Ювелирное обозрение

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.

Виды посадок отверстие — вал

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.

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.

Квалитеты составляют основу действующей на сегодняшний день системы допусков и посадок. Квалитет представляет собой некую совокупность допусков, которые применительно ко всем номинальным размерам соответствуют одной и той же степени точности.

Таким образом, можно сказать, что именно квалитетами определяется то, насколько точно изготовлено изделие в целом или его отдельные детали. Название этого технического термина происходит от слова «qualitas», что по-латыни означает «качество».

Совокупность тех допусков, которые для всех номинальных размеров соответствуют одному и тому же уровню точности, именуется системой квалитетов.

Стандартом установлено 20 квалитетов – 01 , 0 , 1 , 2. 18. С возрастанием номера квалитета допуск увеличивается, т. е. точность убывает. Квалитеты от 01 до 5 предназначены преимущественно для калибров. Для посадок предусмотрены квалитеты с 5-го по 12-й .

Числовые значения допусков Интервал
номинальных
размеров
мм Квалитет 01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Св. До мкм мм 3 0.3 0.5 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 0.10 0.14 0.25 0.40 0.60 1.00 1.40 3 6 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 1.20 1.80 6 10 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 1.50 2.20 10 18 0.5 0.8 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1.10 1.80 2.70 18 30 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 1.30 2.10 3.30 30 50 0.6 1 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 1.60 2.50 3.90 50 80 0.8 1.2 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 1.90 3.00 4.60 80 120 1 1.5 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.20 3.50 5.40 120 180 1.2 2 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 0.40 0.63 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 180 250 2 3 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 0.46 0.72 1.15 1.85 2.90 4.60 7.20 250 315 2.5 4 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 0.52 0.81 1.30 2.10 3.20 5.20 8.10 315 400 3 5 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 0.57 0.89 1.40 2.30 3.60 5.70 8.90 400 500 4 6 8 10 15 20 27 40 63 97 155 250 400 0.63 0.97 1.55 2.50 4.00 6.30 9.70 500 630 4.5 6 9 11 16 22 30 44 70 110 175 280 440 0.70 1.10 1.75 2.80 4.40 7.00 11.00 630 800 5 7 10 13 18 25 35 50 80 125 200 320 500 0.80 1.25 2.00 3.20 5.00 8.00 12.50 800 1000 5.5 8 11 15 21 29 40 56 90 140 230 360 560 0.90 1.40 2.30 3.60 5.60 9.00 14.00 1000 1250 6.5 9 13 18 24 34 46 66 105 165 260 420 660 1.05 1.65 2.60 4.20 6.60 10.50 16.50 1250 1600 8 11 15 21 29 40 54 78 125 195 310 500 780 1.25 1.95 3.10 5.00 7.80 12.50 19.50 1600 2000 9 13 18 25 35 48 65 92 150 230 370 600 920 1.50 2.30 3.70 6.00 9.20 15.00 23.00 2000 2500 11 15 22 30 41 57 77 110 175 280 440 700 1100 1.75 2.80 4.40 7.00 11.00 17.50 28.00 2500 3150 13 18 26 36 50 69 93 135 210 330 540 860 1350 2.10 3.30 5.40 8.60 13.50 21.00 33.00

Система допусков и посадок

Совокупность допусков и посадок, которая создана на основании теоретических исследований и экспериментальных изысканий, а также построена на основании практического опыта, называется системой допусков и посадок. Основным ее предназначением является выбор таких вариантов допусков и посадок для типичных сочленений различных деталей машин и оборудования, которые минимально необходимы, но полностью достаточны.

Основу стандартизации измерительных средств и режущих инструментов составляют именно наиболее оптимальные градации допусков и посадок. Кроме того, благодаря им достигается взаимозаменяемость различных деталей машин и оборудования, а также повышение качества готовой продукции.

Для оформления единой системы допусков и посадок используются таблицы. В них указываются обоснованные значения предельных отклонений для различных номинальных размеров.

Взаимозаменяемость

При конструировании различных машин и механизмов разработчики исходят из того, что все детали должны соответствовать требованиям возможности повторяемости, применяемости и взаимозаменяемости, а также быть унифицированными и соответствовать принятым стандартам. Одним из наиболее рациональных способов выполнения всех этих условий является применение на этапе проектирования максимально большого количества таких составных частей, выпуск которых уже освоен промышленностью. Это позволяет, ко всему прочему, существенно сократить сроки разработки и затраты на нее. При этом необходимо обеспечивать высокую точность взаимозаменяемых комплектующих изделий, узлов и деталей в части их соответствия геометрическим параметрам.

С помощью такого технического метода, как модульная компоновка, являющаяся одним из способов стандартизации, удается эффективно обеспечить взаимозаменяемость узлов, деталей и агрегатов. Помимо этого, она существенно облегчает ремонт, что серьезно упрощает работу соответствующего персонала (особенно в сложных условиях), и позволяет организовать поставки запасных частей.

Современное промышленное производство ориентировано, главным образом, на массовый выпуск изделий. Одним из его обязательных условий является своевременное поступление на сборочный конвейер таких компонентов готовых изделий, которые для их монтажа не требуют дополнительной подгонки. Помимо этого, должна быть обеспечена такая взаимозаменяемость, которая не отражается на функциональных и прочих характеристиках готовой продукции.

Изначально производство было единоличным делом. Один человек изготавливал какой-либо механизм от начала и до конца, не прибегая к посторонней помощи. Соединения подгонялись в индивидуальном порядке. На одной фабрике невозможно было найти 2 одинаковые детали. Так продолжалось вплоть до середины 18 века, пока люди не осознали эффективность разделения труда. Это дало большую производительность, но следом возник вопрос о взаимозаменяемости изделий. Для этого разработали систему нормирования уровней точности изготовления деталей. В ЕСДП установлены квалитеты (иначе степени точности).

Нормирование уровней точности

Разработка методов стандартизации производства — сюда входят допуски, посадки, квалитеты точности – осуществляется метрологическими службами. Прежде чем приступить непосредственно к их изучению, нужно понимать смысл слова «взаимозаменяемость». Что скрывается под этим определением?

Взаимозаменяемость — это свойство деталей собираться в единый узел и выполнять свои функции без проведения их механической обработки. Условно говоря, одна деталь изготавливается на одном заводе, другая на втором, и при этом они могут быть собраны на третьем и подходить друг к другу.

Целью такого разделения является повышение производительности, которое образуется в силу следующих причин:

• Развитие кооперирования и специализации. Чем более разнообразна номенклатура производства, тем больше времени необходимо для наладки оборудования под каждую конкретную деталь.
• Сокращение разновидностей инструмента. Меньшее количество типов инструмента также повышает эффективность изготовления механизмов. Происходит это по причине сокращения времени на его замену в процессе производства.

Понятие о допуске и квалитете

Понять физический смысл допуска без введения термина «размер» затруднительно. Размер — это физическая величина, характеризующая расстояние между двумя точками, лежащими на одной поверхности. В метрологии существуют следующие его разновидности:

• Действительный размер получается непосредственным измерением детали: линейкой, штангенциркулем и прочим мерительным инструментом.
• Номинальный размер показан непосредственно на чертеже. Он является идеальным с точки зрения точности, так что получение его в реальности является невозможным в силу наличия определенной погрешности оборудования.
• Отклонение — это разность между номинальным и действительным размерами.
• Нижнее предельное отклонение показывает разницу между наименьшим и номинальным размером.
• Верхнее предельное отклонение указывает разницу между наибольшим и номинальным размерами.

Для наглядности рассмотрим эти параметры на примере. Представим, имеется вал диаметром 14 мм. Технически определено, что он не потеряет своей работоспособности при точности его изготовления от 15 до 13 мм. В конструкторской документации это обозначается 〖∅14〗_(-1)^(+1).

Диаметр 14 является номинальным размером, «+1» – верхним предельным отклонением, а «-1» – нижним предельным отклонением. Тогда вычитание из верхнего предельного отклонения нижнего даст нам значение допуска вала. То есть в нашем случае он составит +1- (-1) = 2.

Все размеры допусков стандартизированы и объединены в группы – квалитеты. Иными словами, квалитет показывает точность изготовляемой детали. Всего существует 19 таких групп или классов. Схема их обозначения представлена определенной последовательностью чисел: 01, 00, 1, 2, 3. 17. Чем точнее размер, тем меньший квалитет он имеет.

Таблица квалитета точности

Числовые значения допусков Интервал
номинальных
размеров
мм Квалитет 01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Св. До мкм мм 3 0.3 0.5 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 0.10 0.14 0.25 0.40 0.60 1.00 1.40 3 6 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 1.20 1.80 6 10 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 1.50 2.20 10 18 0.5 0.8 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1.10 1.80 2.70 18 30 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 1.30 2.10 3.30 30 50 0.6 1 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 1.60 2.50 3.90 50 80 0.8 1.2 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 1.90 3.00 4.60 80 120 1 1.5 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.20 3.50 5.40 120 180 1.2 2 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 0.40 0.63 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 180 250 2 3 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 0.46 0.72 1.15 1.85 2.90 4.60 7.20 250 315 2.5 4 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 0.52 0.81 1.30 2.10 3.20 5.20 8.10 315 400 3 5 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 0.57 0.89 1.40 2.30 3.60 5.70 8.90 400 500 4 6 8 10 15 20 27 40 63 97 155 250 400 0.63 0.97 1.55 2.50 4.00 6.30 9.70 500 630 4.5 6 9 11 16 22 30 44 70 110 175 280 440 0.70 1.10 1.75 2.80 4.40 7.00 11.00 630 800 5 7 10 13 18 25 35 50 80 125 200 320 500 0.80 1.25 2.00 3.20 5.00 8.00 12.50 800 1000 5.5 8 11 15 21 29 40 56 90 140 230 360 560 0.90 1.40 2.30 3.60 5.60 9.00 14.00 1000 1250 6.5 9 13 18 24 34 46 66 105 165 260 420 660 1.05 1.65 2.60 4.20 6.60 10.50 16.50 1250 1600 8 11 15 21 29 40 54 78 125 195 310 500 780 1.25 1.95 3.10 5.00 7.80 12.50 19.50 1600 2000 9 13 18 25 35 48 65 92 150 230 370 600 920 1.50 2.30 3.70 6.00 9.20 15.00 23.00 2000 2500 11 15 22 30 41 57 77 110 175 280 440 700 1100 1.75 2.80 4.40 7.00 11.00 17.50 28.00 2500 3150 13 18 26 36 50 69 93 135 210 330 540 860 1350 2.10 3.30 5.40 8.60 13.50 21.00 33.00

Понятие посадки

До этого мы рассматривали точность одной детали, которая задавалось только допуском. А что будет с точностью при соединении нескольких деталей в один узел? Как они будут взаимодействовать друг с другом? И так, здесь необходимо ввести новый термин «посадка», который будет характеризовать расположение допусков деталей друг относительно друга.

Подбор посадок производится в системе вала и отверстия

Система вала — совокупность посадок, в которых величина зазора и натяга подбирается за счет изменения размера отверстия, а допуск вала остается неизменным. В системе отверстия все наоборот. Характер соединения определяется подбором размеров вала, допуск отверстия считается постоянным.

В машиностроении 90% продукции производится в системе отверстия. Причина этому служит боле сложный процесс изготовления отверстия с технологической точки зрения, по сравнению с валом. Система вала применяется при возникновении затруднений обработки наружной поверхности детали. Ярким примером этого являются шарики подшипника качения.

Все виды посадочных соединений регулируются стандартами и также имеют квалитеты точности. Целью такого разделения посадок на группы является повышение производительности за счет увеличения эффективности взаимозаменяемости.

Виды посадок

Тип посадки и ее квалитет точности выбирают, исходя из условий работы и способа сборки узла. В машиностроении разделяют следующие их разновидности:

• Посадки с зазором — соединения, которые гарантированно образуют зазор между поверхностью вала и отверстия. Обозначают их буквами латиницы: A, B…H. Они применяются в узлах, в которых детали «ходят» относительно друг друга и при центрировании поверхностей.
• Посадки с натягом — соединения, в которых допуск вала перекрывает допуск отверстия, в результате чего образуются дополнительные напряжения сжатия. Посадка с натягом относится к не разборным типам соединения. Они применяются в высоко нагруженных узлах, главным параметром которых является прочность. Это – крепление на вал уплотнительных металлических колец и седел клапанов головки блока цилиндров, установка крупных муфт и шпонок под шестеренок и т.д и т.п. Посадку вала на отверстие с натягом производят двумя способами. Наиболее простой из них это — запрессовывание. Вал центрируют по отверстию, а затем ставят под пресс. При большем натяге используют свойства металлов расширяться при воздействии на них повышенных температур и ссужаться при понижении температуры. Этот метод отличается большей точностью сопряжения поверхностей. Непосредственно перед соединением вал предварительно охлаждают, а отверстие нагревают. Далее производят установку деталей, которые по истечению некоторого времени возвращают свои прежние размеры, образуя тем самым нужную нам посадку с зазором.
• Переходные посадки. Предназначены для неподвижных соединений, которые часто подвержены разборке и сборке (например, при ремонте). По своей плотности они занимают промежуточное положение среди разновидностей посадок. Данные посадки имеют оптимальное соотношение точности и прочности соединения. На чертеже обозначаются буквами k, m, n, j. Ярким примером их применения является посадка внутренних колец подшипника на вал.

Обычно использование той или иной посадки указано в специальной технической литературе. Мы просто определяем тип соединения и выбираем нужный нам тип посадки и квалитет точности. Но стоит отметить, что в особо ответственных случаях стандартом предусмотрен индивидуальный подбор допуска сопрягаемых деталей. Производится этой с помощью специальных расчетов, указанных в соответствующих методологических пособиях.