Сопрягаемые детали и характер их взаимодействия
При анализе конструкций машин и механизмов легко заметить, что отдельные детали соединяются между собой самым различным образом. В одних узлах детали после сборки остаются неподвижными относительно друг друга, в других — одна деталь перемещается относительно другой, совершая вращательное, поступательное или комбинированное движение.
Две детали, образующие такую пару и взаимодействующие между собой в процессе работы механизма, называются сопрягаемыми деталями. Характер их взаимодействия определяет работоспособность, долговечность и точность узла в целом.
Охватывающие и охватываемые поверхности
В любой сопряжённой паре одна деталь частично или полностью окружает другую. Поэтому условно принято одну из них называть охватывающей, а вторую — охватываемой.
Поскольку реальные формы сопрягаемых деталей чрезвычайно разнообразны, для упрощения терминологии введены обобщённые понятия:
-
отверстие — охватывающая деталь или поверхность;
-
вал — охватываемая деталь или поверхность.
Такая терминология применяется независимо от фактической формы детали и удобна для описания любых типов сопряжений.
Понятие о посадке
Если при проектировании, изготовлении или сборке деталей не учитывать требуемый характер их сопряжения, собранный механизм окажется непригодным к работе. Детали могут либо заклинить, либо иметь чрезмерные люфты, что приведёт к быстрому износу или отказу узла.
Посадкой называется характер соединения отверстия и вала, определяющий степень свободы их взаимного перемещения или величину сопротивления такому перемещению. Правильно выбранная и реализованная посадка является обязательным условием нормальной работы любой машины.
Неподвижные и подвижные посадки
Все посадки по своему назначению делятся на две основные группы.
Неподвижные посадки применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить прочное соединение деталей без относительного перемещения в процессе работы. Такие посадки достигаются тогда, когда диаметр вала до сборки больше диаметра отверстия, в результате чего после соединения возникает натяг и напряжённое состояние деталей.
Подвижные посадки, наоборот, предназначены для обеспечения свободного или ограниченного движения одной детали относительно другой. В этом случае диаметр отверстия превышает диаметр вала, и между ними образуется зазор, позволяющий осуществлять вращение или поступательное движение.
Посадки, применяемые в машиностроении
В машиностроительной практике используется широкий диапазон посадок — от крайне плотных, обеспечивающих высокую прочность соединения, до посадок с очень большим зазором, обеспечивающих свободное движение.
Все посадки располагаются в определённой последовательности: от наиболее жёстких (прессовых и горячих) до максимально свободных (широкоходовых и тепловых). Между ними выделяется группа переходных посадок, при которых в зависимости от фактических размеров деталей может возникать либо зазор, либо натяг.
Номинальные и действительные размеры
Размеры деталей, задаваемые конструктором и указываемые на чертежах, называются номинальными. Эти размеры являются исходными и одинаковыми для сопрягаемых вала и отверстия.
В процессе изготовления невозможно получить деталь с размером, абсолютно равным номинальному. Размер, полученный после обработки и установленный путём измерения, называется действительным размером.
Разность между действительным и номинальным размерами называется действительным отклонением, которое может быть как положительным, так и отрицательным.
Предельные размеры и предельные отклонения
Действительные размеры одинаковых деталей даже при одинаковых условиях обработки неизбежно отличаются друг от друга. Поэтому для каждой детали устанавливают допустимые границы изменения размеров.
Предельными размерами называют наибольший и наименьший размеры, в пределах которых может находиться действительный размер детали.
Разность между:
-
наибольшим предельным и номинальным размером называется верхним предельным отклонением;
-
наименьшим предельным и номинальным размером — нижним предельным отклонением.
Для удобства отсчёта отклонений используется так называемая нулевая линия, соответствующая номинальному размеру.
Допуск
Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами детали. Иначе говоря, допуск определяет допустимую неточность изготовления.
В машиностроении величины допусков, как правило, очень малы и измеряются в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм). Именно величина допуска определяет точность обработки детали.
Обозначение допусков на чертежах
Предельные отклонения размеров указываются на чертежах в виде числовых значений, записанных рядом с номинальным размером. Верхнее отклонение располагается над размером, нижнее — под ним. Если одно из отклонений равно нулю, его не указывают.
Такое обозначение позволяет однозначно определить допустимые пределы изменения размера детали.
Зазоры и натяги
Характер посадки определяется соотношением размеров вала и отверстия.
Натяг — это положительная разность между диаметром вала и диаметром отверстия до сборки, когда вал больше отверстия. В зависимости от сочетания предельных размеров различают наибольший и наименьший натяги.
Зазор — положительная разность между диаметром отверстия и диаметром вала, при которой обеспечивается возможность движения. Аналогично определяют наибольший и наименьший зазоры.
Система отверстия и система вала
В машиностроении применяются две системы построения посадок.
Система отверстия — это система, в которой отверстие имеет постоянные предельные отклонения (при заданном номинальном размере и классе точности), а различные посадки достигаются за счёт изменения размеров валов. В этой системе нижнее предельное отклонение отверстия всегда равно нулю. Такое отверстие называют основным отверстием.
Система вала — система, при которой постоянными являются предельные отклонения вала, а различные посадки получаются за счёт изменения размеров отверстий. В этом случае верхнее предельное отклонение вала равно нулю, и такой вал называется основным валом.
Сравнение систем и области их применения
Система отверстия применяется значительно шире, так как позволяет обрабатывать валы с разными посадками одним инструментом, в то время как для получения точных отверстий требуются индивидуальные инструменты (например, развертки) под каждую посадку.
Система вала используется реже и применяется в тех случаях, когда конструктивные особенности изделия требуют сохранения постоянного диаметра вала, например в текстильных машинах, где на длинный гладкий вал насаживаются различные детали с разными посадками.
Классы точности
Для диаметров от 1 до 500 мм в машиностроении установлены несколько классов точности, отличающихся величинами допусков. Чем ниже номер класса, тем выше точность обработки.
Наиболее точные классы применяются в приборостроении, точном машиностроении и при изготовлении ответственных деталей. Менее точные классы используются для свободных размеров и заготовок, получаемых литьём или штамповкой.
Класс точности указывается в обозначении посадки или основной детали и проставляется на чертеже рядом с размером.
Посадки в различных классах точности
Наибольшее количество посадок предусмотрено для основного (2-го) класса точности. В более точных или менее точных классах число допустимых посадок сокращается. В самых грубых классах точности посадки вообще не устанавливаются, так как они предназначены для несопрягаемых поверхностей и заготовок.
Взаимозаменяемость деталей
Изготовление деталей с заранее заданными предельными размерами обеспечивает их взаимозаменяемость. Под взаимозаменяемостью понимается способность деталей заменять друг друга без дополнительной подгонки и пригонки при сборке.
Благодаря взаимозаменяемости сборка машин значительно ускоряется, упрощается ремонт и обслуживание, повышается надёжность изделий. Современное машиностроение практически полностью основано на принципе взаимозаменяемости, что особенно важно для серийного и массового производства.
