Основные понятия о взаимозаменяемости, допусках и посадках

При производстве, эксплуатации и ремонте изделий принцип взаимозаменяемости имеет важное значение.

Взаимозаменяемость - свойство составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения взамен другой подобной с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит.

Необходимо различать 4 вида взаимозаменяемости:

полная - взаимозаменяемые однотипные детали изделия могут быть изготовлены и установлены «на свое место» без всякой дополнительной обработки (подшипники, крепежные изделия);

неполная - взаимозаменяемость обеспечивается в среднем, на основе теоретико-вероятностных расчетов (широко применяется в массовом производстве);

групповая - детали изготавливаются на распространенном станочном оборудовании с технологически выполнимыми на данном оборудовании допусками, перед установкой сопрягаемые детали сортируются на несколько размерных групп, а на сборку подаются детали с одинаковым номером группы (поршни, гильзы цилиндров и поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания);

обеспечиваемая посредством регулирования и подгонки - в этом случае указывается деталь или её элемент, подвергаемые пригоночной доработке в процессе сборки, или вводятся регулировочные детали, называемые компенсаторами.

Обеспечению взаимозаменяемости посвящено значительное число стандартов, большая часть которых объединена в две системы: ЕСДП – «Единая система допусков и посадок» и ОНВ – «Основные нормы взаимозаменяемости». ЕСДП охватывает допуски гладких элементов деталей и посадки, образуемые при соединении по ним (плоскость, цилиндр, сфера). ОНВ регламентируют допуски и посадки шпоночных, шлицевых, резьбовых и конических соединений, а также зубчатых передач и колес.

Допуски характеризуют точность изготовления размерных характеристик детали, а посадки характеризуют характер и качество сопряжения соединяемых деталей. Допуски и посадки указываются на рабочих и сборочных чертежах, чертежах общих видов и в другой технической документации.

Основным документом, регламентирующим размеры и качество изготовления детали является ее рабочий чертеж. Размеры элементов детали делятся на номинальные - те, которые проставляются непосредственно на чертеже, действительные - размеры, полученные фактически после изготовления детали, и предельные - те размеры, выход за которые действительного размера приводит к нарушению взаимозаменяемости или работоспособности детали. Номинальные размеры, проставляемые на чертеже, регламентированы ГОСТ 6636, который включает четыре ряда основных размеров (в порядке предпочтения: Ra5, Ra10, Ra20, Ra40) и один ряд дополнительных размеров. Чем ниже номер ряда, тем более крупная градация размеров в нем используется (табл. П1.1). Размеры, меньшие 1 мм и большие 10 мм, можно получить умножением размеров табл. П1.1 на соответствующую степень десяти (10^-1; 10^-2; 10; 10² и т.д.).

Предельные размеры, в свою очередь, делятся на наименьшие предельные размеры и наибольшие предельные размеры.

Таблица П1.1. Ряды основных нормальных линейных размеров, мм

Ряд	Размеры
Ra5	1,0
Ra10	1,0				1,2
Ra20	1,0		1,1		1,2		1,4
Ra40	1,0	1,05	1,1	1,15	1,2	1,3	1,4	1,5
Ряд	Размеры
Ra5	1,6
Ra10	1,6				2,0
Ra20	1,6		1,8		2,0		2,2
Ra40	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2	2,4
Ряд	Размеры
Ra5	2,5
Ra10	2,5				3,2
Ra20	2,5		2,8		3,2		3,6
Ra40	2,5	2,6	2,8	3,0	3,2	3,4	3,6	3,8
Ряд	Размеры
Ra5	4,0
Ra10	4,0				5,0
Ra20	4,0		4,5		5,0		5,6
Ra40	4,0	4,2	4,5	4,8	5,0	5,3	5,6	6,0
Ряд	Размеры
Ra5	6,3
Ra10	6,3				8,0
Ra20	6,3		7,1		8,0		9,0
Ra40	6,3	6,7	7,1	7,5	8,0	8,5	9,0	9,5

Но на чертежах проставляются не предельные размеры, а предельные отклонения (обязательно со знаком «+» или «-»). Предельное отклонение - это разность между предельным и номинальным размерами. Действительное отклонение - это разность между действительным (полученным при изготовлении конкретной детали) и номинальным размерами.

Предельные отклонения проставляются справа от номинального размера в виде надстрочного и подстрочного индексов. Верхнее предельное отклонение всегда ставится вверху, нижнее - внизу (независимо от их знаков). Если одно из предельных отклонений равно нулю, то оно на чертеже не ставится.

Все размеры деталей принято делить на 3 группы: Охватывающие, которым присвоено общее название отверстие; охватываемые, которые объединены общим названием вал, и ступенчатые размеры, относимые к прочим. Охватывающие - это размеры, измеряемые поверхности которых смотрят внутрь, одна на другую (обычно обозначаются буквой «D» - D, D_min, D_max). Охватываемые - это размеры, измеряемые поверхности которых смотрят наружу, в противоположные стороны (обычно обозначаются буквой «d» - d, d_min, d_max). Ступенчатые (прочие) - это размеры, измеряемые поверхности которых направлены в одну сторону.

Рис. П1.2. Схема расположения полей допусков вала относительно нулевой линии (номинальной поверхности): а -выше; б - симметрично; в - ниже; ei - нижнее отклонение; es - верхнее отклонение; Td - поле допуска размера.

Рис. П1.1. Схема расположения полей допусков при посадке с зазором; D_nom, D_max, D_min -номинальный, максимальный и минимальный диаметры отверстия; d_nom, d_max, d_min -номинальный, максимальный и минимальный диаметры вала; es -верхнее отклонение, ei -нижнее отклонение размера; Td -поле допуска размера.

Точность изготовления детали характеризуется допусками (рис. П1.1, П1.2). Допуск - величина разности между максимальным и минимальным предельными размерами.

Размерную зону между верхним предельным отклонением и нижним предельным отклонением называют полем допуска (Td, рис. П1.1, П1.2). Для наглядности сравнения полей допусков их принято изображать графически в форме прямоугольников на плоскости (рис. П1.2), где отклонения откладываются по вертикали от нулевой линии, соответствующей номинальному размеру детали. Отклонения на таких диаграммах обычно изображаются в микронах (1×10^-6 м) с применением необходимого масштаба.

ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК (ЕСДП)

Порядок формирования полей допусков

Поля допусков стандартизованы. Стандарты ЕСДП распространяются на гладкие сопрягаемые и несопрягаемые элементы деталей с номинальными размерами до 10000 мм и регламентируют величину основных отклонений и полей допусков в этом диапазоне размеров.

Каждому классу (степени) точности в системе ЕСДП соответствует определенный квалитет (всего их 19) со своей величиной поля допуска.

Внутри каждого квалитета размеры полей допусков растут с увеличением номинальных размеров. Квалитеты нумеруются порядковыми номерами: 01; 0; 1…17. В технической документации поле допуска обозначается IT c номером квалитета (пример: IT7; IT14). В табл. П1.2 представлены рекомендации по применению полей допусков различных квалитетов.

Таблица П1.2. Применение квалитетов допусков ЕСДП

Квалитеты	Область применения
01; 0; 1	Плоскопараллельные концевые меры длины
2; 3; 4	Измерительные калибры (пробки, кольца, скобы)
5; 6	Высокоточные детали (подшипники качения, шейки коленвалов, шпиндели высокоточных станков и т.п.)
7; 8	Детали общего машиностроения средней точности
	Детали машин низкой точности (тепловозы, полиграфические, текстильные и сельхозмашины)
	Неответственные соединения сельхозмашин, тракторов и вагонов
11; 12	Неответственные соединения, допускающие применение поверхностей без механической обработки
13 - 17	Размеры поверхностей деталей, не входящих в соединение с другими деталями

Основным отклонением называют одно из двух отклонений поля допуска (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. Основным всегда является ближайшее к нулевой линии предельное отклонение. Основные отклонения на чертеже и в документации обозначаются буквами латинского алфавита - для основных отклонений отверстий используются прописные (большие) буквы, а для обозначения основных отклонений валов - строчные (малые) буквы. При этом буквы I и i не используются, но существуют основные отклонения, обозначаемые двумя буквами (CD, EF, FG, ZA,ZB,ZC). Во всех размерных группах основные отклонения H и h равны 0, а основные отклонения J и j располагаются симметрично относительно нулевой линии. Основные отклонения A…H (a…h) расположены в тело детали (для отвер­стий имеют знак «+», для валов - «-»), а основные отклонения K…Z (k…z) расположены из тела детали (для отверстий имеют знак «-», для валов - «+»). Неосновное (второе предельное) отклонение образуется путем прибавления допуска квалитета к основному отклонению в сторону от нулевой линии (кроме основных отклонений J и j). Таким образом обозначение допуска размера состоит из одной или двух букв (основное отклонение) и цифры (поле допуска для квалитетов от 01 до 17), например: D5; CD11; d6; H7; h9; J14; P6; r8 и т.д.

Сочетанием любых основных отклонений с каждым из квалитетов возможно образовать свыше тысячи полей допусков валов и отверстий. Такое разнообразие полей допусков в производственных условиях является неэкономичным, так как затрудняет унификацию режущего и мерительного инструмента. Поэтому в стандартах произведен ограничительный отбор полей допусков, рекомендованных к применению, а среди последних выделены поля допусков предпочтительного применения (в стандартах поля предпочтительного применения обычно заключены в рамки).

Порядок формирования посадок в соединениях

Посадкой называется характер соединения двух деталей, определяемый величиной зазора или натяга на поверхностях контакта соединяемых деталей. Различают три типа посадок: с зазором, с натягом и переходные. Посадка (натяг или зазор) обеспечивается за счет сочетания определенного вида полей допусков на сопрягаемые поверхности. В технической документации посадка обозначается в виде дроби, числитель которой всегда является допуском отверстия, знаменатель - вала.

Рис. П1.3. Схема расположения полей допусков при формировании посадок в системе отверстия и системе вала; з - поля допусков посадки с зазором; п - переходные посадки; н - посадки с натягом.

При назначении основных отклонений для размеров, принадлежащих разным деталям соединения используют систему отверстия и систему вала (рис. П1.3). В системе отверстия отверстие является основным, и для него обычно в качестве основного отклонения назначают отклонение Н (равное 0), а формирование посадки производят за счет основного допуска вала (от a до h зазор, остальные либо переходные, либо натяг); в системе вала все наоборот - основным является вал (основное отклонение вала h, равное 0), а формирование посадки производят за счет основного допуска отверстия. Стандартами рекомендуются предпочтительные сочетания полей допусков сопрягаемых деталей для посадок разной степени плотности, но принципиально возможно применение для сопрягаемых деталей самых различных сочетаний основных отклонений и квалитетов. Наиболее предпочтительным является выбор квалитета для размеров отверстий на один выше (то есть менее точного) по сравнению с валами (отверстие труднее обработать), в этом случае стоимость обработки обеих сопрягаемых поверхностей будет примерно одинакова, а качество соединения почти не ухудшается.

Наиболее наглядно посадки изображаются на диаграммах полей допусков (рис. П1.3):

- при посадке с зазором поле допуска вала всегда лежит ниже поля допуска отверстия (наибольший предельный размер вала всегда меньше наименьшего предельного размера отверстия), то есть посадка гарантирует зазор в соединении при любых, выполненных в пределах допуска, размерах соединяемых деталей;

- при посадке с натягом поле допуска вала всегда лежит выше поля допуска отверстия (наименьший предельный размер вала всегда больше наибольшего предельного размера отверстия), то есть посадка гарантирует натяг в соединении при любых, выполненных в пределах допуска, размерах соединяемых деталей;

- при переходной посадке поля допусков частично или полностью перекрываются (наибольший предельный размер вала больше наименьшего предельного размера отверстия, а наименьший предельный размер вала меньше наибольшего предельного размера отверстия), и в этом случае в соединении возможен как некоторый зазор, так и некоторый натяг, в зависимости от действительных размеров соединяемых деталей.

Изготовление деталей с допусками, установленными в системе отверстия, обходится (при прочих равных условиях) дешевле вследствие использования меньшей номенклатуры режущего и мерительного инструмента. По этой причине основная масса деталей, изготавливаемых в машиностроении выполняется с допусками по системе отверстия. Поля допусков для отверстий и валов представлены в табл. П1.3 и П1.4 (численные значения полей допусков см. приложение 2).

Таблица П1.3
Поля допусков валов и отверстий (система отверстия)

Основное отверстие	Поля допусков валов для образования посадок
с зазором	переходных	с натягом
H5	g4	g5	c8	js4	js5	n4	p4
H6	g6	g7	c9	js6	js7	p5	p6
H7	f4	f5	c11	k4	k5	p7	r5
H8	f6	f7	b9	k6	k7	r6	r7
H9	f8	f9	b11	m4	m5	s5	s6
H10	e5	e6	b12	m6	m7	s7	s8
H11	e7	e8	a9	n5	n6	t5	t6
H12	e9	d8	a11	n7	--	t7	u5
H13	d7	d8	--	--	--	u6	u7
H14	d9	d10	--	--	--	u8	v6
H15	d11	--	--	--	--	v7	x7
H16	--	--	--	--	--	x8	z7
H17	--	--	--	--	--	z8	--
Предпочтительные поля допусков выделены темным фоном

Таблица П1.4
Поля допусков валов и отверстий (система вала)

Основной вал	Поля допусков отверстий для образования посадок
с зазором	переходных	с натягом
h4	G5	G6	C8	Js5	Js6	P5	P6
h5	G7	F5	C9	J6	Js7	P7	P8
h6	F6	F7	C11	J7	Js8	P9	R6
h7	F8	F9	B9	J8	K5	R7	R8
h8	E5	E6	B11	K6	K7	S6	S7
h9	E7	E8	B12	K8	M5	T6	T7
h10	E9	E10	--	M6	M7	--	U8
h11	D6	D7	A9	M8	N6	--	--
h12	D8	D9	A11	N7	N8	--	--
h13	D10	D11	CD11	N9	--	--	--
h14	--	--	--	--	--	--	--
h15	--	--	--	--	--	--	--
h16	--	--	--	--	--	--	--
h17	--	--	--	--	--	--	--
Предпочтительные поля допусков выделены темным фоном

Назначение и краткая характеристика посадок ЕСДП

В таблицах П1.5 и П1.6 представлены посадки ЕСДП в системе отверстия и системе вала, рекомендуемые к применению для размеров 1- 500 мм.

Таблица П5
Рекомендуемые посадки для номинальных размеров 1-500 мм (система отверстия)

Скользящие посадки

Посадки с зазором

Посадки переходные

Посадки с натягом

H5 h4

H6 h5

H5 g4

H6 g4

H6 f6

H7 g6

H7 f7

H5 js4

H5 k4

H5 m4

H6 p5

H6 r5

H6 s5

H7 p6

H7 r6

H7 h6

H8 h7

H7 e7

H7 e8

H7 d8

H7 c8

H8 f8

H5 n4

H6 js5

H6 k5

H7 s6

H7 s7

H7 t6

H7 u7

H8 s7

H8 h8

H9 h8

H8 f7

H8 e8

H8 d8

H8 c8

H8 f9

H6 m5

H6 n5

H7 js6

H8 u8

H8 x8

--

H8 z8

--

H8 h9

H9 h9

H8 e9

H8 d9

H9 f8

H9 f9

H9 e9

H7 k6

H7 m6

H7 n6

--

--

--

--

--

H10 h9

H10 h10

H9 e8

H9 d9

H10 d10

H11 d11

H11 c11

H8 js7

H8 k7

H8 m7

--

--

--

--

--

H11 h11

H12 h12

--

H11 b11

H11 a11

H12 b12

--

--

H8 n7

--

--

--

--

--

--

Предпочтительные поля допусков выделены темным фоном

Таблица П1.6
Рекомендуемые посадки для номинальных размеров 1-500 мм (система вала)

Скользящие посадки	Посадки с зазором	Посадки переходные	Посадки с натягом
H5 h4	H6 h5	G5 h4	G6 h5	F7 h5	G7 h6	F8 h6	Js5 h4	K5 h4	M5 h4	P6 h5	P7 h6
H7 h6	H8 h7	F7 h6	E8 h6	D8 h6	F8 h7	E8 h7	N5 h4	Js6 h5	K6 h5	R7 h6	S7 h6
H8 h8	H9 h8	D8 h7	F9 h8	F8 h8	E9 h8	E8 h8	M6 h5	N6 h5	Js7 h6	T7 h6	U8 h7
H8 h9	H9 h9	D9 h8	D8 h8	F9 h9	E9 h9	D10 h9	K7 h6	M7 h6	N7 h6	--	--
H10 h9	H10 h10	D11 h11	C11 h11	B11 h11	D9 h9	D10 h10	Js8 h7	K8 h7	M8 h7	--	--
H11 h11	H12 h12	A11 h11	B12 h12	--	--	--	--	N8 h7	--	--	--
Предпочтительные поля допусков выделены темным фоном

Дата добавления: 2014-01-20