Основные понятия о сопряжениях. Понятие о размерах, форме, сопряжениях, геометрической точности и взаимозаменяемости строительных конструкций Понятие о размерах отклонениях допусках

Поверхности, по которым происходит соединение деталей при сборке, называют сопрягаемыми , остальные –несопрягаемыми, илисвободными . Из двух сопрягаемых поверхностей охватывающая поверхность называетсяотверстием , а охватываемая –валом (рис. 7.1).

При этом в обозначениях параметров отверстий используют прописные буквы латинского алфавита (D , E , S ), а валов – строчные (d , e ,s ).

Сопрягаемые поверхности характеризуются общим размером, называемым номинальным размером соединения (D, d).

Действительный размер детали – это размер, полученный при изготовлении и измерении с допустимой погрешностью.

Предельные размеры – это максимальный (D max и d max ) и минимальный (D min и d min ) допустимые размеры, между которыми должен находится действительный размер годной детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском размера отверстия TD и вала Td .

TD (Td) = D max (d max ) – D min (d min ).

Допуск размера определяет заданные границы (предельные отклонения) действительного размера годной детали.

Допуски изображают в виде полей, ограниченных верхним и нижним отклонением размера. При этом номинальному размеру соответствует нулевая линия . Ближайшее к нулевой линии отклонение называютосновным . Основное отклонение отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавитаA , B , C , Z , валов – строчнымиa , b , c , … , z .

Допуски размеров отверстия TD и вала Td могут быть определены как алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями:

TD(Td) = ES(es) – EI(ei).

Величина допуска зависит от размера и требуемого уровня точности изготовления детали, который определяется квалитетом (степенью точности).

Квалитет – это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности.

Стандартом установлено 20 квалитетов в порядке уменьшения степени точности: 01; 0; 1; 2…18. Квалитеты обозначают сочетанием прописных букв IT с порядковым номером квалитета: IT 01, IT 0, IT 1, …, IT 18. С увеличением номера квалитета величина допуска на изготовление детали возрастает.

От правильного назначения квалитета зависит стоимость изготовления деталей и качество работы соединения. Ниже приведены рекомендуемые области применения квалитетов:

– с 01 по 5 – для эталонов, концевых мер длины и калибров;

– с 6 по 8 – для образования посадок ответственных деталей, широко используемых в машиностроении;

– с 9 по 11 – для создания посадок неответственных узлов, работающих при низких скоростях и нагрузках;

– с 12 по 14 – для допусков на свободные размеры;

– с 15 по 18 – для допусков на заготовки.

На рабочих чертежах деталей допуски проставляют рядом с номинальным размером. При этом буквой задается основное отклонение, а цифрой – квалитет точности. Например:

 25 к6 ;  25 Н7 ;  30 h 8 ;  30 F 8 .

7.2. Понятие о посадках и системах посадок

Посадкой называется характер соединения двух деталей, определяемый свободой их относительного перемещения. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки могут быть трёх типов.

1. С гарантированным зазором S при условии: D min ≥ d max :

– максимальный зазор S max = D max – d min ;

– минимальный зазор S min = D min – d max .

Посадки с зазором предназначены для образования подвижных и неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают легкость сборки-разборки узлов. В неподвижных соединениях требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.

2. С гарантированным натягом N при условии: D max d min :

– максимальный натяг N max = d max – D min ;

– минимальный натяг N min = d min – D max .

Посадки с натягом обеспечивают образование неразъемных соединений чаще без применения дополнительного крепления.

3. Переходные посадки , при которых возможно получение в соединении как зазора, так и натяга:

– максимальный зазор S max = D max – d min ;

– максимальный натяг N max = d max – D min .

Переходные посадки предназначены для неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают высокую точность центрирования. Требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др.

В ЕСДП предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала.

Посадки в системе отверстия основного отверстия Н c различными полями допусков вала: a , b , c , d , e , f , g , h (посадки с зазором); j S , k , m , n (переходные посадки); p , r , s , t , u , v , x , y , z (посадки с натягом).

Посадки в системе вала образуются сочетанием поля допуска основного вала h с различными полями допусков отверстия: A , B , C , D , E , F , G , H (посадки с зазором); J s , K , M , N (переходные посадки); P , R , S , T , U , V , X , Y , Z (посадки с натягом).

Посадки проставляют на сборочных чертежах рядом с номинальным размером сопряжения в виде дроби: в числителе допуск на отверстие, в знаменателе допуск на вал. Например:

30или30

.

Следует отметить, что в обозначении посадки в системе отверстия в числителе обязательно присутствует буква Н , а в системе вала в знаменателе – буква h . Если же в обозначении имеются обе буквы Н и h , например  20 Н6/ h 5 , то в этом случае предпочтение отдаётся системе отверстия.

Метрологической практикой установлено, что изготовить абсолютно точно размеры детали невозможно, да и нет необходимости иметь всегда очень точное значение размера обработанной детали.

Надо помнить, что чем точнее должен быть обработан размер, тем дороже производство. Видимо, не следует особо объяснять, что в разных механизмах и машинах есть детали, которые должны быть обработаны особенно тщательно, и есть детали, для которых не требуется тщательного изготовления. Поэтому и возникает необходимость говорить о точности размеров.

Как и в каждом деле, в отношении точности размеров существует ряд понятий и определений, которые необходимы, чтобы говорить на одном языке и короче выражать свои мысли.

Рассмотрим ряд практически используемых определений и понятий размеров и их отклонений.

Размер - числовое значение физической величины, полученное в результате измерения характеристики или параметра объекта (процесса) в выбранных единицах измерения. В большинстве случаев он представляет собой разность состояний объекта или процесса по выбранному параметру, характеристике, показателю во времени по сравнению с мерой, эталоном истинным или действительным значением физической величины.

Действительный размер - размер, установленный измерением с допустимой погрешностью. Размер только тогда называется действительным, когда он измеряется с погрешностью, которая может быть допущена каким-либо нормативным документом. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится с целью определения годности размеров объекта или процесса определенным требованиям. Когда же такие требования не установлены и измерения производятся не с целью приемки продукции, иногда используется термин измеренный размер, т.е. размер, полученный по результатам измерения, вместо термина «действительный размер». В этом случае точность измерения выбирается в зависимости от поставленной цели перед измерением.

Истинный размер - размер, полученный в результате обработки, изготовления, значение которого нам неизвестно, хотя он и существует, так как невозможно измерить совершенно без погрешности. Поэтому понятие «истинный размер» заменяется понятием «действительный размер», которое близко к истинному в условиях поставленной цели.

Предельные размеры - это предельно допустимые размеры, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер. Из этого определения видно, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя значениями, т.е. допустимыми значениями. И эти два значения имеют название наибольший предельный размер - больший из двух предельных размеров и наименьший предельный размер - меньший из двух предельных размеров. У годной детали размер должен находиться между этими предельными размерами. Однако указывать требования к точности изготовления двумя значениями размеров очень неудобно при оформлении чертежей, хотя в США так задается размер. Поэтому в большинстве стран мира используются понятия «номинальный размер», «отклонения» и «допуск».

Номинальный размер - размер, относительно которого определяются предельные размеры и который служит началом отсчета отклонений. Размер, который указан на чертеже, и является номинальным. Номинальный размер определяется конструктором в результате расчетов габаритных размеров или на прочность, или на жесткость, или с учетом конструктивных и технологических соображений.

Однако нельзя брать за номинальный любой размер, который получился при расчете.

Необходимо запомнить, что экономическая эффективность метрологического обеспечения достигается тогда, когда представляется возможность обойтись небольшой номенклатурой размеров без ухудшения качества. Так, если представить себе, что конструктор будет ставить на чертеже любой номинальный размер, например размер отверстий, тогда практически невозможно будет выпускать сверла централизованно на инструментальных заводах, так как будет бесконечное множество размеров сверл.

В связи с этим в промышленности используются понятия предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел, т.е. значения, до которых должны округляться расчетные значения. Обычно округляют до ближайшего большего. Такой подход дает возможность сократить количество типоразмеров деталей и узлов, количество режущего инструмента и другой технологической и контрольной оснастки.

Ряды предпочтительных чисел во всем мире приняты одинаковые и представляют собой геометрические прогрессии со знаменателями Ш; “VWVW 4 VlO, которые приблизительно равны 1,6; 1,25; 1,12; 1,06 (геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в которых каждое последующее число получается умножением предыдущего на одно и то же число - знаменатель прогрессии). Эти ряды условно названы R5; RIO; R20; R40.

Предпочтительные числа широко используются в стандартизации, когда необходимо установить ряд значений нормируемых параметров или свойств в определенных диапазонах. Номинальные значения линейных размеров в существующих стандартах также берутся из указанных рядов предпочтительных чисел с определенным округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) берутся значения 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 и т.д.

Отклонение - алгебраическая разность между предельным и действительным, т.е. измеренным, размерами. Следовательно, под отклонением следует понимать, насколько размер отличается от допустимого значения при нормировании требований или по результатам измерения.

Поскольку при нормировании по допустимым отклонениям существуют два предельных размера - наибольший и наименьший, то приняты термины верхнее и нижнее отклонения при нормировании допускаемых отклонений, т.е. указаний требований в пределах допуска на размер. Верхнее отклонение - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. Нижнее отклонение - алгебраическая разность между действительным и наименьшим предельным размерами при нормировании по величине допуска.

Особенность отклонений заключается в том, что они всегда имеют знак или плюс, или минус. Указание в определении об алгебраической разности показывает, что оба отклонения, т.е. и верхнее, и нижнее, могут иметь плюсовые значения, т.е. наибольший и наименьший предельные размеры будут больше номинального, или минусовые значения (оба меньше номинального), или верхнее отклонение может иметь плюсовое, а нижнее - минусовое отклонение.

В то же время могут быть случаи, когда верхнее отклонение больше номинального, тогда отклонение примет знак плюс, а нежнее отклонение меньше номинального, тогда оно имеет знак минус.

Верхнее отклонение обозначают ES у отверстий и es у валов, а иногда - ВО.

Нижнее отклонение обозначают EI у отверстий, ei у валов или же - НО.

Допуск (обычно обозначается Т) - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами, или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Особенностью допуска является то, что он не имеет знака. Это как бы зона значений размеров, между которыми должен находиться действительный размер, т.е. размер годной детали.

Синонимы этого термина могут быть следующими: «допустимое значение», «размеры», «характеристика», «параметры».

Если мы говорим о допуске в 10 мкм, то это значит, что в партии годных могут быть детали, размеры которых в предельном случае отличаются друг от друга не более 10 мкм.

Понятие допуска очень важно и используется в качестве критерия точности изготовления деталей. Чем меньше допуск, тем точнее будет изготовлена деталь. Чем допуск больше, тем грубее деталь. Но в то же время, чем меньше допуск, тем труднее, сложнее и отсюда дороже изготовление деталей; чем допуски больше, тем проще и дешевле изготовить деталь. Вот и имеется в определенной мере противоречие между разработчиками и изготовителями. Разработчики хотят, чтобы допуски были малыми (точнее будет изделие), а изготовители хотят, чтобы допуски были большими (легче изготавливать).

Поэтому выбор допуска должен быть обоснован. Во всех случаях, где есть возможность, следует использовать большие допуски, так как это экономически выгодно для производства, но при условии, чтобы качество выпускаемой продукции не ухудшалось.

Очень часто наравне с термином «допуск» и вместо него (не совсем верно) употребляют термин «поле допуска», поскольку, как было сказано выше, допуск - это зона (поле), в пределах которой находятся размеры годной детали.

Поле допуска, или поле допустимого значения, - поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера.

Основные понятия о допусках и посадках

Механизмы машин и приборов состоят из деталей, совершающих в процессе работы определенные относительные движения или соединенных неподвижно. Детали, в той или иной степени взаимодействующие между собой в механизме, называют сопряженными.
Абсолютно точное изготовление любой детали невозможно, как невозможно и измерить ее абсолютный размер, поскольку точность любого измерения ограничена возможностями средств измерения на данном этапе научно-технического прогресса, при этом предела этой точности не существует. Впрочем, выполнение деталей механизмов с наибольшей точностью зачастую нецелесообразно, в первую очередь - с экономической точки зрения, поскольку высокоточные изделия значительно дороже в изготовлении, а для нормального функционирования в механизме вполне достаточно выполнить деталь с меньшей точностью, т. е. дешевле.

Производственный опыт показал, что задачу выбора оптимальной точности можно решить установлением для каждого размера детали (особенно для сопрягаемых ее размеров) пределов, в которых может колебаться ее действительный размер; при этом исходят из того, что узел, в который входит деталь, должен соответствовать своему назначению и не терять работоспособность в требуемых условиях функционирования с необходимым ресурсом.

Рекомендации по выбору предельных отклонений размеров деталей разработаны на основании многолетнего опыта изготовления и эксплуатации различных механизмов и приборов и научных исследований, и изложены в единой системе допусков и посадок (ЕСДП СЭВ) . Допуски и посадки, установленные ЕСДП СЭВ
Рассмотрим основные понятия из этой системы.

Номинальным называют основной размер, получаемый из расчета на прочность, жесткость или выбираемый конструктивно и проставляемый на чертеже. Проще говоря, номинальный размер детали получен конструкторами и разработчиками расчетным путем (исходя из требований прочности, жесткости и т. п.) и указывается на чертеже детали в виде основного размера.
Номинальный размер соединения является общим для отверстия и вала, составляющих соединение. По номинальным размерам выполняют в том или ином масштабе чертежи деталей, сборочных единиц и приборов.

Для унификации и стандартизации установлены ряды номинальных размеров (ГОСТ 8032-84 "Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел") . Полученный расчетом или выбранный размер следует округлять до ближайшего значения из стандартного ряда. Это особенно относится к размерам деталей, получаемым стандартным или нормализованным инструментом, или присоединительным по отношению к другим стандартным деталям или узлам.
Для сокращения номенклатуры применяемого в производстве режущего и измерительного инструмента в первую очередь рекомендуется применять размеры, оканчивающиеся на 0 и 5 , а затем - на 0; 2; 5 и 8 .

Размер, полученный в результате измерения детали с наибольшей возможной точностью, называют действительным.
Не следует путать действительный размер детали с ее абсолютным размером .
Абсолютный размер – реальный (фактический) размер детали; его невозможно измерить никакими сверхточными средствами измерения, поскольку всегда будет присутствовать погрешность, обусловленная, в первую очередь, уровнем развития науки, техники и технологий. Кроме того, любое материальное тело при температуре выше абсолютного нуля "дышит" - на его поверхности постоянно перемещаются микрочастицы, молекулы и атомы, отрываясь от тела и возвращаясь обратно. Поэтому, даже имея в распоряжении сверхточные средства измерений, абсолютный размер детали определить невозможно; можно лишь говорить о реальном размере в бесконечно малый отрезок (момент) времени.
Вывод очевиден - абсолютный размер детали (как и любого тела) - понятие абстрактное.

Размеры, между которыми может находиться действительный размер изготовленной детали, называют предельными, при этом различают наибольший и наименьший предельные размеры.
Выполненная в интервале между предельными размерами деталь считается годной. Если же ее размер выходит за предельные ограничения – она считается браком.
По предельным размерам устанавливают тип соединения деталей и допустимую неточность их изготовления.
Для удобства на чертежах указывают номинальный размер детали, а каждый из двух предельных размеров определяют по его отклонению от этого размера. Величину и знак отклонения получают в результате вычитания номинального размера из соответствующего предельного размера.

Разность между наибольшим предельным и номинальным размерами называется верхним отклонением (обозначается es или ES) , разность между наименьшим предельным и номинальным - нижним отклонением (обозначается ei или EI) .
Верхнее отклонение соответствует наибольшему предельному размеру, а нижнее - наименьшему.

Все сопрягаемые (взаимодействующие) в механизме детали подразделяют на две группы – валы и отверстия.
Вал обозначает наружный (охватываемый) элемент детали. При этом вал не обязательно должен иметь круглую форму: в понятие «вал» входит, например, шпонка, а шпоночный паз в этом случае называют «отверстием». Основным называют вал, верхнее отклонение которого равно нулю.
Размеры вала на схемах и при расчетах обозначаются строчными (маленькими) буквами: d , dmax , dmin , es , ei и т. д.

Отверстие обозначает внутренний (охватывающий) элемент детали. Как и в случае с валом, отверстие не обязательно должно быть круглым – его форма может быть любой. Основным называют отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.
Размеры отверстия на схемах и при расчетах обозначаются прописными (заглавными) буквами: D , Dmax , Dmin , ES , EI и т. д.

Допуском (Т) называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами детали. Т. е. допуск – это интервал между предельными размерами, в пределах которого деталь не считается браком.
Допуск на размер вала обозначают Тd , отверстия – TD . Очевидно, что чем больше допуск на размер, тем легче изготовить деталь.
Допуск на размер детали может быть определен, как разность между предельными размерами или как сумма предельных отклонений:

TD(d) = D(d)max – D(d)min = ES(es) + EI(ei) ,

при этом следует учитывать знаки предельных отклонений, поскольку допуск на размер детали всегда положителен (не может быть меньше нуля) .

Посадки

Характер соединения, определяемый разностью между охватывающим и охватываемым размером, называется посадкой.
Положительная разность между диаметрами отверстия и вала называется зазором (обозначается буквой S) , а отрицательная – натягом (обозначается буквой N) .
Иными словами, если диаметр вала меньше диаметра отверстия – имеет место зазор, если же диаметр вала превышает диаметр отверстия – в сопряжении присутствует натяг.
Зазор определяет характер взаимной подвижности сопряженных деталей, а натяг - характер их неподвижного соединения.

В зависимости от соотношения действительных размеров вала и отверстия различают подвижные посадки - с зазором, неподвижные посадки - с натягом и переходные посадки, т. е. посадки, в которых может присутствовать и зазор, и натяг (в зависимости от того, какие отклонения имеют действительные размеры сопрягаемых деталей от номинальных размеров) .
Посадки, в которых обязательно присутствует зазор, называют посадками с гарантированным зазором, а посадки, в которых обязателен натяг – с гарантированным натягом.
В первом случае так выбирают предельные размеры отверстия и вала, чтобы в сопряжении был гарантированный зазор.
Разность между наибольшим предельным размером отверстия (Dmax) и наименьшим предельным размером вала (dmin) определяет наибольший зазор (Smax) :

Smax = Dmax – dmin .

Разность между наименьшим предельным размером отверстия (Dmin) и наибольшим предельным размером вала (dmax) - наименьший зазор (Smin) :

Smin = Dmin – dmax .

Действительный зазор будет находиться между указанными пределами, т. е. между максимальным и минимальным зазором. Зазор необходим для обеспечения подвижности соединения и размещения смазки. Чем выше число оборотов и выше вязкость смазки, тем больше должен быть зазор.

В посадках с натягом так выбирают предельные размеры вала и отверстия, чтобы в сопряжении был гарантированный натяг, ограниченный минимальным и максимальным значениями – Nmax и Nmin:

Nmax = dmax – Dmin , Nmin = dmin – Dmax .

Переходные посадк и могут дать зазор или натяг небольшой величины. До изготовления деталей нельзя сказать, что будет в сопряжении. Это становится ясным только при сборке. Зазор не должен превышать величины наибольшего зазора, а натяг - величины наибольшего натяга. Переходные посадки применяются в том случае, если необходимо обеспечить точное центрирование отверстия и вала.
Всего в ЕСДП СЭВ предусмотрено 28 типов основных отклонений для валов и столько же для отверстий. Каждый из них обозначается строчной латинской буквой (ГОСТ 2.304 - 81) , если отклонение относится к валу, или прописной, если отклонение относится к отверстию.
Буквенные обозначения основных отклонений приняты в алфавитном порядке, начиная от отклонений, обеспечивающих самые большие зазоры в соединении. Сочетанием различных отклонений вала и отверстия можно получить посадки разного характера (зазор, натяг или переходная) .

Посадки в системе отверстия и системе вала

Посадки, установленные ЕСДП СЭВ , могут быть осуществлены по системам отверстия или вала.

Система отверстия характеризуется тем, что в ней для всех посадок предельные размеры отверстия остаются постоянными, а посадки осуществляются соответствующим изменением предельных размеров вала (т. е. вал подгоняется по отверстию) . Размер отверстия называется основным, а размер вала - посадочным.

Система вала характеризуется тем, что в ней для всех посадок предельные размеры вала остаются постоянными, а посадки осуществляются изменением отверстия (т. е. отверстие подгоняется по размеру вала) . Размер вала называется основным, а отверстия - посадочным.

На промышленных предприятиях в основном применяют систему отверстия, так как она требует меньшего количества режущего и измерительного инструмента, т. е. более экономична. Кроме того, технологически удобнее подгонять вал под отверстие, а не наоборот, поскольку удобнее производить обработку и контрольные измерения внешней поверхности, а не внутренней.
Систему вала, как правило, применяют для наружных колец шарикоподшипников и в тех случаях, когда на гладкий вал насаживают несколько деталей с различными посадками.

В машиностроении наиболее распространены посадки, расположенные в порядке убывания натяга и возрастания зазора: прессовая (Пр) , легкопрессовая (Пл) , глухая (Г) , тугая (Т) , напряженная (Н) , плотная (П) , скольжения (С) , движения (Д) , ходовая (X) , легкоходовая (Л) , широкоходовая (Ш) .
Прессовые посадки дают гарантированный натяг. Глухая, тугая, напряженная и плотная посадки являются переходными, а остальные имеют гарантированный зазор.
Для скользящей посадки гарантированный зазор равен нулю.

Для оценки точности соединений (посадок) пользуются понятием допуска посадки, под которым понимается 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 разности между наибольшим и наименьшим натягами или сумме наибольшего натяга и наибольшего зазора.
Допуск посадки равен также сумме допусков отверстия и вала.

Квалитеты

Совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров, называется квалитетом (I) . Иными словами, квалитет – степень точности, с которой выполнена деталь, при этом учитывается размер этой детали.
Очевидно, что если выполнить с одинаковым допуском очень большую и очень маленькую деталь, то относительная точность изготовления большой детали будет выше. Поэтому системой квалитетов принимается в расчет то, что (при одинаковых допусках) отношение величины допуска к номинальному размеру у большой детали будет меньше, чем отношение допуска к номинальному размеру маленькой детали (рис. 2), т. е. условно большая деталь изготовлена точнее относительно своих размеров. Если, например, для вала с номинальным диаметром 3 метра миллиметровое отклонение от размера можно считать незначительным, то для вала диаметром 10 мм такое отклонение будет очень ощутимым.
Введение системы квалитетов позволяет избежать такой путаницы, поскольку точность изготовления деталей привязывается к их размерам.

По ЕСДП СЭВ квалитеты стандартизованы в виде 19 рядов. Каждый квалитет обозначается порядковым номером 01; 0; 1; 2; 3;...; 17 , возрастающим с увеличением допуска.
Два самых точных квалитета - 01 и 0 .
Ссылка на допуски по квалитетам ЕСДП СЭВ может быть сделана сокращенно буквами IT «Международный допуск» с номером квалитета.
Например, IT7 означает допуск по 7 -му квалитету.

В системе СЭВ для обозначения допусков с указанием квалитетов применяются следующие условные обозначения:

Используются буквы латинского алфавита, при этом отверстия определяются прописными буквами, а валы - строчными.
Отверстие в системе отверстия (основное отверстие) обозначается буквой Н и цифрами - номером квалитета. Например, Н6, Н11 и т. д.
Вал в системе отверстия обозначается символом посадки и цифрами - номером квалитета. Например, g6, d11 и т. д.
Сопряжение отверстия и вала в системе отверстия обозначается дробно: в числителе - допуск отверстия, в знаменателе - допуск вала.

Графическое изображение допусков и посадок

Для наглядности часто используют графическое изображение допусков и посадок с помощью, так называемых, полей допусков (см. рис. 3) .

Построение выполняется следующим образом.
От горизонтальной линии, условно изображающей поверхность детали при ее номинальном размере, откладывают предельные отклонения в произвольно выбранном масштабе. Обычно на схемах величины отклонений указывают в микронах, но можно строить поля допусков и в миллиметрах, если отклонения достаточно большие.

Линия, которая при построении схем полей допусков соответствует номинальному размеру и служит началом отсчета отклонений размеров, называется нулевой (0-0) .
Поле допуска - поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями, т. е. при графическом изображении поля допусков показывают зоны, которые ограничены двумя линиями, проведенными на расстояниях, соответствующих верхнему и нижнему отклонению в избранном масштабе.
Очевидно, что поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера.
На схемах поля допусков имеют вид прямоугольников, верхние и нижние стороны которых параллельны нулевой линии и отображают предельные отклонения, а боковые стороны в избранном масштабе соответствует допуску размера.

На схемах указывают номинальный D и предельные (Dmax, Dmin, dmax, dmin) размеры, предельные отклонения (ES, EI, es, ei) поля допусков и другие параметры.

Предельное отклонение, которое ближе к нулевой линии, называют основным (верхним или нижним) . Оно определяет положение поля допусков относительно нулевой линии. Для полей допусков, расположенных ниже нулевой линии, основным является верхнее отклонение.
Для полей допусков, расположенных выше нулевой линии, основным является нижнее отклонение.

Принцип образования полей допусков, принятый в ЕСДП , допускает сочетание любых основных отклонений с любыми квалитетами. Например, можно образовать поля допусков а11, u14, с15 и другие, не установленные в стандарте. Исключение представляют основные отклонения J и j , которые заменяются основными отклонениями Js , и js .

Использование всех основных отклонений и квалитетов позволяет получить 490 полей допусков для валов и 489 для отверстий. Такие широкие возможности образования полей допусков позволяют применять ЕСДП в различных специальных случаях. Это является ее существенным достоинством. Однако на практике использование всех полей допусков неэкономично, так как вызовет чрезмерное разнообразие посадок и специальной технологической оснастки.

При разработке национальных систем допусков и посадок на базе систем ИСО из всего многообразия полей допусков отбирают только те поля, которые обеспечивают потребности промышленности страны и ее внешнеэкономические связи.

h и H - верхнее и нижнее отклонения вала и отверстия, равные нулю (допуски с основными отклонениями h и H приняты для основных валов и отверстий) .
а - h (А - H) - отклонения, образующие поля допусков при посадках с зазорами.
js - n (Js - N) - отклонения, образующие поля допусков переходных посадок.
p – zc (P - ZC) - отклонения, образующие поля допусков посадок с натягом.

Схематически основные отклонения показаны на Рис. 4 .

Поле допуска в ЕСДП СЭВ образуется сочетанием одного из основных отклонений с допуском по одному из квалитетов. В соответствии с этим поле допуска обозначается буквой основного отклонения и номером квалитета, например 65f6; 65e11 - для вала; 65Р6; 65H7 - для отверстия.
Основные отклонения зависят от номинальных размеров деталей и остаются постоянными для всех квалитетов. Исключение составляют основные отклонения отверстий J, К, М, N и валов j и k , которые при одинаковых номинальных размерах, в разных квалитетах имеют различные значения. Поэтому на схемах поля допусков с отклонениями J, К, М, N, j, k , обычно разделены на части и показаны ступенчатыми.

Специфичны поля допусков типа js6, Js8, Js9 и т.д. Они фактически не имеют основного отклонения, поскольку расположены симметрично относительно нулевой линии. По определению основное отклонение – это отклонение ближайшее к нулевой линии. Значит, оба отклонения таких специфических полей допусков могут быть признаны основными, что недопустимо.

Особое значение имеют основные отклонения H и h , которые равны нулю (рисунок) . Поля допусков с такими основными отклонениями расположены от номинала «в тело» детали; их называют полями допусков основного отверстия и основного вала.
Обозначения посадок строятся как дроби, причем в числителе всегда находится обозначение поля допуска охватывающей поверхности (отверстия) , а в знаменателе – поля допуска охватываемой (вала) .

При выборе квалитета соединения и вида посадки конструктору следует учитывать характер сопряжения, эксплуатационные условия, наличие вибрации, срок службы, колебания температуры и стоимость изготовления.
Квалитет и вид посадки рекомендуется выбирать по аналогии с теми деталями и узлами, работа которых хорошо известна, или руководствоваться рекомендациями справочной литературы и нормативных документов (ОСТов) .
В соответствии с квалитетом посадки выбирается чистота поверхности сопрягаемых деталей.

Допуски и посадки установлены для четырех диапазонов номинальных размеров:

малый - до 1 мм;
средний - от 1 до 500 мм;
большой - от 500 до 3150 мм;
очень большой - от 3150 до 10 000 мм.

Средний диапазон является наиболее важным, поскольку применяется значительно чаще.

Обозначение допусков на чертежах

Указания и обозначения на чертежах предельных отклонений формы и расположения поверхностей регламентируются ГОСТ 2.308-79, который предусматривает для этих целей специальные знаки и символы.
С основными положениями этого стандарта, используемыми знаками и символами для обозначения предельных отклонений, можно ознакомиться в этом документе (формат WORD, 400 кБ ).

Основные понятия о взаимозаменяемости по геометрическим параметрам удобнее рассматривать на примере валов и отверстий и их соединений.

Вал - термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают посредством размеров.

Размер - числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерений.

Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.

Определения даются по ГОСТ 25346-89 "Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений".

Номинальный размер - это размер, относительно которого определяются отклонения.

Номинальный размер получают в результате расчетов (прочностных, динамических, кинематических и т. п.) или выбирают из каких-либо других соображений (эстетических, конструктивных, технологических и т. п.). Полученный таким образом размер должен быть округлен к ближайшему значению из ряда нормальных размеров (см. раздел "Стандартизация"). Основную долю применяемых в технике числовых характеристик составляют линейные размеры. Из-за большого удельного веса линейных размеров и их роли в обеспечении взаимозаменяемости были установлены ряды нормальных линейных размеров. Ряды нормальных линейных размеров регламентируются во всем диапазоне, находящем широкое применение.

Базой для нормальных линейных размеров являются предпочтительные числа, а в отдельных случаях их округленные значения.

Действительный размер - размер элемента, установленный измерением. Данный термин относится к случаю, когда измерение производится для определения годности размеров детали установленным требованиям. Под измерением понимают процесс нахождения значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, а под погрешностью измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер - размер, полученный в результате обработки детали. Значение истинного размера неизвестно, так как невозможно выполнить измерение без погрешности. В связи с этим понятие "истинный размер" заменяется понятием "действительный размер".

Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Для предельного размера, которому соответствует наибольший объем материала, т. е. наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия, предусмотрен термин предел максимума материала; для предельного размера, которому соответствует наименьший объем материала, т. е. наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия, - предел минимума материала.

Наибольший предельный размер - наибольший допустимый размер элемента (рис. 5.1)

Наименьший предельный размер - наименьший допустимый размер элемента.

Из этих определений следует, что когда необходимо изготовить деталь, то ее размер должен задаваться двумя допустимыми значениями - наибольшим и наименьшим. У годной детали размер должен находиться между этими предельными значениями.

Отклонение - алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и номинальным размером.

Действительное отклонение - это алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.

Предельное отклонение - алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.

Отклонения разделяются на верхние и нижние. Верхнее отклонение Е8, еа (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. (ЕЯ- верхнее отклонение отверстия, ег- верхнее отклонение вала).

Нижнее отклонение Е1, е (рис. 5.2) - это алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. (Е1 - нижнее отклонение отверстия, е - нижнее отклонение вала).

Допуск Т- разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями (рис. 5.2).

Стандартный допуск П - любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок.

Допуск характеризует точность размера.

Поле допуска - поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рис. 5.2).

Изобразить отклонения и допуски в одном масштабе с размерами детали практически невозможно.

Для указания номинального размера используется так называемая нулевая линия.

Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз (рис. 5.2).

Используя приведенные выше определения, можно вычислить следующие характеристики валов и отверстий.

Схематичное обозначение полей допусков

Для наглядности все рассмотренные понятия удобно представить графически (рис. 5.3).

На чертежах вместо предельных размеров проставляют предельные отклонения от номинального размера. Учитывая, что отклонения мо-

гут быть положительными (+), отрицательными (-) и одно из них может равняться нулю, то возможны пять случаев положения поля допуска при графическом изображении:

1) верхнее и нижнее отклонения положительные;
2) верхнее отклонение положительное, а нижнее равно нулю;
3) верхнее отклонение положительное, а нижнее отклонение равно нулю;
4) верхнее отклонение равно нулю, а нижнее отклонение отрицательное;
5) верхнее и нижнее отклонения отрицательные.

На рис. 5.4, а приведены перечисленные случаи для отверстия, а на рис. 5.4, б - для вала.

Для удобства нормирования выделяют одно отклонение, которое характеризует положение поля допуска относительно номинального размера. Это отклонение получило название основного.

Основное отклонение - это одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии.

Из формул (5.1) - (5.8) следует, что требования к точности размеров можно нормировать несколькими способами. Можно задать два предельных размера, между которыми должны находиться раз-

а - отверстия; б- вала

меры годных деталей; можно задать номинальный размер и два предельных отклонения от него (верхнее и нижнее); можно задать номинальный размер, одно из предельных отклонений (верхнее или нижнее) и допуск на размер.

В современном строительстве здания и сооружения собирают из отдельных элементов и конструкций, изготавливаемых на соответствующих заводах.

При изготовлении сборных элементов практически невозможно получить абсолютно точно заданные для них проектной или нормативной документацией размеры, которые к тому же неодинаковы в разных сечениях элемента и изменяются от изделия к изделию.

Появление отклонений от заданных размеров и формы при изготовлении стальных конструкций вызвано неточностью оборудования, приспособлений для обработки, а также режущего инструмента, неточностью базирования заготовок и неправильным их закреплением, несоблюдением режимов и условий обработки и другими причинами.

Точность изготовления железобетонных изделий в значительной мере зависит от состояния технологической оснастки, т.е. искривления бортов форм, прогиба поддонов, износа замковых шарниров, смещения фиксаторов закладных деталей и многих других технологических факторов.

При составлении чертежа стального или железобетонного изделия конструктор устанавливает, исходя из условий работы, его геометрические размеры в выбранных единицах измерения. Различают действительный размер Хi и номинальный Хnom.

Действительный размер - это размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью.

Номинальный размер - это основной проектный размер, определенный исходя из его функционального назначения и служащий началом отсчета отклонений. Учитывая погрешности изготовления и монтажа, на чертежах помимо номинального (проектного) размера Хnom указывают два предельно допустимых размера, больший из которых называется наибольшим Хmax, а меньший - наименьшим Xmin предельными размерами. Действительный размер должен находиться в границах предельно допустимых размеров, т.е. Xmax ?Xi ?Xmin.

Для успешной сборки зданий и сооружений необходимо, чтобы изготовленные стальные и железобетонные изделия по размерам и конфигурации соответствовали функциональному назначению, т.е. отвечали производственным и эксплуатационным требованиям.

Основными характеристиками конфигурации сборных элементов являются прямолинейность, плоскостность, перпендикулярность смежных поверхностей, равенство диагоналей.

Размеры, форма, положение конструкций, характеризуемые линейными и угловыми величинами, получили обобщенное наименование - геометрические параметры. Последние, как и размеры, подразделяются на действительные и номинальные.

Качество монтажа зданий и сооружений в значительной мере зависит от выбранной конструкции сопряжения и достигнутой точности изготовления элементов конструкций. Поскольку вопросы точности изготовления изделий имеют прикладное значение для сборного строительства, необходимо изготовить сборные элементы с такой геометрической точностью, которая обеспечит запроектированный характер соединений и сборку конструкций без дополнительной подгонки элементов. Это предполагает, что собираемые элементы будут взаимозаменяемыми по маркам изделий.

Под взаимозаменяемостью в системе обеспечения геометрической точности в строительстве понимают свойство независимо изготовленных однотипных элементов обеспечивать возможность их применения одного вместо другого без дополнительной обработки. Взаимозаменяемость однотипных элементов достигается соблюдением единых требований к их геометрической точности.

Взаимозаменяемые сборные элементы могут быть изготовлены строго по чертежам независимо друг от друга в разное время и на различных заводах, но они должны быть одинаковыми (в пределах допуска) по размерам, форме и физико-механическим свойствам.

Принцип взаимозаменяемости элементов предопределяет собираемость конструкций, т.е. свойство независимо изготовленных элементов обеспечивать возможность сборки из них конструкций зданий и сооружений с геометрической точностью, соответствующей предъявляемым к конструкции эксплуатационным требованиям.

Взаимозаменяемость в типовом строительстве является основным и необходимым условием современного массового и серийного производства. Взаимозаменяемость сборных элементов обеспечивается точностью их параметров, в частности их размеров.