Выбор посадок и допусков для деталей машин и приборов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра ПР-2 «Метрология, сертификация и диагностика»
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой ПР-2
________________В.В. Клюев
«___»____________2007г.
Для студентов курса факультета ПР
Специальностей 2005. 01, 2005. 03
Кандидат технических наук, доцент Пухальский В. А.
ЛЕКЦИЯ № 5
по дисциплине 2204 «Метрология, стандартизация, сертификация и взаимозаменяемость»
ТЕМА «Выбор посадок и допусков для деталей машин и приборов»
Обсуждена на заседании кафедры
(предметно-методической секции)
«___»_______________2007 г.
Протокол №___
МГУПИ – 2007г.
Выбор посадок и допусков
для деталей машин и приборов
5.1. Допуски и посадки шпоночных соединений
Соединения призматическими и сегментными шпон ками. Для облегчения сборки и создания неподвижных или подвижных соединений валов и втулок одна и та же шпонка боковыми гранями (по ширине b) часто сопрягается с пазами вала и комплектной к нему втулки по разным посадкам. Требуемые посадки получают, изменяя поля допусков пазов при неизменном поле допуска шпонки, т. е. по ширине шпоночных соединений применяют по садки в системе вала. С учетом технически целесообразной точности на ширину призматических и сегментных шпо нок стандартами намечены поля допусков h9 (рис. 5.1).
Система допусков и посадок для соединений призма тическими шпонками (ГОСТ 23360–78) не распростра няется на шпоночные посадки с пригонкой или подбором шпонок, а также на специальные посадки, например, шпоночные посадки ходовых валиков. На основные раз меры рассматриваемых соединений намечены следующие поля допусков (см. рис. 5.1): на ширину пазов валов – H9, N9 и Р9; на ширину пазов втулок – D10, Js9 и Р9; на высоту шпонок при h = 2 ...6мм – h11 b свыше 6 мм – h14; на длину шпонок – h14 и на длину пазов – H15.
По ширине шпонок перечисленные поля допусков об разуют три вида посадок или соединений:
1) свободное соединение, применяемое при затруднен ных условиях сборки и действии нереверсивных равно мерных нагрузок, а также для получения подвижных соединений при легких режимах работы;
2) нормальное соединение – неподвижное соединение, не требующее частых разборок, не воспринимающее ударных реверсивных нагрузок, отличающееся благо приятными условиями сборки;
3) плотное соединение, характеризуемое вероят ностью получения примерно одинаковых небольших натягов в соединениях шпонок с обоими пазами; сборка осуществляется напрессовкой; применяется при редких раз борках и реверсивных нагрузках.
Допуски и посадки подшипников качения
5.2. Точность подшипников качения
Подшипники качения, работающие при самых разно образных нагрузках и частотах вращения, должны обеспе чивать точность и равномерность перемещений подвижных частей машин и приборов, а также обладать высокой долго вечностью. Работоспособность подшипников качения в большой степени зависит от точности их изготовления и характера соединения с сопрягаемыми деталями.
Точность подшипников качения (ГОСТ 520–71, СТ СЭВ 774–77) определяется следующими показателями:
- точностью присоединительных поверхностей, т. е. точ ностью формы и размеров отверстия диаметром d во вну треннем кольце 1, цилиндрической поверхности диаметром D наружного кольца 2 и ширины колец В (рис. 5.2);
- точностью размеров и формы тел качения, а также дорожек качения наружного kн и внутреннего kB колец;
- радиальным биением дорожек качения внутреннего Rt и наружного Ra колец;
- непостоянством ширины колец Up;
- биением базового торца внутреннего кольца относи тельно его отверстия Si и наружной поверхности наруж ного кольца относительно базового торца Sa;
- осевым биением дорожки качения внутреннего Ai и наружного Аа колец относительно базовых торцов;
- шероховатостью посадочных и торцовых поверхностей колец.
В зависимости от перечисленных показателей точности все типы подшипников качения делят на пять классов точ ности: 0, 6, 5, 4, 2 (в порядке повышения точности). В машино- и приборостроении при средних нагрузках и скоростях, а также нормальной точности вращения (например, в редукторах общего назначения) в основном приме няют подшипники клас са точности 0; при по вышенных требованиях к точности вращения в тех же случаях применяют подшипники класса точности 6; при высоких частоте враще ния и требованиях к точности вращения – подшипники классов точности 4 и 5 для прецизионных приборов и в других, особых случаях – подшипники класса точности 2. Отдельные специальные технические требования к подшипникам, применяемым, в авиационной промышленности, на железнодорожном транспорте, в узлах станков и приборов высокой точности и т. д., установлены ТУ. Класс точности (кроме класса 0) указывают через тире перед условным обозначением под шипника, например 6–205.
Система допусков и посадок, принятая для подшипни ков качания, обеспечивает взаимозаменяемость подшипни ков качения по их присоединительным размерим D и d, а также необходимое разнообразие посадок. Эта система, основанная на системе допусков и посадок для гладких цилиндрических соединений, имеет ряд особенностей.
1. Дня сокращения номенклатуры подшипников каче ния значения предельных отклонении, установленных на размеры D и d, зависят только от размеров и пласт точ ности подшипников и не зависят от характера сопряжения подшипников с корпусами и валами.
2. Требуемый харак тер соединения колец подшипников с деталями механизмов достигается обработкой сопрягае мых поверхностей ва лов и отверстий в кор пусах по предельным отклонениям, соответ ствующим намеченным посадкам, т. е. для соединения подшипников качения с деталями ме ханизмов приняты по наружному кольцу – си стема вала, а по вну треннему – система от верстия.
3. Поля допусков на ружного и внутреннего диаметров подшипников качения расположены ниже нулевой линии. Таким образом, поле до пуска наружного диа метра подшипника D занимаем такое же положение, как поле допуска основ ного вала, а поле допуска внутреннего диаметра d по сравнению с полем допуска основного отверстия пере вернуто относительно нулевой линии.
4. Поля допусков, по которым обрабатывают посадоч ные поверхности валов и отверстий в корпусах в сочетании с полями допусков, установленными на диаметры подшип ников качения D и d, образуют специальные посадки. Это объясняется следующими причинами.
Посадочные поверхности валов и корпусов обрабаты вают no IT3–IT11, а подшипников качения – приблизи тельно по IT2–IТ5. Следовательно, в сопряжениях колец с деталями механизмов получают более точные посадки, чем в сопряжениях деталей, обработанных по одинаковым квалитетам ЕСДП СЭВ.
По внутреннему диаметру подшипников благодаря перевернутому положению поля допуска с помощью полей допусков валов из ЕСДП получают специальные посадки.
К точности формы и шероховатости посадочных поверх ностей валов и отверстий предъявляют специальные тре бования. Например, в зависимости от классов точности подшипников овальность и конусность посадочных поверх ностей не должны превышать 0,25 ... 0,5 допуска на размер, а шероховатость – Ra= 0,32 ... 1,25 мкм.
Обозначения посадок подшипников качения на черте жах. На сборочных чертежах и чертежах деталей рядом с номинальным размером дают условное обозначение поля допуска только поверхности, сопряженной с подшипником. Например, сопряжение подшипника с корпусом на рис. 3.1 должно быть обозначено Ф 42Js7.
5.3. Основные указания по выбору посадок
При выборе полей допусков учитывают тип машины, требования к точности вращения, характер нагрузок (постоянные, переменные, ударные) и другие эксплуата ционные условия, а также тип, размеры и условия монтажа подшипников.
На характер соединения подшипников с деталями механизмов большое влияние оказывает вид нагружения колец подшипников качения. Вид нагружения зависит от того, какое кольцо вращается относительно результирую щей радиальной нагрузки, действующей на подшипник. Различают три вида нагружения колец: местное, цирку ляционное и колебательное.
При местном нагружении кольцо воспринимает, ра диальную нагрузку Рс, постоянную по направлению, лишь ограниченным участком дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной по верхности вала или корпуса.
При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает радиальную нагрузку Рс последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса.
При колебательном нагружении кольцо воспринимает равнодействующую Рr двух радиальных нагрузок (Pc– постоянная по направлению; Рu – вращается; Рu < Pc) ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса или вала.
Выбор посадки колец подшипника определяется характером его нагружения (местное, циркуляционное, колебательное), зависящим от того, вращается или не вращается кольцо относительно дейст вующей на него нагрузки.
Местно-нагруженные кольца должны иметь соединение с зазором или незначительный натяг между кольцом и сопрягаемой де талью.
Циркуляционно-нагруженные кольца должны иметь неподвиж ное соединение с сопрягаемой деталью.
Колебательно-нагруженные кольца должны иметь плотноподвижное соединение.
При местном нагружении кольца посадки подшипников на вал и в корпус выбирают по табл. III-11, а при колебательном нагру жении кольца (невращающегося) – по табл. III-12.
При циркуляционном нагружении колец подшипников посадки на вал и в корпус выбирают по величине PR – интенсивности ра диальной нагрузки на посадочной поверхности кольца или по вели чине минимального допустимого натяга Nmin.
Допускаемые значения PR подсчитанные по средним значениям посадочных натягов, приведены в табл. III-13.
Интенсивность нагрузки определяется по формуле:
PR =R/B•KП•F•FA
где R – расчетная радиальная реакция опоры, Н; В – ширина коль ца подшипника, мм; KП – динамический коэффициент посадки табл. (Ш-14);
F – коэффициент, учитывающий степень ослабле ния посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе (табл. Ш-15) (при сплошном вале F=1);
FA – коэффициент не равномерности распределения; радиальной нагрузки R между ряда ми роликов в двухрядных конических роликоподшипниках (рис. III-15) или между сдвоенными шарикоподшипниками (рис. III-16) при наличии осевой нагрузки А на опору.
Значения FA, зависящие от величины A/R•ctg , приведены в табл. III-16.
5.4. Основные типы, параметры и условия работы
резьб и резьбовых соединений.
Резьбы служат для образования неподвижных (крепеж ных) и подвижных (кинематических) соединений. Обычно применяют для неподвижных соединений метрические (рис. 5.4) или дюймовые резьбы, а для подвижных – трапецеидальные
(см. рис. 13.11) или упорные резьбы. Резьбовые поверхности имеют сложную форму. Однако современные: методы нарезания и контроля резьб обеспе чивают полную взаимозаменяемость резьбовых деталей. Главным условием взаимозаменяемости резьб является свинчиваемость винтов и гаек, имеющих резьбу одинако вого профиля, шага и номинального диаметра, при полу чении заданного характера соединения без подгонки.
К основным параметрам резьб относятся (рис. 5.4, а):
наружный диаметр резьбы d(D) – диаметр воображае мого цилиндра, описанного касательно к вершинам наруж ной резьбы I или впадинам внутренней резьбы III(обычно
является номинальным диаметром резьбы); средний диаметр резьбы d2(D2) – диаметр воображаемого цилиндра, образующие которого пересекают номинальный профиль
резьбы II в точках, где ширина выступов равна ширине впадин; внутренний диаметр резьбы d1(D1) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного касательно к впа динам наружной резьбы или к вершинам внутренней резьбы; шаг резьбы Р – расстояние между соседними одноименными (правыми и левыми) боковыми сторо нами профиля, измеренное параллельно оси резьбы на расстоянии, равном половине d2 (D2) от указанной оси; ход резьбы Pn – без учета погрешностей шага и других параметров Рn = Рп (n – число заходов резьбы); угол профиля резьбы – угол между боковыми сторонами
профиля, измеренный в плоскости, проходящей через ось резьбы; половина угла профиля /2 или углы наклона боковых сторон профиля и резьб с несимметричным профилем (например, упорных), равные углам между рас сматриваемой боковой стороной профиля и перпендику ляром к оси резьбы; высота теоретического профиля H – высота остроугольного профиля, полученного при про должении боковых сторон профиля до их пересечения; рабочая высота профиля Н1 – высота соприкосновения
витков наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярным к оси;
длинна свинчивания резьбы l – длинна соприкосновения наружной и внутренней резьб в осевом направлении (может быть выражена через целое или дробное число витков резьбы)
5.5. Допуски метрических резьб. Посадки с зазором.
Для наиболее распространенных метрических крепежных резьб с диаметрами от 1 до 600 мм СТ СЭВ 640—77 устанавливает допуски и основные отклонения (табл. 5.1) резьб для посадок с наименьшим зазором Smin 0.
Т а б л и ц а 5.1 Резьба метрическая. Степени точности и основные отклонения
для посадок с зазором
|
Вид
резьбы
|
Диаметры резьбы
|
Степени точности
|
Основные отклонения
|
|
Наружная
|
d
d2
|
4; 6; 8
3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 *
|
d; е; f; g; h
d; е; f; g; h
|
|
Внутренняя
|
D2
D1
|
4; 5; 6; 7; 8; 9 *
4; 5; 6; 7; 8
|
E; F; G; H
E; F; G; H
|
П р и м е ч а н и я. 1. Допуски диаметров d1 и D не устанавливаются.
2. Допуски среднего диаметра d2 (D2) резьб являются суммарными.
3. Верхнее отклонение диаметра d1 должно соответствовать основному отклонению диаметра d2, т.е. es (d1) = es (d2).
4. Нижнее отклонение диаметра D должно соответствовать основному отклонению диаметра D2, т. е. ЕI (D) = EI (D2).
* Только для резьб на деталях из пластмасс.
Та блица 5.2 Метрическая резьба. Поля допусков для посадок с зазором, установленные в классах точности и в группах длин свинчивания
|
Класс
точности
|
Длина свинчивания (2,24…6,7) P•d0,2
|
|
|
Малая (S)
|
Нормальная (N)
|
Большая (L)
|
|
|
Поля допусков наружных резьб
|
|
Точный
|
(3h4h)
|
4g 4h
|
(5h4h)
|
|
Средний
|
5g6g; (5h6h)
|
6d 6е 6f [6g] 6h
|
(7е6е) 7g6g (7h6h)
|
|
Грубый
|
|
8g (8h)*
|
(9g8g)
|
|
|
Поля допусков внутренних резьб
|
|
Точный
|
4Н
|
4Н5Н; 5Н
|
6H
|
|
Средний
|
(5G) 5Н
|
6G[6H]
|
(7G) 7H
|
|
Грубый
|
|
7G 7H
|
(8G) 8H
|
П р и м е ч а и и я. 1. Поля допусков, заключенные в рамки, являются предпочтительными, а в круглые скобки – ограниченного применения.
2. При длинах свинчивания S и L можно применять поля допусков груп пы N.
3. Поля допусков для наружной и внутренней резы отобраны из всех полей допусков, которые могут быть получены различным сочетанием степе ней точности и основных отклонений, установленных в СТ СЭВ 640 (см. табл. 5.1). Разрешается применять поля допусков, которые можно получать иными сочетаниями степеней точности и основных отклонений из табл. 5.1. Однако такие поля допусков считаются специальными, и их применение должно быть обосновано.
4. В посадках допускаются любые сочетания полей допусков наружной и внутренней резьб, установленные настоящим стандартом. Однако рекомен дуется сочетать поля допусков одного класса точности.
* Только для резьб с шагом Р 0,8 мм. При Р < 0,8. мм применяют поле допуска 8h6h.
намечают, чтобы полу чить наиболее благопри ятные действительные раз меры сопрягаемых дета лей, например размеры, при которых уменьшают ся пределы колебаний зазоров или натягов и по вышается определенность характера соединения. Узлы собирают из дета лей, относящихся к груп пам одинаковых номеров, например шпильки груп пы I ввинчивают в гнезда также группы I.
Селективная сборка позволяет снизить стои мость изготовления деталей благодаря тому, что высокую точность сое динении можно полу чать при более широких допусках сопряга емых размеров. Однако при селективной сбор ке необходимость сор тирования деталей на группы и сборки дета лей, относящихся к определенным группам, усложняет процессы контроля и сборки де талей, а также ремонт конечных изделий. Кро ме того, возможно по явление некомплектных деталей, так называе мого незавершенного производства. При чи сле групп свыше четы рех эти недостатки сни жают экономический эффект селективной сборки.
Таблица III-11
|
Размеры посадочных
диаметров, мм
|
Посадки
|
Типы подшипников
|
|
|
на вал
(ось)
|
в корпус стальной или чугунный
|
|
|
свыше
|
до
|
|
неразъемный
|
разъемный
|
|
|
Нагрузка спокойная или с умеренными толчками и вибрацией
|
|
–
|
80
|
hП
|
HП
|
|
Все типы, кроме штампованных игольчатых
|
|
80
|
260
|
gП ; fП
|
GП
|
|
|
|
260
|
500
|
|
|
HП;HП
|
|
|
500
|
1600
|
fП
|
PП
|
|
|
|
Нагрузка с ударами и вибрацией
|
|
–
|
80
|
hП
|
JSП
|
|
Все типы, кроме штампованных игольчатых и
роликовых конических
двухрядных
|
|
80
|
260
|
|
|
|
|
|
260
|
500
|
gП
|
HП
|
JSП
|
|
|
500
|
1600
|
|
|
|
|
|
|
120
|
hП
|
HП
|
JSП
|
Роликовые конические двухрядные
|
|
120
|
1600
|
gП
|
|
|
|
Примечание. В табл. III-11, III-12 и III-13 указаны только буквы, обозначающие посадки; номер квалитета определяется классом точности подшипника, например для клас сов 0-го и 6-го следует брать 6-й квалитет для валов и 7-й для отверстий.
Таблица III-12
|
Размеры посадочных диаметров, мм
|
Посадки колец
|
|
свыше
|
до
|
внутренних
|
наружных
|
|
–
|
80
|
kП
|
KП
|
|
80
|
260
|
jSП
|
|
|
260
|
–
|
hП
|
jSП
|
Таблица III-13
|
Диаметр, мм
|
Допускаемые значения PR, H/мм
|
|
отверстия внутреннего кольца подшипника
|
посадки на вал
|
|
свыше
|
до
|
jSП
|
KП
|
mП
|
n
|
|
18
|
80
|
До 300
|
300–1400
|
1400–1600
|
1600–3000
|
|
80
|
180
|
До 600
|
600–2000
|
2000–2500
|
2500—4000
|
|
180
|
360
|
До 700
|
700–3000
|
3000–3500
|
3500—6000
|
|
360
|
630
|
До 900
|
900–3500
|
3500–4500
|
4500—8000
|
|
наружной поверхности наружного кольца
|
посадки в корпус
|
|
свыше
|
до
|
КП
|
МП
|
NП
|
РП
|
|
50
|
180
|
До 800
|
800—1000
|
1000—1300
|
1300—2500
|
|
180
|
360
|
До 1000
|
1000—1500
|
1500—2000
|
2000—3300
|
|
360
|
630
|
До 1200
|
1200—2000
|
2000—2600
|
2600—4000
|
|
630
|
1600
|
До 1600
|
1600—2500
|
2500—3500
|
3500—5500
|
Таблица III-14
|
Характер нагрузки
|
KП
|
|
Нагрузка с умеренными толчками и вибрацией. Перегрузка до 150%
|
1,0
|
|
Нагрузка с сильными ударами и вибрацией. Перегрузка до 300%
|
1,8
|
Таблица III-15
|
|
Значения коэффициента F
|
|
|
для вала
|
для корпуса
|
|
свыше
|
до
|
|
|
|
для всех подшипников
|
|
–
|
0,4
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
0,4
|
0,7
|
1,2
|
1,4
|
1,6
|
1
|
|
0,7
|
0,8
|
1,5
|
1,7
|
2
|
1,4
|
|
0,8
|
–
|
2
|
2,3
|
3
|
1,8
|
Здесь d и D – соответственно диаметры отверстия и наружной поверхности подшипника; dотв – диаметр отверстия полого вала; DKОР – диаметр наружной поверхности тонкостенного корпуса.
Таблица III-16
|
|
FA
|
|
свыше
|
до
|
|
|
—
|
0,2
|
1
|
|
0,2
|
0,4
|
1,2
|
|
0,4
|
0,6
|
1,4
|
|
0,6
|
1
|
1,6
|
|
1
|
—
|
2
|
Примечание. Для радиальных и радиально-упругих подшипников однорядных FA = 1.
Рис. 5.1
Рис. 5.2
Рис. 5.3
Рис. 5.4
Рис. 5.1
Рис. 5.5
Рис. 5.7
Рис. 5.6
Рис. 5.8
Выбор посадок и допусков для деталей машин и приборов