Что такое допуск и посадка в машиностроении
Что такое допуск и посадка в машиностроении
Основные нормы взаимозаменяемости
ЕДИНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК
Общие положения, ряды допусков и основных отклонений
Basic norms of interchangeability. Unified system of tolerances and fits. General, series of tolerances and fundamental deviations
Дата введения 1990-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством станкостроительной и инструментальной промышленности СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 11.04.89 N 983
3. ВЗАМЕН ГОСТ 25346-82
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 145-88
5. Стандарт соответствует международному стандарту ИСО 286-1-88*
7. ИЗДАНИЕ с Поправками (ИУС 1-91, 5-92)
Настоящий стандарт распространяется на гладкие элементы деталей, цилиндрические и ограниченные параллельными плоскостями, а также на образованные ими посадки и устанавливает термины, определения и условные обозначения, допуски и основные отклонения системы допусков и посадок для размеров до 3150 мм и любых линейных размеров, если они не установлены другими стандартами.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Термины и определения
Примечание. В дальнейшем в стандарте под термином «допуск» понимают «стандартный допуск».
Примечание. Применявшийся ранее термин «проходной предел» использовать не рекомендуется.
Примечание. Применявшийся ранее термин «непроходной предел» использовать не рекомендуется.
Примечание. Натяг можно определять как отрицательную разность между размерами отверстия и вала.
Допуски и посадки в машиностроении
Содержание:
Для этого было необходимо создать систему стандартов, которые позволили бы организовать производство с четко определенными требованиями, сначала для каждой фабрики, а затем – для отрасли или всей промышленности в целом. Так появилась инженерная дисциплина, которая называется «основы взаимозаменяемости». Именно там родились такие термины, как допуски, посадки, расчет размерных цепей, а также многое другое.
В процессе обучения многих не раз путали понятия системы допусков и посадок. Попробуем разобраться с этим и понять, для чего они предназначены. Ведь без использования этих понятий невозможно правильное, точное соединение изделий в машиностроении и металлообработке.
Вся система допусков и посадок нацелена на стандартизацию деталей и обеспечение взаимозаменяемости их при сборке или ремонте механизмов и машин различной степени сложности. Для решения этой проблемы все серийно выпускаемые изделия должны быть выполнены с определенной точностью механической обработки. Точность производства деталей определяет система допусков и посадок, разработанная специалистами по стандартизации. Эти параметры всегда присутствуют в чертежах и технических заданиях на обработку. Задача этой статьи – научить правильно читать и понимать чертежи, а не только видеть номинальные габариты детали.
Описание основных определений и терминов системы допусков и посадок
В основе построения системы допусков посадок лежит понятие о системе отверстия (все посадки образуются соединением валов различных параметров с основным отверстием), системе вала (все посадки образуются соединением отверстий различного размера с основным валом).
Различают посадки, допуски размеров и посадок.
Допуском называют регламентированную область отклонений от номинального размера детали. При отображении на чертеже эта область составляет промежуток между линиями или числами, которые соответствуют верхнему и нижнему пределам отклонения от номинала.
Область допуска описывает не только величину допуска, но также размещение его относительно номинальных парметров детали или поверхности. Размещение области может быть относительно нулевой линии:
• симметричным и асимметричным;
• со смещением в одну из сторон.
В инженерной графике принято указывать предельные отклонения в миллиметрах над размерной линией после обозначения номинала с учетом их знаков.
Посадка – параметр, который характеризует соединение изделий. Он определяется величиной получающихся при соединении зазоров или натягов. Все посадки в системе делятся на три основных типа: 
Допуском посадки считается разность между наибольшим и наименьшим зазором, которые составляют соединение.
Вследствие неизбежного возникновения области рассеяния сопрягаемых деталей от наибольшего до наименьшего значения, возникает рассеяние зазоров, натягов.
Крайние значения зазоров и натягов рассчитываются по формулам. Точность посадки считается более высокой, если колебание зазоров или натягов минимально.
Система допусков и посадок нормирована государственными стандартами:
Первая система применяется при составлении допусков и посадок размеров гладких элементов деталей. Также, она работает для посадок, образуемых соединениями этих деталей.
Система ОНВ регламентирует минимальные и максимальные отклонения и зазоры в резьбовых, конических, шпоночных, шлицевых соединениях. Требования основных норм взаимозаменяемости учитываются при расчетах зубчатых передач.
Допуски и посадки необходимо указывать в технологической документации:
• технологических картах и т.п.
Основой всех техпроцессов, при их составлении, служат правильно выбранные допуски и посадки. Осуществление контроля качества деталей в разрезе точности происходит на этапе производства путем проверки соответствия их предельных отклонений от номинальных величин.
Номинальные размеры и отклонения от них
Когда создается деталь, то, прежде всего, формируется точный чертеж с ее номинальными размерами. Однако, на практике невозможно изготовление двух абсолютно точных изделий. Поэтому все они изготавливаются с тем или иным классом точности.
Чем выше этот класс, тем меньше отклонения от номинального габарита. Таким образом, допуск посадки характеризует величину этих отклонений. Он бывает только положительным, хотя размер детали по факту обработки может отличаться от номинального, в большую или в меньшую сторону.
Более точно допуском можно назвать разность между максимальным, минимальным объемом детали при ее механической обработке. Предельные габариты определенны классом точности. Между ними должен находиться размер любой детали из партии. В результате использования мерительного инструмента мы, после воздействия на заготовку, можем установить ее действительный объем.
Принято считать, что, если фактический габарит после обработки находится в пределах допусков, то деталь пригодна к сборке, является технологически годной.
Рассмотрим пример механической обработки «Штанга толкателя».
Данная деталь помогает своевременному открытию и закрытию клапанов ДВС и, при работе под нагрузкой, подвержена выработке. В частности, на головке штанги образуется борозда, которая может способствовать залипанию, заклиниванию клапанов в неправильном положении и,
как следствие, приводить к неправильной работе двигателя. Для ликвидации подобной канавки (выработки) применяется токарная ремонтная операция: «Протачивание штанги толкателя» в пределах минимального значения допуска посадки на механическую обработку.
Задача токаря при выполнении такой операции двояка:
1. Снятие металла, выравнивание поверхности головки штанги.
2. Замеры и выбраковка изделий.
То есть, квалифицированный рабочий должен сначала устранить шероховатость поверхности, после чего проверить соответствие на попадание обработанной поверхности в нижнее поле допуска. Штанга, головка которой попадает в значения нижнего отклонения допуска, считается отремонтированной и готовой к повторному использованию. Те же изделия, которые имеют меньший диаметр после обработки, чем указано в допуске посадки, выбраковываются и идут на переплавку.
Говоря об экономической части понимания значения допуска, следует отметить, что с уменьшением величины отклонений качество изделий возрастает. Однако, стоимость их производства нелинейно увеличивается. Крайне важно, при составлении чертежей, учитывать все условия, при которых будет эксплуатироваться каждая деталь. Ф ормировать при этом такие допуски на мехобрабоку, которые являются необходимыми, достаточными для данных условий. Ведь излишняя точность в классе изготовления детали могут сделать ее применение экономически нецелесообразным.
В вышеприведенном примере почти все штанги толкателей при малом допуске можно было бы забраковать, вместо их восстановления с возвращением на службу.
Система посадок как способ эффективного сопряжения поверхностей
Детали при сборке должны эффективно выполнять свои функции. Для обеспечения их регламентируемого взаимодействия выработана система посадок. В технологических процессах посадкой называют условия соединения деталей, которые определяются величину зазоров между ними или натягов. Посадка описывает степень свободы взаимодействия деталей в паре. Как частный случай, может описывать степень сопротивления их взаимному смещению.
Рассмотрим классический случай с отверстием и валом, работающим в нем. Каждая из деталей имеет свой номинальный размер. Однако, каждая заготовка из партии одинаковых изделий изготавливаются в пределах своих допусков посадок.
Поэтому, при их соединении, возможен зазор, который технологически допустим. Величина такого зазора не может превышать разность допусков на обработку этих изделий. То есть, зазор определенной величины не послужит причиной неправильной работы соединения, а изделие сможет выполнять свои функции без повышенного износа или биения.
Также, возможно соединение вала с отверстием с натягом. Такой тип соединения возможен, когда фактический габарит вала превышает величину отверстия в пределах допусков. Технологически осуществляется запрессовка такого вала в отверстие, при которой гарантируется качественная работа соединения.
На практике часто имеет место переходная посадка. Произвольно соединяя различные изделия из партии, возможно получение зазора между деталями, натяга. Фактически, мы имеем полное или частично перекрытие полей допусков изделий.
Расчет системы посадок и допусков по квалитетам точности
В ЕСПД классы точности называют для удобства квалитетами. С ростом квалитета точность изготовления понижается вследствие увеличения допуска на ее механическую обработку. Всего насчитывают 19 квалитетов: от 01 до 17.
Для каждого номинального размера допуск посадок для разных квалитетов может быть неодинаков. Он колеблется в зависимости от способов обработки изделий. В ЕСДП наивысшим квалитетом точности считают 01, а допуск квалитета условно обозначают латиницей – IT. После этого обозначения проставляется номер квалитета.
При составлении технической документации, чертежей под словом допуск понимается допуск посадки системы. Рассмотрим подробнее, для каких видов деталей предусмотрены различные квалитеты.
• IT01, IT0, IT1 оценивают точность измерительных приборов с плоскопараллельными поверхностями;
• IT2, IT3, IT4 регламентируют точность гладких калибров-пробок и калибров-скоб;
• 5-й и 6-й квалитеты используют при определении допусков деталей для высокоточных ответственных соединений, таких как шпинделей прецизионного оборудования, подшипников качения, шеек коленвалов и т.п.
• IT7, IT8 считаются самыми массовыми в машиностроении. С помощью этих квалитетов описывают допуски на изготовление размеров деталей ДВС, авто-, авиатранспорта, станков для обработки металла, измерительных приборов и т.д. Считается, что для ответственных соединений деталей в этих отраслях данной степени точности при их изготовлении достаточно и экономически – целесообразно.
• IT9 оценивает точность размеров деталей в полиграфии и тепловозостроении, например, подшипники скольжения неточных валов; при изготовлении сельхозтехники, подъемно-транспортных механизмов, текстильных машин.
• 10-й квалитет используют для описания размеров неответственных соединений при производстве подвижного состава, сельскохозяйственных машин и посадочных мест холостых шкивов на валах.
• IT11 и IT12 используют для регламентирования размеров в литых и штампованных деталях с большими зазорами, которые используются в неответственных соединениях.
• Низшие квалитеты с 13го по 17й применяют для остальных неответственных размеров деталей. Как правило, это не входящие в соединения элементы, в которых допускаются свободные размеры. Они же могут регламентировать межоперационные параметры.
Допуски посадок в квалитетах 5—17 определяют по общей формуле:
q — номер квалитета;
а — безразмерный коэффициент, именуемый числом единиц допуска. Устанавливается для каждого квалитета и не зависит от номинального размера;
i — единица допуска (мкм) — множитель, находящийся в функции от номинального размера;
Применяют следующее стандартное правило: заданным квалитетам, интервалам номинальных объемов соответствует значение допуска, которое является постоянным для валов и отверстий.
С 5-го квалитета, допуски посадок с порядковым понижением квалитета увеличиваются на 60%, поскольку используется знаменатель геометрической прогрессии, который равен 1,6. Таким образом, мы имеем десятикратное увеличение допусков посадок через каждые 5 квалитетов.
Особенности расчетов системы допусков и посадок с помощью размерных цепей
Одним из важнейших моментов при разработке системы допусков и посадок является расчет размерной цепи. Совокупность всех зависимых размеров в конструкции изделия или машины, которые образуют замкнутую цепь и определяют взаимное положение осей или поверхностей, называют размерной цепью. Грамотный анализ необходим для определения оптимального соотношения размеров, которые взаимосвязаны. Подробные геометрические расчеты используют при создании машин, механизмов, приспособлений, приборов. Без них не обойтись на стадии проектирования любого техпроцесса.
В любой определенной замкнутой размерной цепи выбирается некая точка отсчета. Размеры, образующие размерную цепь, не могут назначаться независимо. Параметры хотя бы одного из размеров системы определяются остальными. Определив такое ключевое звено, можно правильно подобрать значение и точность, остальных размеров в цепи.
Каждый из размеров механизма или машины, образующих размерную цепь, именуют звеном. Такими звеньями становятся угловые или линейные параметры изделия:
• промежутки между плоскостями или осями;
• перекрытия и мертвые ходы;
• отклонения формы, расположения поверхностей.
Каждая размерная цепь имеет одно начальное звено и несколько составляющих звеньев, последнее из которых связано с исходным. За точку отсчета принимается исходное звено, к которому привязывается основное требование точности. В соответствии с техусловиями, качество изделия предопределяет точность его исходного звена.
При сборке изделия исходное звено часто замыкает размерную цепь. Его называют конечным или замыкающим. Оно представляет собой законченный результат изготовления всех остальных звеньев цепи в ходе выполнения последовательных действий.
Остановимся подробнее на звеньях, которые входят в цепь. Они делятся на две группы.
→ Группа увеличивающихся звеньев – ее составляют звенья, с увеличением которых увеличивается конечное звено.
← Группа уменьшающихся звеньев, к которой относят звенья, с убыванием их размера уменьшается замыкающее звено.
Основные рекомендации для проведения размерного анализа можно свести к следующим критериям при нахождении ключевых звеньев:
1. Грамотная постановка задачи, для решения которой производят расчет размерной цепи или группы цепей. Каждая цепь должна содержать не более одного замыкающего или исходного звена.
2. Установка требований к точности изделия для правильного определения исходного звена, которые подразделяются на:
• требования к качеству изделия по точности взаимного расположения сборочных единиц;
• условия собираемости изделий, зависящие от точности взаимной ориентации его деталей, правильного соотношения сборочных размеров и посадок.
Теория размерных цепей помогает решить многочисленные технологические, конструкторские и метрологические задачи. Она является неотъемлемым этапом при производстве и эксплуатации изделий, не говоря уже о конструкторском, предваряющем производство, периоде. На этапе конструкторской разработки устанавливаются кинематические, геометрические связи между размерами. Инженеры-конструкторы производят расчет номиналов их значений, а также возможных отклонений и допусков в размерах звеньев.
В ходе составления нового технологического процесса проводят расчет межоперационных размеров, всех припусков и допусков, посадок. Для него крайне важно произвести:
• обоснование последовательности операций;
• просчет требуемой точности оснастки для изготовления изделий и их сборки;
• разработку технических условий на машины, их составные части;
• определение средств, методов измерений для контролируемых деталей.
Прямая и обратная задачи в определении системы допусков и посадок
Размерные цепи нашли широкое применение при решении прямой и обратной задач по определению системы допусков и посадок. Эти задачи отличает последовательность расчетов, собственно, откуда и происходят их названия. Они взаимосвязаны между собой, а решение одной из них может являться проверкой другой.
Итак, что же из себя представляет прямая задача? По сути, это расчет от определенного теоретически исходного звена. В ходе ее решения определяют номинальные размеры, допуски, посадки и предельные отклонения всех элементов (звеньев) размерной цепи. Причем, расчет ведется от заданных допусков посадок и номиналов исходного звена.
При обратной задаче расчет ведется исходя из значений системы допусков посадок и размеров составляющих звеньев. Процесс позволяет определить номинальный размер, допуск, посадки, предельные отклонения замыкающего звена.
Расчеты размерных цепей рекомендуют производить:
• методом экстремумов, который принимает во внимание только предельные отклонения составляющих звеньев;
• вероятностным методом, который учитывает закон нормального распределения размеров деталей при их изготовлении, случайный характер их сочетания в сборке.
Способы получения искомой точности начального звена
На практике применяются 5 способов необходимой точности начального звена:
Классификация способов получения необходимой точности исходного звена изложена в таблице по стандартизации.
Конструктивные нюансы изделия, его функциональное назначение, стоимость изготовления, сборки, а также другие параметры важно учитывать при выборе способа получения заданной точности исходного или замыкающего звена. Уровень работы квалифицированного специалиста определяется выбором способа достижения точности с определенными параметрами, который позволит максимально сократить эксплуатационные, технологические издержки.
Самым перспективным, хотя не всегда возможным, является способ полной взаимной заменяемости. Необходимо стремиться к тому, чтобы сборка деталей или изделия производилась без подбора, пригонки или регулировки. Идеальный вариант, когда все собранные изделия отвечают всем параметрам взаимной заменяемости, не часто встречается.
Наиболее экономически оправданным во многих случаях является вероятностный метод. Он позволяет определять граничные, а значит более дешевые квалитеты при малом проценте бракованных изделий.
Четкая система допусков и посадок, а также методов их определения, позволяет избежать излишних затрат на всех этапах производства: от проектирования до серийного выпуска готовой продукции.
Что такое допуск и посадка в машиностроении
Limits and fits. Basic definitions
Дата введения 1963-01-01
1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 26.03.62
3. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
4. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 16.07.80 N 3626
5. ИЗДАНИЕ с Изменениями N 2, 3, утвержденными в мае 1970 г., июле 1980 г., (ИУС 5-70, 9-80)
1. Настоящий стандарт распространяется на гладкие цилиндрические соединения и плоские соединения с параллельными плоскостями* и устанавливает основные определения для системы допусков и посадок ОСТ, определяемой следующими стандартами: ГОСТ 11472, ГОСТ 8809, ГОСТ 3047, ОСТ НКМ 1011, ОСТ НКМ 1041, ОСТ 1012, ОСТ 1042, ОСТ 1043, ОСТ 1044, ОСТ НКМ 1016, ОСТ 1013, ОСТ 1069, ОСТ НКМ 1017, ОСТ 1014, ОСТ 1015, ОСТ НКМ 1021, ОСТ 1022, ОСТ 1142, ОСТ 1143, ОСТ НКМ 1026, ОСТ 1023, ОСТ НКМ 1027, ОСТ 1024, ОСТ 1025, ОСТ 1010, ГОСТ 2689, ГОСТ 11710.
* Применение стандарта для вновь разрабатываемых изделий не допускается.
1. Предельные отклонения и допуски, устанавливаемые стандартами на допуски и посадки, относятся к деталям, размеры которых определены при нормальной температуре 20 °С по ГОСТ 9249.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
Примечание. Названия «отверстие» и «вал» условно применимы также и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям.
3. Номинальным размером называется основной размер, определенный исходя из функционального назначения детали и служащий началом отсчета отклонений. Общий для отверстия и вала, составляющих соединение, номинальный размер называется номинальным размером соединения.
2. Номинальные размеры должны выбираться по ГОСТ 6636.
4. Действительным размером называется размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью.
Примечание. Предельными размерами ограничиваются действительные размеры годных деталей, полученные измерением с допустимой погрешностью. Случаи, когда предельными размерами должны ограничиваться действительные размеры с учетом погрешностей измерения, следует оговаривать особо.
6. Отклонением размера называется алгебраическая разность между размером и его номинальным значением. Отклонение является положительным, если размер больше номинального, и отрицательным, если размер меньше номинального.
Действительным отклонением называется алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.
7. Допуском размера называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
9. Полем допуска называется интервал значений размеров, ограниченный предельными размерами; оно определяется величиной допуска и его расположением относительно номинального размера. На схеме поле допуска изображается зоной между линиями, соответствующими верхнему и нижнему предельным отклонениям.
10. Размеры поверхности считаются находящимися в поле допуска, если в поле допуска находятся как измеренные двухточечным методом размеры проверяемой детали в любом месте поверхности, так и размеры геометрически правильного прототипа сопрягаемой детали, плотно (без зазора и натяга) сопрягающегося с проверяемой деталью.
Случаи, когда допускаются отступления от этого правила, должны быть оговорены особо.
Примечание. Приведенное в п.10 правило не предопределяет методику контроля.
11. 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.
12. Зазором называется положительная разность между размерами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала).
Натягом называется положительная разность между размерами вала и отверстия до сборки деталей (размер вала больше размера отверстия).
13. Посадки подразделяются на три группы:
а) посадки с зазором, при которых обеспечивается зазор в соединении;
б) посадки с натягом, при которых обеспечивается натяг в соединении;
в) переходные посадки, при которых возможно получение как натягов, так и зазоров.
Деление посадок по группам в стандартах на допуски и посадки производится в зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала. К посадкам с зазором относятся посадки, в которых поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, в том числе и «скользящие» посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала.
К посадкам с натягом относятся посадки, в которых поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия. К переходным посадкам относятся посадки, в которых поля допусков отверстия и вала перекрываются (черт.2).
14. Наибольшим и наименьшим зазором (или натягом) называются два предельных значения, между которыми должен находиться зазор (или натяг).
15. Допуском посадки называется разность между наибольшим и наименьшим зазорами (в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим натягом (в посадках с натягом).
В переходных посадках допуск посадки равен алгебраической разности между наибольшим и наименьшим натягами или сумме наибольшего натяга и наибольшего зазора.
16. Системой отверстия называется совокупность посадок, в которых предельные отклонения отверстий одинаковы (при одном и том же классе точности и одном и том же номинальном размере), а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений валов (черт.3). Во всех стандартных посадках системы отверстия нижнее отклонение отверстий равно нулю. Такое отверстие называется основным отверстием.