Подбор посадок из сочетаний стандартных полей допусков по предельным значениям размеров

Выполнив это задание, вы должны научиться работать со стандартами и получите навыки работы в качестве конструктора, который разрабатывает конструкцию узла, и зная характер сопряжения и номинальный размер, должны выбрать посадку в соответствии со стандартом.

Главными причинами широкого применения расчета параметров посадок исключительно по предельным значениям размеров являются простота, удобство и доступность метода, независимость справочных материалов (например, сводных таблиц натягов и зазоров) от метода обработки и масштаба производства деталей. Более того, расчет по предельным параметрам приводит к повышению качества соединений за счет некоторого уменьшения реально получающегося допуска посадки против расчетного и создания за счет этого некоторого дополнительного запаса точности.

При конструировании соединения вначале решают вопрос о том, в какой системе (отверстия или вала) целесообразно назначить посадку. Системы отверстия и вала формально равноправны. Однако система отверстия является предпочтительной как более экономичная. Это обуславливается меньшим количеством типоразмеров необходимого инструмента: различные по исполнительным размерам валы в системе отверстия обрабатываются одним и тем же резцом или шлифовальным кругом, тогда как для получения в системе вала разнообразных посадок при определенном диаметре сопряжения требуется большое число дорогостоящих зенкеров, разверток или протяжек.

В ряде случаев более дешевым может оказаться выполнение соединения в системе вала. Например, осей и валиков в сельскохозяйственном и транспортном машиностроении, точность которых обеспечивается сортаментом холоднотянутой стали. Повышенная стоимость обработки посадочных отверстий может быть компенсирована экономией за счет отсутствия обработки наружных поверхностей длинных нежестких деталей. Выбор системы вала иногда диктуется требованиями технологичности конструкции (удобством качественной обработки детали и сборки). Классическим примером является сопряжение поршень – поршневой палец – шатун. Для нормальной работы соединение пальца с поршнем должно быть неподвижным, а пальца с шатуном – подвижным. Использование системы отверстия привело бы к неудобствам при обработке ступенчатого пальца и главное – к порче отверстия шатуна при сборке (рис. 3.1, а). При использовании системы вала эти недостатки отсутствуют (рис. 3.1, б).

Применение в машине деталей и составных частей, изготовляемых на специализированных заводах (подшипники качения, шариковые масленки, фиксирующие штифты и т.п.), обязывает конструктора назначать посадку в той системе, по которой она изготовлена.

 

а) б)

Рисунок 3.1 - Применение системы вала в сопряжении поршень – поршневой палец – шатун

 

Выбрав систему, приступают к подбору конкретной стандартной посадки, используя расчетный метод. Для ориентировки сначала следует определить средний квалитет искомой посадки. Число единиц допуска посадки (приходящееся на обе детали соединения)

а_пос = Т_пос / i,

где Т_пос – допуск посадки, мкм;

Т_пос = S_max – S_min = N_max – N_min;

i – единица допуска, мкм;

i = 0,45 ³ÖD + 0,001D,

где – среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм.

 

В зависимости от значения а_пос может быть сделан один из трех выводов:

1. При а_пос = 25…80 квалитет соединения оказывается экономически приемлемым для подавляющего числа видов производств (при а_пос = 25 вал по IT6, отверстие – по IT7, при а_пос = 80 – обе детали по IT9). Сочетание полей допусков следует искать в найденном квалитете или комбинации из двух квалитетов.

Значения числа единиц допуска детали а и в посадке а_пос для посадочных квалитетов приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 - Количество единиц допуска в допуске данного квалитета

IT
а
апос

 

2. При а_пос > 80 (особенно более 200) соединение получается слишком низкоточным. В большинстве случаев для повышения качества соединения и изделия в целом точность обработки деталей можно повысить без заметного увеличения их стоимости.

3. При а_пос < 25 (особенно менее 20) соединение следует считать особоточным и для экономического обеспечения обычно приходится искать специальные пути решения.

Если точность соединения приемлема (а_пос ³ 25), по ГОСТ 25347 – 82 подбирают предельные отклонения размеров деталей.

Основные отклонения валов от а до h (основные отклонения отверстий от A до H) предназначены для образования посадок с зазором в системе отверстия (и вала) соответственно.

Основные отклонения валов от p до zc (основные отклонения отверстий от P до ZC) предназначены для образования посадок с натягом в системе отверстия (и вала) соответственно.

Зная квалитет и диаметр соединения, подбор посадки удобнее вести по заданному S_min, имея в виду, что в системе отверстия S_{min СТ СЭВ} = es, а в системе вала S_{min СТ СЭВ} = EI, т.е. величине основного отклонения сопрягаемой детали. При этом в основных посадках при равенстве квалитетов соединяемых деталей второе отклонение (ei у валов или ES у отверстий) численно равно среднему зазору S_m. Во всех случаях желательно, чтобы S_{mах СТ СЭВ} оказалось несколько меньше расчетного S_mах ,так как этим создается дополнительный запас на износ.

S_{min СТ СЭВ} ³ [S_min];

S_{mах СТ СЭВ} ≤ [S_mах],

где S_{min СТ СЭВ} = EI – es;

S_{mах СТ СЭВ} = ES – ei.

Посадки с натягом рекомендуется подбирать либо по максимальному, либо по среднему натягу. Второй вариант более приемлем в тех случаях, когда расчетный допуск натяга получается значительным и не ограничивает конструктора слишком узкими пределами. Посадку по среднему расчетному натягу следует подбирать так, чтобы при экономически приемлемом квалитете деталей наименьший натяг в выбранной посадке оказался заведомо больше, чем наименьший натяг по расчету. Создаваемый в таком случае запас точности превращается в запас прочности при аварийном увеличении нагрузок или, например, ослаблении сопряжения при вынужденных повторных разборках.

В посадках с натягом основное отклонение при одинаковой точности деталей равно среднему табличному натягу (в системе отверстия N_m = ei, а в системе вала N_m = ES), а второе отклонение es или EI – наибольшему натягу N_max.

N_{min СТ СЭВ} ³ [N_min]¢;

N_{mах СТ СЭВ} ≤ [N_mах]¢,

где N_{min СТ СЭВ} = ei – ES;

N_{mах СТ СЭВ} = es – EI.

Но прежде чем выбрать посадку, следует учесть, что на прочность соединения вала и отверстия оказывает существенное влияние высота микронеровностей. При силовом способе сборки соединения расчетные значения натягов необходимо корректировать в сторону увеличения из-за частичного смятия шероховатости на контактных поверхностях. На основании экспериментальных данных значение смятия на каждой поверхности можно принять равным 0,6Rz. Корректировать следует не только наименьший, но и наибольший натяг, чтобы не завысить полученную при расчете точность соединения. В результате натяг для подбора по таблицам ГОСТ 25347 – 82 составит

[N_min]¢ = [N_min ] + 1,2 (Rz_D + Rz_d);

[N_mах]¢ = [N_max ] + 1,2 (Rz_D + Rz_d),

где Rz_D и Rz_d – высота неровностей профиля по десяти точкам отверстия и вала (таблицы 3.2 и 3.4).

При отсутствии на чертеже значения Rz пересчет с Ra на Rz осуществляется по формуле

Rz = k × Ra,

где k = 4 при Ra = 80 …2,5 мкм (табл. 3.3);

k = 5 при Ra = 1,25 …0,02 мкм (табл. 3.3).

 

Таблица 3.2 – Шероховатость посадочных поверхностей Rа (мкм) сменных деталей

Интервал диаметров, мм	Шероховатость при квалитете
Вал	Отверстие	Вал	Отверстие	Вал	Отверстие	Вал	Отверстие
Св. 3 до 6 » 6»10	0,32-0,16	0,63-0,32	0,32-0,16	0,63-0,32	0,63-0,32	1,25-0,63	0,63-0,32	1,25-0,63
Св. 10 до 18	0,63-0,32	1,25-0,63	1,25-0,63
Св. 18 до 30	2,5-1,25
Св. 30 до 50	0,63-0,32
Св. 50 до 80	1,25-0,63	1,25-0,63	2,5-1,25
Св. 80 до 120	2,5-1,25
Св. 120 до 180	1,25-0,63
Св. 180 до 260	2,5-1,25
Св. 260 до 360	2,5-1,25
Св. 360 до 500	5,0-2,5

Таблица 3.3 – Среднее арифметическое отклонение профиля Rа по ГОСТ 2789 – 73 (СТ СЭВ 638 – 73), мкм

–   –   –   –		10,0   8,0 6,3     5,0   3,2 4,0	1,00 0,80     0,63   0,50 0,40     0,32	0,100     0,080   0,063 0,050     0,040   0,032			12,5 16,0	2,5   2,0 1,60     1,25	0,25 0,20     0,160   0,125	0,025     0,020   0,016 0,012     0,010
Примечание. – предпочтительные значения.

 

Таблица 3.4 – Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz и наибольшая высота неровностей профиля Rmax по ГОСТ 2789 – 73 (СТ СЭВ 638 – 77), мкм

		10,0   8,0   6,3   5,0   4,0	1,00 0,80     0,63   0,50   0,40	0,100     0,080   0,063 0,050     0,040	–   –   –		12,5 16,0	3,2     2,5   2,0 1,60     1,25	0,32   0,25 0,20     0,160   0,125	0,032     0,025
Примечание. – предпочтительные значения.

При выборе полей допусков и посадок из нескольких примерно равнозначных вариантов необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. В первую очередь следует применять предпочтительные поля допусков и посадки. Во вторую очередь нужно применять другие поля допусков и рекомендуемые посадки. В отдельных, теоретически обоснованных случаях, когда полями допусков основного отбора не удается обеспечить требований, предъявляемых к изделиям, использовать дополнительные поля допусков.

2. При назначении посадок система отверстия является предпочтительной (если вал ступенчатый – система отверстия, если гладкий – система вала).

3. При неодинаковой точности сопрягаемых поверхностей точность вала, как правило, следует задавать выше, чем отверстия, но отличие в их точности не должно превышать двух квалитетов.

4. Стандартные посадки предполагают нормальные длины соединений l ≤ 1,5 D. При значительной протяженности соединения на характер получающейся посадки начинают влиять погрешности формы (особенно отклонения от прямолинейности оси) и расположения; для их компенсации следует как в подвижных, так и в неподвижных соединениях назначать соседнее более свободное основное отклонение.

5. Можно использовать поля допусков не точнее 4 квалитета и не грубее 11 – го.

6. Действительное значение зазоров и натягов не должно отличаться от необходимых больше, чем на 10 – 20%.