Значение Единой системы допусков и посадок

До введения Единой системы допусков и посадок (ЕСДП) в СССР существовала Общесоюзная система допусков и посадок – система ОСТ, получившая своё название по первым стандартам этой системы (ОСТ). Разработка системы велась с 1924 года под руководством профессора А.Д. Гатцука. Пер­вые стандарты были приняты в 1929 году и распространялись на размеры 1...500 мм и классы точности 1...4. В дальнейшем система дополня­лась новыми классами точности и полями допусков и была распростра­нена на размеры до 1мм и свыше 500 до 10000 мм.

Единая система допусков и посадок разработана на основе международной системы ИСО и начала внедряться в СССР с 1 января 1977 года. ЕСДП яв­ляется главной частью комплекса нормативно-технических документов «Основные нормы взаимозаменяемости» (ОНВ). Он охватывает общетех­нические нормы, определяющие взаимозаменяемость типовых соединений в машиностроении, включает допуски формы, расположения и шерохова­тости поверхностей, определяет номинальные геометрические парамет­ры соединений.

Основу ЕСДП составляют три государственных стандарта, которые распространяются на допуски и посадки гладких соединений с размерами до 3150 мм и свыше 3150 мм: ГОСТ 25346-89 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений», ГОСТ 25347-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки» и ГОСТ 25348-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Ряды допусков, основных отклонений и поля допусков для размеров свыше 3150 мм».

Как уже было отмечено, до введения этих стандартов в нашей стране применялась система ОСТ. Из зарубежных стран систему ОСТ применяли только Болгария и Монголия. Система ИСО применялась в отдельных случаях при эксплуатации импортного оборудования, при изготовлении машин по лицензиям и при производстве продукции в соответствии с требованиями международных стандартов.

Необходимость перехода нашей страны на международную систему была вызвана рядом факторов: ограниченным применением системы ОСТ в мире, отрицательными экономическими последствиями одновременного применения двух систем, расширяющимся международным торговым и научно-техническим сотрудничеством.

ЕСДП и ОНВ создают предпосылки для обеспечения в международном масштабе:

- взаимозаменяемости деталей, узлов и машин;

- единого оформления технической документации;

- единого парка инструментов, калибров и другой размерной технологической оснастки.

Благодаря этому достигается:

- преодоление информационных и технических барьеров в отношениях между странами;

- повышение эффективности совместных проектно-конструкторских и других работ;

- повышение эффективности международной специализации и кооперирования при производстве машин, отдельных агрегатов и деталей;

- обеспечение широкого кооперирования в области технологической оснастки, размерных инструментов, калибров, стандартных де­талей и т.п.;

- сокращение сроков подготовки и удешевление производства изделий по технической документации других стран;

- повышение конкурентоспособности отечественного машиностроения на мировом рынке;

- повышение эффективности научно-технического обмена между странами.

Таким образом, переход на ЕСДП и ОНВ вызван необходимостью дальнейшего развития международного научно-технического и торгового сотрудни­чества и повышения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке.

Следует отметить, что ЕСДП является основой нормирования точности многих соединений, так как в системах нормирования точности различных соединений (подшипниковых, шлицевых, резьбовых и др.) заложены те же принципы, что и в ЕСДП.

Допуски и посадки гладких цилиндрических и плоских соединений. Общие положения и терминология

В основу построения Единой системы допусков и посадок положены четыре принципа [3; 4]:

1 Установлена нормальная температура измерения +20°С.

2 Установлено 20 квалитетов точности и определены формулы для расчёта допусков.

3 Установлено 27 основных отклонений валов и 27 основных отклонений отверстий.

4 Предусмотрены системы образования посадок: посадки в системе отверстия и в системе вала.

Рассмотрим подробно указанные основополагающие принципы построения Единой системы допусков и посадок.

Общие положения и терминология установлены ГОСТ 25346-89 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений».

Нормальная температура измерения +20°С принята в соответствии с ГОСТ 8.050-73 для сохранения единства мер и измерений, а также для обеспече­ния взаимозаменяемости.

ГОСТ 25346-89 устанавливает три вида элементов деталей:

− валы;

− отверстия;

− элементы деталей, не относящиеся к валам и отверстиям.

В соединении деталей различают охватывающую и охватываемую по­верхности (элементы), которые условно называются отверстием и валом. Это относится и к несопрягаемым деталям и элементам.

Вал – термин, применяемый для обозначения наружных (охватывае­мых) элементов деталей.

Отверстие – термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов детали.

Элементами деталей, не относящимся к валам и отверстиям, являются глубины от­верстий, уступы, высоты выступов, радиусы закруглений, расстояния между осями и т.д.

Термины «отверстие» и «вал» относятся к элементам деталей лю­бой геометрической формы (не только цилиндрической), например, к элементам с двумя параллельными плоскостями (рисунок 2.1).

d и l – размеры валов, D и L – размеры отверстий

Рисунок 2.1 – Элементы деталей

В дальнейшем всё, что относится к валам, будем обозначать строчными буквами, к отвер­стиям – прописными буквами.

Размер – числовое значение линейной величины (диаметр, длина
и т.д.) в выбранных единицах измерения. В машиностроении единица
измерения – мм.

Различают следующие виды размеров:

− действительные;

− предельные;

− номинальные.

Действительный размер – размер, установленный измерением с допустимой погрешностью. Для ограничения значений действительного размера устанавливаются предельные размеры.

Предельные размеры – два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действитель­ный размер годной детали.

Наибольший предельный размер(D_max, d_max)– больший из двух предельных размеров.

Наименьший предельный размер(D_min, d_min) – меньший из двух предельных размеров.

Деталь считается годной, если её действительный размер не выходит за границы предельных размеров. Та­ким образом, предельные размеры определяют точность размера. В подавляющем боль­шинстве случаев точность размера удобнее задавать не предельными размерами, а с помощью отклонений от номинального размера.

Номинальный размер (D, d) – размер, относительно которого оп­ределяются предельные размеры и который служит также началом отсчёта отклонений.

Номинальный размер выбирается на основе расчёта и других конструктивных и технологических соображений. При этом расчётное значение размера округляется до ближайшего стандартного нормального линейного размера. При расчёте на прочность размер вала округляется до ближайшего большего; в других случаях размер округляется до ближайшего меньшего, в сторону экономии материала; для размеров отверстий – наоборот.

Номинальный размер соединения является общим (одинаковым) для отвер­стия и вала, составляющих это соединение.

Отклонение – алгебраическая разность между размером (действи­тельным, предельным) и соответствующим номинальным размером.

Различают действительное и предельные отклонения.

Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Предельное отклонение – алгебраическая разность между предель­ным и номинальным размерами. Поскольку предельных размеров два, су­ществуют и два предельных отклонения:

− верхнее;

− нижнее.

Верхнее отклонение(ES, es) –алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами:

; .

Нижнее отклонение(EI, ei) – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами:

; .

Отклонения могут быть положительными, отрицательными и равными ну­лю. Установлены следующие основные правила указания числовых зна­чений предельных отклонений на чертежах:

- отклонения указываются после номинального размера более мелким шрифтом по сравнению с ним. При этом размерность должна быть одинакова, в миллиметрах;

- при простановке размера над размерной линией отклонения
проставляются также над размерной линией, например:

- верхнее отклонение записывается над нижним (верхнее несколько выше номинального размера, нижнее – ниже его) наименьшим числом знаков, одинаковым для обоих отклонений:

; ; ;

− отклонение, равное нулю, не указывается: ; ;

- при равенстве абсолютных величин отклонений их величина за­писывается со знаком ± рядом с номинальным размером и одинаковым с ним шрифтом, например: .

По известным значениям номинального размера и отклонений мож­но определить предельные размеры:

; ; ; .

Например, для вала :

d_max =50 + 0 = 50 мм; .

Величина допустимого рассеяния действительных размеров годных деталей в партии определяется допуском.

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

Определим допуск отверстия: T_D =D_max – D_min.

Подставив значения предельных размеров, получим:

.

Допуск вала определяется аналогично, следовательно:

- допуск отверстия ;

- допуск вала .

Допуск является мерой точности размера.Чем меньше допуск, тем выше требуемая точность. В отличие от предельных отклонений допуск – величина существенно положительная, так как разность между большей и меньшей величинами не может быть иной. Изготовить деталь абсолютно точ­но (идеальную) невозможно, поэтому допуск не может быть равен нулю, тем более он не может быть отрицательной величиной. Поскольку допуск всегда положительный, знак «плюс» около него не проставляется, то есть он берётся по абсолютной величине, что соответствует определению.

Рассмотренные выше понятия о размерах, отклонениях и допусках можно наглядно представить на графическом изображении соединения (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Графическое изображение соединения

Но такое изображение доволь­но громоздко. Понятия о номинальном размере и предельных отклонениях позволяют упростить графическое изображение соединения и представить его в виде схемы расположения полей допусков деталей (рисунок 2.3) с указанием предельных отклонений относительно нулевой линии, соответствующей номинальному размеру соединения.

На схемах в условном масштабе откладываются предельные отклонения относительно нулевой линии. Отклонения указываются в микрометрах (мкм), то есть так, как они заданы в стандартах и справочниках. Здесь следует внести ясность, почему, несмотря на общепринятую в машиностроении единицу измерения размеров «миллиметр», используется единица «микрометр». Это делается из экономических соображений, с целью экономии расходных материалов при печатании указанных материалов. Если сравнить две величины одного и того же допуска в разных единицах, всё сразу станет ясно, например: 9 мкм (один знак) и 0,009 мм (5 знаков).

Рисунок 2.3 – Схемы расположения полей допусков

Подразумевается, что при горизонтальном расположении нулевой линии ось детали или соединения всегда расположе­на ниже схемы (на схеме она просто не показывается).

Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то вверх от нее откладываются положительные отклонения, а вниз – отрицатель­ные отклонения (рисунок 2.3).

Поле допуска– поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, со­ответствующими верхнему и нижнему отклонениям.

Пользуясь схемой расположения полей допусков, удобно рассмотреть
понятия о проходном и непроходном пределах деталей:

− проходной предел – термин, применяемый к предельному размеру, который соответствует максимальному количеству материала в детали;

− непроходной предел – термин, применяемый к предельному размеру, который соответствует минимальному количеству материала в детали. Наименьший предельный размер отверстия и наибольший предельный размер вала являются проходными пределами, наибольший предельный размер отверстия и наименьший предельный размер вала – непроходными пределами (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Иллюстрация к проходным и непроходным пределам деталей

В случае применения предельных калибров проходные пределы про­веряются проходными калибрами, непроходные пределы – непроходными калибрами.

При соединении двух деталей (отверстия и вала), то есть сочетании полей допусков от­верстия и вала, образуется посадка. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротив­ления их взаимному смещению.

Посадка– характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нём зазоров или натягов (рисунок 2.5).

Номинальный размер посадки – номинальный размер, общий для отверстия и вала, составляющих соеди­нение.

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

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

Вследствие колебания действительных размеров отверстия и вала в пределах допусков при изготовлении деталей величины зазоров и натягов при сборке деталей также будут колебаться между наименьшим и наибольшим значениями. Наи­меньший и наибольший зазоры S_min, S_max– два предельных значения, между которыми должен находиться зазор (аналогично N_min, N_max). Зазоры и натяги в соединениях представляют собой линейные размеры. Поскольку есть предельные зна­чения величины зазора (натяга), существует и допуск зазора (натяга), который называется допуском посадки.

Допуск посадки–разность между наибольшим зазором (натягом) и наименьшим зазором (натягом).

По характеру соединения и взаимному расположению полей допусков отверстия и вала раз­личают посадки трёх типов (рисунки 2.5 и 2.6):

- посадки с зазором (рисунок 2.6 а);

- посадки с натягом (рисунок 2.6 б);

- переходные посадки (рисунок 2.6 в).

Рисунок 2.5 – Типы посадок

Каждая посадка имеет три параметра:

− наименьший зазор или натяг;

− наибольший зазор или натяг;

− допуск посадки.

Посадка с зазором – посадка, при которой обеспечивается за­зор в соединении. Характерный признак посадки – на схеме поле допуска отверстия расположено над полем до­пуска вала (рисунок 2.6 а). Эта посадка характеризуется наименьшим зазором как наиболее важным из двух зазоров. Иначе он называется гарантированным зазором, то есть он гарантирует работу соединения с заданной посадкой степенью свободы относительного перемещения деталей. Действительный зазор в соединении не должен быть меньше гарантированного, так как при эксплуатации, когда скажется влияние температурных деформаций и других факторов, зазор может «выбраться» и соединение заклинит.

Рисунок 2.6 – Схемы расположения полей допусков отверстия и вала
при различных типах посадок

Поскольку подвижные соединения, как правило, работают в условиях трения, при расчёте наименьшего зазора должны быть учтены не только указанные температурные деформации, но и толщина слоя смазки. В то же время превышение действительного зазора в соединении над набольшим зазором не сможет обеспечить требуемого качества работы соединения. Например, могут возникнуть недопустимые люфты и перекосы деталей в соединении.

Определим : .

Подставив значения предельных размеров, получим:

.

Набольший зазор определяется аналогично, следовательно:

.

Допуск зазора (допуск посадки):

.

К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя гра­ница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля до­пуска вала (EI = es = 0), то есть .

Посадка с натягом – посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении. Характерный признак посадки – на схеме поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рисунок 2.6 б).

Эта посадка характеризуется наименьшим или гарантированным натягом. Действительный натяг в соединении не должен быть меньше гарантированного, иначе с достижением предельных нагрузок при эксплуатации неподвижность соединения будет нарушена. А наибольший натяг назначается, исходя из прочности деталей в соединении при запрессовке.

По аналогии с расчётом зазоров имеем:

;

.

Допуск натяга (допуск посадки):

.

Переходная посадка – посадка, при которой возможно образование как зазора, так и натяга.

Характерный признак посадки – на схеме поля допусков отверстия и вала перекрыва­ются частично или полностью (рисунок 2.6 в). На приведённом рисунке поля допусков перекрываются на величину наибольшего зазора.

Эта посадка характеризуется наиболь­шим зазором и наибольшим натягом относительно небольшой величины:

,

.

Допуск посадки:

.

Переходные посадки применяются для точного центрирования деталей в неподвижных, как правило, разбираемых соединениях. Сама переходная посадка по причине наличия небольшого натяга и даже возможного зазора не может обеспечить неподвижность соединения, поэтому неподвижность его достигается за счёт дополнительного конструктивного крепёжного элемента (шпонки, штифта, гайки и т.д.). Примером применения переходных посадок могут служить гитары настройки зубообрабатывающих станков, состоящие из сменных шестерён.

Из сравнения приведённых расчётов допуска посадки для всех типов посадок вытекает стандартное определение допуска посадки.

Допуск посадки –это сум­ма допусков отверстия и вала, составляющих соединение:

T_пос = T_D + T_d.

Это наглядно видно из рисунка 2.5.

Следует отметить, что если допуски отверстия и вала характеризуют точность сопрягаемых деталей при изготовлении, то допуск посадки характеризует точность их соединения при сборке.