Раздел 2. Точность размеров изделий

Тема 2.1. Допуски и посадки

Допуски и посадки на элементы изделия, учёт эксплуатационных требований и экономической целесообразности при их назначении. Дополнительные поля допусков для деталей из пластмасс.

Основные термины и определения по допускам и посадкам

Важнейшим показателем качества изделий является точность. Чаще всего приходится иметь дело с точностью геометрических размеров, которая определяется посредством отклонений формы и размеров детали или сборочного узла от требований чертежа.

Размер – числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.д.). Действительным называют размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер, называются предельными размерами. Больший из них называется наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером (рис. 1).

Рис. 1. Расположение полей допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия положительны, отклонения вала отрицательны)

Отклонение – алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т.д.) и соответствующая номинальным размером. Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительными и номинальными размерами. Отклонение является положительным, если действительный размер больше номинального и отрицательным, если он меньше номинального. Если действительный размер равен номинальному, то его отклонение равно нулю.

Предельным отклонением называется алгебраическая разность между предельным и номинальными размерами. Различают верхнее и нижнее отклонение. Верхнее отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. Нижнее отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.

Из определения имеем:

(1)

Для упрощения и удобства работы на чертежах и в таблицах стандартов на допуски и посадки вместо предельных размеров принято проставлять значения предельных отклонений: верхнего и нижнего.

Отклонения всегда указывают со знаком + или – . Верхнее предельное отклонение ставится несколько выше номинального размера, а нижнее – несколько ниже. Отклонения, равные нулю, на чертеже не проставляют. Если верхнее и нижнее предельные отклонения равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, то числовое значение отклонения указывают со знаком ±; отклонение указывают вслед за номинальным размером. Например:

, , , .

Основное отклонение – одно их двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения поля допуска относительно нулевой линии. Обычно таким отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой линии.

Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные – вниз.

Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями:

(2)

Слова "алгебраическая разность" означают, что в формулы (2) предельные отклонения должны входить с их знаками.

Допуск является мерой точности размера. Чем меньше допуск, тем выше требуемая точность детали, тем меньше допускается колебание действительные размеров детали.

Допуск системы (стандартный допуск) – любой из допусков, устанавливаемый данной системой допусков. При изложении системы допусков и посадок под термином "допуск" понимается допуск системы.

Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется числовым значением допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.

Допуск посадки – сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение.

Требования к точности размеров можно нормировать несколькими способами. Можно указать два предельных размера, между которыми должны находиться размеры годных деталей; можно дать номинальный размер и два отклонения от него (верхнее и нижнее), а можно дать значение номинального размера, основные отклонения от него (верхнее или нижнее, ближайшее к номинальному размеру) и допуск на размер (тогда второе отклонение получается добавлением величины допуска к основному отклонению).

Сопряжение деталей. Система отверстия и система вала

В соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности. Вал – термин, применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей.

Отверстие – термин, условное применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей. Термины отверстие и вал относятся не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей другой формы, например ограниченным двумя параллельными плоскостями.

Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю ( ).

Основное отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю ( ).

Зазор – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения собранных деталей.

Натяг – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размер отверстия. Натяг обеспечивает взаимную неподвижность деталей после их сборки.

Наибольший и наименьший зазоры (натяги) – два предельныхзначения, между которыми должен находится зазор (натяг).

Средний зазор (натяг) есть среднее арифметическое между наибольшими и наименьшим зазором (натягом).

Посадка – характер соединения деталей, определяемый разностью их размеров до сборки.

Посадка с зазором – посадка, при которой всегда обеспечивается зазор в соединении.

В посадках с зазором поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала. К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т.е. .

Для посадок с зазором (3)

Допуск зазора (4)

В качестве примера на рис. 2, а схематично изображены втулка 1 и вал 2, которые должны быть соединены с зазором, а также показаны допуски размеров отверстия и вала , их верхнее и нижнее предельные отклонения. Нормальный размер у вала и втулки один и тот же. Так как свобода вращения вала во втулке обеспечивается. Оба предельных отклонения отверстия и больше нуля, а вала и - отрицательны. Разрешенная область изменения действительных размеров обеих деталей заштрихована. Что касается номинального диаметра, он служит только для отчета отклонений.

Рис. 2, а дает искаженное представление о характере соединения вала и втулки, так как здесь невозможно выдержать масштаб: диаметры обычно измеряются десятками миллиметров, а допуски – микрометрами. Поэтому в технической литературе и стандартах используют схему сопряжений, приведенную на рис. 2, б. Из него видно, что вся нижняя часть рис. 2, а отброшена, оставлен лишь след верхней образующей номинального диаметра, называемый нулевой линией. От нее строго в масштабе откладываются предельные отклонения отверстия и вала с учетом их знаков. Заштрихованные прямоугольники высотой и представляют собой поля допусков отверстия и вала. Поля допусков ограничиваются линиями, соответствующими верхним и нижним отклонениями размеров.

Схема рис. 2, б проста, удобна, не содержит лишних обозначений, позволяет легко определять предельные размеры сопряженных деталей и характер посадки.

Рис. 2. Соединения втулки 1 и вала 2 с зазором:

а – рисунок; б – схема посадки

Посадка с натягом – посадка, при которой всегда обеспечивается натяг в соединении. В посадках с натягом поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рис. 3).

Для посадок с натягом (5)

Допуск натяга (6)

Рис. 3. Схема расположения полей допуска для посадок с натягом

Переходной посадкой называется посадка, при которой возможно получение как зазор, так и натяга в соединении. В такой посадке поля допусков отверстия и вала полностью или частично перекрывают друг друга (рис 4). Переходные посадки характеризуются наибольшим значением натяга и зазора

(7)

Рис. 4. Схема расположения полей допусков для переходных посадок

Допуск переходной посадки (допуск натяга или допуск зазора):

(8)

Таким образом, для любой посадки, независимо от ее типа, допуск посадки есть сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение.

Совокупность посадок, в которых предельные отклонения отверстий одного номинального размера и одной точности одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений валов, называется системой отверстий. Для всех посадок в системе отверстия нижнее отклонение отверстия , т.е. нижняя граница поля допусков основного отверстия совпадает с нулевой линией.

На рис. 5, б изображена схема осуществления посадок всех трех групп путем изменения размеров только отверстия при неизменных предельных размерах вала. Совокупность посадок, в которых предельные отклонения вала одного номинального размера и одной точности одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений отверстий, называется системой вала. Для всех посадок в системе вала верхнее отклонение основного вала , т.е. верхняя граница поля допуска вала совпадает с нулевой линией.

Рис. 5. Примеры посадок:

а – в системе отверстия; б – в системе вала

Обе системы равноправны и имеют примерно одинаковый характер одноименных посадок, т.е. предельные зазоры и натяги. В каждом конкретном случае на выбор той или иной системы оказывают влияние конструкторские, технологические и экономические соображения. Вместе с тем следует обратить внимание на то, что точные валы разных диаметров могут обрабатываться на станках одним инструментом при изменении только наладки станка. Точные же отверстия обрабатывают мерным режущим инструментом (зенкеры, развертки, протяжки и т.п.), причем для каждого размера отверстия требуется свой комплект инструмента. В системе отверстия различных по предельным размерам отверстий во много раз меньше, чем в системе вала, а следовательно, сокращается номенклатура дорогостоящего инструмента. Поэтому преимущественное распространение получила система отверстия. Однако в отдельных случаях приходится использовать систему вала. Приведем некоторые примеры предпочтительного применения системы вала.

1. Во избежание концентраций напряжений в месте перехода с одного диаметра на другой по прочностным соображениям нежелательно делать ступенчатый вал, и тогда его выполняют постоянного диаметра.

2. При ремонте, когда имеется готовый вал и под него делается отверстие.

3. По технологическим соображениям, когда стоимость изготовления вала, например, на бесцентрово-шлифовальных станках оказывается небольшой, выгодно применять систему вала.

4. При использовании стандартных узлов и деталей. Например, наружный диаметр подшипников качения изготавливается по системе вала. Если делать наружный диаметр подшипника в системе отверстия, то потребовалось бы значительно расширить их номенклатуру, а обрабатывать подшипник по наружному диаметру нецелесообразно.

5. Когда на вал одного диаметра необходимо установить несколько отверстий с разным видом посадок.