справочных таблицах, имею щих конечное число строк весь диапазон номинальны х размеров до 3150 мм был разбит на интервалы . Границы интервалов установ­ лены таким образом, что табличный допуск, подсчитанный по среднему размеру интервала (среднему геометрическо­

му D = л/АпахАпт > отличается от допусков, подсчитанных

124

для крайних значений интервала (Dmx,D mil) не более, чем (5...8)% .

Таким образом в таблице рядов допусков зафиксированы интервалы номинальных размеров. Первый интервал замкнут только с большей стороны (до 3 мм). Последующие интервалы имеют обе границы: свыше 3 до 6 мм, свыше 6 до 10 мм, свы ­ ше 10 до 18 мм и т.д. Номинальные размеры, равные верхним границам, входят в интервал с меньш ими значениями. Допу­ ски следующего интервала относятся только к номинальным размерам большим, чем установленные стандартом ниж ние граничные значения. Например, допуски размера 6 мм берут из значений, установленных для интервала свыше 3 до 6 мм, допуск размера 10,01 мм - из допусков интервала свыше 10 до 18 мм и т.д. Интервалы, установленные для основных от­ клонений, могут несколько отличаться от приняты х для р я ­ дов допусков. В справочном прилож ении к стандарту такие интервалы названы промеж уточными.

Принцип измерения при нормальных условиях наш ел ч а­ стичное отражение в пункте «Нормальная температура» ГОСТ 25346-89, где сказано: «Допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам деталей при температуре 20 °С».

Приведенные основные принципы образуют набор, минималь­ но необходимый для построения систем допусков, но для систе­ мы допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей использованы также несколько дополнительных принципов.

3.3. Дополнительные принципы построения системы допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей

Для построения системы допусков и посадок гладких ц и ­ линдрических поверхностей (особенно в части, относящ ейся к посадкам) необходимо введение дополнительных принципов. Это принципы:

-оптимального расположения поля допуска основной детали;

-обеспечения физически обоснованных зазоров (натягов) в посадках;

-использования в посадках неравноточных допусков от­ верстий и валов.

Рассмотрим более подробно каж ды й из этих принципов.

Принцип оптимального расположения поля допуска основ­

125

ной детали в любой системе допусков и посадок связан с при­ менением посадок в системе отверстия или в системе вала.

Если возникает необходимость образования нескольких разны х по характеру посадок в сопряж ениях одного отвер­ стия с нескольким и валами, то логичным решением является назначение на всю длину отверстия одинаковых предельных размеров. В таком случае деталь с отверстием считается основ­ ной, отверстие имеет одно поле допуска, а посадки с зазором, переходные или с натягом получают за счет использования валов с разны м и полями допусков (рис. 3.5, а). При этом поле допуска отверстия основной детали вовсе не обязательно должно быть «полем допуска основного отверстия с основным отклонением Н» в привычном стандартном понимании этого термина.

Валы в сопряж ении с полями допусков, расположенными ниж е поля допуска отверстия, дадут посадки с зазором, пере­ кры тие (частичное или полное) полей допусков вала и отвер­ стия соответствует переходным посадкам. Посадки с натягом получаю тся при располож ении поля допуска вала над полем допуска отверстия.

Посадки в системе вала образуются при использовании еди­ ного поля допуска для всей сопрягаемой поверхности основно­ го вала и поверхностей охватываю щ их деталей (отверстий) с разными полями допусков (рис. 3.5, б).

Н улевая линия на схемах располож ения полей допусков (рис. 3.5, а, б) не показана и может располагаться в любом месте. Любое расположение поля допуска основной детали от­ носительно нулевой линии имеет определенные достоинства и недостатки. В единой системе допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей принято располагать поля до­ пуска основного отверстия и основного вала от нулевой линии «в тело» детали. Это соответствует полям допусков отверстий с основным отклонением Н и валов с основным отклонением 1г (значения основных отклонений ЕІ = 0 и es = 0).

В единой системе допусков и посадок все рекомендуемые посадки построены либо в системе основного отверстия, либо

в системе основного вала.

Посадка в системе основного отверстия образуется сопря­ жением вала, имеющего любое поле допуска, с отверстием, поле допуска которого имеет основное отклонение Н (EI = 0). Н апример, Н 7/еб, Н 7/&6, H 7 /s 6 (рис. 3.6, а).

126

Посадки в системе основного вала получают при сопряж е­ нии отверстия (размер с любым полем допуска) и вала с полем допуска, имеющим основное отклонение h (es = 0). Примеры посадок: G7/A6, ІГ7/66, Р1/ Ш (рис. 3.6, б).

N pqi

т

D2

N

N

Рис. 3.5. Схемы расположения полей допусков для посадок всех видов в системе отверстия (а) и в системе вала (б)

s6

G7

т

К 7

Р7

Рис. 3.6. Схемы посадок в системе основного отверстия (а) и основного вала (б)

Определить характер стандартной посадки в системе основ­ ного отверстия или основного вала по ее буквенно-цифровому обозначению достаточно легко при условии знания располож е­ ния основных отклонений. Так, поля допусков валов с основ­ ными отклонениями а, б, с, cdy d, е, ef, f, fg, g , h в сочетании с полем допуска основного отверстия (основное отклонение Н) всегда дают посадки с зазором.

127

Посадки с основными отклонениями валов h и отверстий Н обеспечивают наименьш ий зазор, равный нулю; их иногда называю т посадками с нулевым гарантированным зазором» Особое значение этой посадки обусловлено еще и тем обсто­ ятельством, что она с одинаковыми основаниями относится как к посадкам в системе основного вала, так и к посадкам в системе основного отверстия (одновременно использованы основные отклонения h и if).

Посадки в системе основного отверстия, образованные с ис­ пользованием основных отклонений валов js, ], k, т, п, будут переходными»

Валы с основными отклонениями]?, г, s, t, и , и, х, у , 2 , га, гЪ, гс в сочетании с основным отверстием, как правило (при рекомендуемых сочетаниях квалитетов отверстия и вала), дают посадки с натягом»

Д ля расш ифровки посадок в системе основного вала (его основное отклонение /г) необходимо запомнить расположение основных отклонений отверстий» Стандартные посадки с за­ зором обеспечивают отверстия с основными отклонениями А , В, С, CD, В , Е, EF, F , G, Н , переходные посадки - отверстия с основными отклонениями J s , J , К , М , N . Посадки с натя­ гом, как правило, могут быть получены при использовании отверстий с основными отклонениями Р, R , В, Т, С/, F, X , Y,

Z , Z A , Z B , Z C .

Особенностью систем основного отверстия и основного вала является безусловная определенность характера посадок с за­ зором и переходных, в отличие от «посадок с натягом», харак ­ тер которых зависит от значений допусков основных поверх­ ностей (основных отверстий и валов). Например, посадка Н 9 / рб - переходная, хотя формальное применение приведенных выше правил позволяет оценить ее как посадку с натягом .

Выбранное расположение полей допусков основных отвер­ стий и валов объясняется необходимостью сравнительно боль­ шего разнообразия посадок с зазором (сопряж ения неподвиж ­ ные разъемны е, посадки для направляю щ их разной точности, подш ипников скольж ения и пр.). Назначение посадок с н атя­ гом требует несколько меньш ей номенклатуры, так как цель сопряж ения с натягом всегда одна и та же - сопротивление сопряж ения взаимному перемещению деталей под действием осевой силы или вращ ающ его момента» Д ля таких целей боль­ шого разнообразия номенклатуры посадок не требуется.

128

Принцип обеспечения физически обоснованных зазоров (натягов) в посадках (сопряж ениях) гладких цилиндриче­ ских поверхностей основан на расчете основных отклонений валов и отверстий, которые должны гарантировать необходи­ мый характер рекомендуемых посадок в системах основного отверстия и основного вала. Формулы расчета основных от­ клонений приведены в приложении к стандарту. Зависимо­ сти получены с использованием теоретических положений и практического опыта эксплуатации сопряжений.

Принцип использования неравноточных допусков валов и отверстий реализован в большинстве рекомендуемых посадок. Причины такого положения обусловлены в первую очередь особенностями технологии получения отверстий и валов оди­ наковой относительной точности. Обработка отверстий всегда

производится в худш их условиях, так как в отверстие м ож ­ но ввести инструмент ограниченной жесткости, при обработке отверстий хуже условия отвода струж ки, отвода тепла, подачи смазывающе-охлаждающей жидкости и т.д. Поэтому при вы ­ боре посадок предпочтение обычно отдают таким сочетаниям полей допусков валов и отверстий, в которых поле допуска отверстия на квалитет грубее поля допуска вала.

Характеристики основных видов сопряжений

Чтобы выбирать посадки по аналогии, недостаточно знать только характер рекомендуемых стандартом посадок. Обще­ технические стандарты редко включают рекомендации по вы ­ бору посадок. Конкретные рекомендации приведены в таких областях стандартизации норм точности, как посадки подш ип­ ников качения, резьбовые посадки с натягом и переходные. Поэтому для выбора посадок по аналогии приходится исполь­ зовать дополнительную информацию (из собственного опыта проектирования, документации изделий-аналогов, учебной и справочной литературы). Наиболее ш ирокие возможности для выбора посадок дает использование справочников, которые содержат множество рекомендаций по выбору посадок для ре­ шения типовых конструкторских задач.

В табл. 3.2 представлены наиболее общие рекомендации для выбора посадок гладких цилиндрических и приравниваемых к ним сопряжений, разработанные на базе обобщения данных разных информационных источников.

129

130