Допуски на линейные размеры: свойства, требования соответствие ГОСТу, применение и правила расчетов

Допуски на линейные размеры - важнейший элемент системы стандартизации в машиностроении. В статье подробно рассматриваются основные понятия и определения, принципы построения системы допусков согласно ГОСТ, классификация посадок, расчет и назначение допусков, методы контроля, причины брака. Приводятся практические рекомендации по выбору оптимальных допусков.

1. Основные понятия и определения допусков на линейные размеры

Допуски на линейные размеры - это допустимые пределы отклонения размеров деталей от их номинальных значений. Допуски устанавливаются стандартами и регламентируют точность изготовления деталей. Рассмотрим основные понятия и определения, относящиеся к допускам на линейные размеры:

• Размерный элемент – геометрическая форма, определяемая линейным или угловым размером. Размерными элементами могут быть цилиндр, сфера, две параллельные плоскости, конус, призма.
• Номинальный размер (D, d) – размер идеальной геометрической формы, указанный на чертеже. Номинальный размер используют для расчета предельных размеров.
• Действительный размер – размер, установленный измерением реальной детали с допустимой погрешностью.
• Предельные размеры – два крайних допустимых значения размера: верхний (D_max, d_max) и нижний (D_min, d_min).
• Предельные отклонения – алгебраические разности между предельными и номинальным размерами. Различают верхнее (E_S, e_s) и нижнее (E_I, e_i) предельные отклонения.
• Допуск – разность между предельными размерами детали или между предельными отклонениями.

Допуск для отверстия:

D = D_max - D_min

Допуск для вала:

d = d_max - d_min

Интервал допуска – область значений размера между верхним и нижним пределами допуска. Графически интервал допуска изображается в виде отрезка (см. рисунок ниже).

Основное отклонение – предельное отклонение, определяющее положение интервала допуска относительно номинального значения. Обозначается буквой латинского алфавита.

Квалитет – группа допусков, характеризующаяся общим обозначением, например IT7.

Класс допуска – сочетание основного отклонения и квалитета, например: 50Н9.

Единица допуска – мера точности, связывающая допуск с номинальным размером. Для размеров до 500 мм выражается формулой:

i = 0,45√D

Где i – единица допуска, мм; D – номинальный размер, мм.

Величина допуска рассчитывается по формуле:

Δ=а×i

Где а – количество единиц допуска, зависящее от квалитета.

2. Система допусков на линейные размеры ГОСТ

Система допусков и посадок регламентируется комплексом стандартов ГОСТ. Рассмотрим основные принципы построения этой системы.

Основные отклонения для отверстий и валов определяются по общему и специальному правилам. По общему правилу основные отклонения отверстий противоположны по знаку отклонениям валов одинакового буквенного обозначения (например, H-h).

Согласно специальному правилу, отклонение H означает нижний нулевой допуск отверстия, а h – верхний нулевой допуск вала.

Основные отклонения образуют ряды:

• Для отверстий: A, B, C, D, E, F, G, H
• Для валов: a, b, c, d, e, f, g, h

Квалитеты характеризуют точность и обозначаются: IT01, IT0, IT1...IT18. Всего 20 квалитетов.

Из всех возможных классов допусков выделяют:

• Классы допусков общего применения – наиболее часто используемые, всего 50 для валов и 45 для отверстий.
• Предпочтительные классы допусков – наиболее рациональные, по 17 для валов и отверстий.

На чертежах классы допусков обозначают:

• Числовыми значениями предельных отклонений, например:

  40

  +0,11
  -0,14

• Буквенными обозначениями, например: 25Н9
• Смешанным способом, например:

  40 Н9

  +0,11 -0,14

Для неответственных размеров применяются общие допуски: очень грубый, грубый, средний, точный. Они регламентируются ГОСТ 30893.1.

3. Виды посадок

Допуски и посадки линейных размеров совместно определяют точность сопряжения деталей. Рассмотрим основные виды посадок.

Посадка характеризуется:

• Номинальным размером, общим для сопрягаемых поверхностей.
• Величиной зазора (S) при размере отверстия больше размера вала.
• Величиной натяга (N) при размере вала больше размера отверстия.

Различают посадки:

• С зазором – с гарантированным зазором в соединении. Пример: S7/h6.
• С натягом – с гарантированным натягом в соединении. Пример: N7/p6.
• Переходные – с возможным зазором или натягом. Пример: H7/e8.

Посадки могут образовываться:

• В системе отверстия – с постоянным классом допуска отверстия.
• В системе вала – с постоянным классом допуска вала.

На чертежах посадки обозначаются в виде дроби:

Например: Ø50 H7/f6

Где:

• Ø50 – номинальный размер;
• H7 – класс допуска отверстия;
• f6 – класс допуска вала.

В тексте удобно использовать запись: Ø50 H7/f6.

Выбор системы посадки и классов допусков зависит от условий работы соединения, требований к точности, технологичности обработки поверхностей.

4. Назначение посадок

Существуют разные способы назначения посадок и выбора классов допусков:

• Способ аналогов – выбор посадки по аналогии с существующими изделиями.
• Способ подобия – выбор посадки на основе рекомендаций в справочниках для подобных узлов.
• Расчетный способ – расчет допусков исходя из условий работы.

При расчете посадок с зазором определяют минимальный и максимальный допустимый зазор. Для посадок с натягом рассчитывают минимальный натяг для обеспечения прочности и максимальный допустимый натяг.

Для переходных посадок определяют средний ожидаемый зазор или натяг.

5. Квалитеты точности

При выборе квалитета точности посадки необходимо учитывать условия работы сопряжения:

• Квалитеты 4-5 используются редко, для особо точных посадок.
• Квалитеты 6-7 применяются для ответственных соединений, работающих в жестких условиях.
• Квалитеты 8-9 обеспечивают среднюю точность для типовых узлов.
• Квалитеты 10-12 используются в неответственных соединениях.

6. Поля допусков пластмассовых деталей

Для пластмассовых деталей поля допусков линейных размеров устанавливаются ГОСТ 25349-88. Основные отличия:

• Меньшее количество основных отклонений – всего 4.
• Другие обозначения квалитетов – Т1, Т2 и т.д.
• Зависимость допусков от температуры и влажности.

Классы допусков пластмассовых деталей рекомендуется назначать с учетом последующей сборки с металлическими деталями.

7. Система допусков на линейные размеры в метрологии

В метрологии под системой допусков понимают совокупность правил и положений, регламентирующих назначение допусков на параметры продукции. Система допусков на линейные размеры в метрологии включает:

• Стандартизованные значения допусков.
• Правила обозначения допусков на чертежах.
• Методы расчета и назначения допусков.
• Правила выбора посадок.
• Метрологическое обеспечение контроля допусков.

Таким образом, система допусков линейных размеров в метрологии охватывает весь жизненный цикл продукции от проектирования до эксплуатации.

8. Контроль линейных размеров

Контроль линейных размеров деталей может осуществляться различными методами:

• С помощью измерительных инструментов: штангенциркулей, микрометров, калибров.
• С помощью предельных калибров (пробок, скоб).
• На координатно-измерительных машинах.
• С применением оптических, пневматических, лазерных приборов.

Для контроля размеров партий деталей используются статистические методы, например:

• Контроль по альтернативному признаку на соответствие заданным предельным отклонениям.
• Выборочный контроль среднего значения размера и дисперсии в партии деталей.

9. Достижение точности размеров

Достижение необходимой точности размеров деталей обеспечивается:

• Соблюдением оптимальных режимов обработки.
• Применением высокопроизводительного оборудования.
• Использованием качественного режущего и измерительного инструмента.
• Автоматизацией процессов обработки и контроля.
• Стабильностью условий производства.
• Квалификацией персонала.

10. Международная стандартизация

В области допусков происходит сближение национальных стандартов разных стран на основе международных стандартов ИСО. Основные направления гармонизации:

• Унификация систем обозначения допусков.
• Установление единых значений допусков для одинаковых квалитетов.
• Согласование принципов выбора посадок.

Это облегчает международную торговлю и взаимное признание продукции разных стран.

11. Перспективы развития

Основные тенденции совершенствования системы допусков:

• Расширение области применения допусков.
• Повышение точности и расширение диапазона допусков.
• Разработка новых способов задания допусков на чертежах.
• Компьютеризация и автоматизация расчетов допусков.

Это позволит повысить качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции.

12. Погрешности формы и расположения

Помимо отклонений линейных размеров, на точность сборки влияют погрешности:

• Формы поверхностей - отклонения от цилиндричности, соосности и т.д.
• Взаимного расположения поверхностей - отклонения от параллельности, перпендикулярности и т.д.

Эти погрешности возникают при производстве деталей и могут привести к нарушению работоспособности сопряжений.

13. Компенсация погрешностей посадками

Одна из функций посадок - компенсация погрешностей формы и расположения поверхностей за счет:

• Наличия зазора в посадках с зазором.
• Упругих деформаций в посадках с натягом.

Чем больше допуск посадки, тем большие погрешности могут быть скомпенсированы.

14. Причины брака

Типичные причины брака деталей по точности размеров:

• Нарушение режимов обработки.
• Погрешности станка, приспособлений, инструмента.
• Некачественное сырье и материалы.
• Нестабильность температурно-влажностного режима.
• Низкая квалификация персонала.

Анализ причин брака позволяет принимать меры по его предупреждению и устранению.

15. Рекомендации по выбору допусков

При выборе допусков следует учитывать:

• Требования к точности размеров в эксплуатации.
• Технологичность обработки поверхностей.
• Тип производства.
• Экономическую целесообразность.

Выбор должен быть обоснован технико-экономическими расчетами.