2.2. Система допусков и посадок гладких цилиндрических сопряжений

Различают два вида гладких цилиндрических сопряжений: подвижные и неподвижные.

К ответственным подвижным соединениям предъявляют ряд следующих основных требований:

зазор между валом и отверстием должен быть минимальным, но достаточным для обеспечения жидкостного трения;

обеспечение заданной несущей способности подшипников качения и сохранение указанного вида трения в сопряжении при увеличении зазора (в допустимых пределах) в процессе длительной эксплуатации машины;

обеспечение высокой точности центрирования и равномерности вращения вала для прецизионных сопряжений.

Основное требование, предъявляемое к неподвижным соединениям – обеспечение точного центрирования деталей и передача в процессе длительной эксплуатации заданного крутящего момента или осевой силы путем создания гарантированного натяга.

Общее требование ко всем видам сопряжений – обеспечение максимальной долговечности.

Интервалы номинальных размеров. В системе допусковISO, ЕСДП СЭВ и ГОСТ все размеры разделены на пять диапазонов: от 0,01 до 0,1 мм исключительно; от 0,1 до 1 мм исключительно; от 1 до 500 мм включительно; от 500 до 3150 мм включительно и от 3150 до 10500 (31500) мм включительно. Для размеров от 1 до 3150 мм нормируются ГОСТ 253466 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88). Для размеров более 3150 мм допуски нормируются специальными стандартами. Каждый из диапазонов разбит на определенное число интервалов. Так, диапазон размеров от 1 до 500 мм разделен на 13 интервалов (1-3; 3-6; 6-10; 10-18; ……….., 250-315; 315-400; 400-500 мм), а диапазон от 500 до 3150 мм разделен на 8 интервалов размеров (500-630; 630-800; ………, 2000-2500; 2500-3150).

Квалитеты. В системеISOдля размеров от 1 до 3150 мм устанавливается 18 квалитетов: 01, 0, 1, 2, 3, ………14, 15, 16 в порядке убывания точности. В системе допусков и посадок СЭВ для размеров до 10 000 мм установлено 19 квалитетов, т. е. добавлен 17-й квалитет. ГОСТом 25346-89 предусмотрено введение еще одного квалитета (для размеров от 1 до 3150 мм) 20-го, т. е. добавлен еще один 18-й квалитет.Квалитеты обозначают: IT01, IT0, IT1, IT2,……..,IT15, IT16, IT17, IT18. Сочетание буквITозначает “допускISO”. Например,IT8 следует читать: “допуск по 8-му квалитетуISO”. В системеISOдопуск по тому или иному квалитету называют основным, в то время как в системах СЭВ и ГОСТ такое понятие не применяется. Область применения квалитетовISOпримерно такая: 01, 0, 1 – концевые меры длины; 2, 3, 4 – калибры и особо точные изделия; 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 – размеры сопрягаемых деталей (для образования посадок); 14, 15, 16, 17 – неответственные размеры несопрягаемых поверхностей деталей.

Для размеров менее 1 мм допуски по 14, …, 17 квалитетам на назначаются. Допуски для квалитетов с 6 по 17 возрастают по геометрической прогрессии с коэффициентом φ = 1,6. Это значит, что при переходе от одного квалитета к следующему (например, от 7 к 8) величина допуска возрастает на 60 %. Через каждые пять квалитетов допуск увеличивается в 10 раз. Например, для интервала размеров 30…50 мм допуск по 7-му квалитету составляет 25 мкм, а для 12-го квалитета – 250 мкм. Для квалитетов точнее 5-го допуски определяются по специальным формулам:

IT01 = 0,3 + 0,008D;IT0 = 0,5 + 0,012D;IT1 = 0,8 + 0,020D; (где допуск – в мкм, аD– в мм).

Допуски по 3 …. 5 квалитетам определяются по формулам

________ ________ ________

IT2 = √ IT1 · IT3 ; IT3 = √ IT1 · IT5 ; IT4 = √ IT3 · IT5 .

Основные отклонения, принятые в ЕСДП. Для образования посадок с различными зазорами и натягами в системахISO, СЭВ и ГОСТ для размеров от 1 до 500 мм предусматривается по 27 основных отклонений валов и отверстий.Основным отклонениемназывается одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), которое ближе находится к нулевой линии и определяет положение поля допуска относительно этой линии (рисунок 2.3). Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, а валов – строчными. Основное отверстие обозначают буквойH, а основной вал –h.

От в е р с т и я

А

B

CCD

•DEKНулевая линия

.F G

H P R

J, J_s S T

•M N U V

X

YZ

ZA ZB

ZC

• za zв zc

z

x y

u v

j, j_s s t

p r Нулевая линия

g h n

ef k m

cd d

cВ а л ы

b

a

–

Рисунок 2.3. Основные отклонения отверстий и валов принятые

в системе ISO, ЕСДП СЭВ и ГОСТ

Основные отклонения A–H(a–h) используются для образования полей допусков в посадках с зазором; отклоненияJ–N(j–n) – в переходных посадках, отклонения отPдоZC(отpдоzc) – в посадках с натягом.

Для каждого основного отклонения вала (верхнего esдля валовa–hили нижнегоeiдля валовj_s–zc) величину и знак определяют по эмпирическим формулам, приведенным в таблице 2.2 (СТ СЭВ 145 – 75).

Таблица 2.2

Формулы для расчета отклонений валов

Верхнее отклонение es		Нижнее отклонение ei
esв мкм; Dв мм		eiв мкм; Dв мм
a	– (265 + 1,30 D) для D≤ 120	От j5 доj8	Формулы нет
	– 3,5DдляD≥ 120	От k4 доk7	3__ + 0,6√ D
b	Приблизительно (140 + 0,85D) для D≤ 160	До k3 и свышеk7	0
	Приблизительно – 1,8 DдляD> 160	m	+ (IT 7 – IT6)
c	– 52 D0,3 дляD≤ 40	n	+ 5D0,34
	– (95 + 0,8D) для D> 40	p	+ IT7 + (0 – 5)
cd	Среднегеометрическое значение esдля с иd	r	Среднегеометрическое значение eiдляpиs
d	– 16D0,44	s	+ IT8 + (1-4) для D ≤ 50
e	– 11D0,41		+ IT7 +0,4D для D > 50
ef	Среднегеометрическое значение esдляeиf	t	+ IT7 + 0,63 D
f	– 5,5D0,41	u	+ IT7 + D
fg	Среднегеометрическое значение esдляfиg	v	+ IT7 + 1,25D
g	– 2,5D0,34	x	+ IT7 + 1,6D
h	0	y	+ IT7 + 2D
z	+ IT7 + 2,5D	za	+ IT8 + 3,15D
zв	+ IT 9 + 4D	zc	+ IT10 + 5D
Для js оба предельных отклонения равны ±IT/2

Величина основного отклонения не зависит от квалитета. Валы jиj_s, а также отверстияJиJ_sосновных отклонений не имеют. Дляj_sиJ_s поля допусков располагаются симметрично относительно нулевой линии.

Основные отклонения отверстий построены таким образом, что образованные посадки в системе вала абсолютно аналогичны посадкам в системе отверстия. Основные отклонения отверстий по абсолютной величине равны, но противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначенных одной и той же буквой. Существует общее правиловзаимосвязи основных отклонений отверстий и валов:

для отверстий отAдоHEI= –es;

для отверстий от JдоZCES= –ei. (2.9)

Из этого правила есть исключение для основных отклонений отверстий размером свыше 3 мм J,K,M,Nс допуском доIT8 включительно и основных отклонений отверстий отPдоZCс допуском доIT7 включительно. Для них установленоспециальное правилои формула (2.9) имеет вид

ES= –ei+ ∆, (2.10)

где ∆ – разность между допуском рассматриваемого квалитета и ближайшего более точного квалитета, т. е. ∆ = IT_n –IT_n-1.

Рассмотрим пример. Согласно таблице ГОСТ 25346-89 нижнее отклонение вала rдля интервала размеров 30 - 50 мм равно:ei= + 34 мкм. Следовательно, по уравнению (2.9) основное верхнее отклонение отверстияRравноES= –ei= – 34 мкм. Но согласно специальному правилу, например для 7 квалитета,ES= –ei+ ∆. Величина ∆ =IT7 –IT6 = 25 – 16 = 9 мкм. Тогда верхнее отклонение для отверстияRвыполненного по 7 квалитету размером от 30 до 50 мм будет равноES= – 34 + 9 = – 25 мкм.

Специальное правило, применительно к посадкам, формулируется следующим образом: две соответствующие друг другу посадки в системе отверстия и в системе вала, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета (например,H7/f6 иF7/h6), должны иметь одинаковые зазоры или натяги (рисунок 2.4).

Для отверстий, определяемых данным правилом, величины основных отклонений зависят от квалитета (для Н7 EI= 0, а дляF8 –EI≠ 0). Во всех остальных случаях, основные отклонения, обозначенные одной и той же буквой остаются неизменными при сочетании с различными отклонениями (изменяется лишь второе отклонение).

Числовые значения основных отклонений валов для размеров от 1 до 3150 мм приведены в табл.2, а отверстий – (для этого же диапазона размеров) в табл.3 ГОСТ 25346 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88). Значения допусков до11 квалитета включительно, рассчитанных по формуле (2.4) округляют по правилам, приведенным в табл.6 ГОСТ 25346 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88), а основных отклонений валов и отверстий, определяемых по формуле (2.10) – по табл.8 этого же стандарта. Указанные таблицы распространяются на размеры от 1 до 3150 мм.

Посадка в системе

Посадка в системе вала IT_n

о

F7

F7

тверстия

I

Н7

T_nES

Н7

h6

h6

f6

f6

ei

IT_n-1

IT_n-1

ei – IT_n-1 = ES - IT_n

ei + IT_n = ES + IT_n-1

Рисунок 2.4. Иллюстрация специального правила (посадка с зазором)

Поля допусков. В Единых системах допусков и посадокISOи ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88) поля допусков образуются путем сочетания основного отклонения с допуском по одному из квалитетов. В связи с этим, поле допуска обозначается буквой основного отклонения и номером квалитета, например, – для валаf7, h8, e8, g9 и т.д., для отверстия –F7,H8,E8,G9 и т.д.

Начинается поле допуска от горизонтальной линии, определяемой основным отклонением (см. рисунок 2.3). Вторая граница поля допуска определяется другим предельным отклонением (верхним или нижним), которое может быть определено по основному отклонению и допуску размера по принятому квалитету, которые связаны зависимостью

T=ES–EI(для отверстия);

T=es–ei(для вала) (2.11)

При определении второго отклонения величины ES,EI,esиeiпринимается с учетом знака (плюс или минус).

При построении рядов полей допусков в ЕСДП учитываются потребности промышленности. Кроме того, учитываются рекомендации комитетов ISOпо допускам и посадкамISO/P286 иP1829, что создает благоприятные условия для технического сотрудничества со всеми странами мира.

Ряды полей допусков для размеров менее 1 мм, приведенные в таблицах 1 и 2 СТ СЭВ 144-75, при их большом наборе смещены в сторону более точных квалитетов по сравнению с рядами допусков для размерного ряда от 1 до 500 мм, что указывает на высокие точностные требования к изделиям приборостроения. Для размеров от 500 до 10000 мм поля допусков наоборот смещены в сторону более грубых квалитетов. В этом размерном интервале количество полей для образования посадок с натягом значительно сокращено, а в интервале размеров 3150 – 10000 мм посадки с натягом предусматриваются только в системе отверстия, а в системе вала не предусматриваются вообще.

Предпочтительные поля допусков. Практика применения системы допусков и посадок показывает, что определенные посадки наиболее часто используются в машинах и узлах механизмах различного функционального назначения. Для размерного ряда от 1 до 500 мм эти посадки обеспечивают 90-95 % посадок общего применения. Такие посадки в соответствии с рекомендациями международной организации по стандартизацииISOвыделены в ряд полей допусков предпочтительного применения. Использование предпочтительных рядов допусков позволяет существенно повысить уровень унификации изделий, сокращает номенклатуру размерных режущих инструментов и калибров для контроля деталей, создает благоприятные условия для кооперации производства стандартного режущего инструмента и калибров на специализированных предприятиях как внутри страны, так и за ее пределами. Такой инструмент в 3…5 раз дешевле инструмента, изготовленного в инструментальных цехах машиностроительных предприятий.

Для размеров более 500 мм и менее 1 мм предпочтительные поля допусков не выделяются, а лишь даются рекомендации по применению различных полей допусков для размеров менее 1 мм (приложение 2 СТ СЭВ 144 –75).

В некоторых случаях возникает необходимость применения полей допусков, не вошедших в ряды предпочтительного применения. С целью упорядочения выбора таких полей допусков и соответствующих предельных отклонений размеров в СТ СЭВ 144 – 75 установлены дополнительные поля допусков валов и отверстий для размеров от 1 до 500 мм и вынесены в приложение к стандарту.

Посадки. В системахISO, СТ СЭВ и ГОСТ для сопрягаемых деталей установлены лишь величины основных отклонений, т. е. расстояние от ближайшей границы поля допуска до нулевой линии. Величина основного отклонения для любого поля допуска не зависит от квалитета, т. е. она постоянна для одноименных полей всех квалитетов (рисунок 2.5).

Верхнее (поле допуска расположено выше нулевой линии) или нижнее (поле допуска расположено ниже нулевой линии) отклонения определяются по величине основного отклонения и допуску выбранного квалитета, Например, для вала Ø20n7 по табл. 2 ГОСТ 25346 – 89 величина основного отклонения равна + 15 мкм, допуск 7 квалитета по табл. 1 того же стандартаIT7 равен 21 мкм. Основным отклонениемnдля вала является нижнее отклонение и равно оно + 15 мкм. Верхнее отклонение в этом случае равно:es=T+ei, т. е. 21 + 15 = + 36 мкм.

Нижние отклонения полей допусков отверстий (от А до G) и верхние отклонения полей допусков валов (отaдоg), применяемые для посадок с зазором приняты одинаковыми по абсолютной величине. Поэтому зазоры в одноименных посадках, образованных сочетанием этих полей допусков, в системах отверстия и вала будут одинаковы.

n8

n8

n7

n6

Н8

Н7

n6

Н6

00

S7

S6

S8

S6

S8

S7

Рисунок 2.5. Схемы полей допусков, иллюстрирующие образование посадок в системах ISOи ГОСТ (СТ СЭВ)

Поля допусков посадок с натягом в системе ISO, СЭВ и ГОСТ построены так, что верхние отклонения валов в системе отверстия и нижние отклонения отверстий в системе вала, обозначенных одними и теми же буквами алфавита, одинаковы по абсолютной величине. Это значит, что наибольшие натяги в системе отверстия и вала одинаковы, поскольку допуски при одном и том же квалитете в обеих системах будут одинаковыми.

Положительной стороной ЕСДП СЭВ и ГОСТ является установление во диапазоне размеров от 1 до 500 мм рекомендуемых посадок с выделением из них посадок предпочтительного применения (например,H7/f7,H7/n6,F8/h7,G8/h7 и т. д. Эти посадки установлены с учетом частоты их повторяемости в сопряжениях узлов машиностроительных изделий. Посадки предпочтительного применения, а также величины отклонений отверстий и валов для этих посадок приведены в СТ СЭВ 144 – 88.

Ранее отмечалось (в разделе 2.1.), что по экономическим соображениям при выборе посадок для сопряжений предпочтение следует отдавать системе отверстия. В связи с этим в СТ СЭВ 144 – 75 в ряду посадок предпочтительного применения предусматривается больше посадок в системе отверстия, чем в системе вала. В рекомендуемых и предпочтительных посадках точных квалитетов для размеров от 1 до 3150 мм допуск отверстия, как правило, на один или два квалитета больше допуска вала. Связано это с более худшими условиями отвода тепла из зоны резания, недостаточной жесткостью и сложностью направления режущего инструмента при обработке отверстий, что существенно усложняет получение высокой точности отверстий. Обработка вала до достижения требуемой точности проще.