Система допусков и посадок гладких цилиндрических сопряжений

Различают два вида гладких цилиндрических сопряжений: подвижные и неподвижные.

К ответственным подвижным соединениям предъявляют ряд следующих основных требований:

зазор между валом и отверстием должен быть минимальным, но достаточным для обеспечения жидкостного трения;

обеспечение заданной несущей способности подшипников качения и сохранение указанного вида трения в сопряжении при увеличении зазора (в допустимых пределах) в процессе длительной эксплуатации машины;

обеспечение высокой точности центрирования и равномерности вращения вала для прецизионных сопряжений.

Основное требование, предъявляемое к неподвижным соединениям – обеспечение точного центрирования деталей и передача в процессе длительной эксплуатации заданного крутящего момента или осевой силы путем создания гарантированного натяга.

Общее требование ко всем видам сопряжений – обеспечение максимальной долговечности.

Интервалы номинальных размеров. В системе допусков ISO, ЕСДП СЭВ и ГОСТ все размеры разделены на пять диапазонов: от 0,01 до 0,1 мм исключительно; от 0,1 до 1 мм исключительно; от 1 до 500 мм включительно; от 500 до 3150 мм включительно и от 3150 до 10500 (31500) мм включительно. Для размеров от 1 до 3150 мм нормируются ГОСТ 25346 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88). Для размеров более 3150 мм допуски нормируются специальными стандартами. Каждый из диапазонов разбит на определенное число интервалов. Так, диапазон размеров от 1 до 500 мм разделен на 13 интервалов (1-3; 3-6; 6-10; 10-18; ……….., 250-315; 315-400; 400-500 мм), а диапазон от 500 до 3150 мм разделен на 8 интервалов размеров (500-630; 630-800; ………, 2000-2500; 2500-3150).

Квалитеты. В системе ISO для размеров от 1 до 3150 мм устанавливается 18 квалитетов: 01, 0, 1, 2, 3, ………14, 15, 16 в порядке убывания точности. В системе допусков и посадок СЭВ для размеров до 10 000 мм установлено 19 квалитетов, т. е. добавлен 17-й квалитет. ГОСТом 25346-89 предусмотрено введение еще одного квалитета (для размеров от 1 до 3150 мм) 20-го, т. е. добавлен еще один 18-й квалитет. Квалитеты обозначают: IT01, IT0, IT1, IT2,……..,IT15, IT16, IT17, IT18. Сочетание букв IT означает “допуск ISO”. Например, IT8 следует читать: “допуск по 8-му квалитету ISO”. В системе ISO допуск по тому или иному квалитету называют основным, в то время как в системах СЭВ и ГОСТ такое понятие не применяется. Область применения квалитетов ISO примерно такая: 01, 0, 1 – концевые меры длины; 2, 3, 4 – калибры и особо точные изделия; 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 – размеры сопрягаемых деталей (для образования посадок); 14, 15, 16, 17 – неответственные размеры несопрягаемых поверхностей деталей.

Для размеров менее 1 мм допуски по 14, …, 17 квалитетам на назначаются. Допуски для квалитетов с 6 по 17 возрастают по геометрической прогрессии с коэффициентом φ = 1,6. Это значит, что при переходе от одного квалитета к следующему (например, от 7 к 8) величина допуска возрастает на 60 %. Через каждые пять квалитетов допуск увеличивается в 10 раз. Например, для интервала размеров 30…50 мм допуск по 7-му квалитету составляет 25 мкм, а для 12-го квалитета – 250 мкм. Для квалитетов точнее 5-го допуски определяются по специальным формулам:

IT01 = 0,3 + 0,008D; IT0 = 0,5 + 0,012D; IT1 = 0,8 + 0,020D; (где допуск – в мкм, а D – в мм).

Допуски по 3 …. 5 квалитетам определяются по формулам

.

Основные отклонения, принятые в ЕСДП. Для образования посадок с различными зазорами и натягами в системах ISO, СЭВ и ГОСТ для размеров от 1 до 500 мм предусматривается по 27 основных отклонений валов и отверстий. Основным отклонением называется одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), которое ближе находится к нулевой линии и определяет положение поля допуска относительно этой линии (рис. 3.3). Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, а валов – строчными. Основное отверстие обозначают буквой H, а основной вал – h.

Основные отклонения A – H (a – h) используются для образования полей допусков в посадках с зазором; отклонения J – N (j – n) – в переходных посадках, отклонения от P до ZC (от p до zc) – в посадках с натягом.

Величина основного отклонения не зависит от квалитета. Валы j и j_s, а также отверстия J и J_s основных отклонений не имеют. Для j_s и J_s поля допусков располагаются симметрично относительно нулевой линии.

Основные отклонения отверстий построены таким образом, что образованные посадки в системе вала абсолютно аналогичны посадкам в системе отверстия. Основные отклонения отверстий по абсолютной величине равны, но противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначенных одной и той же буквой. Существует общее правило взаимосвязи основных отклонений отверстий и валов:

для отверстий от A до H EI = – es;

для отверстий от J до ZC ES = – ei. (3.9)

Из этого правила есть исключение для основных отклонений отверстий размером свыше 3 мм J, K, M, N с допуском до IT8 включительно и основных отклонений отверстий от P до ZC с допуском до IT7 включительно. Для них установлено специальное правило и формула (3.9) имеет вид

А

B

C

CD

D

E

F

G

H

J,Js

K

M

N

P

R

S

T

U

V

X

Y

Z

ZА

ZB

ZC

a

b

c

cd

d

e

f

g

h

j,js

k  

m

n

p

r

s

t

u

v

x

y

z

za

zb

zc

+

−

−

−

Отверстия

Валы

Нулевая линия

Нулевая линия

Рис. 3.3. Основные отклонения отверстий и валов принятые в системах

ISO, ЕСДП СЭВ и ГОСТ

(3.10)

где ∆ – разность между допуском рассматриваемого квалитета и ближайшего более точного квалитета, т. е.

Рассмотрим пример. Согласно таблице ГОСТ 25346-89 нижнее отклонение вала r для интервала размеров 30 - 50 мм равно: ei = + 34 мкм. Следовательно, по уравнению (3.9) основное верхнее отклонение отверстия R равно ES = – ei = – 34 мкм. Но согласно специальному правилу, например для 7 квалитета, ES = – ei + ∆. Величина ∆ = IT7 – IT6 = 25 – 16 = 9 мкм. Тогда верхнее отклонение для отверстия R выполненного по 7 квалитету размером от 30 до 50 мм будет равно ES = – 34 + 9 = – 25 мкм.

Специальное правило, применительно к посадкам, формулируется следующим образом: две соответствующие друг другу посадки в системе отверстия и в системе вала, в которых отверстие данного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета (например, H7/f6 и F7/h6), должны иметь одинаковые зазоры или натяги (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Иллюстрация специального правила (посадка с зазором)

Для отверстий, определяемых данным правилом, величины основных отклонений зависят от квалитета (для Н7 EI = 0, а для F8 – EI ≠ 0). Во всех остальных случаях, основные отклонения, обозначенные одной и той же буквой остаются неизменными при сочетании с различными отклонениями (изменяется лишь второе отклонение).

Числовые значения основных отклонений валов для размеров от 1 до 3150 мм приведены в табл.2, а отверстий – (для этого же диапазона размеров) в табл.3 ГОСТ 25346 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88). Значения допусков до11 квалитета включительно, рассчитанных по формуле (3.4) округляют по правилам, приведенным в табл.6 ГОСТ 25346 – 89 (СТ СЭВ 145 – 88), а основных отклонений валов и отверстий, определяемых по формуле (1.19) – по табл.8 этого же стандарта. Указанные таблицы распространяются на размеры от 1 до 3150 мм.

Поля допусков. В Единых системах допусков и посадок ISO и ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88) поля допусков образуются путем сочетания основного отклонения с допуском по одному из квалитетов. В связи с этим, поле допуска обозначается буквой основного отклонения и номером квалитета, например, – для вала f7, h8, e8, g9 и т.д., для отверстия – F7, H8, E8, G9.

Начинается поле допуска от горизонтальной линии, определяемой основным отклонением (см. рис. 3.3). Вторая граница поля допуска определяется другим предельным отклонением (верхним или нижним), которое может быть определено по основному отклонению и допуску размера по принятому квалитету, которые связаны зависимостью

(для отверстия);

(для вала) (3.11)

При определении второго отклонения величины ES, EI, es и ei принимается с учетом знака (плюс или минус).

При построении рядов полей допусков в ЕСДП учитываются потребности промышленности. Кроме того, учитываются рекомендации комитетов ISO по допускам и посадкам ISO/P286 и P1829, что создает благоприятные условия для технического сотрудничества со всеми странами мира.

Ряды полей допусков для размеров менее 1 мм, приведенные в таблицах 1 и 2 СТ СЭВ 144-75, при их большом наборе смещены в сторону более точных квалитетов по сравнению с рядами допусков для размерного ряда от 1 до 500 мм, что указывает на высокие точностные требования к изделиям приборостроения. Для размеров от 500 до 10000 мм поля допусков наоборот смещены в сторону более грубых квалитетов. В этом размерном интервале количество полей для образования посадок с натягом значительно сокращено, а в интервале размеров 3150 – 10000 мм посадки с натягом предусматриваются только в системе отверстия, а в системе вала не предусматриваются вообще.

Предпочтительные поля допусков. Практика применения системы допусков и посадок показывает, что определенные посадки наиболее часто используются в машинах и узлах механизмах различного функционального назначения. Для размерного ряда от 1 до 500 мм эти посадки обеспечивают 90-95 % посадок общего применения. Такие посадки в соответствии с рекомендациями международной организации по стандартизации ISO выделены в ряд полей допусков предпочтительного применения. Использование предпочтительных рядов допусков позволяет существенно повысить уровень унификации изделий, сокращает номенклатуру размерных режущих инструментов и калибров для контроля деталей, создает благоприятные условия для кооперации производства стандартного режущего инструмента и калибров на специализированных предприятиях как внутри страны, так и за ее пределами. Такой инструмент в 3…5 раз дешевле инструмента, изготовленного в инструментальных цехах машиностроительных предприятий.

Для размеров более 500 мм и менее 1 мм предпочтительные поля допусков не выделяются, а лишь даются рекомендации по применению различных полей допусков для размеров менее 1 мм (приложение 2 СТ СЭВ 144 –75).

В некоторых случаях возникает необходимость применения полей допусков, не вошедших в ряды предпочтительного применения. С целью упорядочения выбора таких полей допусков и соответствующих предельных отклонений размеров в СТ СЭВ 144 – 75 установлены дополнительные поля допусков валов и отверстий для размеров от 1 до 500 мм и вынесены в приложение к стандарту.

Посадки. В системах ISO, СТ СЭВ и ГОСТ для сопрягаемых деталей установлены лишь величины основных отклонений, т. е. расстояние от ближайшей границы поля допуска до нулевой линии. Величина основного отклонения для любого поля допуска не зависит от квалитета, т. е. она постоянна для одноименных полей всех квалитетов (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схемы полей допусков, иллюстрирующие образование посадок в системах

ISO и ГОСТ (СТ СЭВ)

Верхнее (поле допуска расположено выше нулевой линии) или нижнее (поле допуска расположено ниже нулевой линии) отклонения определяются по величине основного отклонения и допуску выбранного квалитета, Например, для вала Ø20n7 по табл. 2 ГОСТ 25346 – 89 величина основного отклонения равна + 15 мкм, допуск 7 квалитета по табл. 1 того же стандарта IT7 равен 21 мкм. Основным отклонением n для вала является нижнее отклонение и равно оно + 15 мкм. Верхнее отклонение в этом случае равно: es = T + ei, т. е. 21 + 15 = + 36 мкм.

Нижние отклонения полей допусков отверстий (от А до G) и верхние отклонения полей допусков валов (от a до g), применяемые для посадок с зазором приняты одинаковыми по абсолютной величине. Поэтому зазоры в одноименных посадках, образованных сочетанием этих по

лей допусков, в системах отверстия и вала будут одинаковы.

Поля допусков посадок с натягом в системе ISO, СЭВ и ГОСТ построены так, что верхние отклонения валов в системе отверстия и нижние отклонения отверстий в системе вала, обозначенных одними и теми же буквами алфавита, одинаковы по абсолютной величине. Это значит, что наибольшие натяги в системе отверстия и вала одинаковы, поскольку допуски при одном и том же квалитете в обеих системах будут одинаковыми.

Положительной стороной ЕСДП СЭВ и ГОСТ является установление во диапазоне размеров от 1 до 500 мм рекомендуемых посадок с выделением из них посадок предпочтительного применения (например, H7/f7, H7/n6, F8/h7, G8/h7 и т. д. Эти посадки установлены с учетом частоты их повторяемости в сопряжениях узлов машиностроительных изделий. Посадки предпочтительного применения, а также величины отклонений отверстий и валов для этих посадок приведены в СТ СЭВ 144 – 88.

Ранее отмечалось, что по экономическим соображениям при выборе посадок для сопряжений предпочтение следует отдавать системе отверстия. В связи с этим в СТ СЭВ 144 – 75 в ряду посадок предпочтительного применения предусматривается больше посадок в системе отверстия, чем в системе вала. В рекомендуемых и предпочтительных посадках точных квалитетов для размеров от 1 до 3150 мм допуск отверстия, как правило, на один или два квалитета больше допуска вала. Связано это с более худшими условиями отвода тепла из зоны резания, недостаточной жесткостью и сложностью направления режущего инструмента при обработке отверстий, что существенно усложняет получение высокой точности отверстий. Обработка вала до достижения требуемой точности проще.

Дата добавления: 2014-01-07