Метрология. 1. Допуски и посадки гладких соединени Основные понятия
 Скачать 407.71 Kb.
|
|
1. Допуски и посадки гладких соединений 1.1. Основные понятия Рассмотрим сопряжение с зазором (рис. 1.1, а). Для получения зазора S в сопряжении размер D отверстия втулки должен быть больше размера d вала. При изготовлении деталей размеры D и d выполняются с погрешностями. Конструктор исходит из того, что погрешности неизбежны, и определяет, в каких пределах они допустимы, т. е. сопря- жение еще удовлетворяет требованиям правильной сборки и нормальному функционированию. Конструктор устанавливает два предельных размера для вала, d max , d min , и два предельных разме- ра для отверстия — D max , D min , внутри которых должны находиться действительные размеры со- прягаемых деталей (рис. 1.1, б). Разность между наибольшим и наименьшим предельными разме- рами называется допуском — T D и T d Рис. 1.1 Нанесение на чертеже соединения такого количества размеров крайне неудобно, поэтому было принято устанавливать один общий размер для вала и отверстия, называемый номинальным — D, и указывать от него предельные отклонения (рис. 1.1, в). Верхнее отклонение ES, es — алгебраическая разность между наибольшим и номинальным размерами. ES = D D max - ; es = d D max - . Нижнее отклонение E I , e i — алгебраическая разность между наименьшим и номиналь- ным размерами. E I = D D min - ; e i = d D min - . Поле допуска — поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и оп- ределяемое величиной допуска и его положением относительно нулевой линии, соответствующей номинальному размеру. Графическое изображение полей допусков посадки с зазором приведено на рис. 1.1, в. Чем у ;же поле между верхним и нижним отклонениями, тем выше при прочих равных условиях степень точности, которая обозначается цифрой и называется квалитетом. Положение допуска относительно нулевой линии определяется основным отклонением — од- ним из двух предельных отклонений, ближайшим к нулевой линии, и обозначается одной из букв (или их сочетанием) латинского алфавита. Прописные буквы относятся к отверстиям, а строч- ные — к валам. Таким образом, поле допуска обозначается сочетанием буквы, указывающей на положение до- пуска относительно нулевой линии, с цифрой, говорящей о степени точности — величине допуска. Примеры обозначения на чертеже полей допусков и схемы их построения для отверстия и ва- ла, а также значения отклонений и расчет допусков приведены на рис. 1.2, а, б. Рис. 1.2 В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала различают посад- ки трех типов: с зазором, с натягом и переходные. 1.1. Основные понятия 11 На рис. 1.2, в, г, д приведены примеры различных посадок. Указаны формулы для расчета зазоров и натягов в соединениях и амплитуды их колебаний, называемые допуском посадки (TS, TN ). Нетрудно заметить, что допуск посадки, независимо от ее типа, есть сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение. Наибольший зазор переходной посадки часто представляют в виде отрицательного наименьшего натяга (см. рис. 1.2, д). При расчете и выборе посадок конструктора могут интересовать не только предельные зазоры и натяги, но и средние, обычно наиболее вероятные, зазоры и натяги: средний зазор: S S S c = + ( ) max min 2; средний натяг: N N N c = + ( ) max min 2. Определения терминов, вошедших в раздел, по ГОСТ 25346–89 Размер — числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. п.) в выбранных единицах измерения. Действительный размер — размер элемента, установленный измерением с допустимой погреш- ностью. Квалитет — совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точно- сти для всех номинальных размеров. Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются от- клонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Вал — термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы. Отверстие — термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы. Посадка — характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки. Допуск посадки — сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение. Зазор (S ) — разность между размерами отверстия и вала до сборки, если отверстие больше раз- мера вала. Натяг (N ) — разность между размерами вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Посадка с зазором — посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, т. е. наимень- ший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (см. рис. 1.2, в). Посадка с натягом — посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т. е. наиболь- ший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (см. рис. 1.2, г). Переходная посадка — посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга в со- единении в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. При графическом изобра- жении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично (см. рис. 1.2, д). 1.2. Принципы построения системы допусков и посадок Системой допусков и посадок (СДП) называется совокупность рядов допусков и посадок, законо- мерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформ- 12 1. Допуски и посадки гладких соединений ленных в виде стандартов. Система предназначена для выбора минимально необходимых, но до- статочных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений деталей машин, дает возможность стандартизировать режущие инструменты и калибры, облегчает конструирование, производство и взаимозаменяемость деталей машин, а также обусловливает их качество. Первый принцип построения СДП (установлено 20 квалитетов и определены формулы для расчета допусков) Было принято, что две или несколько деталей разных размеров следует считать одинаковой точно- сти (принадлежащими одному квалитету), если их изготавливают на одном и том же оборудовании при одних и тех же условиях обработки (режимах резания и т. д.). Отсюда следует, что точность валов, изготовленных, например, шлифованием, во всем диапазо- не диаметров одинакова, несмотря на то что погрешность обработки, как показали эксперименты, растет с увеличением размера обрабатываемой детали (рис. 1.3). Рис. 1.3 Зависимость изменения погрешности была представлена как произведение двух частей. Одна часть (а) характеризовала тип станка, другая — зависела лишь от размера детали ( d 3 ): A a d = 3 , где А — амплитуда рассеяния размеров, характеризующая погрешность обработки, мкм; d — диаметр обрабатываемой детали, мм; а — коэффициент, зависящий лишь от типа станка. В дальнейшем было решено, что допуски одного квалитета должны меняться так же, как изме- няется погрешность обработки на станке в зависимости от размера обрабатываемой детали. Допуск ( I T ) рассчитывается по формуле: I i T k = , где k — число единиц допуска, установленное для каждого квалитета; i — единица допуска, зависящая только от размера (табл. 1.1). Стандартом установлены квалитеты: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, …, 11, 12, …, 18. Самые точные квалитеты (01, 0, 1, 2, 3, 4), как правило, применяются при изготовлении образ- цовых мер и калибров. Квалитеты с 5-го по 11-й, как правило, применяются для сопрягаемых элементов деталей. Квалитеты с 12-го по 18-й применяются для несопрягаемых элементов деталей. 1.2. Принципы построения системы допусков и посадок 13 Чтобы максимально сократить число значений допусков при построении рядов допусков, стан- дартом установлены интервалы размеров, внутри которых значение допуска для данного квалите- та не меняется. Таблица 1.1 Квалитет 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Число единиц допуска k 7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 640 1000 1600 2500 Допуск для размеров до 500 мм I i i T k D D = = + , , , , где мкм 0 45 0 001 3 Допуск для размеров свыше 500 до 3150 мм I I I T k D = = + , , , где мкм 0 004 2 1 , П р и м е ч а н и я: 1. D — среднее геометрическое из крайних значений каждого интервала номинальных размеров, мм. 2. Таблица дана в сокращении. Значения допусков для установленных интервалов в диапазоне размеров до 1350 мм приведе- ны в табл. П.1.1 приложения 1. Второй принцип построения СДП (установлено 27 основных отклонений валов и 27 основных отклонений отверстий) Основное отклонение — одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяю- щее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основным является отклонение, бли- жайшее к нулевой линии. Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, ва- лов — строчными. Схема расположения основных отклонений с указанием квалитетов, в которых рекомендуется их применять, для размеров до 500 мм приведена в сокращении на рис. 1.4. Затемненная область относится к отверстиям. Рис. 1.4 14 1. Допуски и посадки гладких соединений Для обеспечения образования посадок в системе вала, аналогичных посадкам в системе отвер- стия, существует общее правило построения основных отклонений, заключающееся в том, что ос- новные отклонения отверстий равны по величине и противоположны по знаку основным отклоне- ниям валов, обозначенным той же буквой. Из этого правила сделано исключение. Для получения идентичных зазоров и натягов в системе вала и в системе отверстия у переходных и прессовых посадок, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета, основные отклонения рассчитываются по специальной зависимости и поэтому становят- ся несимметричными. Третий принцип построения СДП (предусмотрены системы образования посадок) Предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала. Посадки в системе отверстия — посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются со- четанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия (рис. 1.5, а). Основное отверстие (H ) — отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю. Посадки в системе вала — посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетани- ем различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала (рис. 1.5, б). Основной вал (h) — вал, верхнее отклонение которого равно нулю. Рис. 1.5 Точные отверстия обрабатываются дорогостоящим мерным инструментом (зенкерами, разверт- ками, протяжками и т. п.). Каждый такой инструмент применяют для обработки только одного раз- мера с определенным полем допуска. Валы же независимо от их размера обрабатывают одним и тем же резцом или шлифовальным кругом. При широком применении системы вала необходимость в мерном инструменте многократно возрастет, поэтому предпочтение отдается системе отверстия. Однако в некоторых случаях по конструктивным соображениям приходится применять систему вала, например, когда требуется чередовать соединения нескольких отверстий одинакового номиналь- ного размера, но с разными посадками на одном валу. На рис. 1.6, а показано соединение, имеющее подвижную посадку поршневого пальца 1 с шатуном 2 и неподвижную в бобышках поршня 3, которое целесообразно выполнить в системе вала (рис. 1.6, в), а не в системе отверстия (рис. 1.6, б). Систему вала выгоднее применять и тогда, когда оси, валики, штифты могут быть изготовлены из точных холоднотянутых прутков без дополнительной механической обработки их наружных по- верхностей. В некоторых случаях целесообразно применять посадки, образованные таким сочетанием по- лей допусков отверстия и вала, при котором ни одна из деталей не является основной. Такие по- садки называются внесистемными. Четвертый принцип построения СДП (установлена нормальная температура) Допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам деталей при температуре +20 °С. 1.2. Принципы построения системы допусков и посадок 15 Рис. 1.6 1.3. Правила образования посадок · Можно применять любое сочетание полей допусков, установленных стандартом. · Посадки должны назначаться либо в системе отверстия, либо в системе вала. · Применение системы отверстия предпочтительнее. · Следует отдавать предпочтение рекомендуемым посадкам (см. ГОСТ 25347–82), при этом в первую очередь — предпочтительным. · Посадки с 4-го по 7-й квалитеты рекомендуется образовывать путем сопряжения отверстия на квалитет грубее, чем вал. Отверстия при прочих равных условиях изготавливаются с бо ;льшими погрешностями, чем валы, поэтому и допуск посадки делится не поровну, бо ;льшая часть отдается отверстию, меньшая — валу. 1.4. Нанесение предельных отклонений размеров Способы нанесения предельных отклонений линейных размеров приведены в табл. 1.2. При указании предельных отклонений следует руководствоваться следующими правилами. 1. Предельные отклонения размеров следует указывать непосредственно после номинальных раз- меров. 2. Предельные отклонения линейных и угловых размеров относительно низкой точности допускает- ся не указывать непосредственно после номинальных размеров, а оговаривать общей записью в технических требованиях чертежа. Например, «ГОСТ 30893.1 — m», что означает — неука- занные предельные отклонения линейных размеров, радиусов скругления, высот фасок, угловых размеров должны иметь симметричные отклонения по классу точности средний * Общие допуски установлены по четырем классам точности: точный — f; средний — m; грубый — с; очень грубый — v. Числовые значения предельных отклонений приведены в ГОСТ 30893.1–2002. 16 1. Допуски и посадки гладких соединений * Применение симметричных предельных отклонений для линейных размеров обусловлено необходимостью согласования с требованиями стандартов некоторых европейских государств. Однако еще в 30-е годы прошлого века отечественные спе- циалисты заметили, что при формообразовании деталей, погрешности обработки смещаются относительно первоначальной настройки в «тело» детали, т. е. у отверстий смещение идет в плюс, а у валов — в минус. Они отказались от симметрично- го назначения допусков, перейдя на более прогрессивные односторонние предельные отклонения. В связи с чем уменьши- лись ошибки при проектировании, сократился брак при изготовлении деталей, снизилось количество дополнительных операций при сборке. Поэтому стандартом предусмотрена возможность применять односторонние предельные отклонения для размеров валов и отверстий по квалитетам ГОСТ 25346 и ГОСТ 25348 для классов точности: точный — 12-й квалитет; средний — 14-й ква- литет; грубый — 16-й квалитет; очень грубый — 17-й квалитет. В этом случае общая запись в технических требованиях чертежа должна быть следующая: «Общие допуски по ГОСТ 30893.1: H14, h14, ±IT14/2», что означает – неуказанные предельные отклонения отверстий должны быть выполнены по H14, валов – по h14, прочие размеры должны иметь симметричные отклонения ± IT14/2. Данная запись одновременно устанавливает предельные отклонения радиусов скруглений, высот фасок, угловых размеров с неуказанными допусками. Числовые значения предельных отклонений приведены в ГОСТ 30893.1–2002. 3. При указании предельных отклонений предпочтение следует отдавать условному обозначению полей допусков. 4. При указании предельных отклонений условными обозначениями обязательно указывать их чи- словые значения в следующих случаях: l при назначении предельных отклонений размеров, не включенных в ряды нормальных ли- нейных размеров по ГОСТ 6636–69; l при назначении предельных отклонений, условные обозначения которых не предусмотрены в ГОСТ 25347–82; l при назначении предельных отклонений размеров уступов с несимметричным полем допуска. 5. Предельные отклонения угловых размеров указывают только числовыми значениями. Таблица 1.2 1.5. Методы выбора посадок Выбор посадок производится одним из трех методов. Метод прецедентов, или аналогов. Посадка выбирается по аналогии с посадкой в надежно рабо- тающем узле. Сложность метода заключается в оценке и сопоставлении условий работы посадки в проектируемом узле и аналоге. Метод подобия — развитие метода прецедентов. Посадки выбираются на основании рекоменда- ций отраслевых технических документов и литературных источников. Недостатком метода являет- ся, как правило, отсутствие точных количественных оценок условий работы сопряжений. Расчетный метод является наиболее обоснованным методом выбора посадок. Посадки рассчи- тываются на основании полуэмпирических зависимостей. Однако формулы не всегда учитывают сложный характер физических явлений, происходящих в сопряжении. В любом случае новые опытные образцы изделий перед запуском в серийное производство проходят целый ряд испытаний, по результатам которых отдельные посадки могут быть подкоррек- тированы. Квалификация конструктора, в частности, определяется и тем, потребовалась ли коррек- тировка посадок в разработанном им узле. 1.6. Посадки с зазором 1.6.1. Особенности посадок · В сопряжении образуются зазоры. На рис. 1.7 приведена в сокращении схема расположения полей допусков посадок с зазором в системе отверстия для размеров до 500 мм. 1.6. Посадки с зазором 17 · Посадки применяются как в точных, так и в грубых квалитетах. · Посадки предназначены для подвижных сопряжений, например для подшипников скольжения, а также для неподвижных сопряжений, например для обеспечения беспрепятственной сбор- ки деталей, что особенно важно при автоматизации сборочных операций. Рис. 1.7 1.6.2. Области применения некоторых рекомендуемых посадок с зазором Посадки H/h — «скользящие». Наименьший зазор в посадках равен нулю. Они установлены во всем диапазоне точностей сопрягаемых размеров (4…12-й квалитеты). В точных квалитетах они применяются как центрирующие посадки, т. е. обеспечивают высокую степень совпадения центра вала с центром сопрягаемого с ним отверстия. Допускают медленное вращение и продольное пе- ремещение, чаще всего используемое при настройках и регулировках. Посадка * применяется в неподвижных соединениях при высоких требованиях к точно- сти центрирования часто разбираемых деталей: сменные зубчатые колеса на валах, фрезы на оправках, центрирующие корпуса под подшипники качения, сменные кондукторные втулки и т. д. Для подвижных соединений применяется посадка шпинделя в корпусе сверлильного станка. Посадки , имеют примерно то же назначение, что и посадка H7/h6, но характе- ризуются более широкими допусками, облегчающими изготовление детали. Посадки H/h в более грубых квалитетах (с 9-го по 12-й) предназначены для неподвижных и по- движных соединений малой точности. Применяются для посадки муфт, звездочек, шкивов на валы, для неответственных шарниров, роликов и т. п. 18 1. Допуски и посадки гладких соединений H7/h6 H8/h7 H8/h8 * — предпочтительная посадка. Посадки H/g , G/h — «движения». Обладают минимальным по сравнению с другими посадками гарантированным зазором. Установлены только в точных квалитетах с 4-го по 7-й. Применяются для плавных, чаще всего возвратно-поступательных перемещений, допускают медленное вращение при малых нагрузках. Посадки H6/g5, применяются в плунжерных и золотниковых парах, в шпинделе дели- тельной головки и т. п. Посадки H/f, F/h — «ходовые». Характеризуются умеренным гарантированным зазором. Приме- няются для обеспечения свободного вращения в подшипниках скольжения общего назначения при легких и средних режимах работы со скоростями не более 150 рад/с и в опорах поступательного перемещения. Посадки , H8/f8 применяются в подшипниках скольжения коробок передач различных станков, в сопряжениях поршня с цилиндром в компрессорах, в гидравлических прессах и т. п. Посадки H/e, E/h — «легкоходовые». Обладают значительным гарантированным зазором, вдвое большим, чем у ходовых посадок. Применяются для свободного вращательного движения при по- вышенных режимах работы со скоростями более 150 рад/с, а также для компенсации погрешно- стей монтажа и деформаций, возникающих во время работы. Посадки , применяются для подшипников жидкостного трения турбогенераторов, больших электромашин, коренных шеек коленчатых валов. Посадки H/d, D/h —«широкоходовые». Характеризуются большим гарантированным зазором, по- зволяющим компенсировать значительные отклонения расположения сопрягаемых поверхностей и температурные деформации и обеспечить свободное перемещение деталей или их регулировку и сборку. Посадки , применяются для соединений при невысоких требованиях к точности, для подшипников трансмиссионных валов, для поршней в цилиндрах компрессоров. Посадка применяется для крышек подшипников и распорных втулок в корпусах, для шарниров и роликов на осях. 1.6.3. Расчет посадок с зазором В зависимости от применения посадок производятся и соответствующие расчеты, например, при- меняя посадку H/h как центрирующую, рекомендуется определить прежде всего наибольшую величину эксцентриситета. В тех случаях, когда рабочая температура для деталей соединения существенно отличается от нормальной, расчет посадки рекомендуется производить исходя из температурных деформаций сопрягаемых деталей. Расчет подшипников скольжения Рассмотрим упрощенный метод расчета зазоров и выбора посадок подшипников скольжения с гид- родинамическим режимом работы. У гидродинамических подшипников смазочное масло увлекает- ся вращающейся цапфой в постепенно сужающийся клиновой зазор между цапфой и вкладышем подшипника, в результате чего возникает гидродинамическое давление, превышающее нагрузку на опору. Цапфа всплывает (рис. 1.8). В месте наибольшего сближения цапфы и вкладыша образуется масляный слой толщиной h. Качество, надежность и долговечность работы подшипника зависят от толщины масляного слоя h, на которую, при прочих равных условиях работы подшипника, будет влиять зазор S (разность ме- жду диаметром цапфы и диаметром отверстия вкладыша). Допустим, что зазор S будет очень не- большим, в этом случае величина h также будет маленькой, по ряду причин работа подшипника в таких условиях будет неустойчивой. Теперь пусть зазор S будет достаточно большим, и в этом случае значение h будет маленьким из-за малой подъемной силы гидродинамического клина. Отсюда можно сделать вывод, что для определенных условий работы имеется некоторый интервал, внутри которого будет существовать надежное всплытие. 1.6. Посадки с зазором 19 H7/g6 H7/f7 H7/e8 H8/e8 H8/d9 H9/d9 H11/d11 |