Рабочая профессия_Учебное пособие. Рабочая профессия
 Скачать 3.93 Mb.
|
|
2.5. О СНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПОСАДКАХ ( СОПРЯЖЕНИЯХ , СОЕДИНЕНИЯХ ) При создании механизмов машин возникает необходимость соедине- ния двух или нескольких деталей друг с другом. Характер соединений диктуется их функциональным назначением и определяет свободу их от- носительных перемещений после сборки. Основные задачи, которые ре- шают при нормировании точности и обеспечении взаимозаменяемости, связаны с вопросами соединения деталей, т. е. с образованием посадок. При этом вне зависимости от конфигурации соединяемых элементов условно принято один из них называть валом, а другой – отверстием. Вал – термин, условно применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей, включая и элементы, ограниченные плоскими поверхностями. Отверстие – термин, условно применяемый для обозначения внут- ренних (охватывающих) элементов деталей, включая и элементы, ограни- ченные плоскими поверхностями. Термины «вал» и «отверстие» относятся не ко всей детали, а к ее эле- ментам и применяются не только к замкнутым поверхностям, но и к полу- открытым (рис. 6). Они введены для удобства нормирования требований к точности размеров поверхностей без оглядки на различие форм деталей. Рис. 6. Схема сопряжения: 1 – отверстие; 2 – вал 29 Соединение отверстий с валами образует сопряжение, или посадку. При этом в зависимости от размеров соединяемых валов и отверстий они могут после сборки иметь различную свободу взаимного перемещения. В одних случаях после соединения одна деталь может смещаться относи- тельно другой на определенную величину, а в других – нет. Можно дать более точное определение посадки. Посадка – характер соединения деталей, определяемый значениями получающихся зазоров и натягов (рис. 7). Зазор – разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала. Т. е. S = D – d при D > d. Натяг – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Т. е. N = d – D при d > D. Рис. 7. Способ графического изображения посадки В зависимости от возможности относительного перемещения сопря- гаемых деталей или степени сопротивления их взаимному смещению вы- деляют посадки трех видов: с зазором, с натягом и переходные. 30 Посадки с зазором – посадки, при которых обеспечивается зазор в со- единении, характеризующий свободу относительного перемещения дета- лей, т. е. наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. D НМ ≥ d НБ При графическом изображении такой посадки поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 8). Рис. 8. Графическое изображение посадок с зазором В связи с колебаниями действительных размеров сопрягаемых дета- лей в пределах заданных допусков зазоры также будут колебаться от наибольшего до наименьшего значения. Наибольший зазор образуется при сопряжении наибольшего предель- ного размера отверстия с наименьшим предельным размером вала, а наименьший зазор–наименьшего предельного размера отверстия с наибольшим предельным размером вала. В частном случае наименьший зазор может быть равен нулю. S НБ = D НБ – d НМ = ES – ei; S НМ = D НМ – d НБ = EI – es. 31 Посадки с зазором используют в тех случаях, когда требуется обеспе- чить относительное смещение сопрягаемых деталей или необходимо эле- мент одной детали поместить в элемент другой для дальнейшей сварки или крепления другими способами. Посадки с натягом–посадки, при которых обеспечивается натяг в соединении, т. е. наименьший предельный размер соединяемого вала бу- дет больше наибольшего предельного размера отверстия. d НМ > D НБ. При графическом изображении поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия (рис. 9). Рис. 9. Графическое изображение посадок с натягом Наименьший натяг образуется при сопряжении наименьшего пре- дельного размера вала с наибольшим предельным размером отверстия, а наибольший натяг – наибольшего предельного размера вала с наимень- шим предельным размером отверстия. N НМ = d НМ – D НБ = ei – ES; N НБ = d НБ – D НМ = es – EI. 32 Посадки с натягом задаются в соединении неподвижных деталей машин. Переходные посадки– посадки, при которых возможно получить в со- единении как зазор, так и натяг в зависимости от действительных разме- ров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала пере- крываются полностью или частично (рис. 10). Рис. 10. Графическое изображение переходных посадок До изготовления нельзя точно сказать, что получится при сопряжении годных отверстия и вала – зазор или натяг. Переходные посадки характеризуются наибольшим натягоми наибольшим зазором.Если при изготовлении окажется, что размер отвер- 33 стия соответствует наибольшему предельному размеру, а размер вала – наименьшему предельному размеру, то в сопряжении получитсянаиболь- ший зазор.Вслучае если размер годного отверстия будет соответствовать наименьшему предельному размеру, а размер годного вала – наибольшему предельному размеру, то в сопряжении будет иметь место наибольший натяг. S НБ = D НБ – d НМ ; N НМ = d НБ – D НМ. Переходные посадки используются взамен посадок с натягом, когда необходимо проводить разборку и сборку сопряжения при его эксплуата- ции. Неподвижность переходных посадок при наибольшем натяге обеспе- чивается силами трения, при наибольшем зазоре – применением дополни- тельных крепежных устройств в виде шпонок и др. 2.6. П ОСАДКИ В СИСТЕМЕ ОТВЕРСТИЯ И В СИСТЕМЕ ВАЛА Посадки с одинаковыми зазорами или натягами можно получить при разном положении полей допусков отверстия и вала, так как величины за- зоров и натягов определяются их относительным расположением. Можно, например, задать отклонения отверстия и вала, направленные в плюсовую сторону от номинала или же в минусовую сторону, и обеспечить получе- ние одинакового зазора. Или расположить поле допуска отверстия выше нулевой линии, а вала – ниже нулевой линии, тогда зазор тоже будет оди- наковым. Такая свобода выбора оказывается не только неудобной, но и экономически невыгодной. Если при конструировании будут назначены любые поля допусков, то их может оказаться бесчисленное множество. Появится огромная номенклатура обрабатывающего инструмента для из- готовления отверстий (сверл, зенкеров, разверток) – инструмента, непо- средственно формирующего размер. 34 Поэтому в международных нормативных документах на точность размера используется принципиальный подход к ограничению свободы в установлении полей допусков валов и отверстий. Это ограничение сфор- мулировано в системе отверстия и системе вала (рис. 11). Рис. 11. Посадки в системах отверстия и вала В этих системах при образовании всех трёх видов посадок вводится ограничение на расположение допусков одного из участвующих в сопря- жении элементов, т. е. закрепляется постоянное положение одного из по- лей допусков (вала или отверстия), причем один из предельных размеров вала или отверстия будет совпадать с номинальным размером. Такие отверстия и валы получили название основных. Основное отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю. Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю. Таким образом, у основного отверстия с номинальным размером сов- падает наименьший предельный размер, а у вала – наибольший. Эти гра- ницы установлены не случайно. Дело в том, что при обработке вала про- исходит изменение его размера в сторону уменьшения (размер изменяется от большего к меньшему), следовательно, можно прекращать ее, когда размер будет равен наибольшему предельному значению. Очень удобно, если этот первый из возможных размеров годного элемента детали, за ко- торым следит оператор, будет равен номинальному. При обработке отвер- стия размер изменяется от меньшего к большему, а первый годный размер является наименьшим допустимым и соответствует номинальному. 35 Посадки в системе отверстия – посадки, в которых требуемые зазо- ры и натяги получают сочетанием различных полей допусков валов с од- ним полем допуска основного отверстия. Посадки в системе вала – посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получают сочетанием различных полей допусков отверстий с од- ним полем допуска основного вала. Предпочтение отдается системе отверстия, поскольку в ней требуется меньше полей допусков для отверстия, а изготовить и измерить его значи- тельно труднее и дороже, чем вал такого же размера и той же точности. Случаи применения посадок в системе валаредки и их применение объясняется не только экономическими соображениями. Посадки в систе- ме вала применяют, если на вал одного диаметра необходимо установить несколько деталей с разными видами посадок (рис. 12). В этом случае вал можно изготовить с одинаковыми предельными размерами по всей длине, а отверстия изготовить с разными отклонениями для образования нужных сопряжений. а б Рис. 12. Применение систем в сопряжении « поршень – поршневой палец – шатун»: а – система отверстия; б – система вала 36 Примеры применения посадок в системе вала: 1. Использование стандартных изделий: а) наружные диаметры подшипников качения сопрягают с отверстия- ми в системе вала, поскольку нецелесообразно обрабатывать наружные диаметры подшипников. Проще выполнить диаметр отверстия с требуе- мыми отклонениями для той же цели; б) светлотянутый калиброванный материал (серебрянка) поступает к потребителю в виде прутков (валов) с известными допусками на диа- метр, поэтому целесообразно использовать их без дополнительной обра- ботки. Тогда рекомендуется для образования различных посадок с такими валами соответствующим образом обрабатывать отверстия. 2. Проектные и технологические расчеты. Обоснованием необходимости применения посадок в системе вала может быть прочностной расчет ступенчатых валов, в котором должна быть оговорена возможность возникновения недопустимых концентраций механических напряжений в местах перехода одного диаметра на другой. Эти примеры лишь частные случаи применения посадок в системе ва- ла. В подавляющем большинстве случаев рекомендуется применение по- садок в системе отверстия. Контрольные вопросы 1. Дайте определение понятий «размер», «действительный размер», « истинный размер», «измеренный размер», «предельные размеры» и «но- минальные размеры»? 2. Что такое отклонение, нижнее и верхнее отклонения? Какое откло- нение называется основным? 3. Что такое допуск и какова его связь с точностью изготовления и экономикой производства? 4. Как размеры и отклонения изображаются графически? Что означа- ет нулевая линия? Как поле допуска изображается графически? 37 5. Что такое пределы максимума и минимума материала и каким раз- мерам они соответствуют у вала и отверстия? 6. Какие элементы детали называются отверстием и валом? 7. Что такое посадка и какие они бывают? 8. Что такое зазор и натяг? 9. Чем характеризуются посадки с зазором, с натягом и переходные? 10. Что такое основное отверстие и основной вал? Каков принцип нормирования их основных отклонений? 11. Что такое посадки в системе отверстия и в системе вала? 12. Какая из систем посадок (отверстия или вала) является предпо- чтительной и почему? 38 3. ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ Получить необходимую посадку при соединении деталей можно при разных соотношениях отклонений их размеров от номинального. Но для реализации принципа взаимозаменяемости необходимо выработать еди- ный подход к нормированию требований к точности валов и отверстий. Этот подход реализован при создании единой системы допусков и по- садок (ЕСДП). ЕСДП в нашей стране действует с 1 января 1977 года. Система допусков и посадок – совокупность рядов допусков, пре- дельных отклонений размеров элементов деталей, а также посадок, обра- зованных отверстиями и валами, построенных на основе производствен- ного опыта, экспериментальных исследований, теоретических обобщений и оформленных в виде стандартов. В единую систему допусков и посадок входят следующие стандарты, которые приведены в соответствие с международными: • ГОСТ 25346–2013 (ISO 286–1:2010) «Основные нормы взаимозаме- няемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки»; • ГОСТ 25347–2013 (ISO 286–2:2010) «Основные нормы взаимозаме- няемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Ряды допусков, предельные отклонения отверстий и валов». В классификатор стандартов, регламентирующих допуски и посадки, включено более двадцати ГОСТов (приложение). Они применяются уже более 65 лет (рис. 13). 39 Рис. 13. Р аб оч ий ч ер те ж д ет али , вы пол нен ны й в соот вет ст ви и с о ст ан дарт ом 40 Почти все эти стандарты действующие, их описания были актуализи- рованы в последние годы. Однако некоторые из них не допускаются к применению для вновь изготавливаемых изделий, а часть модифициро- вана по отношению к международным. Система допусков и посадок должна обладать некоторыми признака- ми. Можно выделить шесть таких признаков: интервалы размеров, едини- цы допуска, ряды точности (допуски), поля допусков отверстий и валов, посадки в системе отверстия и в системе вала, нормальная температура) (рис. 14). Рис. 14. Структурная схема построения ЕСДП Далее отдельно рассмотрим каждый из признаков ЕСДП. Интервалы номинальных размеров Основные отклонения отверстий Основные отклонения валов Квалитеты (ряды точности) Поля допусков отверстий Поля допусков валов Рекомендуемые посадки в системе отверстия Рекомендуемые посадки в системе вала 41 3.1. И НТЕРВАЛЫ РАЗМЕРОВ Если для заданной точности подсчитать допуски для всех номиналь- ных размеров через 1 мм, то таблицы допусков будут очень громоздкими, а разница между допусками двух смежных диаметров будет незначитель- ной. Кроме того, установлено, что с одинаковой трудоемкостью можно изготовить детали в определенном диапазоне размеров, а он уменьшается с уменьшением номинальных размеров. Общий диапазон, охваченный системой, – 10 000 мм (нижний предел не ограничен). ЕСДП предусматривает 13 основных интервалов размеров в диапазоне до 500 мм, в пределах которых значения допусков устанавли- ваются постоянными. При определении принадлежности размера к тому или иному интер- валу следует помнить, что последнее число интервала относится к дан- ному интервалу, а первое – к предыдущему. Например, допуски для номинального размера 10 мм следует брать в интервале размеров свыше 6 до 10 мм, а допуск для размера 6 мм необ- ходимо брать из интервала свыше 3 до 6 мм. 3.2. Е ДИНИЦЫ ДОПУСКА Величина допуска не совсем полно характеризует точность обработ- ки. Например, у валов Ø6 –0,03 и Ø80 –0,03 мм величина допуска одинаковая – 0,03 мм. Но обработать вал диаметром 80 мм значительно труднее, чем вал диаметром 6 мм с тем же допуском. Практика показала, что погрешности обработки возрастают с увели- чением обрабатываемого диаметра, и становится сложнее получить задан- ную точность изготовления. Специальными исследованиями был установ- лен вид зависимости между диаметром и погрешностью изготовления при различных видах обработки. Эти данные легли в основу построения ЕСДП 42 через введение так называемой единицы допуска – меры, выражающей за- висимость допуска от номинального размера. Эта единица допуска I, i ис- пользуется для вычисления величины допуска на размеры. В ЕСДП для размеров до 500 мм 𝑖 = 0,45 √𝐷 3 + 0,001𝐷, для размеров свыше 500 до 10 000 мм 𝐼 = 0,04𝐷 + 2,1, где D – среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм, 𝐷 = �𝐷 max 𝐷 min Показатель 0,001D учитывает погрешность измерения. 3.3. Р ЯДЫ ТОЧНОСТИ ( РЯДЫ ДОПУСКОВ ) В системе допусков для каждого номинального размера необходимо предусмотреть возможность назначения допусков различной величины в зависимости от той роли, которую играет нормируемый элемент детали в выполнении возложенных на него функций. Это совершенно очевидно, так как допуск на изготовление диаметра, например, рукоятки для отверт- ки, должен быть гораздо больше, чем допуск на диаметр поршня насоса гидравлического домкрата, несмотря на то, что номинальные размеры у них могут быть почти одинаковыми, т. е. относиться к одному интервалу размеров. 43 Это обстоятельство делает необходимой возможность выбора нужно- го допуска из ряда возможных значений допусков для каждого интервала размеров. Система допусков поддерживает такую возможность введением рядов точности, которые в ЕСДП называются квалитетами. Квалитет (класс точности, степень точности)–это совокупность допусков, соответствующих одному уровню точности для всех номиналь- ных размеров. Значение допуска в каждом из квалитетов характеризуется коэффи- циентом точности – числом единиц допуска, зависящим от качества из- готовления (квалитета) и не зависящим от номинального размера. Число единиц допуска а является постоянным для каждого квалите- та, а при переходе от одного квалитета к другому (от 5-го к 17-му) изме- няется приблизительно по геометрической прогрессии со знаменателем √10 5 ≈ 1,6 (табл. 2). Таблица 2 |