Соединений деталей машин и других соединений.

Системой допусков и посадок называют совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов. Она предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений изделий машиностроения.

Системы допусков и посадок разрабатываются по отдельным типам соединений, в том числе для гладких цилиндрических по­верхностей, для резьбовых, шпоночных и шлицевых сопряжений. Есть также системы допусков углов, формы и расположения поверхностей и ряд других.

Там, где необходимо нормирование сопряжений поверхностей разрабатывают системы допусков и посадок, в противных случаях ограничиваются только системой допусков.

Особую роль в системах допусков играет принцип предпочтительности. Этот принцип проявляется многообразно в качественном отношении (ряды предпочтительности допусков и посадок) и в количественном аспекте (использование рядов пред­почтительных чисел в системах).

Два следующих принципа направлены на обеспечение инвариантности (invariantis — не изменяющийся — свойство не­изменности по отношению к какому-либо преобразованию, условию, или совокупности преобразований) требований систем допусков и посадок. Принцип измерений при нормальных условиях обеспечивает единообразие информации, получаемой при многократных, независимых измерениях одних и тех же параметров. Принцип ограниченияпредельных контуров необходим для соблюдения единообразия при решении вопроса о годности детали по контролируемому параметру. Несоблюдение этих принципов исключает возможность применения систем допусков и посадок, что видно на примерах возникновения конфликтных ситуаций при нарушениях нормальных условий измерений из-за небрежного или неграмотного подхода, или при произвольной трактовке годности.

Принцип формализации допусков необходим для создания рядов допусков, которые в силу более высокого уровня абстрагирования дают возможность оперативного выбора допусков и точности технологических процессов, исходя из значений допусков вне зависимости от расположения полей.

Формирование рядов допусков в любой системе осуществляется на базе трех остальных принципов.

Принцип увязки допусков с эффективными параметрамипозволяет связать значения допусков с технологическими и (или) конструктивными факторами. Из всего множества влияющих факторов отбираются те, которые характеризуют обобщенное влияние возмущений. Эти факторы (их может быть несколько или один) названы эффективными параметрами.

Необходимость сокращения номенклатуры применяемых допусков, привела к появлению принципа группирования эффективных параметров. Группирование осуществляется так, чтобы значения допусков на краях интервалов умеренно отличались от " теоретических".

Принцип установления уровней относительной точностидает возможность выбирать по аналогии допуски и посадки, а также ориентироваться при выборе технологического оборудова­ния для обеспечения требуемой точности обработки.

Рассмотрим предложенные принципы более подробно.

Принцип предпочтительности — один из основных принципов стандартизации. Различают качественный и количественный аспекты применения этого принципа. Качественная сторона принципа предпочтительности состоит в образовании предпочтительных рядов объектов стандартизации. Объектами могут быть конкретные изделия, детали, их конструктивные элементы и т.д.

Предпочтительных рядов может быть как минимум два, причем всегда устанавливаются уровни предпочтительности. В соответствии с этими уровнями следует выбирать стандартные объекты. Как правило, наиболее предпочтительный ряд включает наименьшее количество объектов стандартизации. Следующие, менее предпочтительные ряды, отличаются расширенной номенклатурой и могут включать объекты предыдущих рядов.

Соблюдение принципа предпочтительности позволяет добиться разумного сокращения применяемой номенклатуры стандартных объектов. В первую очередь следует применять номенклатуру наиболее предпочтительного ряда и переходить к выбору из менее предпочтительных только тогда, когда поставленная задача не имеет удовлетворительного решения.

В стандартных системах допусков и посадок обычно устанавливают ряды с несколькими уровнями предпочтения, например, предпочтительные посадки (первый уровень), рекомендуемые посадки (второй уровень), и, наконец, все стандартные посадки (третий, самый низкий уровень предпочтительности).

Количественная сторона принципа предпочтительности реализуется через использование рядов предпочтительных чисел (ряды Ренара).

Предназначение рядов предпочтительных чисел состоит в том, что их использование обеспечивает упорядочение и определенный экономический эффект при выборе числовых значений любых параметров, на которые нет конкретного нормативного документа (НД) по стандартизации.

Под обеспечением инвариантности деталей понимают такое построение систем допусков и посадок, которое гарантирует геометрическую взаимозаменяемость (инвариантность) деталей, изготовленных по одним и тем же требованиям к номинальным значениям и к точности геометрических параметров.

Чтобы система, обеспечивала инвариантность деталей, должны соблюдаться заложенные в ней условия годности деталей: единообразие трактовки годности и достоверность результатов контроля. Только при соблюдении этих условий результаты измерений можно сопоставить с моделью годной детали, которая задана чертежом, и дать объективное заключение о годности.

Единообразие трактовки годности детали обеспечивается установлением ее предельных контуров, в которые должна " вписываться" реальная деталь. Геометрические параметры контролируемой детали определяются по результатам измерений.

Достоверную информацию о параметрах детали можно по­лучить только при измерении в нормальных условиях.

Нормальные условия подразумевают, что измерения проводят при нормальных значениях влияющих физических величин. Под влияющими величинами понимают те физические величины, которые не являются измеряемыми, но могут вызвать искажение результатов измерений из-за воздействия на сам объект измерения и (или) на применяемые средства измерений. Например, при измерении длины всегда существенное значение имеет температура контролируемой детали, от которой зависит фактическое значение размера. Понятно, что температурный фактор сказывается не только на измеряемом объекте, но и на применяемых средствах измерений.

Проблема установления номенклатуры влияющих величин и областей их нормальных значений настолько сложна, что для случая измерений линейных размеров ей посвящен специальный стандарт (ГОСТ 8.050-73). Указание в некоторых стандартах допусков и посадок значения нормальной температуры 20°С не дает необходимой информации и может служить только формальным ориентиром.

Для однозначного заключения о годности детали по результатам ее измерений в нескольких сечениях необходимо предва­рительно установить правила разбраковки. Формальными правилами при разбраковке деталей по размерам являются истолкования предельных контуров детали. Деталь признается годной в том случае, если ее реальные контуры, установленные по результатам измерений, не выходят за предельные. При этом экстремальные измеренные значения могут быть равны предельным размерам.

В стандартах систем допусков и посадок истолкование предельных размеров содержится в явном виде (примером может служить истолкование предельных размеров гладких цилиндрических поверхностей) или оформлено косвенно, через установление полей допусков размеров.

Формализованные значения допусков могут быть построены в соответствии с рядами предпочтительных чисел и быть организованы в виде рядов с различными структурами. Например, в стандарте допусков и посадок гладких цилиндрических сопряжении ряды допусков построены в виде массива, где числовое значение допуска установлено в соответствии с интервалом номинальных размеров и уровнем точности.

В системе допусков формы и расположения поверхностей приведены несколько массивов значений допусков, в том числе допуски, связанные со значениями номинальных параметров и уровнями точности, а также абстрактный ряд допусков, построенный в порядке возрастания их числовых значений.

Значения допусков размера необходимо увязывать с параметрами, которые будем называть эффективными или влияющими.

Увязка допуска с эффективными параметрами имеет принципиальное значение как с конструкторских, так и с технологических позиций. Технологический подход к возможным значениям допусков основывается на увязывании допусков с полем практического рассеяния размеров при обработке детали на определенном технологическом оборудовании. Поле рассеяния размеров при обработке каждой детали в партии зависит от множества факторов, которые будут сказываться на силовых и температурных деформациях в системе станок—приспособление— инструмент—деталь (система СПИД). Существенное влияние на разброс размеров в партии деталей может оказывать также износ режущего инструмента.

Понятно, что нельзя выделить один. или несколько влияющих факторов и " привязать" к ним значение допуска. Поэтому эффективные параметры, с которыми увязывают значения допуска, должны отражать некоторое обобщенное влияние множества технологических факторов.

Итак, при построении систем допусков и посадок их разра­ботчики вынуждены увязывать допуски с некоторыми эффективными параметрами, которые с позиций функционирования изделия (конструкторский подход) учитывают масштабный фактор при назначении норм точности размеров, а с позиций изготовления деталей (технологический подход) по возможности увязаны с точностью технологических процессов.

Многолетнее применение систем допусков и посадок позво­лило практически решить вопрос об интервалах эффективных параметров. В любой системе допусков или допусков и посадок ряды допусков образованы с учетом эффективных параметров, которые сгруппированы в интервалы. Границы интервалов приведены в таблицах стандартов с указа­ниями " До" (приведенное номинальное значение включается в данный интервал) и " Свыше" (приведенное значение не входит в данный интервал, и он начинается с любого большего значения).

В системе ИСО и ЕСДП установлены допуски и посадки для размеров менее 1 мм; свыше1мм до 500 мм; свыше 500 мм до 3150 мм; а также для размеров свыше 3150 до 10000 мм.

Для построения рядов допусков каждый из диапазонов размеров, в свою очередь, разбит на интервалы. Для номинальных размеров от 1 до 500 мм установлено 13 интервалов: до 3, свыше 3 до 6, свыше 6 до 10 мм, …, свыше 400 до 500 мм. Для всех размеров, объединенных в один интервал, значения допусков приняты одинаковыми. Для определения допусков и отклонений в системе ИСО и ЕСДП принимают среднее геометрическое ()крайних размеров диаметров каждого интервала, т.е. . Диаметры по интервалам распределены таким образом, чтобы допуски, подсчитанные по крайним значениям в каждом интервале, отличались от допусков, подсчитанных по среднему значению диаметра в том же интервале, не более чем на 5…8%.

Для решения различных конструкторских задач необходимы допуски разной точности. Например, точность направляющих станка или измерительного прибора существенно выше точности дверного засова; подшипники шпинделя станка точнее подшипников автомобильных колес и т.д.

Понятие точности геометрических параметров не может рассматриваться как абсолютное. Известна связь допуска со значениями эффективных параметров. Следовательно, можно говорить об установлении в любой системе допусков и посадок уровней относительной точности, которые используются для назначения " одинаково точных" допусков для параметров с разны­ми номинальными значениями.

Уровни относительной точности в различных стандартных системах допусков и посадок называются по-разному. В системе допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей они называются квалитетами, в системах допусков формы и расположения поверхностей, допусков зубчатых колес — степенями точности. Для подшипников качения, допусков несопрягаемых поверхностей (" неуказанные допуски") и некоторых других случаев используют понятие классов точности. Наименование уровней относительной точности зависит от конкретных объектов и сложившихся традиций.

Установленные стандартами уровни относительной точно­сти используются как второй вход в таблицах допусков. Первым входом являются интервалы эффективных параметров, а значение допуска отыскивают на пересечении двух входов в таблицу по принципу " строка-столбец".

Уровни относительной точности играют весьма важную роль в использовании аналогии для выбора норм точности при проектировании или технологического оборудования при разработке технологического процесса. Вне зависимости от конкретного значения нормируемого параметра или параметра изготавливаемой детали можно, опираясь на уровень относительной точности, выбрать допуск, посадку или технологическое оборудование, которое способно обеспечить удовлетворительное поле практического рассеяния при обработке детали, либо выполнение ею требуемых функций.

На использовании уровней относительной точности построены справочники конструкторов и технологов, а также значительная часть нормативно-технических документов. Уровни относительной точности фиксируются в обозначениях допусков и посадок, за исключением тех случаев, когда приводят только значения предельных отклонений.

Построение систем допусков и посадок потребовало введения некоторых дополнительных принципов. Они не соблюдаются столь строго, как основные принципы, но важны для образования посадок.

Рассмотрим их на примере системы допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей. Это принципы:

— оптимального расположения поля допуска основной де­тали;

— обеспечения физически обоснованных зазоров (натягов) в посадках;

— использования неравноточных допусков отверстий и ва­лов в посадках.

Принцип оптимального расположения поля допуска основной детали в любой системе допусков и посадок связан с применением посадок в системе отверстия или в системе вала. Система допусков и посадок для типовых деталей машин построена по единому принципу. Предусмотрены посадки в системе отверстия (СА) и в системе вала (СВ). В системе отверстия посадки с различными зазорами и натягами получаются соединением различных валов с основным отверстием, которое обозначается Н. Для всех посадок в системе основного отверстия , т.е. нижняя граница поля допуска совпадает с нулевой линией. Посадки по основному валу – это посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом, который обозначается . Для всех посадок в системе основного вала , т.е. верхняя граница поля допуска всегда совпадает с нулевой линией. Из этого следует, что поле допуска основного отверстия откладывается вверх, а поле допуска основного вала вниз, т.е. в материал (тело) детали.

Такую систему допусков называют односторонней. Выбор систем отверстия и вала для той или иной посадки определяется конструктивными, технологическими и экономическими соображениями.

Точные отверстия обрабатываются дорогостоящим режущим инструментом (зенкерами, развертками, протяжками и др.). Каждый из них применяется для изготовления отверстия только одного размера с определенным полем допуска. Валы независимо от их размеров обрабатываются одним и тем же резцом или шлифовальным кругом. В системе отверстия различных по предельным размерам отверстий меньше. Чем в системе вала, а, следовательно, меньше номенклатура режущего инструмента, необходимого для обработки отверстий. В связи с этим преимущественное распространение получила система отверстия.

Систему основного вала применяют только в нескольких случаях:

1) когда необходимо чередовать соединения нескольких отверстий на одном валу, но с различными посадками;

2) когда детали типа осей и валиков могут быть изготовлены из холоднотянутых прутков без механической обработки;

3) если охватываемые детали (валы) являются стандартными изделиями. Например, гнездо в корпусе редуктора для установки подшипника выполняется в системе основного вала.

Принцип обеспечения физически обоснованных зазоров (натягов) в посадках основан на расчете основных отклонений валов и отверстий, которые должны гарантировать необходимый характер рекомендуемых посадок в системах основного отверстия и основного вала. Формулы расчета основных отклонений приведены в приложении к стандарту допусков и посадок гладких цилиндрических поверхностей; Вывод этих зависимостей основан на использовании теоретических положений и практического опыта эксплуатации сопряжении.

Принцип использования неравноточных валов и отверстий реализован в большинстве рекомендуемых посадок. Причины такого положения обусловлены в первую очередь технологией получения отверстий и валов одинаковой относительной точности. Обработка отверстий всегда производится в худших усло­виях т. к. в отверстие можно ввестиинструмент ограниченной жесткости, хуже при обработке отверстий условия отвода стружки, теплооотвода, подачи смазывающе-охлаждающей жидкости и т.д.

Поэтому при выборе посадок предпочтение, как правило, отдают таким сочетаниям полей допусков валов и отверстий, в которых поле допуска отверстия на квалитет грубее поля допуска вала.