Тема 5: Допуски и посадки. Основы технических измерений.

Вопросы темы:

1. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах.

2. Понятие о размерах, предельных отклонениях, допусках и посадках.

3. Принципы построения системы допусков и посадок.

1. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах.

Взаимозаменяемостью изделий (машин, приборов, меха­низмов и т. д.), их частей или других видов продукции (сырья, ма­териалов, полуфабрикатов и т. д.) называют их свойство равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изде­лий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпля­ром. Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость, которая обеспечивает возможность беспригоночной сборки (или за­мены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных детален в сборочные единицы, а послед­них — в изделии при соблюдении предъявляемых к ним (к сборочным единицам или изделиям) технических требований по всем параметрам качество. Полная взаимозаменяемость возможна только, когда раз­меры, форма, механические, электрические и другие количественные и качественные характеристики деталей и сборочных единиц после изготовления находятся о заданных пределах и собранные изделий удовлетворяют техническим требованиям. Выполнение требований и точности деталей и сборочных единиц изделий является важней­шим исходным условием обеспечении взаимозаменяемости. Кроме этого, для обеспечения взаимозаменяемости необходимо выполнить и другие условия (устанавливать оптимальные номинальные значе­ния параметров деталей и сборочных единиц, выполнять требовании к материалу деталей, технологии их изготовления и контроля и т. д.) Комплекс научно-технических исходных положений, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации обес­печивает взаимозаменяемость деталей, сборочных единиц и изделий называют принципом взаимозаменяемости.

Свойство собираемости и возможности равноценной замены лю­бого экземпляра взаимозаменяемой детали и сборочной единицы любым другим однотипным экземпляром позволяет изготовлять де­тали в одних цехах машиностроительных заводов серийного и массо­вого производстве, а собирать их — в других. При сборке исполь­зуют стандартные крепежные детали, подшипники качения, электротехнические, резиновые и пластмассовые изделия, а часто их унифи­цированные агрегаты, получаемые по кооперации от других пред­приятий. При полной взаимозаменяемости сборку выполняют без доработки деталей и сборочных единиц. Такое производство назы­вают взаимозаменяемым.

При полной взаимозаменяемости упрощается процесс сборки — он сводится к простому соединению деталей рабочими преимуще­ственно невысокой квалификации; появляется возможность точно нормировать процесс сборки во времени, устанавливать необходи­мый темп работы и применять поточный метод; создаются условия для автоматизации процессов изготовления к сборки изделий, а также широкой специализации и кооперирования заводов (при которых завод-поставщик изготовляет унифицированные изделия, сборочные единицы и детали ограниченной номенклатуры и постав­ляет их заводу, выпускающему основные изделия); упрощается ремонт изделий, так как любая изношенная или поломанная деталь или сборочная единица может быть заменена новой (запасной).

Применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование поло­жения некоторых частей машин и приборов, пригонку и другие дополнительные технологические мероприятия при обязательном выполнении требований к качеству сборочных единиц и изделий. Такую взаимозаменяемость называют неполной (ограниченной). Ее можно, осуществлять не по всем, а только по отдельным геоме­трическим или другим параметрам.

Внешняя взаимозаменяемость — это взаимозаменяемость покуп­ных и кооперируемых изделий (монтируемых в другие более сложные изделии) и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, также по размерам и форме присоединительных поверхностей. Например, в электродвигателях внешнюю взаимозаменяемость обес­печивают по частоте вращения вала и мощности, а также по разме­рам присоединительных поверхностей; в подшипниках качения — по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца, а также по точности вращения.

Внутренняя взаимозаменяемость распространяется на детали, сборочные единицы и механизмы, входящие в изделие.

2. Понятие о размерах, предельных отклонениях, допусках и посадках.

Номинальный размер — размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. Для деталей, составляющих соединение, но­минальный размер является общим. Номинальные размеры находят расчетом их на прочность и жесткость, а также исходя из совер­шенства геометрических форм и обеспечения технологичности кон­струкций изделий.

Дли сокращения числа типоразмером заготовок и деталей, режу­щего и измерительного инструмента, штампов, приспособлений, а также для облегчении типизации технологических процессов зна­чения размеров, полученные расчетом, следует округлять (как пра­вило, в большую сторону) в соответствии со значениями. Ряды нормальных ли­нейных размеров (диаметров, длин, высот и т. д.) построены на базе рядов предпочтительных чисел, но с некоторым округлением их значений.

Рисунок 1. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором

Действительный размер — размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью, этот термин введен, потому что не­возможно изготовить деталь с абсолютно точными требуемыми раз­мерами и измерить их без внесения погрешности. Действительный размер детали в работающей машине вследствие износа, упругой, остаточной, тепловой деформаций и других причин отличается от размера, определенного и статическом состоянии или при сборке, это обстоятельство необходимо учитывать при точностном анализе механизма в целом.

Предельные размеры детали — два предельно допускаемых раз­мера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них на­зывают наибольшим предельным размером, меньший — наименьшим предельным размером. Обозначим их D_max„ и D_min для отверстия, d_max„ и d_min —для вала (рис. 1, а). Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

Для упрощения чертежей введены предельные отклонения от но­минального размера: верхнее предельное отклонение ES, еs — алге­браическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее предельное отклонение EI, ei — алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Для отверстия ES = D_max -D; EI = D_min -D, для вала еs = d_max - D; ei = d_min - D (рис. 1, а). Действительным отклонением называют алгебраическую разность между действитель­ным, и номинальным размерами. Отклонение является положитель­ным, сели предельный или действительный размер больше номинального, и отрицательным, если указанные размеры меньше но­минального.

Допуском Т (от лот. Tolerance — допуск) называют разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями тоги или иного параметра. Допуск Т размера— разность между наи­большим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним откло­нениями. Допуск всегда положителен. Оп определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей D партии, т. е. заданную точность изготовления.

Для упрощения допуски можно изображать графически в виде полей допусков (рис. 1, б). При этом ось изделия (на рис, 1, б не показана) всегда располагают под схемой. Поле допуска — поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поля допуска опре­деляются значением допуска и его положением относительно номинального размера, При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая ли­ния — линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизон­тально, положительные отклонения откладывают вверх от нее, отрицательные — вниз.

Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых де­талей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым проходит соединение деталей, называют сопрягаемыми. Остальные поверх­ности называют несопрягаемыми (свободными).

Вал — термин, применяемый для обозначения наружных (охва­тываемых) элементов (поверхностей) деталей. Отверстие — термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элемен­тов (поверхностей) деталей. Термины отверстие и вал относятся не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей другой формы, например ограниченным двумя па­раллельными плоскостями (паз, шпонка). Допу­ски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей сокращенно назовем соответственно допуском отверстия ТD и допуском вала Тd.

Посадкой называют характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоре или натягов. Посадка ха­рактеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.

В зависимости от взаимного расположения полей допусков от­верстии и вала посадка может быть: с зазором (рис, 1), и на­тягом или переходной, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. Схемы полей допусков для разных посадок даны на рис. 2. Зазор S — разность размеров отверстия и вала, если раз­мер отверстия больше размера вала. Зазор обеспечивает возмож­ность относительного перемещения собранных деталей. Наиболь­ший, наименьший и средний зазоры определяют по формулам:

S _max =D_max- d_min; S _min =D_min- d_max; S _m=( S _max- S _min)/2

Натяг N — разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.

Наибольший, наимень­ший и средний натяги определяют по формулам

N_max =D_max- d_min; N _min =D_min- d_max; N _m=( N _max- N_min)/2

Посадка с зазором — посадка, при которой обеспечивается зазор s соединении (поле допуска отверстая расположено кед полей до­пуска вала, рис. 2, а). К посадкам с зазором относятся также посадки, о которых нижняя граница поля допуска отверстии совпа­дает с верхней границей поля допуска вала.

Посадка с натягом — посадка, при которой обеспечивается натяг о соединении (ноле допуска отверстия расположено под полем до­пуска вала, рис. 2, б).

Переходная посадка — посадка, при которой возможно получение, как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала пере­крываются частично или полность рис. 2, в).

Допуск посадки — разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора TS и посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск натяга TN а посадках с натягом):

TS= S _max- S _min; TN = N _max- N _min

Рисунок 2. Поля допусков отверстия 1 и вала 2

3. Принципы построения системы допусков и посадок.

Системой допусков и посадок называют совокупность рядов до­пусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоре­тических и экспериментальных исследований и оформленных в ряд стандартов. Система предназначена для выбора минимально необ­ходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и поса­док типовых соединений деталей машин, даст возможность стандар­тизовать режущие инструменты и калибры, облегчает конструирова­ние, производство и достижение взаимозаменяемости изделий и их частей, а также обусловливает повышение их качества.

В настоящее время большинство стран мира применяет системы допусков и посадок ИСО.

Система допусков и посадок ИСО и ЕСДП для типовых деталей машин построены по единым принципам. Предусмотрены посадки в системе отверстия (СА) и в системе вала (СВ) (рис. 3). Посадки в системе отверстия — посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием (ряс. 3, в), которое обозначают Н. Посадки в системе вала — посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом (рис. 3,а), который обозначают h.

Для всех посадок в системе отверстия нижнее отклонение отвер­стия EI = 0, т. е. нижняя граница поля допуска основного отвер­стия, всегда совпадает с нулевой линией. Для всех посадок в системе вала верхнее отклонение основного вала еi =0, т. е. верхняя гра­ница поля допуска вала всегда совпадает с нулевой линией. Поле допуска основного отверстия откладывают вверх, поле допуска основного вала — вниз от нулевой линии, т. е. в материал детали.

Рисунок 3. Примеры расположения полей допусков и посадок в системе отверстия (а) и в системе вала (б)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение взаимозаменяемости;

2. Назовите виды размеров;

3. Дайте определение допусков и посадок;

4. Назовите правила построения системы допусков и посадок.