Основы нормирования параметров точности

ГОСТ 25347-82 выделяет рекомендуемые  посадки, в числе которых указаны  предпочтительные посадки первоочередного  применения.

Для диапазона от 1 до 500 мм в системе отверстия выделено 69 рекомендуемых посадок, из них 17 - предпочтительных, а в системе  вала - 59 рекомендуемых посадок, в  том числе 11 предпочтительных.

6. Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками.

Предельные отклонения, не указанные непосредственно после  номинальных размеров на чертежах, а оговоренные общей записью  в технических требованиях чертежа, называют неуказанными предельными  отклонениями. Неуказанные предельные отклонения допускаются для размеров сравнительно низкой точности (12-17-й  квалитеты). Основные правила назначения указанных предельных отклонений размеров даны в ГОСТ 25670-83.

Неуказанные предельные отклонения могут быть назначены или на основе квалитетов, или на основе специальных  классов точности. Для этого установлено  четыре класса точности:  
- точный, соответствующий округленно допускам 12-го квалитета;  
- средний, соответствующий 14-му квалитету;  
- грубый, соответствующий 16-му квалитету;  
- очень грубый, соответствующий 17-му квалитету.

Допуски по этим специальным  классам точности обозначаются соответственно tu t2, Ц и f4.

Согласно ГОСТ 25670-83 предусмотрены  четыре варианта научения неуказанных  предельных отклонений размеров.

Предельные отклонения размеров различных элементов, оговариваемых  в одной общей записи, должны быть одного уровня точности (одного квалитета  или одного класса точности либо одного квалитета и соответствующего ему  класса точности).

Выбор одного из вариантов  общей записи зависит от конструктивных и технологических требований.

Предпочтение следует  отдавать варианту, устанавливающем  односторонние предельные отклонения "в тело" для валов и отверстий. Вариант 2 не рекомендуется. К элементам  деталей, не относящимся к валам  и отверстиям, относят уступы, глубины  отверстий! высоту уступов, расстояния между осями отверстий или  плоскостями симметрии и др. Для  этих элементов предельные отклонения указываются по варианту +-, в общей  записи для всех элементов допускается  указывать вместо варианта ± - соответственно ±.

Обозначения односторонних  предельных отклонений по квалитетам, назначаемых только для круглых  отверстий и валов, дополняются  символом диаметра (0).

3.  Расчет и применение посадок.
1. Метод выбора посадок.

Выбор посадок для подвижных  и неподвижных соединений проводят на основании расчетов, аналогичных  данным соединениям которые апробированы на практике, и экспериментальными следованиями в конкретных условиях работы соединения.

В большинстве случаев  используют комплексный метод, учитывающий  достоинства каждого. Посадки с  зазором используют для подвижных  и неподвижных соединений. В подвижных  соединениях устанавливают гарантированный  зазор, обеспечивающий взаимное перемещение  сопрягаемых деталей, для размещения слоя смазки с учетом конкретных условий  силовых и кинематических параметров работы сопряжения, теплового режима, требований к точности параметров геометрической формы, расположения и шероховатости  поверхностей. Для ответственных  поверхностей, работающих в условиях жидкостного трения, расчет гарантированных  зазоров проводят на основании гидродинамической  теории смазки. При работе сопряжения в условиях полужидкостного, полусухого и сухого трения выбор посадок  проводят по аналогии с посадками, хорошо оправдавшими себя на практике. Выбор  посадки для неподвижного соединения проводят так, чтобы наименьший зазор  обеспечивал свободную сборку деталей  и учитывал компенсацию допусков формы и расположения. Наибольший зазор в таких посадках рассчитывают из допусков эксцентриситета (е) для  цилиндрических деталей или из допусков смещения осей для плоских деталей.

Требуемая неподвижность  рассматриваемых посадок с зазором  обеспечивается дополнительными крепежными средствами (шпонками, шлицами, болтами, штифтами и др.).

Переходные посадки предназначены  для неподвижных, но разъемных соединений. К таким сопряжениям предъявляют  высокие требования к центрированию деталей. Переходные посадки характерны тем, что образуют как зазоры, так и натяги.

Для обеспечения неподвижности  соединения необходимо применять дополнительные крепежные средства. Натяги в переходных посадках имеют сравнительно небольшую  величину и обычно не требуют расчета  на прочность, за исключением тонкостенных деталей. Чем больше вероятность  получения натягов, тем более  прочной является посадка. Поэтому  переходные посадки применяют для  более точного центрирования  деталей при ударных и вибрационных нагрузках, а иногда обходятся без  дополнительного крепления. Стандартные  поля допусков для переходных посадок  находят широкое применение для  посадочных поверхностей подшипников  качения с посадочными поверхностями  валов и корпусов изделия. Переходные посадки в основном используют в  относительно точных квалитетах: в  сопряжениях валов по 4-7-му и отверстий  по 5-6-му. Выбор переходных посадок  чаще всего производят по аналогии с хорошо работающими соединениями.

Посадки с натягом, как  правило, применяют для неподвижных  неразборных в процессе эксплуатации соединений без дополнительных крепежных  средств. Неподвижность деталей  при этих посадках достигается за счет напряжений, возникающих в поверхностных  слоях сопряженных деталей.

В большинстве посадок  с натягом действуют упругие  деформации контактных поверхностных  слоев. В этих посадках даже незначительные колебания величин натягов оказывают  большое влияние на прочность  соединения, характеризуемое усилием  запрессовки или передающим крутящий момент. Поэтому при сборке соединений с натягом часто производят их сортировку на две или три группы по действительным размерам исходя из среднего натяга, который и принят за основную характеристику этих посадок. С этой же целью для неподвижных  посадок используют квалитеты высокой точности, так же как и для переходных посадок.

При использовании посадок  с натягом необходимо проводить  их расчет и опытную проверку. В  зависимости от конструктивных особенностей и эксплуатационных требований к  сборке соединения деталей по посадке  с натягом выполняют следующими способами: механическим - запрессовкой вала во втулку; термическим - разогревом втулки и охлаждением вала в средах с низкой температурой.

Полученные расчетом значения температуры должны быть уточнены с  учетом интенсивности охлаждения втулки и повышения температуры вала в начальный момент надвигания втулки на вал.

В некоторых случаях используют комбинированный способ со сниженной  температурой разогрева втулки, компенсируемой в виде дополнительной под прессовки.

2. Расчет посадок с зазором с натягом и переходных посадок.

Типовыми посадками  с зазором являются гидродинамические подшипники скольжения. Нормальные условия работы таких соединений создаются при обязательном наличии слоя смазки между сопрягаемыми поверхностями, гарантирующими жидкостное трение. При жидкостном трении происходит замена трения между металлическими поверхностями сопряженных деталей на внутреннее трение в смазочной жидкости. Жидкостное трение достигается за счет гидравлического давления, создаваемого смазочной жидкостью при вращении вала в подшипниковой втулке.

При повороте вала в подшипнике смазочная жидкость, находящаяся  в зазоре между валом и втулкой, увлекается валом в сужающуюся клиновую зону и создает гидравлическое давление жидкости на вал. Когда созданное  таким образом гидравлическое давление превысит нагрузку на опору, происходит подъем и смещение вала относительно втулки, которые в последующем стабилизируются, образуя гарантированный зазор - смазочный слой h_min.

Для образования гарантированного зазора A_min несущая способность неразрывного смазочного слоя в подшипнике должна превышать нагрузку на опору.

Посадки с натягом в основном применяют для неподвижных неразборных в процессе эксплуатации сопряженных деталей бея дополнительных крепежных средств.

Прочность соединения в таких  неподвижных посадках достигается  за счет упругой деформации сопряженных  деталей, возникают щей при технологических  процессах сборки. Наиболее распространены при этом процессы запрессовки одной  детали в другую поя усилием пресса или предварительного нагрева детали с охватывающей поверхностью и ее охлаждения после сборки до нормальной температуры. Соответственно таким  технологическим процессам в  старых стандартах посадки называли "прессовая" и "горячая".

Примерами применения посадок  с натягом являются соединение осей и бандажей со ступицами колес  железнодорожного транспорта, венцов со ступицами червячных колес, вкладышей  подшипников с корпусными деталями.

Основные задачи расчета  посадок с натягом сводятся к  определению:  
— расчетного натяга и соответственно стандартной посадки конкретного соединения;  
— величины усилия запрессовки или температуры нагрева де ли с охватывающей сопрягаемой поверхностью для выбора пресса и нагревательного оборудования;  
— расчетной прочности сопряжения из условия обеспечения неподвижности в процессе эксплуатации;  
— напряжений, возникающих после сборки в материалах сопрягаемых деталей.

Весьма ответственным  при расчете посадок с натягом  являете обеспечение прочности  сопрягаемых деталей, определяемое те' что напряжение в материалах деталей, появляющееся в результат  запрессовки, не должно превышать допускаемых  напряжений, касается максимальных напряжений, действующих на внутренне поверхности  втулки и внутренней поверхности (в  центре).

Расчет переходных посадок выполняют реже, по сравнению с расчетом посадок с зазорами и натягами, и в основном как поверочный. Такие расчеты состоят из расчета вероятности зазоров и натягов в сопряжении, расчета наибольшего зазора по предельно допустимому эксцентриситету, расчета прочности только для тонкостенных деталей, а также усилия сборки при наибольшем натяге посадки. Основными расчетами в переходных посадках являются расчеты вероятности получения натягов и зазоров. В таких расчетах исходят из нормального закона распределения размеров деталей, а вероятности получения натягов и зазоров определяют с помощью нормированной функции Лапласа.

3. Применение посадок.

Посадки с зазором. Большой опыт применения посадок накоплен в конструкторских подразделениях всех отраслей машиностроения. Наиболее ярко выделяется опыт обобщения эксплуатационных и технологических свойств качества изделий машиностроения в наименованиях посадок. Этот опыт в должной мере способствовал непрерывному повышению качества посадок, приближая их к оптимальным показателям. На производстве иногда используют устаревшие наименования посадок с зазором (по системе ОСТ, которая в 1977 г. была заменена ЕСДП): скольжения, движения, ходовые, легкоходовые, широкоходовые и тепловые ходовые. Посадки скольжения - минимальный зазор равен нулю, широко используются для подвижных и неподвижных соединений, основные отклонения H и h; посадки движения характеризуются малыми зазорами, используются для подвижных соединений, основные отклонения H- g, G-h; посадки ходовые наиболее распространены для умеренных скоростей вращения (50...2000 мин^-1), основные отклонения H- f F-h; посадки легкоходовые используются при скоростях вращения 2...25 тыс. мин^-1 или при больших длинах соединений, основные отклонения H- е, E-h посадки широкоходовые используются при очень больших скоростях вращения (25...50 тыс. мин^-1), основные отклонения H-d, D-h; посадки тепловые ходовые характеризуются большими зазорами для компенсации тепловых деформаций, основные отклонения Н-а, b, с, ABC-h. В приведенных ниже примерах представлены посадки, как правило, предпочтительного применения, встречающиеся в подвижных соединениях автомобилей и дорожно-строительных машин.

В неподвижных соединениях  посадки используются при невысоких  требованиях к соосности при  небольших и спокойных нагрузках; для неподвижных осей и пальцев  в опорах; для центрируемых частей машин, используемых в качестве подшипников; для соединения деталей, которые  должны легко передвигаться при  настройках и регулировках с последующим  креплением и др. Такие посадки  используются для сменных шестерен в металлорежущих станках, сельскохозяйственных машинах, для предохранительных  муфт на валу скребкового конвейера, посадок болтов в головках шатунов  и др.

В подвижных соединениях  указанные посадки применяются  при невысоких требованиях к  точности, например ползуны на призматических шпонках включающих механизмов; соединительные муфты на валах; поршни и поршневые  золотники в цилиндрах; шпиндели клапанов в направляющих некоторых  двигателей внутреннего сгорания; шатуны между буртами вкладышей шатунных головок компрессора; шестерни, зубчатые торцовые муфты и тому подобные детали на валах при медленных или  периодических поступательных и  вращательных движениях и др. Применяются  для подвижных соединений, в которых  требуется обеспечить плавность  перемещений, ограничить зазор во избежание  нарушения соосности, возникновения ударов при реверсивных движениях или для сохранения герметичности, например клапанные коромысла на осях в механизме распределения двигателей; клапанные шпиндели в направляющих втулках; передвижные шестерни на валах коробки передач; головка шатуна с шейкой коленчатого вала трактора.