Системы допусков и посадок, ряды допусков и основных отклоне­ний

Системой допусков и посадок называется совокупность рядов до­пусков и посадок, закономерно построенных на основе производственно­го опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформлен­ных в виде стандартов ЕСДП.

Рассмотрим различные варианты формирования типовых посадок для данного номинального размера и заданной точности, проведя краткий анализ.

Вариант 1. Различные посадки образуются путём произвольного расположения полей допусков валов и отверстий: какая-либо закономерность (система) в образовании посадок отсутствует (рисунок 2.7).

 

 

Рисунок 2.7 – Бессистемное образование различных по характеру посадок

Подсчитаем потребное количество режущего (р) и мерительного (м) инструментов для получения изображённых посадок. Примем следующие производ­ственные условия. Валы обрабатываются универсальным режущим инстру­ментом (резцом, абразивным кругом и т.д.), который можно использовать при обработке деталей различных диаметров. Отверстия обрабатываются мерным инструментом (сверлом, зенкером, развёрткой и т.д.), который мож­но применить лишь для отверстия определённого диаметра. Для измере­ния размеров деталей применим предельные калибры (скобы, пробки), ко­торые пригодны лишь для определённого размера деталей (м). Для простоты рассуждений ограничимся обработкой деталей за одну операцию – только черновое точение и сверление, для чего потребуются резцы и свёрла (р).

Потребность в инструменте:
для отверстия:	для вала:
а) 1р+1м;	а) 1р+1м;
б) 1р+1м;	б) – 1м;
в) 1р+1м.	в) – 1м.
Итого: 3р+3м.	Итого: 1р+3м.
Всего: 4 режущих + 6 мерительных инструментов.

Как видно, для образования различных посадок при обработке отверстий требуются разные свёрла, а при обработке всех валов нужен только один резец.

Вариант 2. Различные посадки образуются на основе применения определённой закономерности (системы): поле допуска вала остаётся неизменным, а посадки образуются за счёт изменения поля допуска от­верстия, то есть за счёт различного расположения поля допуска отверстия относительно нулевой линии (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 – Системное образование различных посадок
при неизменном поле допуска вала

 

Потребность в инструменте:
для отверстия:	для вала:
а) 1р+1м;	а) 1р+1м;
б) 1р+1м;	б) –
в) 1р+1м.	в) –
Итого: 3р+3м.	Итого: 1р+1м.
Всего: 4 режущих + 4 мерительных инструментов.

Вариант 3. Различные посадки образуются на основе применения другой закономерности: поле допуска от­верстия остаётся неизменным, а посадки образуются за счёт изменения поля допуска вала (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 – Системное образование различных посадок
при неизменном поле допуска отверстия

Потребность в инструменте:
для отверстия:	для вала:
а) 1р+1м;	а) 1р+1м;
б) –	б) – 1м;
в) –	в) – 1м.
Итого: 1р+1м.	Итого: 1р+3м.
Всего: 2 режущих + 4 мерительных инструментов.

 

Таким образом, применение системного подхода к образованию различных поса­док приводит к определённому экономическому эффекту. Наиболее экономичным является вариант 3. Эффект будет ещё значительнее для точных деталей, обработка которых производится за несколько операций. Вариант 3 получил название системы отверстия (рисунок 2.10 а), вариант 2 – системы вала (рисунок 2.10 б).

 

а) б)

Рисунок 2.10 – Посадки в системе отверстия и в системе вала

Система отверстия – совокупность посадок, в которой для данного номинального размера и заданной точности предельные размеры отвер­стия остаются постоянными, а различные посадки образуются за счёт изменения предельных размеров вала. Таким образом, основой системы отверстия является отверстие. Его называют основным отверстием.

Система вала – совокупность посадок, в которой для данного номинального размера и заданной точности предельные размеры вала остаются постоянными, а различные посадки образуются за счёт изменения предельных размеров отвер­стия. Основой системы вала является вал. Его называют основным валом.

ЕСДП является асимметрич­ной односторонней, т.е. поля допусков основных деталей располагают­ся только в одну сторону от нулевой линии: вверх для основного от­верстия, вниз для основного вала.

Основное отверстие – отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю. Пример основного отверстия: .

Основной вал – вал, верхнее отклонение которого равно нулю. Пример основного вала: .

Такое расположение полей допусков основных деталей («в тело», в металл, в сторону сокращения количества материала в детали) име­ет определённые преимущества:

− экономится металл;

− при отклонении, равном нулю, упрощаются расчёты;

− имеется возможность применять комбинированные посадки, полученные сочетанием полей допусков деталей разной точности, без нарушения характера посадки (рисунок 2.11 а).

Симметричное расположение полей допусков основных деталей исключает та­кую возможность, так как при этом характер посадки изменяется (рисунок 2.11 б).

 

Рисунок 2.11 – Образование комбинированных посадок

 

Посадки в системе отверстия – посадки, в которых различные за­зоры и натяги получаются соединением различных валов с основным от­верстием (сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия).

Посадки в системе вала – посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным ва­лом (сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала).

В некоторых случаях целесообразно применять посадки, образованные таким сочетанием полей допусков отверстия и вала, когда ни одна из деталей не является основной. Такие посадки называются внесистемными (рисунок 2.7).

Наиболее распространённой и предпочтительной является система отверстия, так как она экономичнее системы вала.

В ряде случаев бо­лее экономичной является система вала, например, когда валы изготовляются на обезличенного потребителя. Характерным примером применения системы вала являются посадки по наружному диаметру наружного кольца подшипника. В этом случае потребитель сам обрабатывает отверстие под подшипник с требуемой посадкой. Если кольцо изготовлять в системе отверстия, потребуется столько различ­ных по размеру подшипников (при данных номинальном диаметре, серии и точности подшипника), сколько существует различных посадок подшипников в отверстие корпусной детали. Это исключительно невыгодно и практически невозможно в массовом производстве подшипников.

Система вала применяется также в шпоночных соединениях деталей: применение системы отверстия потребовало бы изготовления шпонок ступенчатых по ширине, чтобы обеспечить различные посадки в пазах втулки и вала, что в массовом производстве шпонок абсолютно неприемлемо.

Она оправдывает себя, и когда необходимо получить разные посадки нескольких дета­лей с отверстиями на одном гладком валу, например, в конструкции поршневого узла двигателя внутреннего сгорания (рисунок 2.12 в). Применение в этом случае системы отверстия привело бы к созданию нетехнологичной конструкции (рисунок 2.12 б).

 

Рисунок 2.12 – Поршневой узел

 

Графическая иллюстрация некоторых посадок в системе отверстия и в системе вала показана на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 – Примеры посадок в системе отверстия (а)

и в системе вала (б)

 

Из проведённого анализа формирования посадок вытекает вывод, что посадки образуются сочетанием различных полей допусков валов и отверстий. Поэтому сущность поля допуска необходимо рассмотреть более подробно.

Поле допуска характеризуется двумя параметрами:

− величиной допуска на размер;

− положением поля допуска относитель­но нулевой линии.

Изменение хотя бы одного из этих параметров приводит к образованию нового поля допуска (рисунок 2.14).

 

Рисунок 2.14 – Параметры поля допуска

 

Положение поля допуска относитель­но нулевой линии определяется основным отклонением, а допуск – квалитетом. Основное отклонение и квалитет являются важнейшими по­нятиями, которые составляют основу ЕСДП.

Квалитет – совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров.

Установлено 20 квалитетов: 01, 0, 1, 2, …18. Точность возрастает в порядке уменьшения номера квалитета.

Применение квалитетов:

- 01, 0, 1 – для размеров плоскопараллельных концевых мер длины (образцовых мер длины);

- 2, 3, 4 – для размеров калибров и особо точных изделий;

- 4...12 – для размеров сопрягаемых поверхностей, т.е. для образования посадок;

- 12...18 – для размеров с неуказанными допусками, для неответственных несопрягаемых поверхностей.

Допуски по квалитетам обозначаются в виде сочетания начальных букв названия международного допуска и номера квалитета: IT01, IT0, IT1…IT18.

Допуски для квалитетов 5 … 18 определяются по уравнению:

 

IT = a × i,

где – единица допуска, мкм; – число единиц допуска.

Единица допуска является функцией номинального размера и зависит от интервала номинальных размеров. Установлены следующие основ­ные интервалы номинальных размеров в диапазоне 1... 500 мм, которые приведены в таблице 2.1. В дальнейшем ограничимся рассмотрением только этого диапазона как наибо­лее широко применяемого в машиностроении. Кроме основных интервалов предусмотрены промежуточные интервалы номинальных размеров. Для гранич­ных размеров интервала допуск берётся по верхнему интервалу.

 

Таблица 2.1 – Интервалы номинальных размеров до 500 мм

 

Свыше	До	Свыше	До	Свыше	До
–
				–	–
				–	–

 

 

Единица допуска определяется по формуле:

 

,

где D – среднегеометрическое крайних размеров каждого интервала, мм:

 

,

где D_min – наименьший размер интервала номинальных размеров;

D_max – наибольший размер интервала номинальных размеров.

Единица допуска, рассчитанная для среднегеометрического, распространяется на весь интервал размеров, следовательно, допуск будет также единым для всех размеров интервала.

Число единиц допуска зависит только от квалитета и не зависит от номинального размера. За каждым квалитетом закреплены опреде­лённые числа единиц допуска. Для наиболее ходовых квалитетов они приведены в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Числа единиц допуска в 5…18 квалитетах

 

Квалитет

Число единиц

 

Начиная с шестого квалитета, допуск увеличивается в 10 раз при переходе с дан­ного квалитета на 5 ступеней грубее. Как видно из таблицы 2.2, ряды до­пусков построены по геометрической прогрессии со знаменателем 1,6. Значения допусков для размеров от 1до 500 мм приведены в приложении А.

Основное отклонение – отклонение, ближайшее к нулевой линии, которое определяет положение поля допуска относительно этой линии. Основные отклонения обозначаются буквами латинского алфавита: строчными a… zc – для валов и прописными A … ZC – для отверстий (рисунок 2.15).

Валы с различными основными отклонениями (a…zc) называют просто различными валами (a… zc), аналогично поступают с отвер­стиями. Для валов a…h основным отклонением является верхнее es, для валов k… zc – нижнее ei. Валы j и js не имеют основного отклонения, для валов js всех квалитетов предельные отклонения располагаются симметрично относительно нулевой линии и равны ±IT/2. Всего установлено по 27 различных валов и отверстий.

 

 

Рисунок 2.15 – Основные отклонения валов и отверстий

 

Вал h является основным валом, для него основное отклонение – верхнее es = 0. Отверстие H является основным отверстием, для которого основное отклонение – нижнее EI = 0. Для остальных отверстий основные отклонения показаны на рисунке 2.15 в зеркальном изображении по отношению к валам.

Зная величины основного отклонения и допуска, можно определить поле допуска, так как поля допусков образуются сочетанием основного от­клонения с допуском соответствующего квалитета. Это отражено в услов­ном обозначении поля допуска, в котором указывается вид основного от­клонения и номер квалитета, соответствующего назначенному допуску, например, e 7.

Величина основного отклонения данного вида зависит только от номинального размера и не зависит от квалитета, то есть не зависит от точности. Таким образом, все валы (отверстия) данного вида с заданным номинальным диаметром будут иметь одно и то же численное значение основного отклонения в любых квалитетах (рисунок 2.16).

Необходимо отметить еще одно важное обстоятельство. Если соединить, например, вал с отверстием , получим посадку с зазором, в которой S _min = 0,009 мм, т.е. по абсолютной величине наименьший зазор равен основному отклонению es = 0,009 мм. Это характерно для всех по­садок с зазором.

 

Рисунок 2.16 – Сущность основного отклонения

 

У посадок с натягом и переходных ни одна из харак­теристик посадки не равна основному отклонению, тем не менее, оно оп­ределяет характер посадки.

Таким образом, основное отклонение, чётко задавая положение поля допуска относительно нулевой линии, определя­ет, а для посадок с зазором строго фиксирует характер посадки независимо от точности. В этом заключается главное содержание основного отклонения. В системных по­садках характер посадки не зависит от точности неосновной детали, а в посадках с зазором он вообще не зависит от точности.

При соединении различных валов с основным отверстием получают­ся посадки в системе отверстия: валы a… h образуют посадки с за­зором, валы js, k, m, n – посадки переходные, а валы p…zc ­ – посадки c натягом. Аналогично получаются посадки в системе вала.

Посадки имеют условное обозначение, которое даётся в виде дроби традиционного или строчного написания: в числителе указывают поле допуска от­верстия, в знаменателе – поле допуска вала, например, ^, . Подобным образом обозначаются посадки для других соединений независимо от раз­новидностей систем.

Исходными при построении ЕСДП приняты основные отклонения валов, которые рассчитываются по соответствующим формулам ГОСТ 25346-89, например, .

Второе отклонение (неосновное) оп­ределяется из основного с учётом значения допуска:

, .

Основные отклонения отверстий определяются, исходя из основных отклонений валов, по общему и специальному правилам. Второе отклонение определяется из основного ( рисунок 2.17):

 

, .

 

 

Рисунок 2.17 – Определение основных отклонений отверстий

 

Правила определения основных отклонений отверстий:

1 Общее правило – основное отклонение отверстия должно быть симметрично относительно нулевой линии основному отклонению вала, обозначаемого той же буквой (пояснить на схеме): – для отверстий А … Н; – для отверстий Js … ZC.

Правило действительно для всех отклонений, за исключением:

- отклонений, на которые распространяется специальное правило;

- отклонений отверстий N квалитетов 9...16 размеров свыше 3 мм, у которых основное отклонение ES_N = 0.

2 Специальное правило – 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, и ), должны иметь одинаковые зазоры или натяги (рисунок 2.17):

,

где .

Правило действительно для интервалов размеров свыше 3 мм: для отверстий J, K, M, N до IT8включительно; для отверстий P … ZC до IT7 включительно.

В ГОСТ 25346-89 рассчитанные величины основных отклонений и до­пусков сведены в таблицы для каждого диапазона номинальных размеров.