Допуски формы и расположения поверхностей: особенности, описание и примеры

Допуски формы и расположения поверхностей - важный элемент конструкторской документации, который определяет качество изготовления деталей. Давайте разберемся, что это такое, как обозначается, применяется и контролируется. Узнаем полезные советы по работе с допусками.

1. Общие понятия о допусках формы и расположения поверхностей

Допуски формы и расположения поверхностей определяют предельные отклонения реальной геометрической формы поверхности детали от ее идеальной математической модели, заданной на чертеже.

Согласно ГОСТ 2.308-2011 допуски формы и расположения классифицируют на следующие группы:

• допуски формы (прямолинейность, плоскостность, круглость и др.);
• допуски расположения (параллельность, перпендикулярность, соосность и др.);
• суммарные допуски формы и расположения;
• допуски вращающихся поверхностей (радиальное биение, биение в заданном направлении и др.).

Отклонения формы и расположения поверхностей возникают при механической обработке деталей из-за:

• погрешностей станков, инструментов, приспособлений;
• деформации заготовки и инструмента;
• неравномерности припуска;
• неоднородности материала заготовки.

Эти отклонения ухудшают работу сопряжений, вызывая:

• повышенный износ;
• шум и вибрацию;
• неравномерность зазоров;
• потерю устойчивости и точности.

Поэтому допуски формы и расположения нормируют в чертежах, чтобы обеспечить требуемое качество и надежность деталей. Рассмотрим основные термины, связанные с допусками формы и расположения:

Рассмотрим далее, как эти допуски обозначаются на чертежах.

2. Методы обозначения допусков формы и расположения на чертежах

Согласно ГОСТ 2.308-2011, допуски формы и расположения поверхностей на чертежах обозначают двумя способами:

• графически - условными знаками (символами);
• текстом - в технических требованиях.

Графические обозначения допусков представляют собой заключенные в окружность или рамку условные знаки. Формы и размеры знаков стандартизованы ГОСТ 2.308-2011.

Текстовые обозначения допусков применяют, если отсутствует графический знак нужного вида допуска. Текстовая запись должна содержать:

• вид допуска;
• обозначение поверхности;
• числовое значение допуска;
• обозначение базы.

Например:

Допуск перпендикулярности поверхностей A и B - 0,02 мм. База - поверхность A.

Далее рассмотрим применение общих допусков формы и расположения, установленных ГОСТ.

3. Общие допуски формы и расположения по ГОСТ

Общие допуски формы и расположения по ГОСТ 30893.2 применяются, если на чертеже конкретные допуски не заданы. Они установлены по классам точности H14, H13, H12.

Класс точности выбирают исходя из функциональных требований и технологических возможностей производства. Например:

• H14 - чистовое точение, шлифование;
• H13 - чистовое фрезерование, сверление;
• H12 - грубая механическая обработка.

Значения общих допусков разных классов точности приведены в таблице:

При назначении общих допусков следует учитывать, что они не заменяют индивидуальные допуски, если те необходимы по условиям работы сопряжений.

Далее рассмотрим назначение конкретных допусков формы для отдельных поверхностей.

4. Допуски формы цилиндрических и плоских поверхностей

Для цилиндрических и плоских поверхностей нормируют такие допуски формы:

• прямолинейность;
• плоскостность;
• круглость.

Значения этих допусков зависят от размеров поверхностей. Чем больше размер, тем больше допуск.

Кроме того, допуски формы не должны превышать допуск размера самой поверхности. Например, для вала диаметром 50 мм с допуском размера ±0,1 мм допуск круглости поверхности не должен быть более 0,1 мм.

Рекомендуемые степени точности допусков формы в зависимости от вида обработки:

• шлифование, доводка - 1-4 степень;
• фрезерование, растачивание - 5-8 степень;
• грубая механическая обработка - 9-12 степень.

При контроле допусков формы нужно учитывать допуск размера поверхности. Например, отклонение от круглости вала ∅50 мм проверяют:

• по максимуму материала калибром ∅50,1 мм;
• по минимуму материала штангенциркулем в разных сечениях.

Таким образом обеспечивается соблюдение как допуска круглости 0,01 мм, так и допуска диаметра ±0,1 мм.

Далее рассмотрим допуски расположения, которые также важны для обеспечения работоспособности деталей.

5. Допуски расположения цилиндрических поверхностей

Для цилиндрических поверхностей нормируют допуски такого расположения:

• параллельность осей;
• перпендикулярность осей;
• соосность;
• симметричность.

Значения этих допусков зависят от:

• размеров сопрягаемых поверхностей;
• базового элемента (большего из двух сопрягаемых);
• необходимой точности расположения.

Рекомендуется назначать допуски расположения на одну степень выше точности размеров сопрягаемых поверхностей.

Например, для осей валов ∅50 мм с допуском ±0,1 мм (13-14 квалитет) допуск параллельности рекомендуется задать 0,02 мм (9 степень точности по ГОСТ).

Контроль допуска параллельности осей A и B (база - ось A):

1. Замерить расстояние между осями в двух сечениях - L1 и L2.
2. Рассчитать отклонение параллельности: |L1 - L2|.
3. Сравнить отклонение с допуском 0,02 мм.

Аналогично контролируют перпендикулярность, соосность и другие допуски расположения цилиндрических поверхностей.

Рассмотрим далее суммарные допуски, которые также часто применяются.

6. Суммарные допуски формы и расположения

Суммарные допуски формы и расположения учитывают одновременные отклонения двух видов, например:

• параллельность и плоскостность поверхностей;
• перпендикулярность и плоскостность;
• наклон и Суммарные допуски обозначают знаком расположения и знаком формы в одной рамке.

  Значение суммарного допуска равно сумме составляющих его допусков формы и расположения.

  Контроль суммарного допуска выполняют по методикам для каждого составляющего вида допуска.

  Суммарные допуски часто применяют для сопрягаемых поверхностей, поскольку позволяют комплексно оценить их взаимное расположение.

  Далее рассмотрим допуски формы и расположения, специфичные для вращающихся поверхностей.

  7. Допуски вращающихся поверхностей

  Для вращающихся поверхностей (валов, отверстий, подшипников и др.) важны такие допуски:

  радиальное биение; торцовое биение; биение в заданном направлении.

  Эти допуски зависят от диаметра поверхности и класса точности. Например, допуск радиального биения вала ∅50 мм по классу точности IT7 равен 0,02 мм.

  Рекомендуется назначать допуски биения на 1-2 степени выше точности размера вращающейся поверхности.

  Контроль допуска радиального биения осуществляют на специальных приборах:

  Установить вал в центрах. Прижать индикатор к валу. Провернуть вал и замерить биение.

  Допуски биения значительно влияют на износ и вибрацию подшипниковых узлов, поэтому их выбору нужно уделять особое внимание.

  Далее рассмотрим взаимосвязь допусков сопрягаемых деталей.

  8. Допуски формы и расположения сопрягаемых поверхностей

  При назначении допусков для сопрягаемых поверхностей нужно учитывать их взаимосвязь, обеспечивая эксплуатационные зазоры или натяги.

  Допуски сопряжений рекомендуется назначать исходя из их квалитетов:

  вал - ближайший меньший квалитет; отверстие - ближайший больший квалитет.

  Например, для сопряжения вала IT7 и отверстия H7 допуски будут (в мм):

  Поверхность	Диаметр	Допуск
  Вал ∅50 мм	49,972 - 50,000	±0,014
  Отв. ∅50 мм	49,959 - 49,980	+0,021 -0,009

  Это обеспечит гарантированный зазор в сопряжении 0,009 - 0,014 мм.

  Аналогично рассчитывают допуски и для других сопрягаемых поверхностей.

  Далее рассмотрим влияние допусков на работу изделий.

  9. Влияние допусков на эксплуатационные показатели

  Допуски формы и расположения поверхностей существенно влияют на эксплуатационные характеристики изделий.

  Например, жесткие допуски формы увеличивают износостойкость сопряжений за счет более равномерного контактного давления. А повышенные допуски биения вызывают вибрацию и шум.

  Поэтому при проектировании ответственных узлов допуски рассчитывают на основе анализа условий работы. Рассмотрим пример расчета допусков для высокоскоростного вала:

  Параметр	Значение
  Диаметр вала	80 мм
  Частота вращения	12000 об/мин
  Допуск биения	0,001 мм

  Такой допуск биения позволит обеспечить плавность хода и снизить вибрацию при высоких оборотах.

  По результатам эксплуатационных испытаний допуски могут корректироваться для достижения оптимальных характеристик изделия.

  10. Методы контроля допусков формы и расположения

  Для контроля различных допусков формы и расположения применяют стандартизованные методы и средства измерения.

  Например:

  линейки, щупы - для контроля прямолинейности и плоскостности; калибры - для контроля круглости и цилиндричности; индикаторы часового типа - для замера биения.

  Выбор средств измерения должен обеспечивать необходимую точность контроля допусков.

  При контроле сопрягаемых поверхностей важно имитировать реальные условия их взаимодействия.

  В производственных условиях рекомендуется организовать пооперационный контроль допусков на специальных контрольных позициях.

  Перспективно внедрение автоматизированных систем контроля допусков с использованием CNC-измерительных машин.

  11. Выбор допусков с учетом технологичности

  При назначении допусков важно учитывать технологические возможности их обеспечения на данном производстве.

  Жесткие допуски могут потребовать применения специального точного оборудования и оснастки, что скажется на стоимости изготовления.

  Рекомендуется на этапе разработки согласовывать допуски с технологами, чтобы найти оптимальный вариант.

  Иногда рациональнее немного ослабить допуски, но обеспечить стабильность процесса и снизить брак.

  Главное - найти компромисс между эксплуатационными требованиями и технологичностью конструкции.

  12. Актуализация нормативных документов по допускам

  Современные стандарты на допуски формы и расположения (ГОСТ 2.308-2011, ГОСТ 24643-81 и др.) требуют актуализации с учетом новых производственных технологий.

  Например, широкое применение CNC-станков с ЧПУ позволяет более точно выдерживать допуски формы за счет программного управления.

  Целесообразно расширить диапазоны допусков для высокоточной обработки, добавить новые классы точности.

  Также необходимо дополнить стандарты методиками контроля допусков современными средствами измерения.

  Актуализация стандартов позволит более полно использовать потенциал современных технологий для повышения качества изделия.