Что такое допуск? На примере изготовления втулок и валов. Допуски и посадки. Основные определения Отклонения отверстий и валов
ООО «КВАДРО» вот уже почти четверть века является, кроме всего прочего, производителем втулок , шкивов, валов и другой продукции, получаемой . Кроме того мы производим весьма широкий спектр работ по , изготавливая детали на заказ по чертежам Заказчика , эскизам и образцам. Просто поднимите трубку и позвоните нам! Или пришлите чертеж на электронную почту либо заполнив форму обратной связи в разделе .
Рассмотрим, что такое допуски на примере производства втулок (их внутренних отверстий) или валов.
Производитель втулок не идеален
Очевидно, что производитель втулок не может абсолютно точно выполнить, указанный на чертеже размер. Поэтому конструктор, исходя из требований к работе механизма, устанавливает границы, в которых должны быть выполнены размеры. На чертеже для производителя втулок конструктор указывает номинальный размер и 2 предельных отклонения : верхнее и нижнее.
Размер тогда имеет вид, например:
Это означает, что реальный размер, получаемый в процессе изготовления детали по чертежу, должен находиться в пределах от 25,160мм до 25,370мм («в пределах допуска»).
Если одно из предельных отклонений не указано, то оно принимается равным нулю. В этом примере разрешенные размеры: 24,790-25,000.
Выбор точности изготовления детали во многом предопределяет устанавливаемые требования к поверхностей детали. Так же стоит упомянуть, что кроме допуска на размер существуют .
Изготовление втулок на различном оборудовании
Величина (для первого примера) 0,370-0,160=0,210 называется допуском. Графически допуск изображают в виде прямоугольной заштрихованной области, расположенной нужным образом относительно линии номинального размера, и называют полем допуска .
Очевидно, что при изготовлении втулки добиться того же размера допуска (например, 0,210мм) при номинальном размере, например, в 100 раз больше (2500мм) намного сложнее. Поэтому вводится понятие квалитета (степени точности): совокупности допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для различных номинальных размеров.
Все относительно просто: к одному квалитету относят размеры достижимые на одном и том же оборудовании, при одних и тех же условиях (например, режимах резания). К примеру, при изготовлении на токарном станке, обычно, добиваются 7-8-го квалитета точности, а на шлифовальном – 5-6-го.
Существуют формулы расчета допусков при различных квалитетах, однако на практике конструкторы и технологи при проектировании и изготовлении втулок , валов и прочих деталей пользуются таблицами.
Всего установлено 20 квалитетов. Самые точные (с очень узкими полями допусков) 01, 0, 1, 2, 3, 4, обычно, назначают при изготовлении средств измерения, квалитеты 5-11 – для сопрягаемых размеров (по которым детали собираются друг с другом), квалитеты 12-18 (с самыми широкими полями допусков) – для несопрягаемых размеров.
Отклонения от номинального размера при производстве втулок и валов
Квалитет при данном номинальном размере однозначно определяет ширину поля допуска. А вот положение этого поля допуска (его отклонение) относительно номинального размера при изготовлении втулки (ее отверстия) или вала определяется одним из 27 стандартизированных отклонений , обозначаемых буквами латинского алфавита.
Отклонения отверстий обозначаются заглавными буквами. При отклонениях размеров отверстий от A до H поля допусков находятся выше линии номинального размера (втулка будет болтаться на валу, точно соответствующем номинальному диаметру), от K до ZC – ниже линии, J s – симметрично этой линии.
Отклонения же валов обозначаются строчными буквами. При отклонениях размеров отверстий от a до h поля допусков находятся ниже линии номинального размера (вал будет болтаться во втулке, изготовленной с отверстием, точно соответствующим номинальному диаметру), от k до zc – выше линии номинального диаметра, j s – симметрично этой линии.
Выбор отклонений при изготовлении втулок и валов обуславливается достижением необходимой в паре вал-отверстие.
Необходимо отметить, что в системе допусков и посадок термин вал условно применяют для обозначений любых наружных (охватываемых) элементов деталей, которые могут быть и нецилиндрическими (например, длина детали). Отверстием же называют внутренние, охватывающие элементы деталей, в т.ч. нецилиндрические (например, ширина паза).
Как расшифровать размер изготавливаемой втулки?
Эта таблица содержит только наиболее часто применяемые допуски. В остальных случаях необходимо обращаться к более полным справочникам
Что мы можем сказать о размере, видя на чертеже «25H7»? Эту запись можно расшифровать следующим образом: этот размер охватывающий («отверстие») поскольку буква заглавная, номинальный размер – 25, квалитет – 7, отклонение поля допуска относительно номинального размера – H. Заглянув в таблицу, мы найдем область разрешенных размеров для этого элемента на пересечении строки «Св.24 до 30» и столбца «H7»: 25,000-25,021.
При изготовлении деталей, которые будут иметь сопряжения друг с другом, конструктор учитывает тот факт, что эти детали будут иметь погрешности и идеально друг к другу не подойдут. Конструктор заранее определяет в каком диапазоне допустимы погрешности. Устанавливается по 2 размера для каждой сопрягаемой детали, минимальное и максимальное значение. Внутри данного диапазона и должен находиться размер детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называются допуском.
Особенно критично важными допуски проявляют себя при проектировании размеров посадочных мест для валов и размеров самих валов.
Максимальный размер детали или верхнее отклонение ES, es — разность между наибольшим и номинальным размером.
Минимальный размер или нижнее отклонение EI, ei — разность между наименьшим и номинальным размером.
Посадки делят на 3 группы в зависимости от подобранных полей допусков для вала и отверстия:
- С зазором. Пример:
- С натягом . Пример:
- Переходные . Пример:
Поля допусков для посадок
Для каждой выше описанной группы есть ряд полей допусков в соответствии с которыми изготовляют группу сопряжения вал — отверстие. Каждое отдельно взятое поле допуска решает свою определенную задачу в определенной области промышленности, поэтому их так много. Ниже приведена картинка видов полей допусков:
Основные отклонения отверстий обозначаются прописными буквами, а валов — строчными.
Для образования посадки вал — отверстие существует правило. Смысл этого правила следующий — основные отклонения отверстий равны по величине и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначенной той же буквой.
Исключение составляют соединения предназначенные для прессования или клепания. В этом случае для поля допусков вала подбирается ближайшее значение поля допусков отверстия.
Совокупность допусков или квалитет
Квалитет — совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров.
Квалитет заключает в себе смысл, что обрабатываемые детали попадают в один класс точности, не зависимо от их размера, при условии если изготовление разных деталей ведется на одном и том же станке, и при одинаковых технологических условиях, одинаковыми режущими инструментами.
Установлено 20 квалитетов (01, 0 — 18).
Самые точные квалитеты применяют для изготовления образцов мер и калибров — 01, 0, 1, 2, 3, 4.
Квалитеты применяемые для изготовления сопрягаемых поверхностей должны быть достаточно точными, но в обычных условиях особой точности не требуется, поэтому для этих целей применяют с 5 по 11 квалитеты.
С 11 по 18 квалитеты не особо точные и их применение ограничено при изготовлении несопрягаемых деталей.
Ниже приведена таблица точности по квалитетам.
Отличие допусков от квалитетов
Отличия все же есть. Допуски — это теоретические отклонения, поле погрешности в пределах которого нужно изготовить вал — отверстие, в зависимости от назначения, размера вала и отверстия. Квалитет же — это степень точности изготовления сопрягаемых поверхностей вал — отверстие, это фактические отклонения, зависящее от станка или метода доведения поверхности сопрягаемых деталей до конечной стадии.
Например. Нужно изготовить вал и посадочное место под него — отверстие с полем допуска H8 и h8 соответственно с учетом всех факторов, таких как диаметр вала и отверстия, условия работы, материал изделий. Диаметр вала и отверстия возьмем 21мм. При допуска H8 поле допуска 0 +33мкм и h8 + -33мкм. для того чтобы попасть в это поле допуска нужно выбрать квалитет или класс точности изготовления. Учтем что при изготовлении нап станке неравномерность изготовления детали может отклоняться как в положительную, так и в отрицательную сторону, поэтому с учетом поля допуска H8 и h8 был 33/2 = 16,5мкм. Данному значению соответствуют все квалитеты по 6 включительно. Следовательно выбираем станок и способ обработки такой, который позволяет добиться класса точности соответствующий 6 квалитету.
- Нулевая линия - линия, соответствующая некоему размеру, от которой откладываются отклонения размеров при указании допусков и посадок. Все линии чертежа - нулевые. Размер этот называется номинальным размером .
- Допуск - диапазон отклонения от нулевой линии. "Отверстие выполнено диаметром А с допуском +0,5" - это означает, что действительный диаметр отверстия находится между диаметром, заданным нулевой линией (номинальный размер=А) и диаметром А+0,5мм.
- Предельное отклонение - разность между предельным (наиболее отклоняющимся) и номинальным размером.
- Верхнее отклонение = верхнее предельное отклонение = разница между номинальным и наибольшим предельным размером.
- Нижнее отклонение = нижнее предельное отклонение = разница между номинальным и наименьшим предельным размером.
Поле допуска - диапазон размеров, ограниченный верхним и нижним отклонением от нулевой лини. Положение поля допуска обозначают:
Для отверстия: Прописные (большие) буквы латинского алфавита. A, B, C, CD, D......
Для вала: строчные (маленькие) буквы латинского алфавита. a,b,c,cd......
Отклонение, используемое для указания поля допуска допуска называют основным отклонением - это отклонение поля допуска ближайшее к нулевой линии.
Отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю (не может быть меньше) - называют основным H .
Вал, верхнее отклонение которого равно нулю (не может быть больше) - называют основным и обозначают английской буквой h .
На рисунке ниже - положение полей допусков (заштриховано) относительно нулевой линии. Слева указаны отрицательные или положительные отклонения.
Посадка - характер соединения узлов (деталей), определяемый величиной существующих в нем зазоров или натягов. Различают посадки с зазором , посадки с натягом и переходные (промежуточные) посадки.
Посадки в системе отверстия - предпочтительнее на практике (исторически) , см. рисунок ниже:
Посадки в системе вала , смотри рисунок ниже:
Квалитет - установленная совокупность допусков, определяющая допуск для данного линейного размера (одинаковая степень точности для всех номинальных размеров). Величнины полей допусков обозначают буквами IT и порядковым номером квалитета.
Основным отклонением называется одно из двух предельных, ближе расположенное к нулевой линии (рис. 3.1).
Для валов предусмотрено 27 основных отклонений, они обозначаются строчными буквами латинского алфавита. Значения основных отклонений определяются по эмпирическим формулам, которые приведены в табл. 4 ГОСТ 25346-89 . Основные отклонения зависят только от размера, но не от квалитета, даже если в формуле присутствует допуск. В качестве примера приведем
несколько формул: d → es = – 16 d 0,44 ; g → es = – 2,5 d 0,34 ; m → ei = + (IT7 – – IT6); t → ei = + IT7 + 0,63d.
Буквосочетание j S не имеет основного отклонения, его предельные отклонения равны ± IT/2, т. е. es = + IT/2, а ei = – IT/2.
Вторые отклонения рассчитываются с учетом допуска.
Если основное отклонение верхнее, то
ei = es – Td, (3.11)
а если основное – нижнее, то
es = ei + Td. (3.12)
Расположение основных отклонений отверстий и валов приведено на рис. 3.2.
3.3. Основные отклонения отверстий
Основные отклонения отверстий построены таким образом, чтобы обеспечить образование посадок в системе вала, аналогичным посадкам в системе отверстия. Основные отклонения отверстий равны по величине и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначаемым той же буквой (рис. 3.3). Основные отклонения отверстий определяются по двум правилам.
Общее правило . Основное отклонение отверстия должно быть симметрично относительно нулевой линии основному отклонению вала, обозначаемому той же буквой: EI = – es для A – H; ES = – ei – для J – ZC.
Правило действительно для всех отклонений, кроме отклонений отверстия N квалитетов 9 – 16 для размеров свыше 3 мм у них ES = 0 и для отклонений, на которые распространяется специальное правило.
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, должны иметь одинаковые зазоры или натяги (например, H7/p6 и P7/h6).
Специальное правило действительно для интервалов размеров свыше 3 мм для отверстий:
J, K, M, N – до 8-го квалитета включительно;
P – ZC до 7-го квалитета включительно.
Запись специального правила в виде формулы имеет вид:
ES = – ei + Δ, (3.13)
где Δ = IT n – IT n–1 , т. е. разность между допуском рассматриваемого квалитета, с которым будет сопрягаться данное основное отклонение, и допуском ближайшего более точного квалитета (рис. 3.4).
Js не имеет основного отклонения, т. е. ES = + IT/2, а EI = – IT/2.
Вторые отклонения определяются с учетом допуска:
ES = EI + TD; (3.14)
EI = ES – TD. (3.15)
3.4. Посадки в есдп
Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называются посадочными или сопрягаемыми , все остальные поверхности называются свободными или несопрягаемыми . Соответствующие этим поверхностям размеры называются аналогично: посадочные и свободные.
Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся зазоров или натягов. Посадка определяет свободу относительного перемещения сопрягаемых деталей друг относительно друга. Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков отверстия и вала. Все посадки делятся на три группы: подвижные, неподвижные и переходные.
Отверстие и вал независимо от посадки и допусков на размер имеют один и тот же размер сопряжения, т. е. номинальный размер одинаков (D = d).
Допуск (Т ) размера - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.
Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е. заданную точность изготовления. С уменьшением допуска качество изделий, как правило, улучшается, но стоимость производства увеличивается.
Для наглядного представления размеров, предельных отклонений и допусков, а также характера соединений используют графическое, схематическое изображение полей допусков, располагаемых относительно нулевой линии (рис.2.1).
Рис. 2.1 Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия
положительны, отклонения вала отрицательны)
Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз.
Поле допуска
- это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска, а его положение относительно номинального размера определяется основным отклонением.
Основное отклонение
(Eo) - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основное отклонение - это ближайшее расстояние от границы поля допуска до нулевой линии.
В готовых изделиях детали в большинстве случаев сопрягаются по своим формообразующим поверхностям, образуя соединения.
Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называются сопрягаемыми поверхностями.Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей.
В соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности.
Охватывающую поверхность называют отверстие
, охватываемую - вал
(рис.2.1). Термины "отверстие" и "вал" относятся не только к цилиндрическим деталям. Они могут быть применены к охватывающим и охватываемым поверхностям любой формы, в том числе не замкнутым, например, к плоским (паз и шпонка).
Размеры отверстий обозначают любыми заглавными буквами, например: A, B, G , Б, Ц и т.д., валов - строчными: a, b, g , б, ц и т.д. Предельные размеры обозначают с индексами max - наибольший предельный размер, min - наименьший предельный размер, например: A max , B min , a max , b min . Предельные отклонения отверстий обозначают: верхнее - ES , нижнее - EI , валов - соответственно es и ei .
При решении других задач, например расчёта размерных цепей, предельные отклонения можно обозначать Es
- верхнее отклонение, Ei
- нижнее. Таким образом, для отверстия ES
= D
max
- D
; EI
= D
min
- D
; для вала es
= d
max
- d;
ei
= d
min
- d
; для любого размера Es
= A
max
- A
; Ei
= A
min
- A
или Es
= a
max
- a
; Ei
= a
min
- a.
Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей называют соответственно допуском отверстия (TА
) и допуском вала (Ta
).
По степени свободы взаимного перемещения
деталей различают следующие соединения:
- а) неподвижные неразъемные соединения , в которых одна соединяемая деталь неподвижна относительно другой в течение всего времени работы механизма: соединения деталей сваркой, клепкой, клеем, соединения с гарантированным натягом (например, бронзового венца червячного колеса со стальной ступицей); первые три вида этих соединений разборке не подвергаются, а четвертый может разбираться лишь при крайней необходимости;
- б) неподвижные разъемные соединения , отличающиеся от предыдущих тем, что в них возможно перемещение одной детали относительно другой при регулировке и разборке соединения при ремонте (например, крепежные резьбовые, шлицевые, шпоночные, клиновые и штифтовые соединения);
- в) подвижные соединения , в которых одна соединяемая деталь во время работы механизма перемещается относительно другой в определенных направлениях.
В каждую из групп входит много разновидностей соединений, имеющих свои конструктивные особенности и свою область применения. В зависимости от эксплуатационных требований сборку соединений осуществляют с различными посадками
.
Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов.
Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения или степень сопротивления взаимному смещению соединяемых деталей. Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков отверстия и вала. Номинальный размер отверстия и вала, составляющих соединение является общим и называется номинальным размером посадки
.
Если размер отверстия больше размера вала, то их разность называется зазором (S
), т.е. S = D - d
больше или равно 0; если размер вала до сборки больше размера отверстия, то их разность называется натягом (N
), т.е. N = d - D
> 0. В расчетах натяг принимают как отрицательный зазор.
При расчёте посадок определяют предельные и средний зазоры или натяги. Наибольший (S
max
), наименьший (S
min
) и средний зазор (S
m
), равны: S
max
= D
max
- d
min
; S
min
= D
min
- d
max
; S
m
= 0,5·(S
max
+ S
min
). Наибольший (N
max
), наименьший натяги (N
min
) и средний натяг (N
m
) равны: N
max
= d
max
- D
min
; N
min
= d
min
- D
max
; N
m
= 0,5·(N
max
+ N
min
).
Посадки разделяются на три группы: с зазором, с натягом и переходные посадки.
Посадка с зазором
- посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 2.2, а.. К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. S
min
= 0.
Посадка с натягом
- посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 2.2, в.
Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 2.2, б.
Рис.2.2. Схемы полей допусков посадок: а - с зазором; б - переходные; в - с натягом
Допуск посадки
- разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора TS
в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск натяга TN
в посадках с натягом): TS
= S
max
- S
min
; TN
= N
max
- N
min
.
В переходных посадках
допуск посадки равен сумме наибольшего зазора и наибольшего натяга, взятых по абсолютному значению TS(N)
= S
max
+ N
max
. Для всех типов посадок допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала, т. е. TS(N) = ТD + Td.
В переходных посадках при наибольшем предельном размере вала и наименьшем предельном размере отверстия получается наибольший натяг (N
max
), а при наибольшем предельном размере отверстия и наименьшем предельном размере вала - наибольший зазор (S
max
). Минимальный зазор в переходной посадке равен нулю (S
min
= 0). Средний зазор или натяг равен половине разности наибольшего зазора и наибольшего натяга S
m
(N
m
) = 0,5·(S
max - N
max
). Положительное значение соответствует зазору S
m
, отрицательное - натягу N
m
.
