Основы нормирования параметров точности

;

;

где , , и – параметры шероховатости поверхностей отверстия и вала сопряжения.

    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. Температуру разогрева втулки () и температуру охлаждения вала () при сборке рассчитывают по уравнениям

;

;

где – температура сборочного цеха; – зазор, необходимый для свободного вхождения вала во втулку при выполнении технической операции; - коэффициент линейного расширения материала втулки и вала.

    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 подпрессовки.

 

1.3.2. Расчет посадок с зазором

 

    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 . Зазор определяется как сумма и и зависит от абсолютной и относительной величин эксцентриситета:

;

.

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

 

1.3.3. Расчет посадок с натягом

 

    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, возникающей при технологических процессах сборки. Наиболее распространены при этом процессы запрессовки одной детали в другую, появляющиеся 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 детали 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.

    Рассмотрим расчет  посадок с натягом для типового  сопряжения полого вала и втулки (рис.1.19).

    Величина натяга  рассматриваемого сопряжения до  сборки

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.19. Схема расчета  посадок с натягом

    Весьма ответственным при расчете посадок с натягом является 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).

 

1.3.4. Расчет переходных посадок

 

    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.

 

1.3.5. 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 и 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. Посадки , , , характеризуются наименьшим зазором, равным нулю, и применяются для неподвижных и подвижных соединений. 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.

    Посадки с натягом. В системе ОСТ посадки с натягом называются горячими, прессовыми и легкопрессовыми, что давало технологическую характеристику образования этих посадок. Для горячих посадок характерны большая величина натяга, технологически осуществляемая путем разогрева втулки или охлаждения вала до нужной температуры для выполнения сборки сопрягаемых деталей последующим охлаждением втулки или размораживанием вала. Например, горячие посадки применялись в производстве стволов артиллерийских орудий.

 

1.4. Допуски формы и расположения поверхностей

1.4.1. Основные понятия и определения

 

    Являясь составной частью комплексной проблемы точности геометрических параметров деталей машин, допуски геометрических форм и расположения поверхностей этих деталей оказывают существенное влияние на формирование требуемых свойств качества, как деталей, так и машин в целом.

    Основные факторы образования погрешностей (отклонений) формы и расположения поверхностей те же, что и погрешностей размеров элементов деталей. Это прежде всего точностные характеристики станка, инструмента, технологической оснастки, упругие деформации станка, инструмента, приспособлений и обрабатываемой детали, неодинаковость припусков и физико-механических свойств заготовок и др.

    Указанные факторы, образуя погрешности в геометрической формe поверхностей и их взаимном расположении, неизбежно приводят к снижению заданных эксплуатационных свойств. В подписных соединениях погрешности формы приводят к увеличению износа деталей из-за повышенного удельного давления на выступах неровностей поверхностей, к нарушению плавности хода, шумообразованию, а в неподвижных соединениях искажение формы приводит к неравномерности натягов в соединениях, из-за чего снижается их прочность, герметичность и точность центрирования.

    Например, уменьшение конусности, седлообразное и овальности шеек коленчатого вала двигателя одного из автомобилей с О 01 до 0,006 мм позволяет увеличить срок работы вкладышей подшипников в 2,5-4 раза. При изготовлении поршневых пальцев двигателей с допуском на диаметр 15 мкм устанавливают допустимую конусность, овальность и огранку не более 4 мкм каждая. Погрешности формы и расположения поверхностей также оказывают влияние на точность базирования деталей при изготовлении и контроле, на трудоемкость и точность сборки, повышают объем пригоночных работ.

    Основные термины и определения, относящиеся к отклонениям и допускам формы и расположения поверхностей деталей машин и приборов, устанавливает ГОСТ 24642-81.

    При анализе точности формы и расположения поверхностей различают:

- реальные профили, поверхности,  реальное расположение поверхностей, которые образуются в результате  изготовления деталей на станках; 

- номинальные профили,  поверхности, номинальное расположение  поверхностей, заданные на чертеже.

    Отклонения формы  цилиндрических поверхностей можно  характеризовать совокупностью  гармонических составляющих в  виде ряда Фурье:

,

где – постоянная составляющая отклонения; – величина амплитуды; – номер члена ряда Фурье; – полярный угол ряда Фурье; – полярный угол, характеризующий -ую гармонику; – порядковый номер гармоники полинома.

    В основу нормирования отклонений формы и расположения поверхностей положен принцип прилегающих прямых, профилей, плоскостей, поверхностей, прилегающих цилиндра и окружности.

    Прилегающей называется прямая, соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. Это понятие относится и к прилегающему профилю, и к прилегающей плоскости.

    Прилегающим цилиндром называется цилиндр минимального диаметра, описанный вокруг реальной наружной поверхности или максимального диаметра, вписанный в реальную внутреннюю поверхность. Это понятие относится также и к прилегающей окружности. Прилегающие поверхности и профили соответствуют условиям сопряжения деталей при посадках с нулевым зазором. При измерении прилегающими поверхностями служат рабочие поверхности контрольных плит, интерференционных стекол лекальных и поверочных линеек, калибров, контрольных оправок и т. п.

 

1.4.2. Отклонения формы поверхностей