Основные понятия о размерах, отклонениях и допуске. Предельные отклонения размеров и понятие о допусках Допуск размера и поле допуска

Допуск размера и поле допуска

Предельные отклонения берутся с учетом знака.

Предельные отклонения

Для упрощения простановки размеров на чертежах вместо предельных размеров указывают предельные отклонения.

Верхнее отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами (рис.1,б):

для отверстия – ES = D max – D ;

для вала – es = d max – d .

Нижнее отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами (рис.1,б):

для отверстия – EI = D min – D ;

для вала – ei = d min – d .

Поскольку предельные размеры могут быть больше или меньше номинального размера или один из них может быть равен номинальному размеру, поэтому предельные отклонения могут быть положительными, отрицательными, одно из них может быть положительным, другое – отрицательным. На рис.1,б для отверстия верхнее отклонение ES и нижнее отклонение EI положительны.

По номинальному размеру и предельным отклонениям, указанным на рабочем чертеже детали, определяют предельные размеры.

Наибольший предельный размер – алгебраическая сумма номинального размера и верхнего отклонения:

для отверстия – D max = D + ES ;

для вала – d max = d + es .

Наименьший предельный размер – алгебраическая сумма номинального размера и нижнего отклонения:

для отверстия – D min = D + EI ;

для вала – d min = d + ei .

Допуск размера (T или IT ) – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами, или величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями (рис.1):

для отверстия ‑T D = D max - D min или T D = ES – EI ;

для вала ‑T d = d max – d min или T d = es - ei .

Допуск размера всегда положительная величина. Это интервал между наибольшим и наименьшим предельными размерами, в котором должен находиться действительный размер годного элемента детали.

Физически допуск размера определяет величину официально разрешенной погрешности, которая возникает при изготовлении детали по какому-либо элементу.

Пример 2 .Для отверстия Æ18 установлены нижнее отклонение
EI = + 0,016 мм, верхнее отклонение ES =+0,043 мм.

Определить предельные размеры и допуск.

Решение :

наибольший предельный размер D max =D + ES= 18+(+0,043)=18,043 мм ;

наименьший предельный размер D min =D + EI= 18+(+0,016)=18,016 мм ;

T D = D max - D min = 18,043 – 18,016 = 0,027 мм или

T D = ES - EI= (+0,043) – (+0,016) = 0,027 мм .

В данном примере, допуск размера 0,027 мм означает, что в партии годных будут детали, действительные размеры которых могут отличатся друг от друга не более, чем на 0,027 мм.

Чем меньше допуск, тем точнее должен быть изготовлен элемент детали и тем труднее, сложнее и потому дороже его изготовление. Чем больше допуск, тем грубее требования к элементу детали и тем проще и дешевле его изготовление. Для производства экономически выгодно использовать большие допуски, но только чтобы не снижалось качество выпускаемой продукции, поэтому выбор допуска должен быть обоснован.

Чтобы лучше понять соотношения номинального и предельных размеров, предельных отклонений и допуска размера, выполняют графические построения. Для этого вводят понятие нулевой линии.

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. 1, б). Если нулевая линия расположена вертикально, то положительные отклонения откладываются справа от нулевой линии. Масштаб при графических построениях выбирается произвольно. Приведем два примера.

Пример 3 . Определить предельные размеры и допуск размера для вала Ø 40 и построить схему полей допусков.

Решение :

номинальный размер d = 40 мм;

верхнее отклонение es = – 0,050 мм;

нижнее отклонение ei = – 0,066 мм;

наибольший предельный размер d max = d + es = 40 + (– 0,05) = 39,95мм;

наименьший предельный размер d min = d + ei = 40 + (– 0,066) = 39,934 мм;

допуск размера Т d = d max - d min = 39,95 – 39,934 = 0,016 мм.

Пример 4 . Определить предельные размеры и допуск размера для вала Ø 40±0,008 и построить схему полей допусков.

Решение :

номинальный размер диаметра вала d = 40 мм;

верхнее отклонение es = + 0,008 мм;

нижнее отклонение ei = – 0,008 мм;

наибольший предельный размер d max = d + es = 40 + (+ 0,008) = 40,008 мм;

наименьший предельный размер d min = d + ei = 40 + (– 0,008) =39,992 мм;

допуск размера Т d = d max - d min = 40,008 – 39,992 = 0,016 мм.

Рис.2. Схема поля допуска вала Ø 40

Рис. 3. Схема поля допуска вала Ø 40±0,008

На рис. 2 и рис. 3 представлены схемы полей допусков для вала Ø 40 и для вала Ø 40±0,008, из которых видно, что номинальный размер диаметра вала один и тот же d = 40 мм, допуск размера одинаковый T d = 0,016 мм, поэтому стоимость изготовления этих двух валов одна и та же. Но поля допусков разные: для вала Ø 40 допуск T d располагается ниже нулевой линии. Из-за предельных отклонений наибольший и наименьший предельные размеры меньше номинального размера (d max = 39,95 мм, d min = 39,934 мм).

Для вала Ø 40±0,008 допуск T d располагается симметрично относительно нулевой линии. Из-за предельных отклонений наибольший предельный размер больше номинального размера (d max = 40,008 мм,), а наименьший предельный размер меньше номинального (d min = 39,992 мм).

Таким образом, допуск для указанных валов один и тот же, но нормируемые пределы, по которым определяют годность деталей, разные. Это происходит потому, что поля допусков рассматриваемых валов различные.

Поле допуска – это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями или предельными размерами (рис. 1, рис. 2, рис. 3). Поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно нулевой линии (номинального размера). При одном и том же допуске для одного и того же номинального размера могут быть разные поля допусков (рис. 2, рис. 3), а значит разные нормируемые пределы.

Чтобы изготовить годные детали, необходимо знать поле допуска, т. е. известно и допуск размера элемента детали и расположение допуска относительно нулевой линии (номинального размера) .

3. Понятия «вал» и «отверстие»

Изготовленные детали при сборке образуют различные соединения, сопряжения, одно из которых представлено на рис.4.

Несопрягаемые

(свободные)

Рис. 4. Сопряжение вала и отверстия

Детали, которые образуют сопряжение называют сопрягаемыми.

Поверхности, по которым происходит сопряжение деталей, называют сопрягаемыми, а остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными).

Размеры, которые относятся к сопрягаемым поверхностям, называют сопрягаемыми. Номинальные размеры сопрягаемых поверхностей равны между собой.

Размеры, которые относятся к несопрягаемым поверхностям, называют несопрягаемыми размерами.

В машиностроении размеры всех элементов деталей независимо от их формы условно делят на три группы: размеры валов, размеры отверстий и размеры, не относящиеся к валам и отверстиям .

Вал – термин, условно применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей, включая и элементы, ограниченные плоскими поверхностями (нецилиндрические).

Отверстие – термин, условно применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей, включая и элементы, ограниченные плоскими поверхностями (нецилиндрические).

Для сопрягаемых элементов деталей на основе анализа рабочих и сборочных чертежей устанавливают охватывающие и охватываемые поверхности сопрягаемых деталей, и таким образом, принадлежность поверхностей сопряжений к группам « вал» и « отверстие».

Для несопрягаемых элементов деталей - относятся ли они к валу или отверстию - используют технологический принцип: если при обработке от базовой поверхности (всегда обрабатывается первой) размер элемента увеличивается – это отверстие, если размер элемента уменьшается – это вал.

К группе размеров и элементов деталей, не относящихся к валам и отверстиям относят фаски, радиусы скруглений, галтели, выступы, впадины, расстояния между осями, плоскостями, осью и плоскостью, глубину глухих отверстий и т.д.

Эти термины введены для удобства нормирования требований к точности размеров поверхностей независимо от их формы.

Допуск (Т ) размера - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е. заданную точность изготовления. С уменьшением допуска качество изделий, как правило, улучшается, но стоимость производства увеличивается.

Для наглядного представления размеров, предельных отклонений и допусков, а также характера соединений используют графическое, схематическое изображение полей допусков, располагаемых относительно нулевой линии (рис.2.1).

Рис. 2.1 Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия
положительны, отклонения вала отрицательны)

Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз.

Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска, а его положение относительно номинального размера определяется основным отклонением.

Основное отклонение (Eo) - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основное отклонение - это ближайшее расстояние от границы поля допуска до нулевой линии.

В готовых изделиях детали в большинстве случаев сопрягаются по своим формообразующим поверхностям, образуя соединения. Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называются сопрягаемыми поверхностями.Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей.

В соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности.

Охватывающую поверхность называют отверстие , охватываемую - вал (рис.2.1). Термины "отверстие" и "вал" относятся не только к цилиндрическим деталям. Они могут быть применены к охватывающим и охватываемым поверхностям любой формы, в том числе не замкнутым, например, к плоским (паз и шпонка).

Размеры отверстий обозначают любыми заглавными буквами, например: A, B, G , Б, Ц и т.д., валов - строчными: a, b, g , б, ц и т.д. Предельные размеры обозначают с индексами max - наибольший предельный размер, min - наименьший предельный размер, например: A max , B min , a max , b min . Предельные отклонения отверстий обозначают: верхнее - ES , нижнее - EI , валов - соответственно es и ei .

При решении других задач, например расчёта размерных цепей, предельные отклонения можно обозначать Es - верхнее отклонение, Ei - нижнее. Таким образом, для отверстия ES = D max - D ; EI = D min - D ; для вала es = d max - d; ei = d min - d ; для любого размера Es = A max - A ; Ei = A min - A или Es = a max - a ; Ei = a min - a.
Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей называют соответственно допуском отверстия (TА ) и допуском вала (Ta ).

По степени свободы взаимного перемещения деталей различают следующие соединения:

• а) неподвижные неразъемные соединения , в которых одна соединяемая деталь неподвижна относительно другой в течение всего времени работы механизма: соединения деталей сваркой, клепкой, клеем, соединения с гарантированным натягом (например, бронзового венца червячного колеса со стальной ступицей); первые три вида этих соединений разборке не подвергаются, а четвертый может разбираться лишь при крайней необходимости;
• б) неподвижные разъемные соединения , отличающиеся от предыдущих тем, что в них возможно перемещение одной детали относительно другой при регулировке и разборке соединения при ремонте (например, крепежные резьбовые, шлицевые, шпоночные, клиновые и штифтовые соединения);
• в) подвижные соединения , в которых одна соединяемая деталь во время работы механизма перемещается относительно другой в определенных направлениях.

В каждую из групп входит много разновидностей соединений, имеющих свои конструктивные особенности и свою область применения. В зависимости от эксплуатационных требований сборку соединений осуществляют с различными посадками .

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов.

Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения или степень сопротивления взаимному смещению соединяемых деталей. Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков отверстия и вала. Номинальный размер отверстия и вала, составляющих соединение является общим и называется номинальным размером посадки .

Если размер отверстия больше размера вала, то их разность называется зазором (S ), т.е. S = D - d больше или равно 0; если размер вала до сборки больше размера отверстия, то их разность называется натягом (N ), т.е. N = d - D > 0. В расчетах натяг принимают как отрицательный зазор.

При расчёте посадок определяют предельные и средний зазоры или натяги. Наибольший (S max ), наименьший (S min ) и средний зазор (S m ), равны: S max = D max - d min ; S min = D min - d max ; S m = 0,5·(S max + S min ). Наибольший (N max ), наименьший натяги (N min ) и средний натяг (N m ) равны: N max = d max - D min ; N min = d min - D max ; N m = 0,5·(N max + N min ).
Посадки разделяются на три группы: с зазором, с натягом и переходные посадки.

Посадка с зазором - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 2.2, а.. К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. S min = 0.

Посадка с натягом - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 2.2, в.

Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 2.2, б.

Рис.2.2. Схемы полей допусков посадок: а - с зазором; б - переходные; в - с натягом

Допуск посадки - разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора TS в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск натяга TN в посадках с натягом): TS = S max - S min ; TN = N max - N min .

В переходных посадках допуск посадки равен сумме наибольшего зазора и наибольшего натяга, взятых по абсолютному значению TS(N) = S max + N max . Для всех типов посадок допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала, т. е. TS(N) = ТD + Td.
В переходных посадках при наибольшем предельном размере вала и наименьшем предельном размере отверстия получается наибольший натяг (N max ), а при наибольшем предельном размере отверстия и наименьшем предельном размере вала - наибольший зазор (S max ). Минимальный зазор в переходной посадке равен нулю (S min = 0). Средний зазор или натяг равен половине разности наибольшего зазора и наибольшего натяга S m (N m ) = 0,5·(S max - N max ). Положительное значение соответствует зазору S m , отрицательное - натягу N m .

• Нулевая линия - линия, соответствующая некоему размеру, от которой откладываются отклонения размеров при указании допусков и посадок. Все линии чертежа - нулевые. Размер этот называется номинальным размером .
• Допуск - диапазон отклонения от нулевой линии. "Отверстие выполнено диаметром А с допуском +0,5" - это означает, что действительный диаметр отверстия находится между диаметром, заданным нулевой линией (номинальный размер=А) и диаметром А+0,5мм.
• Предельное отклонение - разность между предельным (наиболее отклоняющимся) и номинальным размером.
• Верхнее отклонение = верхнее предельное отклонение = разница между номинальным и наибольшим предельным размером.
• Нижнее отклонение = нижнее предельное отклонение = разница между номинальным и наименьшим предельным размером.

Поле допуска - диапазон размеров, ограниченный верхним и нижним отклонением от нулевой лини. Положение поля допуска обозначают:

Для отверстия: Прописные (большие) буквы латинского алфавита. A, B, C, CD, D......
Для вала: строчные (маленькие) буквы латинского алфавита. a,b,c,cd......

Отклонение, используемое для указания поля допуска допуска называют основным отклонением - это отклонение поля допуска ближайшее к нулевой линии.

Отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю (не может быть меньше) - называют основным H .

Вал, верхнее отклонение которого равно нулю (не может быть больше) - называют основным и обозначают английской буквой h .

На рисунке ниже - положение полей допусков (заштриховано) относительно нулевой линии. Слева указаны отрицательные или положительные отклонения.

Посадка - характер соединения узлов (деталей), определяемый величиной существующих в нем зазоров или натягов. Различают посадки с зазором , посадки с натягом и переходные (промежуточные) посадки.

Посадки в системе отверстия - предпочтительнее на практике (исторически) , см. рисунок ниже:

Посадки в системе вала , смотри рисунок ниже:

Квалитет - установленная совокупность допусков, определяющая допуск для данного линейного размера (одинаковая степень точности для всех номинальных размеров). Величнины полей допусков обозначают буквами IT и порядковым номером квалитета.

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

Различают действительный, номинальный и предельные размеры.

Действительный размер – размер, установленный измерением с помощью средства измерения с допускаемой погрешностью измерения.

Под погрешностью измерения понимается отклонение резуль­тата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинный размер – размер, полученный в результате изготов­ления и значение которого нам не известно.

Номинальный размер - размер, относительно которого опреде­ляются предельные размеры и который служит началом отсчета от­клонений.

Номинальный размер указывается на чертеже и является общий для отверстия и вала, об­разующих соединение и определяется на стадии разработки изделия исходя из функционального назначения деталей путем вы­полнения кинематических, динамических и прочностных расчетов с учетом конструктивных, технологических, эстетических и других условий.

Полученный таким образом номинальный размер должен быть округлен до значений, установленных ГОСТ 6636-69 «Нор­мальные линейные размеры». Стандартом в диапазоне от 0,001 до 20 000 мм предусмотрено четыре основных ряда размеров: Ra 5, Ra 10, Ra 20, Ra 40, а также один дополнительный ряд Ra 80. В каждом ряду размеры изменяются по геометрической профессии со следующи­ми значениями знаменателей соответственно рядам: (Геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в котором каждое последующее число получается умножением предыдущего на одно и то же число - знаменатель прогрессии.)

В каждом десятичном интервале для каждого ряда содержится соответственно номеру ряда 5; 10; 20; 40 и 80 чисел. При установ­лении номинальных размеров предпочтение должно отдаваться рядам с более крупной градацией, например ряд Ra 5 следует пред­почесть ряду Ra 10, ряд Ra 10 - ряду Ra 20 и т.д. Ряды нормальных линейных размеров построены на базе рядов предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) с некоторым округлением. Например, по R5 (знаменатель 1,6) берутся значения 10; 16; 25; 40; 63; 100; 250; 400; 630 и т.д.

Стандарт на нормальные линейные размеры имеет большое экономическое значение, состоящее в том, что при сокращении числа номинальных размеров сокращается потребная номенклату­ра мерных режущих и измерительных инструментов (сверла, зен­керы, развертки, протяжки, калибры), штампов, приспособле­ний и другой технологической оснастки. При этом создаются усло­вия для организации централизованного изготовления названных инструментов и оснастки на специализированных машинострои­тельных заводах.

Стандарт не распространяется на технологические межопера­ционные размеры и на размеры, связанные расчетными зависи­мостями с другими принятыми размерами или размерами стан­дартных комплектующих изделий.

Предельные размеры - два предельно допустимых размера, меж­ду которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер.

Когда необходимо изготовить деталь, то размер должен задаваться двумя значениями, т.е. предельными допустимыми значениями. Больший из двух предельных размеров называется наибольшим предельным размером, а меньший - наи­меньшим предельным размером. Размер годного элемента детали должен находиться между наибольшим и наименьшим допускаемыми предельными размерами.

Нормировать точность размера - это значит указать два его возможных (допускаемых) предельных размера.

Принято обозначать номинальный, действительный и предель­ные размеры соответственно: для отверстий - D, D Д, D max , D min ; для валов - d, d Д, d max , d mln .

Сравнивая действительный размер с предельными, можно судить о годности элемента детали. Условиями годности являются соотношения: для отверстий D min <D Д ; для валов D min Предельные размеры определяют характер соединения деталей и их допустимую неточность изго­товления; при этом предельные размеры могут быть больше или меньше номинального размера или совпадать с ним.