К атегория:
Разметка
Основные понятия о зазорах и натягах
В любом механизме, как бы он ни был сложен, всегда можно выделить элементарные соединения, представляющие собой пару сопряженных поверхностей. Эти поверхности деталей, составляющих узлы и агрегаты, должны занимать относительно друг друга то или иное положение, которое позволит им либо совершать относительные перемещения, либо сохранять полную неподвижность при определенной прочности соединения. При сборке двух деталей, входящих одна в другую, различают внешнюю (охватывающую) и внутреннюю (охватываемую) поверхности. Один из размеров соприкасающихся поверхностей называется охватывающим размером, а другой - охватываемым (рис. 1, а).
Рис. 1. Типы поверхностей деталей (а); зазоры в сопряжении отверстия с валом (
Для круглых тел охватывающая поверхность носиг общее наименование отверстия, а охватываемая - вала. Соответствующие им размеры называют диаметром отверстия и диаметром вала.
Если поверхности образованы двумя параллельными плоскостями каждая, то соединение называется плоским с параллельными плоскостями. Характер сопряжения двух поверхностей называется посадкой. Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. Посадки могут быть с зазором или с натягом.
Зазором называется положительная разность между размерами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала).
Наибольшим зазором называется разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала (рис. 1,б).
Наименьшим зазором называется разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала.
Рассмотрим это на примере. Пусть размер вала равен 30 Годм, а размер отверстия 30+0’027. Тогда наибольший предельный размер вала будет равен 30-0,02 = = 29,98, а наименьший -30-0,04 = 29,96 мм. Допуск в данном случае определится следующим образом: 29,98-29,96 = 0,02 мм. Наибольший предельный размер отверстия равен 30 + 0,027 = 30,027 мм, наименьший предельный размер равен 30 мм, а допуск 30,027-30,00 = = 0,027 мм. В этом соединении диаметр вала меньше диаметра отверстия и, следовательно, между отверстием и валом есть зазор. Наибольший зазор: 30,027-29,96 = = 0,067 мм. Наименьший зазор: 30-29,98=0,02 мм.
Натягом называется отрицательная разность между диаметром отверстия и диаметром вала до сборки деталей, создающая после сборки неподвижное соединение (размер отверстия больше размера вала).
Наибольшим натягом называется разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия (рис. 20,б).
Наименьшим натягом называется разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия. Например, диаметр вала: 35+o!o5i диаметр отверстия: 35+0’0‘7.Тогда наибольший предельный размер вала будет 35,10 и наименьший-35,05 мм. Допуск 35,10-35,05 = 0,05 мм. Соответственно наибольший предельный размер отверстия равен 35,027 мм, наименьший - 35 мм. Допуск 35,027- 35 = 0,027 мм. В этом соединении размер вала больше
размера отверстия, и, следовательно, существует натяг. Наибольший натяг равен 35,10-35 = 0,10 мм; наименьший: 35,05-35,027 = 0,023 мм.
Следовательно, степень прочности или подвижности соединения зависит от величины натяга или зазора, т. е. от характера соединения деталей или их посадки.
Третья лекция
2. Основные понятия о посадках (сопряжениях)
План лекции
Понятия зазора и натяга.
Виды посадок.
Образование посадок в системе отверстия и в системе вала.
Ранее были введены понятия вала и отверстия как соответственно наружного охватываемого и внутреннего охватывающего элементов. При сопряжении этих элементов, принадлежащих двум разным деталям, получают ту или иную посадку.
Посадка – характер соединения двух деталей, определяемый значениями получающихся в этом соединении зазоров и натягов.
Зазор – разность между размерами отверстия и вала до сборки:
Зазор характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей. Чем больше зазор – тем большая свобода относительного перемещения элементов сопряжения. Можно вспомнить еще термин люфт (нем. – Luft), обозначающий зазор между сопряженными поверхностями деталей узла.
Если размер вала больше размера отверстия, в соединении получается положительный натяг. Натяг – разность размеров вала и отверстия до сборки:
И зазор и натяг можно, вообще говоря, рассматривать как величины алгебраические, считая, что S = - N.
Понятие «посадка» относится к совокупности пар сопрягаемых элементов, размер каждого из которых является случайной величиной. Поле рассеивания данной случайной величины ограничено заданными предельными отклонениями. Поэтому получающиеся при сборке зазоры (натяги) – также случайные величины.
Характер сопряжения (то есть посадки) удобно представлять на схеме полей допусков отверстия и вала . В геометрической интерпретации полем допуска является часть плоскости, ограниченная сверху и снизу линиями предельных размеров (отклонений). Отклонения ES и EI (es и ei) на схемах полей допусков (рис. 2.1) откладывают от линии номинального размера – нулевой линии - в мкм.
Конкретное содержание приведенной схемы полей допусков может быть лучше понято из рис. 2.2, где показан этот же характер соединения.
В зависимости от взаиморасположения полей допусков сопрягаемых элементов посадки бывают трех видов:
С гарантированным зазором, P(S > 0) = 1;
С гарантированным натягом, P(S < 0) = 1 или P(N > 0) = 1;
Переходные, то есть 0 < P(s) < 1.
Разумеется, P(S > 0) + P(N > 0) = 1.
Мера точности соединения – допуск посадки. Подобно тому как допуск размера есть разность его максимального и минимального предельных значений, допуск посадки находится как разность наибольшего и наименьшего зазоров:
TS = S max – S min = D max – d min – (D min – d max) = T D + T d .
Полученное соотношение иллюстрирует простую мысль: высокая точность соединения может быть обеспечена только при соответствующей высокой точности размеров сопрягаемых элементов.
Посадки назначаются, как правило, либо в системе отверстия либо в системе вала .
Слово «система» означает порядок, закономерность. Закономерность, прежде всего, выражается в том, что поле допуска одной из деталей сопряжения имеет вполне определенное постоянное расположение относительно линии номинального размера. Такая деталь именуется основной . Постоянная определенность расположения поля допуска основной детали – в том, что оно соприкасается с нулевой линией и опрокинуто «в материал детали» (так называемый принцип «экономии металла»).
Посадки в системе отверстия получаются сочетанием различных полей допусков наружных охватываемых элементов соединений (валов) с полем допуска основного отверстия (рис. 2.3):
Здесь верхнее отклонение отверстия для всех сопряжений постоянно и равно допуску размера отверстия (ES = T D = const), а нижнее отклонение отверстия равно нулю (EI = 0). Предельные же отклонения сопрягаемого с этим отверстием вала выбираются соответственно характеру назначаемого сопряжения.
Посадки в системе вала получаются сочетанием различных полей допусков внутренних охватывающих элементов (отверстий) с полем допуска основного вала (рис. 2.4):
Здесь es = 0, ei = - T d ; в зависимости же от требуемого характера соединения выбирают предельные отклонения отверстия (ES, EI).
Предпочтительнее применение системы отверстия: изготовление внутреннего элемента (отверстия) зачастую сложнее и дороже; для обработки отверстий обычно используется мерный режущий инструмент (например, развертки, протяжки), номенклатуру которого следует снижать.
В отдельных случаях выгоднее система вала:
Применения стандартизованных комплектующих, наружные элементы которых надо различным образом (то есть с образованием разных посадок) сопрягать с отверстиями других деталей;
Использования одного и того же вала для получения нескольких различных сопряжений с охватывающими внутренними элементами других деталей;
Использования для изготовления деталей стандартных калиброванных прутков без их механической обработки.
Литература
Белкин В.М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости). – М.: Машиностроение, 1992.- 528 с.
Дунин-Барковский И.В. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Издательство стандартов, 1987. - 352 с.
Анухин В.И. Допуски и посадки: Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2008. – 207 с.
В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают внешнюю охватывающую и внутреннюю охватываемую поверхности соединения. Если охватывающая и охватываемая поверхности соединения являются круглыми, цилиндрическими поверхностями, то соединение называется гладким цилиндрическим. Если охватывающая и охватываемая поверхности образованы двумя параллельными плоскостями каждая, то соединение называется плоским с параллельными плоскостями.
У цилиндрических соединений охватывающую поверхность обычно называют отверстием, а охватываемую - валом. Названия «отверстие» и «вал» условно применимы также и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям.
Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.
Зазором называется положительная разность между диаметрами отверстия и вала (при условии диаметр отверстия больше диаметра вала), создающая свободу относительного движения сопрягаемых деталей (рис. 75, а).
Рис. 75. Соединения деталей:
а - зазоры, б - натягн
Натягом называется отрицательная разность между диаметром вала и отверстия до сборки деталей (размер вала больше размера отверстия), характеризующая степень неподвижности соединения сопрягаемых деталей (рис. 75, б).
В связи с тем, что размеры охватываемой и охватывающей поверхности деталей могут быть больше или меньше номинального размера, зазоры и натяги могут быть наибольшими и наименьшими.
Самый большой зазор получится в том случае, если соединить между собой втулку (отверстие), имеющую самый большой диаметр, с валом наименьшего диаметра. Наибольшим зазором называется положительная разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала.
Самый малый зазор получится в том случае, если соединить втулку с самым малым диаметром с валом самого большого диаметра. Следовательно, наименьшим зазором называется положительная разность между наименьшим предельным размером отверстия и наибольшим предельным размером вала.
Средний зазор - это среднее арифметическое между наибольшим и наименьшим зазорами.
Самый большой натяг получится в том случае, если соединить вал, имеющий самый большой диаметр, с отверстием наименьшего диаметра. Следовательно, наибольшим натягом называется отрицательная разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия.
Самый малый натяг получится в том случае, если соединить вал, имеющий самый малый диаметр, и втулку наибольшего диаметра. Таким образом, наименьшим натягом называется отрицательная разность между наименьшим предельным размером вала и наибольшим предельным размером отверстия.
Средний натяг - это среднее арифметическое между наибольшим и наименьшим натягами.
В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки подразделяются на три группы:
- посадки с зазором (подвижные), при которых обеспечивается зазор в соединении (рис. 76, а);
- посадки с натягом (неподвижные), при которых обеспечивается натяг в соединении (рис. 76, б);
- переходные посадки, при которых соединения могут осуществляться как с зазором, так и с натягом (рис. 76, в).
Рис. 76. Посадки:
а - с зазором (подвижные), б - с натягом (неподвижные), в - переходные
К посадкам с зазором относятся посадки, у которых поле допуска отверстия расположено над допуском вала, в том числе и скользящие посадки, у которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала. Посадки с зазором применяются тогда, когда детали в сопряжении должны свободно перемещаться одна относительно другой.
К посадкам с натягом относятся посадки, у которых поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия.
К переходным посадкам относятся посадки, у которых поля допусков отверстия и вала перекрываются.
Допуском посадки называется 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 алгебраической разности между наибольшим и наименьшим натягами или сумме шего зазора.
Каждой посадке дано название и соответствующее обозначение (табл. 1).
Таблица 1
Виды посадок
Посадки неподвижные характеризуются наличием гарантированного натяга, т. е. при этих посадках наименьший натяг больше нуля. Следовательно, для получения неподвижной посадки необходимо, чтобы диаметр сопрягаемого вала был больше диаметра сопрягаемого отверстия.
Горячая посадка (Гр) применяется в соединениях, которые никогда не должны разбираться, например бандажи железнодорожных колес, стяжные кольца и др. Для получения такой посадки деталь с отверстием нагревается до температуры 400-500° С, после чего производится насадка на вал.
Прессовая посадка (Пр) применяется для прочного соединения деталей. Эта посадка осуществляется под значительным усилием гидравлического или механического пресса или специального приспособления. Примером такой посадки может служить посадка втулок, зубчатых колес, шкивов и пр.
Легкопрессовая посадка (Пл) применяется в тех случаях, когда требуется возможно более прочное соединение, и в то же время недопустима сильная запрессовка из-за ненадежности материала или из-за опасения деформировать детали. Такая посадка осуществляется под легким давлением пресса.
Переходные посадки не гарантируют натяга или зазора, т. е. одна пара деталей, соединенных с одной из переходных посадок, может иметь натяг, а другая пара, сопряженная с такой же посадкой, зазор. Чтобы повысить степень неподвижности деталей, соединенных с переходными посадками, применяется дополнительное крепление винтами, штифтами и т. п. Чаще всего эти посадки применяются при необходимости обеспечить соосность, т. е. совпадение осевых линий двух деталей, например вала и втулки.
Глухая посадка (Г) применяется для соединения деталей, которые при всех условиях работы должны быть связаны прочно и могут быть собраны или разобраны при значительном давлении. При таком соединении детали дополнительно крепят шпонками, стопорными винтами, например зубчатые колеса, которые вследствие износа нужно заменить, планшайбы на шпинделях токарных станков, неразрезные подшипниковые втулки, золотниковые и круглые втулки и пр. Осуществляется эта посадка сильными ударами молотка.
Тугая посадка (Т) применяется для часто разбираемых соединений, детали которых должны прочно соединяться и могут быть собраны или разобраны со значительным усилием.
Напряженная посадка (Н) применяется для соединения таких деталей, которые при работе должны сохранять свое относительное положение и могут быть собраны или разобраны без значительных усилий с помощью ручного молотка или съемника. Чтобы соединенные с такой посадкой детали не проворачивались и не сдвигались, их закрепляют шпонками или стопорными винтами. Эта посадка, осуществляемая ударами молотка, применяется для соединения зубчатых колес, часто сменяющихся втулок подшипников, которые при разборке машин вынимаются, подшипников качения на валах, шкивах, сальниковых втулок, маховиков на кривошипных и иных валах, фланцах и т. п.
Плотная посадка (П) применяется для соединения таких деталей, которые собирают или разбирают вручную или же при помощи деревянного молотка. С такой посадкой соединяются детали, требующие точной центровки: поршневые штоки, эксцентрики на валах, ручных маховичках, шпинделях, сменных зубчатых колесах, установочных кольцах и т. п.
Подвижные посадки характеризуются наличием гарантированного зазора, т. е. при этих посадках наименьший зазор больше нуля; применяются для свободных соединений, т. е. когда между валом и отверстием должен быть зазор.
Скользящая посадка (С) применяется для соединения деталей, которые при наличии смазки могут перемещаться относительно друг друга от руки, но имеют точное направление.
С такой посадкой соединяются сменные зубчатые колеса на станках, фрезы на оправках, шпиндели на задних бабках токарных станков, различные золотники в приборах регулирования и распределения, шариковые подшипники в корпусах машин. Соединения со скользящей посадкой должны иметь самый малый зазор.
Посадка движения (Д) является самой точной из подвижных посадок; она применяется для соединения деталей с небольшим, но определенным зазором, например, подшипников, шпинделей сверлильных станков, ползунов долбежных станков, передвижных зубчатых колес и т. д.
Наружные кольца шариковых и роликовых подшипников могут устанавливаться в корпус также с посадкой движения.
Посадка ходовая (X) применяется для соединения деталей, которые должны перемещаться одна в другой с более заметным зазором, чем при посадке движения. Ходовая посадка широко распространена в тракторостроении и комбайностроении. Шейки коленчатых валов в подшипниках, поршни в цилиндрах, звездочка контрпривода комбайна на валу и многие другие сопряжения имеют ходовые посадки.
Легкоходовая посадка (Л) применяется для соединения деталей, которые должны перемещаться с большим зазором одна в другой, например длинных валов в подшипниках скольжения.
Легкоходовую посадку имеют также многие детали масляных насосов, например палец во втулке ведомого зубчатого колеса, валик во втулке маслонасоса, валик привода маслонасоса во втулке кронштейна и др.
Широкоходовая посадка (Ш) является самой свободной и имеет самый большой зазор. Предназначена для соединения деталей, которые должны свободно перемещаться одна относительно другой, например подшипники в сельскохозяйственных машинах.
Широкоходовая посадка применяется также в особых случаях, например для соединения деталей, которые при работе нагреваются до значительных температур. Широкоходовую посадку имеют стержни клапанов в направляющих втулках.