Взаимозаменяемость гладких соединений

Гладкие соединения – соединения, образованные цилиндрическими, коническими и плоскими параллельными поверхностями. Различают цилиндрическое, коническое и плоское соединения. В свою очередь каждый из видов делится на подвижные и неподвижные соединения.

Цилиндрические соединения – соединения, образующиеся при сопряжении двух деталей типа вал и втулка, вал и подшипник и т. д. (рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1

Подвижные цилиндрические соединения – соединения, предусматривающие вращательное или возвратно-поступательное движения. Осуществляются соответствующей свободной посадкой.

Неподвижные цилиндрические соединения – неразъёмные соединения без дополнительного крепления деталей. Осуществляются посадкой с натягом.

Конические соединения – соединения наружного и внутреннего конусов, имеющих одинаковые номинальные углы конуса или одинаковые номинальные конусности. Используются для обеспечения сопряжений, при которых требуется частая разборка и сборка при хорошем центрировании сопрягаемых деталей (рис. 4.1.2).

Рис. 4.1.2

Подвижные конические соединения служат для обеспечения относительного вращения или зазора между деталями.

Неподвижные конические соединения служат для передачи крутящих моментов.

Плоские соединения – соединения, в которых сопрягаемыми поверхностями являются две параллельные плоскости (рис. 4.1.3).

Рис. 4.1.3

Рис. 4.1.4

В системе допусков и посадок гладких соединений всякий наружный элемент условно называется валом, всякий внутренний – отверстием (рис. 4.1.4).

Размеры, отклонения, допуски и посадки. Определения

Размер – числовое значение линейной величины (диаметр, длина и т. д.) в выбранных единицах измерений (м, мм, мкм) (рис. 4.2.1).

Рис. 4.2.1

Номинальный размер (D, d) – размер, относительно которого определяются отклонения. Получается в результате расчётов (прочностных, кинематических и др.) или из опытных данных. Номинальный размер округлён в соответствии с рядами нормальных линейных размеров.

Номинальные размеры валов обозначаются малыми буквами латинского алфавита, отверстий – большими буквами.

Размеры, проставляемые на чертеже, называются номинальными размерами (рис. 4.2.2).

Рис. 4.2.2

Действительный размер (Dr, dr) – размер элемента, установленный измерением. Устанавливается с допустимой погрешностью. Действительные размеры валов обозначаются малыми буквами латинского алфавита с индексом r, отверстий – большими буквами с индексом r.

Действительный размер получается при измерении детали после обработки. Обработать деталь абсолютно точно с номинальными размерами практически невозможно. Действительные размеры обработанной детали всегда отличаются от номинальных на величину отклонения, поэтому каждый номинальный размер ограничивают двумя предельными размерами: наибольшим с индексом max и наименьшим с индексом min.

Предельный размер (Dmax, Dmin, dmax, dmin) – два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер (рис. 4.2.3):

Dmax – наибольший предельный размер отверстия;

Dmin – наименьший предельный размер отверстия;

dmax – наибольший предельный размер вала;

dmin – наименьший предельный размер вала.

Вследствие того, что действительный размер практически всегда будет отличаться от номинального, размеры детали нужно задавать с указанием двух допустимых размеров: наибольшего и наименьшего. Изделие, размер которого находится в диапазоне между этими предельными значениями, считается годным.

Рис. 4.2.3

Предельные отклонения – алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения.

Верхнее отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

ES, es – соответственно верхнее отклонение отверстия и вала:

ES = Dmax – D; es = dmax – d.

Нижнее отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

EI, ei – соответственно нижнее отклонение отверстия и вала:

EI = Dmin – D; ei = dmin – d.

Допуск Т – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями (рис. 4.2.4):

T = Dmax – dmin; T = dmax – Dmin

или

T = ES – ei; T = es – EI.

Поле допуска – поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.

Рис. 4.2.4

Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от неё, а отрицательные – вниз. Квалитет (степень точности) – совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров.

Стандарт устанавливает 20 квалитетов: 01, 0, 1, 2, ... 18. В основном применяются квалитеты начиная с 5-го. Для деталей с обычной точностью применяют 14 (12) квалитет.

Рис. 4.2.5

Правила нанесения размеров и предельных отклонений на чертежах (рис. 4.2.5):

– обозначение размеров и допусков размеров на чертеже производится слева направо;

– все размеры, допуски и отклонения записываются в миллиметрах;

– записывается номинальный размер соединения;

– записывается поле допуска;

– записывается номер квалитета;

– в скобках записываются верхнее и нижнее отклонения.

Посадки

Посадка – характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нём зазоров или натягов. Величина зазоров или натягов в соединении деталей определяется разностью размеров соединяемых деталей до их сборки.

В зависимости от расположения полей допусков отверстия и вала посадки подразделяют на три группы:

– посадка с зазором;

– посадка с натягом;

– переходная посадка.

Посадка с зазором – посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, т. е. наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 4.3.1).

Рис. 4.3.1

Наибольший зазор Smax – разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала в посадке с зазором или в переходной посадке:

Smax = Dmax – dmin; Smax = ES – ei.

Наименьший зазор Smin – разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала в посадке с зазором:

Smin = Dmin – dmax; Smin = EI – es.

Скользящие посадки (сочетание отверстия Н с валом h) применяют главным образом в неподвижных соединениях при необходимости частой разборки (сменные детали), если требуется легко передвигать или поворачивать детали одну относительно другой при настройке или регулировании для центрирования неподвижно скрепляемых деталей.

Посадку Н7/h6 применяют:

– для сменных зубчатых колёс в станках;

– для соединения деталей, которые должны легко передвигаться при затяжке;

– для центрирования корпусов под подшипники качения в оборудовании и различных машинах.

Посадку Н7/f7 применяют в подшипниках скольжения при умеренных и постоянных скоростях и нагрузках.

Посадку Н11/h11 используют для относительно грубо центрированных неподвижных соединений (центрирование фланцевых крышек, фиксация накладных кондукторов) для неответственных шарниров.

Посадка с натягом – посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т. е. наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рис. 4.3.2).

Рис. 4.3.2

Наибольший натяг Nmax – разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом или в переходной посадке:

Nmax = dmax – Dmin; Nmax = es – EI.

Наименьший натяг Nmin – разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия до сборки в посадке с натягом:

Nmin = dmin – Dmax; Nmin = ei – ES.

Посадка с натягом в тех случаях, когда необходимо передать крутящий момент или осевую силу, без дополнительного крепления, за счёт сил трения, создаваемых натягом.

Посадку H7/р6 применяют при сравнительно небольших нагрузках (например, посадка на вал уплотнительного кольца, фиксирующего положение внутреннего кольца подшипника у крановых и тяговых двигателей).

Посадки Н8/х8 и Н8/z8 характеризуются относительно большими натягами и допусками натяга, применяются в тяжело нагруженных соединениях или при материалах с относительно небольшим модулем упругости.

Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга в соединении в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично (рис. 4.3.3).

Рис. 4.3.3

Переходные посадки предназначены для неподвижных соединений деталей, подвергающихся при ремонтах или по условиям эксплуатации сборке и разборке. Взаимная неподвижность деталей обеспечивается шпонками, штифтами, нажимными винтами и т. п. Менее тугие посадки назначают при необходимости в частых разборках соединения, при неудобствах разборки и возможности повреждения соседних деталей; более тугие – если требуется высокая точность центрирования, при ударных нагрузках и вибрациях.

Посадка Н7/n6 (типа глухой) даёт наиболее прочные соединения. Примеры применения:

– для зубчатых колёс, муфт, кривошипов и других деталей при больших нагрузках, ударах или вибрациях в соединениях, разбираемых обычно только при капитальном ремонте;

– посадка кондукторных втулок, установочных пальцев, штифтов.

Посадка H7/m6 (типа тугой) несколько слабее посадки типа глухой (меньше натяги, повышается вероятность получения зазора), её применяют при необходимости изредка разбирать соединение.

Система допусков и посадок

Система допусков и посадок – это совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандарта.

С целью упрощения таблиц допусков и посадок номинальные размеры разбиты на диапазоны и интервалы. Номинальные размеры, охватываемые ЕСДП, разбиты на следующие диапазоны:

– менее 1 мм – ГОСТ 25347-2013;

– от 1 до 500 мм – ГОСТ 25347-2013;

– свыше 500 до 3150 мм – ГОСТ 25347-2013;

– свыше 3150 до 10000 мм – ГОСТ 25348-82;

– свыше 10000 до 40000 мм – ГОСТ 26179-84.

Наиболее широко используемым диапазоном в машиностроении является диапазон размеров от 1 до 500 мм.

Рис. 4.4.1

Каждый из диапазонов в свою очередь разделён на несколько интервалов. Это сделано потому, что назначать допуск для каждого номинального размера нецелесообразно.

Установлено 27 основных отклонений валов и 27 основных отклонений отверстий. Основное отклонение – одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющих положение поля допуска относительно нулевой линии. Основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии. Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов – строчными (рис. 4.4.1).

Основное отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю, т. е. EI = 0 (рис. 4.4.2).

Рис. 4.4.2

Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю, т. е. es = 0 (рис. 4.4.3).

Рис. 4.4.3

Посадки в системе отверстия – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия (рис. 4.4.4).

Система отверстия наиболее широко применяется в машиностроении, так как для обработки отверстий требуется значительно меньше специальных инструментов. Различные валы в системе отверстия могут обрабатываться резцом.

Пример обозначения:

Ø20 Н7/f6.

Рис. 4.4.4

Рис. 4.4.5

Посадки в системе вала – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала (рис. 4.4.5).

Для получения в системе вала разнообразных посадок при определённом размере сопряжения требуется большое количество мерного инструмента (свёрл, зенкеров, развёрток, протяжек).

Пример обозначения:

Ø20 К7/h6.

Рис. 4.4.6

Примеры обозначения допусков и посадок на чертеже приведены на рис. 4.4.6.