Классы допусков и посадки соединений деталей из пластмасс
Пластмассы используются для получения изделий исключительно широкого диапазона от чрезвычайно малых по массе до крупногабаритных конструкций: емкости, корпуса, водопроводные колодцы и т.д.
В машиностроении и приборостроении осваивается изготовление деталей точностью до IT3 без последующей механической обработки. В мировой практике освоено производство высокоточных деталей для часовых механизмов, дисков памяти, линз, оптических волокон, миниатюрных шариков, роликовых подшипников.
Наиболее распространены детали с размерами до 500 мм; расширяется применение деталей свыше 500 мм.
Допуски и посадки деталей из пластмасс регламентируются стандартом ГОСТ 25349-88 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков деталей из пластмасс».
Допуски и предельные отклонения относятся к размерам деталей при температуре 20°С и относительной влажности окружающего воздуха 50%.
Основные отклонения, классы допусков деталей из пластмасс приведены в табл. 4 и 5.
Таблица 4 – Классы допусков валов для номинальных размеров до 500 мм
Таблица 5 – Классы допусков отверстий для номинальных размеров до 500 мм
Посадки в соединениях пластмассовых деталей с пластмассовыми или металлическими рекомендуется назначать в соответствии с табл. 6 (в системе отверстия) и табл. 7 (в системе вала).
Таблица 6 – Рекомендуемые посадки в системе отверстия для номинальных размеров до 500 мм
Для металлических деталей в соединении с деталями из пластмасс рекомендуется назначать следующие классы допусков:
- классы допусков валов: h7, h8, h9, h10, h11, h12;
- классы допусков отверстий: H7, H8, H9, H10, H11, H12.
Контроль деталей из пластмасс должен производиться после выдержки, необходимой для релаксации внутренних напряжений материала и стабилизации размеров. Время выдержки деталей после изготовления до контроля, если оно не оговорено особо, должно быть не менее 16 ч.
Таблица 7 – Рекомендуемые посадки в системе вала для номинальных размеров до 500 мм
Основные термины и определения
Основные термины и определения, относящиеся к системе допусков на линейные размеры, установлены в стандарте ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1: 2010).
Размерный элемент – геометрическая форма, определяемая линейным или угловым размером. Размерными элементами могут быть цилиндр, сфера, две параллельные плоскости, конус, призма.
Номинальный размер (D, d) – это размер геометрического элемента идеальной формы, определенной чертежом. Номинальный размер используют для расчета предельных размеров.
Реальная поверхность детали – совокупность физически существующих геометрических элементов, которые отделяют всю деталь от окружающей среды.
Действительный размер – размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.
Предельные размеры – два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер. Эти размеры имеют название – верхний предельный размер (Dmax, dmax) и нижний предельный размер (Dmin, dmin). Предельные размеры могут быть больше или меньше номинального размера, один из предельных размеров может быть равен номинальному.
Предельное отклонение – алгебраическая разность между одним из предельных размеров и номинальным.
Верхнее предельное отклонение:
для отверстия: ES = Dmax − D, (1)
для вала: es = dmax − d. (2)
Нижнее предельное отклонение:
для отверстия: EI = Dmin − D, (3)
для вала: ei = dmin − d. (4)
Допуск – это разность между верхним и нижним предельными размерами или между верхним и нижним предельными отклонениями:
допуск отверстия:
TD = Dmax– Dmin = ES − EI, (5)
допуск вала:
Td = dmax – dmin = es – ei. (6)
Интервал допуска – совокупность значений размера между пределами допуска, включая эти пределы. Он определяется значением допуска и его расположением относительно номинального размера. Пределы допуска могут располагаться по одну или по обе стороны относительно номинального размера. На графическом изображении интервалов допусков (рис. 1) номинальному размеру соответствует нулевая линия, которая обычно располагается горизонтально.
Рисунок 1 – Графическое изображение интервалов допусков
Основное отклонение – предельное отклонение, определяющее расположение интервала допуска относительно номинального размера. Основным является то из предельных отклонений, которое соответствует предельному размеру, ближайшему к номинальному (рис. 1).
Посадки в системе отверстия и системе вала
Посадки, установленные ЕСДП СЭВ, могут быть осуществлены по системам отверстия или вала.Система отверстия характеризуется тем, что в ней для всех посадок предельные размеры отверстия остаются постоянными, а посадки осуществляются соответствующим изменением предельных размеров вала (т. е. вал подгоняется по отверстию). Размер отверстия называется основным, а размер вала — посадочным.
Система вала характеризуется тем, что в ней для всех посадок предельные размеры вала остаются постоянными, а посадки осуществляются изменением отверстия (т. е. отверстие подгоняется по размеру вала). Размер вала называется основным, а отверстия — посадочным.
На промышленных предприятиях в основном применяют систему отверстия, так как она требует меньшего количества режущего и измерительного инструмента, т. е. более экономична. Кроме того, технологически удобнее подгонять вал под отверстие, а не наоборот, поскольку удобнее производить обработку и контрольные измерения внешней поверхности, а не внутренней. Систему вала, как правило, применяют для наружных колец шарикоподшипников и в тех случаях, когда на гладкий вал насаживают несколько деталей с различными посадками.
В машиностроении наиболее распространены посадки, расположенные в порядке убывания натяга и возрастания зазора: прессовая (Пр), легкопрессовая (Пл), глухая (Г), тугая (Т), напряженная (Н), плотная (П), скольжения (С), движения (Д), ходовая (X), легкоходовая (Л), широкоходовая (Ш). Прессовые посадки дают гарантированный натяг. Глухая, тугая, напряженная и плотная посадки являются переходными, а остальные имеют гарантированный зазор. Для скользящей посадки гарантированный зазор равен нулю.
Для оценки точности соединений (посадок) пользуются понятием допуска посадки, под которым понимается разность между наибольшим и наименьшим зазорами (в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим натягами (в посадках с натягом). В переходных посадках допуск посадки равен разности между наибольшим и наименьшим натягами или сумме наибольшего натяга и наибольшего зазора.
Допуск посадки равен также сумме допусков отверстия и вала.
Отклонения и допуски расположения
В реальных поверхностях отклонения формы и расположения всегда сочетаются. В работе и при измерениях эти отклонения могут проявляться или раздельно, или совместно. Поэтому установлены собственно отклонения и допуски расположения, предполагающие исключение из рассмотрения отклонений формы путем замены реальных поверхностей прилегающими, и суммарные отклонения и допуски формы и расположения.
Отклонения расположения и допуски определяются относительно баз. Отклонения формы и расположения отдельных баз комплекта могут вызвать неоднозначную оценку геометрических отклонений других поверхностей
Поэтому при назначении комплекта баз важно задать последовательность их выбора, которая должна устанавливаться в порядке убывания числа степеней свободы детали, отнимаемых базами
Введенный допуск на наклон позволяет нормировать отклонения от любого номинального угла (кроме 0 и 90°) методом, аналогичным методу нормирования допусков на параллельность и перпендикулярность, т.е. в линейной мере.
Допуски на соосность, симметричность, пересечение осей, позиционный допуск можно задавать либо предельным значением отклонения в радиусном выражении, либо диаметром (шириной) поля допуска, что соответствует удвоенному предельному отклонению (допуски в диаметральном выражении). Оба способа выражения допуска показаны на рис. 7 на примере поля допуска на соосность (Т — допуск в диаметральном, R = T/2 — допуск в радиальном выражении).
Указание на чертежах допусков размеров
Прежде чем назначить предельные отклонения размерам на чертежах определяют характер соединения, возможности ремонта, условия эксплуатации и др.
Предельные размеры с помощью предельных отклонений указывают на чертежах с помощью таблиц несколькими способами:
- числовыми величинами (рис. 4, а), причем отклонение, равное нулю, опускается (рис. 4, д), а одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку отклонения указывают один раз со знаками ± (рис. 4, e);
- условными (символическими) обозначениями полей допусков и посадок согласно стандартам (рис. 4, г);
- символическими условными обозначениями полей допусков с указанием справа в скобках их числовых величин (рис. 4, ж).
Рис. 4. Нанесение предельных (верхнего и нижнего) отклонений на чертежах
Предельные отклонения размеров деталей, изображенных на чертеже в сборе, указывают также одним из трех перечисленных способов в виде дроби: в числителе представляют предельные отклонения отверстия, в знаменателе — вала (рис. 4, б). На рис. 4, г символ g6 обозначает поле допуска, т.е. два отклонения: верхнее отклонение — 0,010 и нижнее — 0,029 мм. В обозначениях положительных предельных отклонений знак «+» опускать нельзя. Предельные отклонения записывают до последней значащей цифры включительно, выравнивая количество знаков в верхнем и нижнем отклонении добавлением нулей (рис. 4; а,б,е,ж).
Буквенный способ обозначения полей допуска предпочтителен в случае применения предельных калибров для измерения размеров на производстве, так как на калибрах, как правило, маркируются буквенные обозначения полей допусков контролируемых деталей.
Числовые обозначения удобнее при работе на универсальных металлообрабатывающих станках и при контроле изделий универсальными средствами измерений. Смешанные обозначения применяют при неопределенности вопроса о средствах контроля, которые будут использованы на производстве.
Основные понятия из этой системы
Номинальным называют основной размер, получаемый из расчета на прочность, жесткость или выбираемый конструктивно и проставляемый на чертеже. Проще говоря, номинальный размер детали получен конструкторами и разработчиками расчетным путем (исходя из требований прочности, жесткости и т. п.) и указывается на чертеже детали в виде основного размера.
Номинальный размер соединения является общим для отверстия и вала, составляющих соединение. По номинальным размерам выполняют в том или ином масштабе чертежи деталей, сборочных единиц и приборов.
Для унификации и стандартизации установлены ряды номинальных размеров (ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел»). Полученный расчетом или выбранный размер следует округлять до ближайшего значения из стандартного ряда. Это особенно относится к размерам деталей, получаемым стандартным или нормализованным инструментом, или присоединительным по отношению к другим стандартным деталям или узлам.
Для сокращения номенклатуры применяемого в производстве режущего и измерительного инструмента в первую очередь рекомендуется применять размеры, оканчивающиеся на и 5, а затем — на 0; 2; 5 и 8.
Размер, полученный в результате измерения детали с наибольшей возможной точностью, называют действительным. Не следует путать действительный размер детали с ее абсолютным размером.
Абсолютный размер – реальный (фактический) размер детали; его невозможно измерить никакими сверхточными средствами измерения, поскольку всегда будет присутствовать погрешность, обусловленная, в первую очередь, уровнем развития науки, техники и технологий. Кроме того, любое материальное тело при температуре выше абсолютного нуля «дышит» — на его поверхности постоянно перемещаются микрочастицы, молекулы и атомы, отрываясь от тела и возвращаясь обратно. Поэтому, даже имея в распоряжении сверхточные средства измерений, абсолютный размер детали определить невозможно; можно лишь говорить о реальном размере в бесконечно малый отрезок (момент) времени. Вывод очевиден — абсолютный размер детали (как и любого тела) — понятие абстрактное.
Размеры, между которыми может находиться действительный размер изготовленной детали, называют предельными, при этом различают наибольший и наименьший предельные размеры.
Выполненная в интервале между предельными размерами деталь считается годной. Если же ее размер выходит за предельные ограничения – она считается браком.
По предельным размерам устанавливают тип соединения деталей и допустимую неточность их изготовления.
Для удобства на чертежах указывают номинальный размер детали, а каждый из двух предельных размеров определяют по его отклонению от этого размера. Величину и знак отклонения получают в результате вычитания номинального размера из соответствующего предельного размера.
Разность между наибольшим предельным и номинальным размерами называется верхним отклонением (обозначается es или ES), разность между наименьшим предельным и номинальным — нижним отклонением (обозначается ei или EI). Верхнее отклонение соответствует наибольшему предельному размеру, а нижнее — наименьшему.
Все сопрягаемые (взаимодействующие) в механизме детали подразделяют на две группы – валы и отверстия. Вал обозначает наружный (охватываемый) элемент детали. При этом вал не обязательно должен иметь круглую форму: в понятие «вал» входит, например, шпонка, а шпоночный паз в этом случае называют «отверстием». Основным называют вал, верхнее отклонение которого равно нулю. Размеры вала на схемах и при расчетах обозначаются строчными (маленькими) буквами: d, dmax, dmin, es, ei и т. д.
Отверстие обозначает внутренний (охватывающий) элемент детали. Как и в случае с валом, отверстие не обязательно должно быть круглым – его форма может быть любой. Основным называют отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю. Размеры отверстия на схемах и при расчетах обозначаются прописными (заглавными) буквами: D, Dmax, Dmin, ES, EI и т. д.
Допуском (Т) называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами детали. Т. е. допуск – это интервал между предельными размерами, в пределах которого деталь не считается браком. Допуск на размер вала обозначают Тd, отверстия – TD. Очевидно, что чем больше допуск на размер, тем легче изготовить деталь. Допуск на размер детали может быть определен, как разность между предельными размерами или как сумма предельных отклонений:
TD(d) = D(d)max – D(d)min = ES(es) + EI(ei), при этом следует учитывать знаки предельных отклонений, поскольку допуск на размер детали всегда положителен (не может быть меньше нуля).
Посадки
Характер соединения, определяемый разностью между охватывающим и охватываемым размером, называется посадкой. Положительная разность между диаметрами отверстия и вала называется зазором (обозначается буквой S), а отрицательная – натягом (обозначается буквой N). Иными словами, если диаметр вала меньше диаметра отверстия – имеет место зазор, если же диаметр вала превышает диаметр отверстия – в сопряжении присутствует натяг. Зазор определяет характер взаимной подвижности сопряженных деталей, а натяг — характер их неподвижного соединения.
В зависимости от соотношения действительных размеров вала и отверстия различают подвижные посадки — с зазором, неподвижные посадки — с натягом и переходные посадки, т. е. посадки, в которых может присутствовать и зазор, и натяг (в зависимости от того, какие отклонения имеют действительные размеры сопрягаемых деталей от номинальных размеров).
Посадки, в которых обязательно присутствует зазор, называют посадками с гарантированным зазором, а посадки, в которых обязателен натяг – с гарантированным натягом.
В первом случае так выбирают предельные размеры отверстия и вала, чтобы в сопряжении был гарантированный зазор. Разность между наибольшим предельным размером отверстия (Dmax) и наименьшим предельным размером вала (dmin) определяет наибольший зазор (Smax):
Smax = Dmax – dmin.
Разность между наименьшим предельным размером отверстия (Dmin) и наибольшим предельным размером вала (dmax) — наименьший зазор (Smin):
Smin = Dmin – dmax.
Действительный зазор будет находиться между указанными пределами, т. е. между максимальным и минимальным зазором. Зазор необходим для обеспечения подвижности соединения и размещения смазки. Чем выше число оборотов и выше вязкость смазки, тем больше должен быть зазор.
В посадках с натягом так выбирают предельные размеры вала и отверстия, чтобы в сопряжении был гарантированный натяг, ограниченный минимальным и максимальным значениями – Nmax и Nmin:
Nmax = dmax – Dmin, Nmin = dmin – Dmax.
Переходные посадки могут дать зазор или натяг небольшой величины. До изготовления деталей нельзя сказать, что будет в сопряжении. Это становится ясным только при сборке. Зазор не должен превышать величины наибольшего зазора, а натяг — величины наибольшего натяга. Переходные посадки применяются в том случае, если необходимо обеспечить точное центрирование отверстия и вала.
Всего в ЕСДП СЭВ предусмотрено 28 типов основных отклонений для валов и столько же для отверстий. Каждый из них обозначается строчной латинской буквой (ГОСТ 2.304 — 81), если отклонение относится к валу, или прописной, если отклонение относится к отверстию.
Буквенные обозначения основных отклонений приняты в алфавитном порядке, начиная от отклонений, обеспечивающих самые большие зазоры в соединении. Сочетанием различных отклонений вала и отверстия можно получить посадки разного характера (зазор, натяг или переходная).