Предельные отклонения размеров и понятие о допусках. Понятие о размерах, допусках и отклонениях Основные понятия о размерах отклонениях посадках

При создании механизмов машин и при описаниях процессов взаимодействий поверхностей всегда возникает необходимость соединения двух или нескольких деталей или процессов. И очень часто приходится одну деталь (процесс) помещать внутрь другой. Основное содержание разработок по взаимозаменяемости в машиностроении и описании процессов взаимодействий связано именно с такими сопряжениями, поэтому приведем некоторые термины и их определения.

При соединении двух деталей объектов поверхности, которыми они соединяются, называют сопрягаемыми и иногда разделяют элементы детали с охватывающими и охватываемыми поверхностями.

Охватывающей называется элемент детали с внутренней сопрягаемой поверхностью (рис. 1.2). За деталями с такими поверхностями установился термин «отверстие».

Охватываемой называется деталь с наружной сопрягаемой поверхностью. За такими деталями установился термин «вал».

Как видно из определений и рис. 1.2, термины «отверстие» и «вал» применяются не обязательно к замкнутым поверхностям взаимодействии, но и к полуоткрытым, и относятся не ко всей детали или поверхности, а прежде всего к ее элементам, участвующим в сопряжении. Этот термин введен для удобства нормирования требований к размерам этих сопрягаемых поверхностей без различия формы детали в отношении несопрягаемых поверхностей.

I - детали с охватывающими поверхностями (отверстия),

2 - детали с охватываемыми поверхностями (валы).

Рис. 1.2. Охватывающие и охватываемые поверхности сопряжений

При соединении отверстий и валов, т.е. деталей с охватывающей и охватываемой поверхностями, они образуют сопряжение, чаще называемое посадкой. При этом в зависимости от размеров валов и отверстий (не забывайте, что термины «вал» и «отверстие» теперь и в дальнейшем мы будем употреблять только в отношении наружных и внутренних поверхностей) они могут иметь после сборки разные возможности в отношении смещения относительно друг друга. В некоторых случаях после соединения одна деталь может смещаться относительно другой на определенную величину, а в других случаях происходит сопротивление их взаимному смещению с разной степенью взаимодействия. Термины «отверстие» и «вал» могут применяться и для несопря- гаемых элементов или процессов. Этот методологический подход рассмотрим на примере машиностроения.

Посадка - характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в ней зазоров или натягов.

Зазор - разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала.

Натяг - разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.

Добавление в определении натяга слов «до сборки» объясняется тем, что в результате сборки с натягом может происходить деформация сопрягаемых поверхностей.

В зависимости от свободы относительного перемещения сопрягаемых деталей или степени сопротивления их взаимному смещению разделяют посадки на три вида: посадки с зазором; посадки с натягом; переходные посадки.

Посадка с зазором (рис. 1.3, а) - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении. При графическом изображении в посадке с зазором поле допуска отверстия всегда располагается над полем допуска вала, т.е. размеры годного отверстия всегда больше размеров годного вала.

Посадки с зазором характеризуются (отличаются одна от другой) величиной наименьшего и наибольшего зазора. Наибольшим зазор окажется тогда, когда будут сопрягаться наибольший предельный размер отверстия и наименьший предельный размер вала. Наименьший зазор- при сопряжении наибольшего размера вала с наименьшим размером отверстия. В частном случае наименьший зазор может быть равен нулю.

Посадки с зазором используются в тех случаях, когда допускается относительное смещение сопрягаемых деталей.

Посадка с натягом (рис. 1.3, в) - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении, при графическом изображении в посадке с натягом поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, т.е. всегда размеры годного отверстия меньше размеров годного вала.

Посадки с натягом характеризуются (отличаются одна ол другой) величиной наименьшего и наибольшего натяга. Наибольшим натяг окажется тогда, когда будут сопрягаться наименьший размер отверстия с наибольшим размером вала. Наименьший натяг - при сопряжении наибольшего размера отверстия с наименьшим размером вала.

Посадки с натягом используются в тех случаях, когда необходимо передать крутящий момент в основном без дополнительного крепления только за счет упругих деформаций сопрягаемых деталей.

Переходная посадка (рис. 1.3, в)- посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью.

Переходные посадки характеризуются наибольшим натягом и наибольшим зазором. Если при изготовлении окажется, что размер отверстия соответствует наибольшему предельному размеру, а размер вала - наименьшему предельному размеру, то получится наибольший зазор в этом сопряжении. Если размер вала после изготовления соответствует наибольшему допустимому, а отверстие - наименьшему допустимому, то получится наибольший допустимый натяг.

Поэтому заранее, до изготовления, когда установлены допуски и возможные предельные размеры отверстия и вала, нельзя сказать, какая будет посадка - с зазором или с натягом.

Рис. 1.3. Графические изображения посадок: а) посадка с зазором; б) посадка с натягом; в) переходная посадка

При эксплуатации, когда необходимо иногда проводить разборку и сборку, используются переходные посадки взамен посадок с натягом. Обычно переходная посадка требует дополнительного закрепления сопрягаемых деталей, они имеют небольшие предельные зазоры и натяги и часто используются для обеспечения центрирования, т.е. обеспечения совпадения осей отверстия и вала. Для решения проблем сопряжения поверхностей в машиностроении используется система отверстия и система вала.

Посадки с одинаковыми зазорами или натягами можно получить при разном положении полей допусков отверстия и вала (см. рис. 1.1). Таких полей допусков может оказаться бесчисленное множество. Но это означает, что практически невозможно будет выпускать в продажу обрабатывающий инструмент для изготовления отверстий - сверла, зенкеры, развертки, другой инструмент, непосредственно формирующий размеры сопрягаемых поверхностей.

Поэтому в нормативных документах всех стран мира используется принципиальный подход к ограничению свободы в установлении полей допусков валов и отверстий относительно номинального значения. Это ограничение сформулировано в понятии «система отверстия» и «система вала». Принципиальный подход в этих системах заключается в том, что при образовании всех трех видов посадок вводится ограничение в расположении полей допусков, т.е. принимается постоянное положение одного из полей допусков (вала или отверстия), причем один из предельных размеров вала или отверстия должен совпадать с номинальным размером. Такие отверстия и валы получили название основных.

Основное отверстие - отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.

Основной вал - вал, верхнее отклонение которого равно нулю.

Таким образом, у основного отверстия с номинальным размером совпадает наименьший предельный размер, а у вала - наибольший предельный размер. Эти границы установлены не случайно. Дело в том, что при обработке вала его размер изменяется от большего к меньшему. Следовательно, можно прекращать обработку, когда размер будет равен наибольшему допустимому значению. И очень удобно, если этот первый из возможных размеров годной детали будет целым числом, равным номинальному. При обработке отверстия размер изменяется от меньшего к большему, и первый размер годной детали - это наименьший допустимый размер, он соответствует номинальному размеру.

Посадки в системе отверстия (рис. 1.4, а) - посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных, валов с основным отверстием.

Посадки в системе вала (рис. 1.4, б) - посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом.

Здесь надо отметить, что предпочтение отдается системе отверстия, поскольку в этой системе меньше надо полей допусков для отверстия одного номинального размера, а изготовить отверстие и измерить его значительно труднее и дороже, чем изготовить и измерить вал такого размера с одинаковой точностью. Практически только для системы отверстия можно изготавливать готовый режущий инструмент для отверстия, так как в системе вала очень много полей допусков отверстий с различными предельными отклонениями при одном и том же номинальном размере. Систему вала обычно используют, исходя из некоторых конструктивных или технологических соображений, когда это экономически выгодно. Но случаи использования системы вала весьма ограничены.

Рис. 1.4. Схемы графических представлений посадок: я) - в системе отверстия; б) - в системе вала

Основные понятия о взаимозаменяемости по геометрическим параметрам удобнее рассматривать на примере валов и отверстий и их соединений.

Вал - термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров.

Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерений.

Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.

Определения даются по ГОСТ 25346-89 "Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений".

Номинальный размер - это размер, относительно которого определяются отклонения.

Номинальный размер получают в результате расчетов (прочностных, динамических, кинематических и т. п.) или выбирают из каких-либо других соображений (эстетических, конструктивных, технологических и т. п.). Полученный таким образом размер должен быть округлен к ближайшему значению из ряда нормальных размеров (см. раздел "Стандартизация"). Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости были установлены ряды нормальных линейных размеров. Ряды нормальных линейных размеров регламентируются во всем диапазоне, находящем широкое применение.

Базой для нормальных линейных размеров являются предпочтительные числа, а в отдельных случаях их округленные значения.

Действительный размер - размер элемента, установленный измерением. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится для определения годности размеров детали установленным требованиям. Под измерением понимают процесс нахождения значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, а под погрешностью измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер - размер, полученный в результате обработки детали. Значение истинного размера неизвестно, так как невозможно выполнить измерение без погрешности. В связи с этим понятие "истинный размер" заменяется понятием "действительный размер".

Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Для предельного размера, которому соответствует наибольший объем материала, т. е. наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия, предусмотрен термин предел максимума материала; для предельного размера, которому соответствует наименьший объем материала, т. е. наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия, - предел минимума материала.

Наибольший предельный размер - наибольший допустимый размер элемента (рис. 5.1)

Наименьший предельный размер - наименьший допустимый размер элемента.

Из этих определений следует, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя допустимыми значениями - наибольшим и наименьшим. У годной детали размер должен находиться между этими предельными значениями.

Отклонение - алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и номинальным размером.

Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.

Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.

Отклонения разделяются на верхние и нижние. Верхнее отклонение Е8, еа (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. (ЕЯ- верхнее отклонение отверстия, ег- верхнее отклонение вала).

Нижнее отклонение Е1, е (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. (Е1 - нижнее отклонение отверстия, е - нижнее отклонение вала).

Допуск Т- разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями (рис. 5.2).

Стандартный допуск П - любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.

Допуск характеризует точность размера.

Поле допуска - поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рис. 5.2).

Изобразить отклонения и допуски в одном масштабе с размерами детали практически невозможно.

Для указания номинального размера используется так называемая нулевая линия.

Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз (рис. 5.2).

Используя приведенные выше определения, можно вычислить следующие характеристики валов и отверстий.

Схематичное обозначение полей допусков

Для наглядности все рассмотренные понятия удобно представить графически (рис. 5.3).

На чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения от номинального размера. Учитывая, что отклонения мо-

Рис. 5.3.

гут быть положительными (+), отрицательными (-) и одно из них может равняться нулю, то возможны пять случаев положения поля допуска при графическом изображении:

1) верхнее и нижнее отклонения положительные;
2) верхнее отклонение положительное, а нижнее равно нулю;
3) верхнее отклонение положительное, а нижнее отклонение равно нулю;
4) верхнее отклонение равно нулю, а нижнее отклонение отрицательное;
5) верхнее и нижнее отклонения отрицательные.

На рис. 5.4, а приведены перечисленные случаи для отверстия, а на рис. 5.4, б - для вала.

Для удобства нормирования выделяют одно отклонение, которое характеризует положение поля допуска относительно номинального размера. Это отклонение получило название основного.

Основное отклонение - это одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии.

Из формул (5.1) - (5.8) следует, что требования к точности размеров можно нормировать несколькими способами. Можно задать два предельных размера, между которыми должны находиться раз-

Рис. 5.4.

а - отверстия; б- вала

меры годных деталей; можно задать номинальный размер и два предельных отклонения от него (верхнее и нижнее); можно задать номинальный размер, одно из предельных отклонений (верхнее или нижнее) и допуск на размер.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров.

Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерений.

Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.

Номинальный размер - это размер, относительно которого определяются отклонения.

Номинальный размер получают в результате расчетов (прочностных, динамических, кинематических и т. п.) или выбирают из каких-либо других соображений (эстетических, конструктивных, технологических и т. п.). Полученный таким образом размер должен быть округлен к ближайшему значению из ряда нормальных размеров. Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости были установлены ряды нормальных линейных размеров. Ряды нормальных линейных размеров регламентируются во всем диапазоне, находящем широкое применение.

Наибольший предельный размер - наибольший допустимый размер элемента.

Наименьший предельный размер - наименьший допустимый размер элемента.

Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.

Отклонения разделяются на верхние и нижние. Верхнее отклонение Е8, еа - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. (ЕЯ- верхнее отклонение отверстия, ег- верхнее отклонение вала).

Нижнее отклонение Е1, е - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. (Е1 - нижнее отклонение отверстия, е - нижнее отклонение вала).

Допуск Т- разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.

Стандартный допуск П - любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.

Допуск характеризует точность размера.

Изобразить отклонения и допуски в одном масштабе с размерами детали практически невозможно.

Для указания номинального размера используется так называемая нулевая линия.

Посадка - характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки.

В машиностроении все детали условно подразделяют на две группы:

1. "валы " – наружные (охватываемые) элементы детали, номинальный размер вала принято обозначать d ;

2. "отверстия " – внутренние (охватывающие) элементы детали, номинальный размер отверстия обозначают D .

Термины "вал" и "отверстие" относят не только к цилиндрическим деталям круглого сечения, но и к элементам деталей любой другой формы.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров. Размер – это числовое значение линейной величины (диаметра, длины, высоты и т.п.) в выбранных единицах. В машиностроении размеры указываются в миллиметрах. Различают следующие размеры:

Номинальный размер (D, d, l ) – размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. Для деталей, составляющих соединение, номинальный размер является общим. Номинальные размеры находят расчетом их на прочность и жесткость, а также исходя из совершенства геометрических форм и обеспечения технологичности конструкций изделий.

Для сокращения числа типоразмеров заготовок и деталей, режущего и измерительного инструмента, штампов, приспособлений, а также для облегчения типизации технологических процессов значения размеров, полученные расчетом, следует округлять (как правило, в большую сторону) в соответствии со значениями ряда нормальных линейных размеров.

Действительный размер - размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Этот термин введен потому, что невозможно изготовить деталь с абсолютно точными требуемыми размерами и измерить их без внесения погрешности. Действительный размер детали в работающей машине вследствие ее износа, упругой, остаточной, тепловой деформаций и других причин отличается от размера, определенного в статическом состоянии или при сборке. Это обстоятельство необходимо учитывать при точностном анализе механизма в целом.

Предельные размеры детали - два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Больший из них называют наибольшим предельным размером, меньший – наименьшим предельным размером. Принятые обозначения их D max и D min для отверстия, d max и d min – для вала. Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

Выбраковочный размер – размер, при достижении которого деталь изымается из работы. Выбраковочный размер обычно задается в стандартах через границу износа или предел износа.

Отклонением называется алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером. Отклонения – это вектора, которые показывают насколько предельный размер отличается от номинального. Отклонения всегда задаются со знаком "+" или "–".

Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Одно из двух предельных отклонений называется верхним, а другое - нижним. Обозначения отклонений, их определения и формулы приведены в табл. 8.1.

Верхнее и нижнее отклонения могут быть положительными (расположены выше номинального размера или нулевой линии), отрицательными (расположены под нулевой линией), и равными нулю (совпадают с номинальным размером – нулевой линией).

Поверхности, по которым происходит соединение деталей при сборке, называют сопрягаемыми , остальные –несопрягаемыми, илисвободными . Из двух сопрягаемых поверхностей охватывающая поверхность называетсяотверстием , а охватываемая –валом (рис. 7.1).

При этом в обозначениях параметров отверстий используют прописные буквы латинского алфавита (D , E , S ), а валов – строчные (d , e ,s ).

Сопрягаемые поверхности характеризуются общим размером, называемым номинальным размером соединения (D, d).

Действительный размер детали – это размер, полученный при изготовлении и измерении с допустимой погрешностью.

Предельные размеры – это максимальный (D max и d max ) и минимальный (D min и d min ) допустимые размеры, между которыми должен находится действительный размер годной детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском размера отверстия TD и вала Td .

TD (Td) = D max (d max ) – D min (d min ).

Допуск размера определяет заданные границы (предельные отклонения) действительного размера годной детали.

Допуски изображают в виде полей, ограниченных верхним и нижним отклонением размера. При этом номинальному размеру соответствует нулевая линия . Ближайшее к нулевой линии отклонение называютосновным . Основное отклонение отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавитаA , B , C , Z , валов – строчнымиa , b , c , … , z .

Допуски размеров отверстия TD и вала Td могут быть определены как алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями:

TD(Td) = ES(es) – EI(ei).

Величина допуска зависит от размера и требуемого уровня точности изготовления детали, который определяется квалитетом (степенью точности).

Квалитет – это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности.

Стандартом установлено 20 квалитетов в порядке уменьшения степени точности: 01; 0; 1; 2…18. Квалитеты обозначают сочетанием прописных букв IT с порядковым номером квалитета: IT 01, IT 0, IT 1, …, IT 18. С увеличением номера квалитета величина допуска на изготовление детали возрастает.

От правильного назначения квалитета зависит стоимость изготовления деталей и качество работы соединения. Ниже приведены рекомендуемые области применения квалитетов:

– с 01 по 5 – для эталонов, концевых мер длины и калибров;

– с 6 по 8 – для образования посадок ответственных деталей, широко используемых в машиностроении;

– с 9 по 11 – для создания посадок неответственных узлов, работающих при низких скоростях и нагрузках;

– с 12 по 14 – для допусков на свободные размеры;

– с 15 по 18 – для допусков на заготовки.

На рабочих чертежах деталей допуски проставляют рядом с номинальным размером. При этом буквой задается основное отклонение, а цифрой – квалитет точности. Например:

 25 к6 ;  25 Н7 ;  30 h 8 ;  30 F 8 .

7.2. Понятие о посадках и системах посадок

Посадкой называется характер соединения двух деталей, определяемый свободой их относительного перемещения. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки могут быть трёх типов.

1. С гарантированным зазором S при условии: D min ≥ d max :

– максимальный зазор S max = D max – d min ;

– минимальный зазор S min = D min – d max .

Посадки с зазором предназначены для образования подвижных и неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают легкость сборки-разборки узлов. В неподвижных соединениях требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.

2. С гарантированным натягом N при условии: D max < d min :

– максимальный натяг N max = d max – D min ;

– минимальный натяг N min = d min – D max .

Посадки с натягом обеспечивают образование неразъемных соединений чаще без применения дополнительного крепления.

3. Переходные посадки , при которых возможно получение в соединении как зазора, так и натяга:

– максимальный зазор S max = D max – d min ;

– максимальный натяг N max = d max – D min .

Переходные посадки предназначены для неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают высокую точность центрирования. Требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.

В ЕСДП предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала.

Посадки в системе отверстия основного отверстия Н c различными полями допусков вала: a , b , c , d , e , f , g , h (посадки с зазором); j S , k , m , n (переходные посадки); p , r , s , t , u , v , x , y , z (посадки с натягом).

Посадки в системе вала образуются сочетанием поля допуска основного вала h с различными полями допусков отверстия: A , B , C , D , E , F , G , H (посадки с зазором); J s , K , M , N (переходные посадки); P , R , S , T , U , V , X , Y , Z (посадки с натягом).

Посадки проставляют на сборочных чертежах рядом с номинальным размером сопряжения в виде дроби: в числителе допуск на отверстие, в знаменателе допуск на вал. Например:

30или30
.

Следует отметить, что в обозначении посадки в системе отверстия в числителе обязательно присутствует буква Н , а в системе вала в знаменателе – буква h . Если же в обозначении имеются обе буквы Н и h , например  20 Н6/ h 5 , то в этом случае предпочтение отдаётся системе отверстия.