Обозначение предельных отклонений и посадок на чертежах

 

Предельные отклонения линейных размеров могут быть ука­заны одним из трех способов:

- условными обозначениями полей допусков (рис. 2.5, а);

- числовыми значениями предельных отклонений (рис. 2.5, б);

- условными обозначениями полей допусков с указанием в скобках числовых значений предельных отклонений (рис. 2.5, в).

При указании предельных отклонений условными обозначе­ниями необходимо обязательно указывать их числовые значения в следующих случаях:

а) для размеров, не включенных в ряды нормальных линейных размеров, например, Æ41,5 Н8 (+ 0,030) (рис. 2.6, б);

б) при назначении предельных отклонений, условное обозначе­ние которых не предусмотрено ГОСТ 25346-89, например, для пластмассовой детали (рис. 2.6, а);

в) при назначении предельных отклонений размеров уступов с несимметричным полем допуска (рис. 2.6, б).

Рисунок 2.5 – Способы указания предельных отклонений линейных размеров на чертежах

 

                    а)                                                          б)                    

Рисунок 2.6 – Примеры простановки предельных

отклонений размеров на чертежах

 

 

Рисунок 2.7 – Пример простановки предельных отклонений на шейке вала, имеющего неодинаковую точность по длине

Предельные отклонения следует назначать для всех разме­ров, проставляемых на чертежах, не исключая и несопрягаемые неответственные размеры. Если предельные отклонения для раз­меров не назначены, то это может привести к лишним затратам (когда стремятся получить этот размер более точным, чем нуж­но) или к увеличению массы детали - перерасходу металла (ког­да допускают грубые отклонения от номинального размера).

Точность гладких элементов металлических деталей, если для них отклонения не указывают непосредственно у размеров, а оговаривают общей записью, нормируют либо квалитетами (от 12 до 17 для размеров от 1 до 10000мм), обозначаемыми буквами IT,либо классами точности (точный, средний, грубый и очень грубый), установленными  специально для этой це­ли и обозначаемыми буквой t. Возможные варианты простанов­ки на чертеже размеров, отклонений и шероховатости поверхнос­тей деталей машин приведены в приложениях Д1, Д2.

 

Расчет и выбор посадок с гарантированным натягом

 

Посадки с гарантированным натягом предназначены для полу­чения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей, хотя иногда и в этом случае используют шпо­ночные, штифтовые и другие средства крепления. Относительная неподвижность деталей обеспечивается за счет сил сцепления (тре­ния), возникающих на контактирующих поверхностях вследствие их деформации, создаваемой натягом в процессе сборки. Благодаря надежности и простоте конструкции деталей и сборки соединений, эти посадки применяют во всех отраслях машиностроения (например, при сборке осей с колесами на железнодорожном транспорте, вендов со ступицами червячных колес, вкладышей под­шипников скольжения с корпусами и т.п.).

Предельные значения натягов выбранной прессовой посадки должны удовлетворять следующим условиям:

1. При наименьшем натяге должна обеспечиваться прочность соединения, т.е. не должно быть относительного поворота деталей от действия внешнего момента, или осевого усилия, или их совместно­го действия. Это условие выполняется, если

                                                                 (2.7)

где M_КР - наибольший прикладываемый к одной детали момент кручения;

M_ТР- момент трения, зависящий от натяга, размеров соединяе­мых деталей, шероховатости поверхностей и других факторов.

2. При наибольшем натяге должна обеспечиваться прочность сое­диняемых деталей, т.е. наибольшее напряжение, возникающее в ма­териале детали, не должно превышать допустимого значения.

Величину наименьшего натягаN_min при условии, что сопрягаемые поверхности идеально гладкие, рассчитывают по формуле

                                (2.8)

где p_э - удельное эксплуатационное давление по поверхности контакта, Па;

  d - номинальный диаметр соединения, м;

Е₁ ,Е₂ - модули упругости материалов соединяемых деталей (прил.А, табл. А1).

(2.9)

гдеd₁, d₂ - диаметры колец, мм (рис. 2.9, а);

m₁ и m₂ - коэффициенты Пуассона для металлов вала и отвер­стия (прил.А, табл. А. 1).

Величина удельного контактного эксплуатационного давления определяется:

при осевом сдвигающем усилии

                                                                      (2.10)

при крутящем моменте

                                                                   (2.11)

при их совместном действие(2.12)

где Р - осевое усилие, Н;

M_КР - крутящий момент, Нм;

d, l - номинальные диаметр и длина соединения,м;

n = 1,5-2 - коэффициент запаса прочности соединения на воз­можные перегрузки и воздействие вибраций;

f - коэффициент трения ( прил. А, табл. А2).

Рисунок 2.8 – Эскизы к расчету посадок с натягом

 

Наибольший натяг в соединении, обеспечивающий его прочность, определяется на основе теории наибольших касательных напряжений. Условие прочности деталей заключается в отсутствии пластической деформации на контактной поверхности вала и втулки при наиболь­шем допустимом удельном контактном давлении p_доп. При определении N_max принимаютp_доп, меньшее из двух значений.

 

Для втулки

                                               (2.13)

для вала

                                   (2.14)

гдеs_T - предел текучести материалов деталей ( прил.А, табл.А.3).

Таким образом, наибольший расчетный натяг, при котором возникает наибольшее допустимое давлениеP_доп, находят по фор­муле, аналогичной выражению (2.8)

                                           (2.15)

Прежде чем приступить к выбору посадки по стандарту, в вычисленные значения минимального и максимального натяга следует внести ряд поправок, исходя из условий работы соединения и его конструктивных особенностей (u - поправка на смятие неровнос­тей деталей;u_t - поправка на различные температурные условия сборки и работы, а также различные коэффициенты линейного расши­рения деталей;u_ц - поправка на деформацию деталей от действия центробежных сил; u_уд - поправка на увеличение контактного давления у торцов охватывающей детали и др.).

В общем машиностроении наибольшее влияние на величину предельных натягов оказывают поправки uи u_уд .

Поправка u. При определении размеров соединяемых вала и отверстия измерительные наконечники прибора опираются на вершины неровностейих поверхностей. В процессе запрессовки деталей неровности сминаются и фактическое значение натяга оказывается меньше, чем измеренное (рис. 2.8, б), что уменьшает прочность соединения. Величина смятия неровностей зависит от их величины, метода запрессовки, механических свойств материалов де­талей и т.п. Практически величину поправки U определяют по следующим формулам:

для материалов с одинаковыми механическими свойствами

           u = 2K(R_z1 + R_z2);                                       (2.16)

для материалов с различными механическими свойствами

                              (2.17)

где К, K₁ и K₂ ; коэффициенты, учитывающие величину смятия неровностей отверстия втулки и вала (прил.А, табл. А.4);

R_Z1, R_Z2 - высота неровностей поверхностей отверстия и вала ( прил.А, табл. А5).При малых значениях R_Z следует брать меньшие значения коэффициентов.

При механической запрессовке наибольшая прочность соедине­ния создается при малой шероховатости, а при сборке с охлаждением (или нагревом) детали - при большой шероховатости.

Поправкаu_уд. При l/d < 1 у торцов охватывающей детали контактные давления больше, чем в середине соеди­нения, причем тем значительнее, чем меньшеl/d  и радиус скругления кромок охватывающей детали. Эту поправку приближенно можно найти по графику, показанному на рисунке 2.9. Она должна снижать величину Рдоп, вычисленную по формулам (2.13 и 2.14). При определении N_min  эту поправку не вносят для повышения надежности соединения.

Предельно допустимые натяги [N_min]и [N_max] вычисляются по формулам

 

                                      (2.18)

 .                  (2.19)

Выбор посадки из таблиц системы допусков и посадок осуществляется по величине[N_min] и [N_max]. При этом должны соблюдаться следующие ус­ловия:

1) максимальный натяг   N_max в подобранной посадке должен быть не более [N_max]

*                                                   (2.20)

2) минимальный натяг N_min в подобранной посадке с учетом воз­можных колебаний действующей нагруз­ки и других факторов должен быть

                                                      (2.21)

 

 

 

Рисунок 2.9 – График для определения поправки u_уд

 

3) рассчитывается необходимое (максимальное) усилие при запрес­совке собираемых деталей

                                              (2.22)

где f_n - коэффициент трения при запрессовке; f_n  = (1,15-1,2).

Удельное давление p_max при максимальном натяге в посадке определяется по формуле

 

                                      (2.23)

 

В некоторых случаях выбранную посадку с натягом проверяют по величине деформации сопрягаемых деталей. Изменение размеров d₁и d₂ после запрессовки определяется по формулам:

 

                                                             (2.24)

                                             

                                                (2.25)

 

Пример. Для соединения венца со ступицей червячного колеса кранового редуктора рассчитать и выбрать посадку при следующих условиях: d= 300мм;d₁ = 80 мм; d₂ = 380 мм;

М_кр = 500 Нм; Р =2,0 кН; материал ступицы (вала) - сталь 20, венца - бронза Бр. АЖН-II-6-6; запрессовка механическая.

Решение. 1.По формуле (2.12) определить минимальное удельное давление[p_эmin]

 

где n = 2; f = 0,05 (прил. А, табл. А.2); l = 0,06 м.

 

2. По формуле (2.8) определить наименьший расчетный натяг N_min, предварительно определив коэффициенты Ляме С₁ и C₂:

 

где m₁ = 0,3; m₂= 0,33 (прил.А, табл. А.1).

 

где E₁ = 2,0*10¹¹ Па; E₂ = 1,0*10¹¹ Па (прил. А, табл. А.1).

 

3. Определить минимальный натяг [N_min], обеспечивающий пе­редачу заданного крутящего момента и осевой силы

 

Учитывая, что сборка и эксплуатация червячного колеса осу­ществляется с небольшой разницей температур, а скорость вращения колеса невысокая, примем поправкиu_t иu_ц ,равными 0.

Поправку u определим из выражения (2.17)

где K₁  = 0,15; K₂ = 0,7 (прил.А, табл. А4); R_Z1 = 10 мкм Rz2 = 20мкм; (прил.А, табл.А5)при точности изготовления вала по 7-му квалитету, а отверстия - по 8-му).

N_min = 41 + 31 = 72 мкм.

 

4. По выражениям (2.13 и 2.14) определить [p_доп]:

гдеs_T1 = 2,6-10⁸ Па;s_T2 = 3,9-10⁸ Па (прил.А, табл. А.3).

 

5. ОпределитьN¹_maxпо формуле (2.15), приняв для расчета меньшее значение  [p_доп]:

 

6. Определить максимально допустимый натяг [N_max] с учетом поправок u  и u_уд. Поправку u_уд  определяют по графику (рис. 2.9). При l/d = 60/300 = 0,2 и d₁/d = 80/300 =0,26 находим

U_уд  = 0,55.

 

[N_max]= N_тах u_уд + u = 1290 – 0,55 + 31 = 709 + 31 = 740 мкм.

 

7. По стандарту ГОСТ 25347-82 (прил. Е, Ж, Ж1) выберем посадку 300Н8/s7; Æ300Н8 (+0,081); Æ300 s7 ;

N_max= 222 мкм; N_min= 89 мкм; 

N_max < [N_max ];  N_min >[N_min].

 

8. Определить усилие запрессовки по формуле (2.22):

,

 

где f_n =1,2 f = 1,2*0,05 =0,06;

 

;

P_n = 0,06×22,7×10⁶ - 3,14×0,3×0,06 =43000 Н = 43 кН.

 

9. Определить величину деформации венца Dd₂ до формуле (2.25)

На практике, особенно в единичном и серийном производстве, часто не прибегают к расчету посадок с натягом, а пользуются опы­том применения посадок в аналогичных конструкциях машин. Можно рекомендовать следующую область применения посадок с натягом в конструкциях общего машиностроения:

1. H7/р6 (предпочтительная) применяется при сравнительно небольших нагрузках для соединения тонкостенных деталей (напри­мер, посадка на вал уплотнительного кольца, фиксирующего положе­ние внутреннего кольца подшипника у кранового двигателя).

2. H7/s6, H7/р6 (предпочтительные) и H8/s7 используют в соединениях без крепежных деталей при небольших нагрузках (на­пример, для соединения кондукторных втулок с корпусом кондуктора, шатунных втулок с шатуном дизеля или пневматического двигателя), а при использовании крепления применяются для работы в условиях больших нагрузок (например, посадка на шпонке зубчатых колес и муфт в прокатных станах, бумагоделательных машинах и нефтеоборудовании).

3. ПосадкиH7/u7, H8/u8 применяют в соединениях без кре­пежных деталей при значительных нагрузках, в том числе и знакопе­ременных (например, для соединения ступицы и венца червячного ко­леса; втулок подшипников скольжения в изделиях тяжелого машино­строения), а при использовании крепления применяют для работы в узлах с большими нагрузками.

4. ПосадкиH8/х8, H8/z8 имеют самые большие натяги и применяются в соединениях с большими нагрузками или для деталей из материалов с относительно небольшим модулем упругости.

Выбор способа формирования соединения (под прессом или с нагревом охватывающей детали) зависит от конструкции деталей,ихразмеров, величины требуемого натяга и др.

 

Выбор посадок с зазором

 

Посадки с зазором предназначены для подвижных и неподвижных соединений деталей. В подвижных соединениях зазор служит для обес­печения свободы перемещения деталей, размещения слоя смазки, ком­пенсации температурных деформаций и погрешностей формы, расположе­ния поверхностей, погрешностей сборки и др. Для наиболее ответст­венных соединений, которые должны работать в условиях жидкостного трения, зазоры подсчитываются на основе гидродинамической теории трения [3].

Если работа соединения допускается в условиях полужидкост­ного, полусухого или сухого трения, то выбор посадок чаще всего производится по аналогии с посадками известных и хорошо работающих соединений. При этом следует вносить поправки с учетом кон­кретных условий работы соединений и их параметров.

В неподвижных соединениях посадки с зазором применяются для обеспечения беспрепятственной сборки деталей (особенно сменных). Их относительная неподвижность обеспечивается дополнительным креплением: шпонками, болтами штифтами и т.д. Выбор посадки для непод­вижного соединения производится таким образом, чтобы наименьший зазор обеспечивал компенсацию отклонений формы и расположения сопрягаемых поверхностей, если они не ограничиваются полями допусков размеров этих поверхностей. Кроме того, наименьший зазор должен включать запас на его регулирование, если это необходимо в соединении, а также запас на свободное вхождение деталей, что особенно важно при механической и автоматической сборке. Практически можно рекомендовать следующую область применения посадок с зазо­ром:

1. Посадки с нулевым зазором (скользя­щие посадки), получаемые сочетанием отверстия H с валом h, применяют, главным образом, в неподвижных соединениях при необходимости частой разборки (сменные детали), если требуется легко передвигать или поворачивать детали одну относительно другой при регулировке или центрировании деталей.

2. ПосадкуH6/h5 применяют для особо точного центрирования, например, для пиноли в корпусе бабки станка.

3. Посадку Н7h6 применяют    для сменных колес в станках; для соединений с коротким рабочим ходом, например, для хвостови­ков пружинных клапанов в направляющих; для соединения деталей, ко­торые должны легко передвигаться при затяжке; для точного направ­ления при возвратно-поступательном движении, например, плунжер насоса высокого давления.

4. Посадку H8/h7 используют для центрирующих поверхнос­тей при пониженных требованиях к соосности.

5. ПосадкиН8/h8, H9/h9, H9/h8 применяют для неподвижно закрепленных деталей при невысоких требованиях к точ­ности механизмов, небольших нагрузках и необходимости обеспечить легкую сборку (зубчатые колеса, шкивы и другие детали, соединяю­щиеся с валом на шпонке; корпуса подшипников качения, центриро­вание фланцевых соединений), а также в подвижных соединениях при медленных и редких поступательных и вращательных перемещениях (перемещающиеся зубчатые колеса, зубчатые торцовые муфты).

6. Посадку H11/h11 используют для относительно грубо цен­трируемых неподвижных соединений (центрирование фланцевых кры­шек, фиксация накладных кондукторов), для неответственных шарни­ров.

7. ПосадкаH7/g6 (предпочтительная) применяется в под­вижных соединениях для обеспечения герметичности (например, зо­лотниковые механизмы, шпиндели точных станков, подвижные шестер­ни на валах в коробках передач, шатунная головка с шейкой колен­чатого вала, сменные втулки кондукторов, изделия на пальцах при­способлений пря механической обработке). В особо точных механиз­мах применяют посадку H6/g5и дажеH5/g4.

8. ПосадкуH7/f6 применяют в подшипниках скольжения при скоростях до 150 рад/с и невысоких нагрузках. Для подшипников скольжения при нескольких опорах или разнесенных опорах при не­высокой точности центрирования применяются посадкиH8/f8 , H9/f9.

9. ПосадкиH7/e7, H7/e8, и H8/e8 применяются в подшипниках при высокой частоте вращения более 150 рад/с или осложненных условиях монтажа (например, в электродвигателях, ме­ханизмах передач автомобилей, коренных шейках коленчатого вала и шейках распределительного вала двигателя внутреннего сгорания).

10. Посадки H8/d9, H9/d9 применяют для поршней в цилиндрах паровых машин и компрессоров, а также при невысоких требованиях к точности: трансмиссионные валы в подшипниках, саль­ники, холостые шкивы на валах.

11. Посадки низкой точности H11/d11, D11/h11предназна­чены для подвижных соединений, не требующих точности перемеще­ния и работающих в условиях пыли и грязи. Например: крышки под­шипников в распорные втулки в корпусах; грубые направляющие пря­молинейного движения; направление шпинделей по внутреннему диа­метру грунд-букс; шарниры и ролики на осях.

 

Выбор переходных посадок

 

Переходные посадки H/n,H/m, H/k,H/js используются в неподвижных разъемных соединениях для центрирования деталей, которые при необходимости могут двигаться вдоль вала или быть сменными. Эти посадки характеризуются малыми зазорами и натягами, что позволяет собирать детали при небольших усилиях. Для обеспечения неподвижности одной детали относительно другой их до­полнительно крепят шпонками, стопорными винтами и другими крепежными средствами.

Сочетание выборкой точности центрирования с относительной легкостью сборки и разборки соединения возможно лишь при небольших изменениях натяга и зазора. Поэтому переходные посадки предусмотрены только в 4-8 квалитетах. Обычно применяют посадки, в которых точность вала на один квалитет выше точности отверстия.

В переходных посадках при сочетании наибольшего предельного размера вала и наименьшего предельного размера отверстия всегда получается натяг, а при сочетании наибольшего предельного разме­ра отверстия и наименьшего предельного размера вала - наибольший зазор.

Выбор переходных посадок определяется требуемой точностью центрирования и легкостью сборки и разборки соединения. Точность центрирования вращающихся деталей определяется величиной радиального биения, которая будет зависеть от величины зазора в соединении, от погрешностей формы и расположения поверхностей сопрягаемых деталей и износа деталей при повторных сборках и разборках. Для компенсации указанных погрешностей при выборе переходных по­садок следует максимально допустимый зазор в соединении умень­шить в 2-3 раза и по нему выбрать посадку.

На практике выбор переходных посадок чаще всего производят по аналогии с известными и хорошо работающими соединениями. Рас­четы выполняются редко и в основном как проверочные. Они могут включать:

· расчет вероятности получения зазоров и натягов в соединении;

· расчет наибольшего зазора по допустимому эксцентриситету соединяемых деталей;

· расчет прочности деталей (только для тонкостенных деталей) и усилия запрессовки при наибольшем натяге.

При высоких требованиях к точности центрирования, а также при больших, особенно ударных нагрузках и вибрациях, назначают посадки с большим средним натягомH/n и H/m. Чем чаще требуется разборка - сборка узла, тем с меньшим натягом следует выбирать переходные посадки, т.е. применять посадки H/k,H/js.

ПосадкуH7/n6 применяют для зубчатых колес, муфт, кривошипов и других деталей, работающих при больших нагрузках, уда­рах и вибрации; в соединениях, разбираемых только при капиталь­ном ремонте; для установочных колец на валах электрических машин, кондукторных втулок, установочных пальцев, штифтов. Сборка таких соединений производится под прессом.

Посадка H7/m6 применяется для соединений, редко подвергающихся разборке: подшипники качения в тяжелом машиностроении, цилиндрические штифты.

Посадка H7/k6 в среднем дает незначительный зазор         (1-5 мкм) и обеспечивает хорошее центрирование, не требуя значи­тельных усилий для сборки и разборки. Она применяется чаще других переходных посадок: для посадки шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков, для втулок подшипников и вращающихся на валах зубча­тых колес и т.д.

ПосадкаH7/js6имеет большие средние зазоры и применяется взамен предыдущей для облегчения сборки.

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1696; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!