Сопрягаемые детали. Рассматривая соединения деталей машин, мы замечаем, что они в различных парах очень разнообразны по своему характеру. В некоторых случаях одна из деталей какой-либо пары во время работы машины остается неподвижной по отношению к другой детали этой же пары; в других случаях — совершает то или иное движение (например, вращательное, поступательное и т. д.) относительно другой детали.
Две детали, составляющие пару, подобную одной из только что рассмотренных, называются сопряженными.
Охватывающие и охватываемые детали. При сопряжении двух деталей одна из них как бы охватывает другую, поэтому первая из этих деталей (по отношению к другой) называется охватывающей, а вторая — охватываемой.
Формы сопрягаемых деталей весьма разнообразны и наименования их, точно соответствующие действительности, во многих случаях громоздки и неудобны для произношения и для записей. Поэтому условились во всех случаях охватывающую деталь (поверхность этой детали, участвующую в данном сопряжении) называть отверстием, а охватываемую деталь (поверхность, участвующую в данном сопряжении) — валом.
Понятие о посадке. Если бы при обработке сопряженных деталей (обеих или одной из них) либо при сборке машины не был учтен требуемый характер их сопряжения, то очевидно, что машина, собранная из таких деталей, оказалась бы негодной для работы
Другими словами, непременными условиями удовлетворительной работы всякой машины являются правильный выбор и осуществление характера сопряжений ее деталей, или, как говорят, посадок.
Посадкой называется характер сопряжения двух деталей, определяющий большую или меньшую свободу их относительного перемещения, или степень сопротивления их взаимному смещению.
Посадки неподвижные и подвижные. Посадки, при которых должна быть обеспечена прочность соединения сопряженных деталей, называются неподвижными.
Соединения такого характера получаются в том случае, если до сборки сопряженных деталей диаметр вала несколько больше диаметра отверстия, в связи с чем после сборки деталей между ними возникает напряженное состояние.
Посадками для свободного движения, или (кратко) подвижными, называются такие, при которых предусматривается постоянное относительное движение сопряженных деталей во время их работы. Возможность относительного движения этих деталей получается в том случае, если диаметр отверстия несколько больше диаметра вала.
Посадки, принятые в машиностроении. В нашем машиностроении установлен и применяется ряд посадок: от посадки, при которой вал вставляется в отверстие с большим напряжением, чем достигается высшая прочность соединения деталей, до посадки, при которой вал вращается в отверстии совершенно свободно:
Неподвижные посадки Подвижные посадка
1. Прессовая 3-я (ПрЗ) 1. Скользящая (С)
2. Прессовая 2-я (Пр2) 2. Движения (Д)
3. Прессовая 1-я (Пр1) 3. Ходовая (X)
4. Горячая (Гр) 4. Легкоходовая (Л)
5. Прессовая (Пр) 5. Широкоходовая (Ш)
6. Легкопрессовая (Пл) 6. Тепловая ходовая (ТХ)
7. Глухая (Г)
8. Тугая (Г)
9. Напряженная (Н)
10. Плотная (Я)
В скобках указаны принятые сокращенные условные обозначения посадок.
В приведенном перечне посадки указаны в известной последовательности: от наиболее прочной, обеспечивающей неподвижность соединения деталей (посадки ПрЗ и Гр), и кончая такой посадкой (посадка ТХ), при которой создается наиболее свободное относительное сопряжение деталей.
Посадки Г, Т, Н и П точнее называются переходными, так как при некоторых действительных размерах сопрягаемых деталей соединение их получается неподвижным, а при других размерах — подвижным.
Номинальные и действительные размеры. Размеры деталей машин устанавливаются конструктором, проектирующим данную машину (или деталь), который исходит из самых разнообразных требований. Эти размеры (общие для вала и отверстия, если они являются сопряженными) указываются на чертеже детали и называются номинальными.
Выше мы видели, что по ряду причин невозможно обработать какую-либо деталь так, чтобы размеры ее, получившиеся после обработки, точно совпали с номинальными.
Размеры, полученные после обработки, условились называть действительными. Таким образом, действительный размер детали есть тот размер, который установлен путем измерения.
Алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами называется действительным отклонением размера. Действительные отклонения могут быть положительными и отрицательными.
Предельные размеры. Действительные размеры одинаковых деталей, даже при одном и том же способе их обработки, не получаются равными между собой, а колеблются в некоторых пределах.
Предельными называются те размеры, между которыми может колебаться действительный размер. Один из них называется наибольшим, другой — наименьшим предельным размером.
Требуемый характер сопряжения двух деталей создается, очевидно, лишь в том случае, если допустимые предельные размеры деталей установлены заранее опытным или расчетным путем и действительные размеры лежат между предельными.
В зависимости от характера посадки наибольший и наименьший предельные размеры вала могут быть больше (рис. 69, а) или меньше (рис. 69, б) его номинального размера. Точно так же наибольший и наименьший предельные размеры отверстия могут быть больше (рис. 70, а) или меньше (рис. 70, б) его номинального размера. Возможно также расположение предельных размеров отверстия или вала по разные стороны от номинального.
На рис. 69 и 70 цифрами 00 обозначена так называемая нулевая линия. Она соответствует номинальному диаметру вала или отверстия и служит началом отсчета отклонений от номинального размера.
Предельные отклонения. Алгебраическую разность между наибольшим предельным и номинальным размерами называют верхним предельным отклонением.
Алгебраическую разность между наименьшим предельным и номинальным размерами называют нижним предельным отклонением.
Верхние и нижние предельные отклонения могут быть положительными, отрицательными и равными нулю, как и действительные.
Чтобы не смешивать положительные и отрицательные отклонения, принято перед их числовой величиной ставить знак плюс (+), если отклонение положительное, и знак минус (—), если отклонение отрицательное.
Допуск. Остановимся теперь на определении, отчетливое понимание которого необходимо для усвоения всего вопроса о допусках и посадках.
Допуском, точнее — допуском на неточность обработки называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
Так, например, если наибольший предельный размер вала 65,040 мм, а наименьший — 65,020 мм, то допуск в данном случае равен 65,040 — 65,020 = 0,020 мм.
На рис. 69 и 70 допуски (на графиках они называются полями допусков) показаны жирными линиями. Толщина этих линий берется на графиках всегда в увеличенном масштабе (в сравнении с номинальными размерами) для лучшего усвоения. Допуск на обработку колеблется, как правило, в пределах от нескольких десятых до нескольких тысячных долей миллиметра, что требует обязательного увеличения масштаба.
Величины отклонений и допусков в разных таблицах допусков и посадок выражаются не в долях миллиметров, как это сделано в приведенном выше примере, а в микрометрах (микронах). Микрометр равен 0,001 мм и обозначается сокращенно мкм.
Обозначения допусков на чертежах числовыми величинами отклонений. Допустимые предельные отклонения размеров детали от номинальных могут указываться на чертежах числовыми отклонениями, которые проставляются с соответствующими знаками: положительные со знаком (+), отрицательные со знаком (—) вслед за данным размером. Отклонение, равное нулю, на чертеже не указывается. Верхнее и нижнее отклонения записываются одно под другим: верхнее — выше, нижнее — ниже, в долях мм. Примеры простановки отклонений на чертежах показаны на рис. 71, а—е.
Натяги и зазоры. Выше мы установили, что характер посадки зависит от соотношения действительных размеров сопрягаемых деталей или, как говорят, от наличия натяга (рис. 72, а) или зазора (рис. 72, б) между данными деталями.
Натягом называется положительная разность между диаметрами вала и отверстия до сборки деталей (размер вала больше размера отверстия).
При различных соотношениях предельных размеров вала и отверстия натяг называется наибольшим или наименьшим (рис. 72, а).
Зазором называется положительная разность между диаметрами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала).
В зависимости от соотношения предельных размеров отверстия и вала определяются наибольший и наименьший зазоры (рис. 72, б).
Система отверстия и система вала. Стандартами допусков и посадок в нашей промышленности установлены две возможные к применению совокупности посадок — система отверстия и система вала.
Системой отверстия называется совокупность посадок, в которых предельные отклонения отверстий одинаковы (при одном и том же классе точности и одном и том же номинальном размере), а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений валов (рис. 73, а). Во всех посадках системы отверстия нижнее предельное отклонение отверстия всегда равно нулю.
Такое отверстие называется основным отверстием. Из рисунка видно, что при одном и том же номинальном размере (диаметре) и постоянном допуске основного отверстия могут быть получены разные посадки за счет изменения предельных размеров вала. В самом деле, вал 1 даже наибольшего предельного диаметра свободно войдет в наименьшее отверстие. Соединив вал 2 при наибольшем предельном его размере с наименьшим отверстием, мы получим зазор, равный нулю, но при других соотношениях диаметров отверстия и вала в этом сопряжении получается подвижная посадка. Посадки Балов 3 и 4 относятся к группе переходных, так как при одних значениях действительных размеров отверстий и валов 3 и 4 будет иметь место зазор, а при других натяг. Вал 5 при всех условиях войдет в отверстие с натягом, что всегда обеспечит неподвижную посадку.
Основное отверстие в системе отверстия обозначается сокращенно буквой А в отличие от обозначения второй (не основной) детали, входящей в сопряжение, которая обозначается буквами соответствующей посадки.
Системой вала называется совокупность посадок, в которых преельные отклонения валов одинаковы (при одном и том же классе очности и одном и том же номинальном размере), а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений отверстий. Во всех посадках системы вала верхнее предельное отклонение вала всегда равно нулю. Такой вал называется основным валом.
Схематическое изображение системы вала дано на рис. 73, б, из которого видно, что при одном и том же номинальном размере (диаметре) и постоянном допуске основного вала могут быть получены различные посадки за счет изменения предельных размеров отверстия. Действительно, соединяя с данным валом отверстие 1, мы при всех условиях будем получать подвижную посадку. Подобную же посадку, но с возможным получением зазора, равного нулю, мы получим при сопряжении с данным валом отверстия 2. Соединения вала с отверстиями 3 и 4 относятся к группе переходных посадок, а с отверстием 5 — к неподвижной посадке.
Основной вал в системе вала обозначается сокращенно буквой В.
Сопоставление системы отверстия и системы вала. Области применения этих систем. Каждой из этих систем свойственны достоинства и недостатки, определяющие области их применения.
Существенным преимуществом системы отверстия в сравнении с системой вала является то, что обработка валов одного номинального размера, но с разными предельными диаметрами может быть выполнена одним режущим инструментом (резцом или шлифовальным кругом), в то время как в тех же условиях для обработки точных отверстий требуется столько режущих инструментов (если обработка ведется одномерным инструментом, например разверткой), сколько имеется отверстий. Таким образом, для обработки отверстий и валов при наличии 12 посадок в системе отверстия для каждого номинального диаметра необходимо иметь одну развертку и резец или шлифовальный круг, а для обработки тех же деталей в системе вала требуется резец или шлифовальный круг и 12 разверток.
Система отверстия имеет и другие преимущества по сравнению с системой вала, но тем не менее последняя все же применяется в ряде областей машиностроения, хотя значительно реже, чем система отверстия.
Например, система вала применяется при изготовлении некоторых текстильных машин. Одной из основных деталей текстильных машин является обычно длинный гладкий вал одного номинального размера по всей длине, на который насаживаются с разными посадками различные шкивы, муфты, шестерни и т. д. При применении системы отверстия эти валы должны быть ступенчатыми, что усложняет их изготовление.
Классы точности. В нашем машиностроении для диаметров от 1 до 500 мм применяются следующие классы точности: 1-й, 2, 2а, 3, За, 4, 5, 7, 8, 9-й; 6-й класс отсутствует.
1-й класс является самым точным из поименованных. Он применяется сравнительно редко, так как обработка деталей по этому классу стоит очень дорого. Им пользуются в точном машиностроении, когда требуется очень строгая определенность посадок, например при изготовлении деталей шарикоподшипников.
2-й класс имеет значительно большее распространение и применяется главным образом в точном машиностроении и приборостроении, в станкостроении и моторостроении, частично при изготовлении текстильных машин и т. п. Этот класс является в нашем машиностроении основным.
3-й класс точности применяется в тех случаях, когда требования, предъявляемые к определенности посадок, не так велики, как во 2-м классе, но должен быть сохранен требуемый характер каждой посадки.
4-й класс точности применяется для деталей, между которыми допустимы сравнительно большие зазоры или натяги и которые могут обрабатываться с большими допусками.
5-й класс точности предназначается для подвижных посадок, к которым не предъявляются высокие требования определенности характера сопряжений. Кроме того, этот класс предусматривается для свободных размеров, т. е. относящихся к несопрягаемым поверхностям деталей машин, и для точных заготовок.
7, 8 и 9-й классы применяются главным образом для свободных размеров, а также для заготовок, изготовляемых горячей штамповкой, литьем и т. п.
В отдельных случаях применяются классы 2а — промежуточный между 2 и 3-м классами, а также За — промежуточный между 3 и 4-м. Они введены в систему допусков позднее и поэтому имеют такие обозначения.
Классы точности, применяющиеся в машиностроении, обозначаются так:
1-й класс обозначается цифрой 1
2-й » обозначения не имеет
2а » обозначается 2а
3-й » » цифрой 3
За класс обозначается За
4-й » » цифрой 4 и т. д.
Эти обозначения приписываются справа, несколько ниже обозначения основной детали системы или посадки.
Таким образом, А5 обозначает основное отверстие 5-го класса, В1 — основной вал 4-го класса, С3 — скользящую посадку 3-го класса, Гг — глухую посадку 1-го класса и т. д.
Посадки и основные детали систем 2-го класса точности как основного обозначаются без цифрового индекса, указывающего класс точности. Таким образом, буквы А и В обозначают основное отверстие и основной вал 2-го класса, буква Ш обозначает широкоходовую посадку 2-го класса, буква С — скользящую посадку этого же класса и т. д.
Обозначения посадок и классов точности на чертежах проставляются сразу же за цифрой, указывающей размер, к которому относится данное обозначение.
Посадки в разных классах точности. 2-й класс является основным, и в нем применяются все посадки, перечисленные на стр. 94, за исключением прессовой третьей (ПрЗ), прессовой второй (Пр2) и прессовой первой (Пр1). Обозначения этих посадок указаны там же.
Число применяемых посадок в 1, 3-м и в других классах точности значительно меньше, чем во 2-м, и различно в системе отверстия и системе вала.
В системе отверстия в 1-м классе применяются девять посадок, а именно: прессовая вторая (Пp21), прессовая первая (Пр11), глухая (Г1), тугая (Т1), напряженная (Н1), плотная (П1), скользящая (Cj), движения (Д1 )и ходовая (Xj).
В 3-м классе установлено шесть посадок: прессовая третья (Пр33), прессовая вторая (Ilp2s), прессовая первая (Пр13), скользящая (С,), ходовая (Х3) и широкоходовая (Ш3).
4-й класс содержит четыре посадки: скользящую (С4), ходовую (Х4), легкоходовую (Л4) и широкоходовую, (Ш4).
В 5-м классе имеются всего только две посадки — скользящая (С5) и ходовая (Х5).
7, 8 и 9-й классы точности посадок не имеют ни в системе отверстия, ни а системе вала. Любое отверстие в этих классах обозначается соответственно А7, А8 или А9, а любой вал — В7, В8 или В9.
Пример чертежа вала с указанием посадок для некоторых его поверхностей приведен на рис, 74.
Практическое значение обработки деталей с обусловленными заранее предельными размерами. Изготовление деталей в таких условиях обеспечивает возможность их взаимозаменяемости.
Взаимозаменяемостью деталей называется такое их свойство, при наличии которого сборка станка, машины и пр. происходит без какой-либо подгонки или подбора деталей, причем посадка, требующаяся в каждом отдельном сопряжении, получается именно такой, какой она должна быть в данном сопряжении.
Необходимость пригонки отпадает благодаря тому, что действительные размеры деталей, поступающих в сборочный цех, находятся в пределах допуска, и детали не требуют дополнительной обработки. Выполнение характера посадки обеспечивается тем, что отклонения действительных размеров сопрягаемых деталей от номинальных, создающие характер посадки, обеспечиваются рабочим (или рабочими), обрабатывающим данные детали, а назначаются и указываются на чертеже детали конструктором, проектирующим машину, в состав которой входят эти детали.
Достоинства взаимозаменяемости деталей мы наблюдаем постоянно. Всем известно, что любая деталь велосипеда заменяется новой без какой-либо пригонки, каждая электрическая лампочка ввертывается в любой патрон и т. д. Все сельскохозяйственные машины, начиная с плугов и кончая тракторами и комбайнами, состоят из взаимозаменяемых деталей, так как только при этом условии возможна быстрая замена сломанных или износившихся деталей машин без пригонки даже в полевой обстановке.
В настоящее время почти вся продукция отечественного машиностроения, за исключением опытных образцов и отдельных сопряжений изделий серийного производства, изготавливается с обеспечением взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц (узлов).
