Расчет и выбор посадок сопряжений

Выбор соответствующих допусков и посадок при соединении деталей зависит от необходимых эксплуатационных свойств механизмов.

Подбор посадок осуществляем из сочетаний стандартных полей допусков по предельным значениям размеров. Главными причинами широкого применения расчета параметров посадок исключительно по предельным значениям размеров являются простота, удобство и доступность метода, независимость справочных материалов (например, сводных таблиц натягов и зазоров) от метода обработки и масштаба производства деталей.

При конструировании соединения вначале решают вопрос о том, в какой системе (отверстия или вала) целесообразно назначить посадку. Системы отверстия и вала формально равноправны. Однако система отверстия является предпочтительной как более экономичная.

Выбрав систему, приступают к подбору конкретной стандартной посадки, используя расчетный метод. Для ориентировки сначала следует определить средний квалитет искомой посадки.

Число единиц допуска посадки (приходящееся на обе детали соединения)

а_пос = Т_пос / i ,

где Т_пос – допуск посадки, мкм;

Т_пос = S_max – S_min = N_max – N_min;

i – единица допуска, мкм;

i = 0,45 + 0,001D,

где D = - среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм.

В зависимости от значения а_пос может быть сделан один из трех выводов:

1. При а_пос = 25…80 квалитет соединения оказывается экономически приемлемым для подавляющего числа видов производств (при а_пос = 25 вал по IT6, отверстие – по IT7, при а_пос = 80 – обе детали по IT9). Сочетание полей допусков следует искать в найденном квалитете или комбинации из двух квалитетов.

Значения числа единиц допуска детали а и в посадке а_пос для посадочных квалитетов приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Количество единиц допуска в данном квалитете

IT
а
апос

2. При а_пос > 80 (особенно более 200) соединение получается слишком низкоточным. В большинстве случаев для повышения качества соединения и изделия в целом точность обработки деталей можно повысить без заметного увеличения их стоимости.

3. При а_пос < 25 (особенно менее 20) соединение следует считать особоточным и для экономического обеспечения обычно приходится искать специальные пути решения.

Если точность соединения приемлема (а_пос ³ 25), по ГОСТ 25347 – 82 подбирают предельные отклонения размеров деталей.

Основные отклонения валов от а до h (основные отклонения отверстий от A до H) предназначены для образования посадок с зазором в системе отверстия (и вала) соответственно.

Основные отклонения валов от p до zc (основные отклонения отверстий от P до ZC) предназначены для образования посадок с натягом в системе отверстия (и вала) соответственно.

Зная квалитет и диаметр соединения, подбор посадки удобнее вести по заданному S_min , имея в виду, что в системе отверстия S_{min ГОСТ} = es, а в системе вала S_minГОСТ = EI, т.е. величине основного отклонения сопрягаемой детали. Желательно, чтобы S_{mах ГОСТ} оказалось несколько меньше расчетного S_mах , т.к. этим создается дополнительный запас на износ.

S_{min ГОСТ} ³ [S_min];

S_{mах ГОСТ} ≤ [S_mах],

где S_{min ГОСТ} = EI – es;

S_{mах ГОСТ} = ES – ei.

Посадки с натягом рекомендуется подбирать так, чтобы при экономически приемлемом квалитете деталей наименьший натяг в выбранной посадке оказался заведомо больше, чем наименьший натяг по расчету. Создаваемый в таком случае запас точности превращается в запас прочности при аварийном увеличении нагрузок или, например, ослаблении сопряжения при вынужденных повторных разборках.

N_{min ГОСТ} ³ [N_min]¢;

N_{mах ГОСТ} ≤ [N_mах]¢,

где N_{min ГОСТ} = ei – ES;

N_{mах ГОСТ} = es – EI.

Но прежде чем выбрать посадку, следует учесть, что на прочность соединения вала и отверстия оказывает существенное влияние высота микронеровностей. При силовом способе сборки соединения расчетные значения натягов необходимо корректировать в сторону увеличения из-за частичного смятия шероховатости на контактных поверхностях. Корректировать следует не только наименьший, но и наибольший натяг, чтобы не завысить полученную при расчете точность соединения. В результате натяг для подбора по таблицам ГОСТ 25347 – 82 составит

[N_min]¢ = [N_min ] + 1,2 (Rz_D + Rz_d);

[N_mах]¢ = [N_max ] + 1,2 (Rz_D + Rz_d),

где Rz_D и Rz_d – высота неровностей профиля по десяти точкам отверстия и вала (таблица 3.2).

При отсутствии на чертеже значения Rz пересчет с Ra на Rz осуществляется по формуле

Rz = k × Ra,

где k = 4 при Ra = 80 …2,5 мкм;

k = 5 при Ra = 1,25 …0,02 мкм (табл. 3.3 и 3.4).

При выборе полей допусков и посадок из нескольких примерно равнозначных вариантов необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. В первую очередь следует применять предпочтительные поля допусков и посадки. Во вторую очередь нужно применять рекомендуемые посадки. В отдельных, теоретически обоснованных случаях, когда полями допусков основного отбора не удается обеспечить требований, предъявляемых к изделиям, использовать дополнительные поля допусков.

2. При назначении посадок система отверстия является предпочтительной (если вал ступенчатый – система отверстия, если гладкий – система вала).

3. При неодинаковой точности сопрягаемых поверхностей точность вала, как правило, следует задавать выше, чем отверстия, но отличие в их точности не должно превышать двух квалитетов.

4. Можно использовать поля допусков не точнее 4 квалитета и не грубее 11 – го.

5. Действительное значение зазоров и натягов не должно отличаться от необходимых больше, чем на 10 – 20 %.

Таблица 3.2

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz и наибольшая высота неровностей профиля Rmax по ГОСТ 2789 – 73 (СТ СЭВ 638 – 77), мкм

–   –   –   –   –			10,0   8,0 6,3 5,0 4,0	1,00 0,80 0,63 0,50 0,40	0,100 0,080 0,063 0,050 0,040		–   – –		12,5 16,0	3,2 2,5 2,0 1,60 1,25	0,32   0,25 0,20 0,160 0,125	0,032 0,025
Примечание. – предпочтительные значения.

Таблица 3.3

Шероховатость посадочных поверхностей Rа (мкм) сменных деталей

Интервал диаметров, мм	Шероховатость при квалитете
Вал	Отвер-стие	Вал	Отвер-стие	Вал	Отвер- стие	Вал	Отвер- стие
Св. 3 до 6 » 6 »10	0,32-0,16	0,63-0,32	0,32-0,16	0,63-0,32	0,63-0,32	1,25-0,63	0,63-0,32	1,25-0,63
Св. 10 до 18	0,63-0,32	1,25-0,63	1,25-0,63
Св. 18 до 30	2,5-1,25
Св. 30 до 50	0,63-0,32
Св. 50 до 80	1,25-0,63	1,25-0,63	2,5-1,25
Св. 80 до 120	2,5-1,25
Св. 120 до 180	1,25-0,63
Св. 180 до 260	2,5-1,25
Св. 260 до 360	2,5-1,25
Св. 360 до 500	5,0-2,5

Таблица 3.4

Среднее арифметическое отклонение профиля Rа по ГОСТ 2789 – 73

(СТ СЭВ 638 – 73), мкм

–   –   –   –		10,0   8,0     6,3 5,0 3,2 4,0	1,00 0,80 0,63 0,50 0,40 0,32	0,100 0,080 0,063 0,050 0,040 0,032			1,60 12,5 16,0	2,5     0,20 2,0 1,25	0,25   0,160   0,125	0,025 0,020 0,016     0,012 0,010
Примечание. – предпочтительные значения.

3.1 ПРИМЕР РАСЧЕТА И ВЫБОРА НЕПОДВИЖНОЙ ПОСАДКИ

Исходные данные: номинальный размер сопряжения диаметром 80 мм; [N_max]=83 мкм; [N_min]=2,8 мкм.

Выбираем систему посадок из принципа предпочтительности: вал ступенчатый – система отверстия.

Допуск посадки: Тпос = N_max – N_min = 83 – 2,8 = 80,2 мкм.

Число единиц допуска посадки

а_пос = Т_пос / i .

Номинальный размер диаметра 80 мм

D = = 63 мм;

i = 0,45 + 0,001×63 = 1,86 мкм;

а_пос = 80,2 / 1,86 = 43.

При а_пос = 43 квалитет соединения оказывается экономически приемлемым. Сочетание полей допусков следует искать в комбинации из двух квалитетов: отверстие – по IT8 (а_отв = 25); вал – IT7 (а_вал = 16).

Пользуясь ГОСТ 25347 – 82 (СТ СЭВ 144 – 75) выбираем предпочтительную посадку в системе отверстия.

Основные отклонения валов от “p” до “zc” предназначены для образования посадок с натягом в системе отверстия.

Посадку выбираем по условию:

[N_max]^′ ≥ N_{max ГОСТ},

[N_min]^′ ≤ N_{min ГОСТ}.

Но прежде чем выбрать посадку, следует учесть, что на прочность соединения вала и отверстия оказывает влияние шероховатость, тогда

[N_min]^′ = [N_min] + 4(R_aD + R_ad),

[N_max]^′ = [N_max] + 4(R_aD + R_ad).

Из справочника R_aD = 1,5 мкм; R_ad = 0,8 мкм – среднее арифметическое отклонение профиля поверхностей деталей в посадках с натягом.

[N_min]^′ = 2,8 + 4(1,6 + 0,8) = 12,4 мкм,

[N_max]^′ = 83 + 4(1,6 + 0,8) = 92,6 мкм.

Из таблицы “Предельные натяги в посадках с натягом при размерах от 1 до 500 мм ГОСТ 25347 – 82 (СТ СЭВ 144 – 75)” соблюдая вышеперечисленные условия выбираем посадку для номинального размера Æ80 мм (рис. 3.2):

N_{min ГОСТ} = 13 мкм, N_{max ГОСТ} = 89 мкм.

Условие выполняется: 12,4 ≤ 13,

92,6 ≥ 89, следует – посадка выбрана правильно.

Наносим предельные отклонения размеров деталей выбранной посадки для Æ80 (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Расположение полей допусков неподвижной посадки Æ80

Рис. 3.3. Эскизы сопряжения, вала с отверстием с указанием трех способов простановки предельных отклонений на чертежах

3.2 ПРИМЕР РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПОДВИЖНОЙ ПОСАДКИ

Исходные данные: номинальный размер сопряжения диаметром 15 мм; [S_max] = 150 мкм; [S_min] = 15 мкм.

Выбираем систему посадок из принципа предпочтительности: вал ступенчатый – система отверстия.

Допуск посадки: Тпос = S_max – S_min = 150 – 15 = 135 мкм.

Для ориентировки сначала следует определить средний квалитет искомой посадки. Число единиц допуска посадки (приходящееся на обе детали соединения):

а_пос = .

Номинальный размер диаметра 15 мм находится в интервале размеров свыше 10 мм до 18 мм.

D = = 13,42 мм,

i = 0,45 + 0,001D = 0,45 + 0,001× 13,42 = 1,08;

а_пос = 125.

При а_пос = 125 соединение получается слишком низкоточным. Для повышения качества соединения и изделия в целом точность обработки деталей можно повысить до 9-го квалитета без заметного увеличения их стоимости.

Пользуясь ГОСТ 25347 – 82 (СТ СЭВ 144 – 75) выбираем предпочтительную посадку в системе отверстия. Основные отклонения валов от “а” до “h” предназначены для образования посадок с зазором в системе отверстия.

Посадку выбираем по условию

S_{min ГОСТ} ≥ [S_min],

S_{max ГОСТ} ≤ [S_max] – этим создается дополнительный запас на износ.

Для посадки Æ15 (рис. 3.4),

S_{max ГОСТ} = 43 – (– 93) = 136 мкм,

S_{min ГОСТ} = 0 – (– 50) = 50 мкм.

Условие выполняется: 136 ≤ 150,

50 ≥ 15, следует – посадка выбрана правильно.

Рис. 3.4. Расположение полей допусков подвижной посадки Æ15

Наносим предельные отклонения размеров деталей выбранной посадки для Æ15 (рис. 3.5):

Рис. 3.5. Эскизы сопряжения, вала с отверстием с указанием трех способов простановки предельных отклонений на чертежах.