2. Единая система допусков и посадок

2.1. Принципы построения Единой Системы Допусков

и Посадок (ЕСДП)

Системой допусков и посадокназывают совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов. Система предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практического применения вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин. Кроме того, она позволяет проводить стандартизацию режущего инструмента и калибров, облегчает процесс конструирования, производство и достижение взаимозаменяемости изделий и их частей, способствует повышению качества изделий и его составляющих элементов.

Большинство стран мира в настоящее время применяют международную систему допусков и посадок ISO. Эта система позволяет унифицировать национальные системы допусков и посадок и облегчить международные технические связи в металлообрабатывающей промышленности. Разработка национальных стандартов на базе рекомендацийISOпозволяет достичь взаимозаменяемости однотипных деталей, составных частей и изделий, изготовленных в различных странах. В свое время страны – члены СЭВ приняли решение о переходе на единую систему допусков и посадок (ЕСДП СЭВ), которая основывалась на стандартах и рекомендацияхISO. Необходимость такого перехода обуславливалась развитием специализации и кооперации промышленности стран – членов СЭВ, международной торговли и устранения препятствий к этому как в рамках СЭВ, так и за его пределами. Это позволило обеспечивать конкурентоспособность продукции стран – членов СЭВ на мировом рынке.

В настоящее время международная торговля и научно-технические связи России с другими странами расширяется. В связи с этим в отечественную промышленность все более внедряется международная стандартизация. Так, на ВАЗе автомобили “Жигули” изготавливают в основном с применением системы допусков и посадок ISO.

Переход на национальную систему допусков и посадок у нас в стране начат с 1.01.1977 г. и завершен к 1.01.1980 г., которая базируется на системе допусков и посадок ISOи полностью соответствует ЕСДП СЭВ. В Российской Федерации Единая система допусков и посадок нормируется государственным стандартом ГОСТ 25346 – 89. Этом стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 145 – 88. Системы допусков и посадок ГОСТ, ЕСДП СЭВ иISOдля типовых деталей машин построены по единым принципам. Таких принципов шесть.

система отверстия и система вала;

единица допуска и число единиц допуска;

интервалы размеров;

ряды точности (квалитеты);

поля допусков отверстий и валов;

нормальная температура.

В основу построения ЕСДП положены две системы: система отверстия и система вала (рисунок 2.1).

Система отверстия– это система, в которой для заданного диапазона размеров величина допуска остается постоянной, а необходимый характер сопряжения достигается изменением размера вала (рисунок 2.1, а). Отверстие в системе отверстия называетсяосновным отверстием. У основного отверстия нижнее отклонение всегда равно нулю (EI=0), т. е. всегда совпадает с нулевой линией. Верхнее отклонение всегда имеет знак “плюс”. Основное отверстие обозначается буквой “Н”.

Система вала– система, в которой для заданного диапазона размеров величина допуска вала остается постоянной, а необходимый характер сопряжения достигается изменением размера отверстия (рисунок 2.1, б). Вал в системе вала называетсяосновным валом. У основного вала верхнее отклонение всегда равно нулю (es= 0), т. е. Всегда совпадает с нулевой линией. Нижнее отклонение основного вала имеет знак “минус”. Основной вал в посадках обозначается буквой “h”.

T_d

T_D

T_D(H)

T_d (h)

0 0

T_d

T_D

T_d

0 0

T_D

а б

Рисунок 2.1. Схемы полей допусков посадок в системе отверстия (а) и в системе вала (б)

Характер одноименных посадок (предельные величины зазоров и натягов) в системе отверстия и в системе вала примерно одинаков. Выбор системы (отверстия или вала), в которой осуществляется посадка, определяется конструктивными, технологическими и экономическими соображениями.

Предпочтительнее система отверстия. Связано это со следующими факторами. Точные отверстия обрабатываются дорогостоящим режущим инструментом (зенкер, развертка, протяжка и т. д.). Каждый из этих инструментов предназначен для обработки только одного размера со строго нормированным полем допуска. Валы, независимо от их размера, обрабатываются одним и тем же резцом или шлифовальным кругом. Следовательно, в системе отверстия количество различных по предельным размерам отверстий меньше, чем в системе вала, значит и номенклатура режущего инструмента для обработки отверстий будет меньше. Уменьшение номенклатуры позволяет изготавливать инструмент централизованно, применяя производительное специальное оборудование.

Однако, иногда по конструктивным соображениям, систему отверстия применить не представляется возможным. Примером может служить конструкция, в которой чередуются соединения нескольких отверстий одинакового номинального размера, но с различными посадками с одним и тем же валом (рисунок 2.2). Вилка 1 с валом 3 соединены по посадке с натягом, а тяга 2 с валом 3 по посадке с зазором.

1

Ø20F8/h7

3

Ø20R7/h7 Ø20R7/h7

2

Рисунок 2.2. Шарнирное соединение вилки с валом и с тягой.

1– вилка; 2 – тяга; 3 – вал

При изготовлении деталей соединения, показанного на рис. 2.2. целесообразно использовать систему вала, т. к. при применении системы отверстия отдельные участки вала 3 необходимо обрабатывать с разной точностью, чтобы получить требуемый характер сопряжения. Осуществить это довольно сложно и экономически не целесообразно, поскольку такая обработка потребует большой трудоемкости. В системе вала, вал обрабатывается с одинаковой точностью, а подгонкой размера отверстия добиваются необходимой посадки.

Единица допуска(i ) – величина, отражающая влияние конструктивных и метрологических факторов, выражает зависимость допуска от номинального размера и является мерой точности. На основе анализа и систематизации опыта механической обработки цилиндрических деталей и экспериментальных исследований для интервала размеров от 1 до 500 мм было установлено, что погрешность их обработки (изготовления) ∆ в одинаковых технологических условиях меняется в зависимости от диаметра деталиD. Математически эта зависимость можно выразить

_х___

∆ = С √ D, (2.1)

где х – показатель степени, изменяется от 2,5 до 3,5;

С – коэффициент, зависящий от вида детали (для шлифованных валов близок к 0,005, а для отверстий – к 0,008).

На основании указанных исследований единица допуска в мкм для размеров от 1 до 500 мм в системах ISO, ЕСДП СЭВ, а также ГОСТ 25346 – 89 была принята равной

₃__

i= 0,45 √D+ 0,001D. (2.2)

Для размерных интервалов 500 – 3150 мм и 3150 – 10 000 мм, единица допуска определяется по формуле

i= 0,004D+ 2,1. (2.3)

где D– средний размер диапазона размеров (например, для диапазона раз- меров 18…30 –D= 24 мм).

Число единиц допуска – это величина, характеризующая взаимосвязь допуска с точностью (квалитетом). Для каждого квалитета установлено определенное число единиц допуска. Их значения приведены в таблице 2.1.

Число единиц допуска и единица допуска взаимосвязаны между собой зависимостью

T=a·i. (2.4)

Квалитеты(степени точности).В любом изделии детали разного функционального назначения изготавливают с различной точностью. Под квалитетом понимают совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью (определяемой коэффициентом “а”) для всех номинальных размеров данного диапазона (например от1 до 500 мм). Точность в пределах одного квалитета изменяется только с изменением номинального размера.

Таблица 2.1

Число единиц допуска по ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88)

Квалитет	Число единиц допуска, а	Примерное назначение квалитета	Квалитет	Число единиц допуска, а	Примерное назначение квалитета
01	1	Концевые меры длины	8	25	Сопрягаемые размеры
0	1,41		9	40
1	2		10	64
2	2,74	Калибры, особо точные размеры	11	100
3	3,74		12	160
4	5,12		13	250
5	7	Сопрягаемые размеры	14	400	Размеры с неуказанными допусками
6	10		15	640
7	16		16	1000
			17	1600

В процессе разработки ЕСДП количество квалитетов устанавливалось в зависимости от потребностей различных отраслей промышленности, функциональных и технологических факторов, границ достижимой точности, а также принятый знаменатель φ геометрической прогрессии, по которой изменяется величина допуска при переходе от одного квалитета к другому. Учитывались и перспективы развития техники и технологии, позволяющей получать более высокую точность. С учетом изложенного в ЕСДП принято 19 квалитетов (01, 0, 1,2, ………….. 17). С увеличением номера квалитета точность убывает.

Интервалы размеров. В системеISO, ЕСДП СЭВ и ГОСТ предусматривается применение размеров от 1 до 10000 мм, которые разделены на три диапазона: 1 – 500 мм; 500 – 3150 мм и 3150 – 10000 мм. Для построения рядов допусков каждый из диапазонов разделен на несколько интервалов. Так, диапазон размеров от 1 до 500 мм разделен на 13 интервалов, причем с увеличением номинального размера интервал увеличивается (1..3; 3..6; 6…10; 10…18; …….250..315; 315..400; 400…500). В одном интервале размеров величина допуска остается постоянной (например, для размеров свыше 18 до 30 мм).

Ряды допусков. Для всех интервалов размеров в отечественной системе ЕСДП (до 1975 г.) допуски подсчитывались по среднему арифметическому значению размеров данного интервала:

d_ср = (d_max+d_min) / 2. (2.5)

В системах ISOи ЕСДП СЭВ и по новой отечественной системе ЕСДП (ГОСТ 25346-89) при расчете единицы допуска по формулам (2.2) и (2.3) размерDопределяется как среднее геометрическое значение крайних величин интервала размеров, т. е.

D= √D_max·D_min ; (2.6)

_

Для интервала размеров до 3 мм принимают D= √3 .

Полученный допуск принимают постоянным для всех размеров интервала. Распределение размеров по интервалам производится таким образом, чтобы допуски подсчитанные по средне геометрическим размерам (уравнение 2.6) и по среднему диаметру (уравнение 2.5) в том же интервале размеров отличались друг от друга не более чем на 5 – 8 %.

Нормальная температура. Допуски и отклонения, указанные в таблицах стандартов, относятся к размерам деталей при нормальной температуре, которая во странах принята равной плюс 20⁰С. Эта температура близка к температуре рабочих помещений машиностроительных и приборостроительных предприятий. Аттестация и градуировка линейны и угловых мер, измерительных приборов, а также точные измерения должны производиться при нормальной температуре. Отклонения от нормальной температуры не должны превышать пределов , установленных ГОСТ 8.050-73. При измерениях необходимо соблюдать условие: температура детали и измерительного в момент контроля должны быть одинаковыми. Достичь этого можно путем выдержки в одинаковых условиях детали и измерительного средства (например, на чугунной плите).

Погрешность измерения может возникать и от местного нагрева. Например, от тепла рук контролера в течение 15 мин размер скобы для контроля валов диаметром 175 мм изменяется на 8 мкм, а скобы для контроля валов диаметром 280 мм – на 11 мкм. Поэтому применяют тепловую изоляцию (термоизоляционные накладки или ручки у скоб) или термоизолирующие перчатки для контролеров.

Величина температурной погрешности может быть определена с учетом разности коэффициентов линейного расширения материалов детали и измерительного средства по формуле

∆l=l(α₁· ∆t₁ –α₂· ∆t₂) , (2.7)

где l– измеряемый размер, мм;

α₁, α₂ – коэффициенты линейного расширения материалов детали и измерительного средства;

∆t₁, ∆t₂ – разность между температурами нагрева соответственно деталиt₁и измерительного средстваt₂ и нормальной температурой (∆t₁ =t₁– 20⁰C, ∆t₂ =t₂– 20⁰C).

Если выравнивание температур контролируемой детали и измерительного средства произошло, но эта температура отличается от 20⁰С, то погрешности измерения будут возникать из-за разности коэффициентов линейного расширения детали и измерительного средства. В этом случае (∆t₁ = ∆t₂= ∆t) величина погрешности измерения может быть рассчитана по формуле

∆l=l· ∆t· (α₁–α₂). (2.8)

Формулы (2.7) и (2.8) являются приближенными, так как из-за сложностей конфигурации деталей деформация размеров при изменении температуры не носит линейный характер. Наиболее оптимальным вариантом устранения температурных погрешностей при измерениях это поддержание нормальной температуры (20⁰С) в измерительных лабораториях, инструментальных, механических и сборочных цехах.