Таблицы допусков и посадок валов и втулок

Навигация по таблицам

Справочные таблицы по допускам и посадкам валов и втулок

Полное оглавление

Соответствие валов и посадочных втулок

1. Введение в систему допусков и посадок

Система допусков и посадок является основой для обеспечения взаимозаменяемости и функциональности механических соединений. Она определяет параметры точности изготовления деталей и характер их сопряжения. Правильный выбор посадки критически важен для обеспечения эксплуатационных характеристик механизмов, их долговечности и надежности.

Международная система ISO и российская система ГОСТ регламентируют параметры точности для различных соединений. Несмотря на некоторые различия в обозначениях, они концептуально схожи и обеспечивают единую методологию выбора и реализации посадок. Для инженеров-механиков и проектировщиков понимание этих систем и умение правильно выбрать посадку является необходимым профессиональным навыком.

2. Основные понятия и определения

2.1. Номинальный, действительный и предельные размеры

Для обеспечения точного соответствия валов и втулок необходимо понимать базовые определения размеров:

• Номинальный размер — основной размер, относительно которого определяются предельные размеры. Он является общим для отверстия и вала, образующих соединение.
• Действительный размер — размер, полученный в результате измерения с допустимой погрешностью.
• Предельные размеры — наибольший и наименьший размеры, между которыми должен находиться действительный размер.

2.2. Допуски и отклонения размеров

Допуск размера определяет разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами и является мерой точности изготовления. Он определяется квалитетом — степенью точности изготовления. Для валов и отверстий используются следующие параметры:

• Верхнее отклонение (ES, es) — разность между наибольшим предельным и номинальным размерами.
• Нижнее отклонение (EI, ei) — разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.
• Допуск (IT, it) — разность между верхним и нижним отклонениями.

2.3. Посадки и их виды

Посадка определяет характер соединения деталей и может быть трех типов:

• Посадка с зазором — когда наименьший размер отверстия больше или равен наибольшему размеру вала. Обеспечивает подвижность соединения.
• Посадка с натягом — когда наибольший размер отверстия меньше или равен наименьшему размеру вала. Обеспечивает неподвижность соединения за счет деформации.
• Переходная посадка — когда возможно как образование зазора, так и натяга в зависимости от действительных размеров сопрягаемых деталей.

Для численного определения характера соединения используются следующие параметры:

• Зазор (S) — разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала.
• Натяг (N) — разность размеров вала и отверстия, если размер вала больше размера отверстия.
• Наибольший зазор (Smax) — разность между наибольшим предельным размером отверстия и наименьшим предельным размером вала.
• Наибольший натяг (Nmax) — разность между наибольшим предельным размером вала и наименьшим предельным размером отверстия.

3. Системы стандартов ISO и ГОСТ

3.1. Сравнение международных стандартов

Системы ISO и ГОСТ имеют общую методологическую основу, но различаются некоторыми нюансами в обозначениях и предпочтительных рядах. Современная версия ГОСТ гармонизирована с ISO, что обеспечивает взаимозаменяемость в международных проектах.

Основные отличия заключаются в:

• Используемых обозначениях посадок (ISO использует более формализованную систему).
• Некоторых численных значениях допусков и отклонений для определенных диапазонов размеров.
• Предпочтительных рядах посадок для типовых применений.

3.2. Обозначение допусков и посадок

Система обозначений посадок включает следующие элементы:

• Номинальный размер — диаметр соединения в миллиметрах.
• Поле допуска отверстия — включает буквенное обозначение основного отклонения (H, P, R, S, U и т.д.) и цифровое обозначение квалитета (7, 8, 9 и т.д.).
• Поле допуска вала — включает буквенное обозначение основного отклонения (h, k, m, n, p, r, s, u и т.д.) и цифровое обозначение квалитета (6, 7, 8 и т.д.).

Например, посадка H7/h6 означает соединение отверстия с полем допуска H7 и вала с полем допуска h6. Эта посадка обеспечивает точное скользящее соединение.

4. Выбор посадок для различных соединений

4.1. Критерии выбора посадки

При выборе посадки необходимо учитывать следующие факторы:

• Функциональное назначение соединения — требуется подвижное, неподвижное или переходное соединение.
• Условия эксплуатации — температура, нагрузки, скорость, вибрации.
• Материалы деталей — модуль упругости, предел текучести, коэффициент теплового расширения.
• Требования к точности центрирования — допустимое радиальное биение.
• Технологические возможности производства — достижимая точность изготовления.
• Особенности сборки и разборки — требуется ли возможность многократной сборки/разборки.

4.2. Рекомендации по выбору посадок для типовых соединений

Для различных типов механических соединений рекомендуются следующие посадки:

Для подвижных соединений:

• H7/g6 — для соединений с гарантированным зазором при умеренных скоростях.
• H7/f7 — для свободно движущихся соединений при низких скоростях.
• H8/f8 — для свободного перемещения без точного центрирования.
• H7/h6 — для точных подвижных соединений, где требуется минимальный зазор.

Для переходных посадок:

• H7/k6 — для соединений, где требуется точное центрирование с возможностью разборки.
• H7/js6 — для центрирующих элементов с симметричным полем допуска.
• H7/m6 — для переходных посадок с преобладанием натяга.

Для неподвижных соединений с натягом:

• H7/p6 — для соединений с небольшим натягом, где требуется возможность демонтажа.
• H7/s6 — для соединений со средним натягом без регулярной разборки.
• H7/u6 — для тяжелонагруженных соединений с большим натягом.
• P7/h6 — для особо ответственных соединений, где вал выполнен с высокой точностью.

5. Технические аспекты реализации посадок

5.1. Методы обеспечения требуемой точности

Для получения требуемой точности размеров и формы сопрягаемых деталей применяются следующие технологические методы:

• Для валов:
  • Шлифование — для квалитетов 5-7
  • Тонкое точение — для квалитетов 6-8
  • Полирование — для финишной обработки с высокой чистотой поверхности
• Для отверстий:
  • Растачивание — для квалитетов 7-9
  • Развертывание — для квалитетов 6-8
  • Хонингование — для квалитетов 5-7 с улучшенной чистотой поверхности
  • Шлифование отверстий — для квалитетов 5-7

Для сложных посадок, особенно с натягом, требуется не только высокая точность размеров, но и формы деталей, включая:

• Отклонение от круглости
• Отклонение от цилиндричности
• Отклонение от прямолинейности оси

5.2. Контроль размеров и формы

Для контроля точности изготовления деталей применяются различные средства измерения:

• Для валов:
  • Микрометры — для контроля диаметра вала
  • Рычажные микрометры — для контроля отклонений формы
  • Универсальные длиномеры — для высокоточных измерений
  • Калибры-скобы — для контроля предельных размеров
• Для отверстий:
  • Нутромеры — для контроля диаметра отверстий
  • Индикаторные нутромеры — для контроля отклонений формы
  • Калибры-пробки — для контроля предельных размеров
  • Координатно-измерительные машины — для комплексного контроля

6. Расчет соединений с натягом

6.1. Определение необходимого натяга

Для соединений с натягом требуется расчет необходимого натяга для обеспечения передачи заданного крутящего момента или осевой силы. Минимальный необходимый натяг можно рассчитать по формуле:

После определения необходимого натяга выбирается соответствующая посадка из ряда стандартных.

6.2. Проверка прочности соединения

Для соединений с натягом необходимо проверить напряжения в деталях, чтобы избежать пластической деформации. Напряжения в соединении можно рассчитать по формулам Ляме:

Эквивалентное напряжение по теории прочности Мизеса не должно превышать предел текучести материала с учетом коэффициента запаса.

7. Методы сборки и разборки соединений

7.1. Сборка с нагревом и охлаждением

Для соединений с большим натягом применяется термическая сборка:

• Нагрев охватывающей детали (втулки) — увеличивает ее диаметр и позволяет легко установить на вал. Нагрев обычно производится до температуры 80-350°C в зависимости от материала и величины натяга.
• Охлаждение охватываемой детали (вала) — уменьшает его диаметр. Для охлаждения используется сухой лед (-78°C) или жидкий азот (-196°C).

Требуемая температура нагрева втулки может быть рассчитана по формуле:

7.2. Прессовые соединения

Для соединений со средним натягом применяется запрессовка с использованием гидравлических или механических прессов. При этом необходимо:

• Обеспечить соосность деталей при запрессовке
• Создать равномерное давление прессования
• Смазать поверхности для уменьшения трения (для некоторых применений)
• Контролировать силу запрессовки

Усилие запрессовки можно приблизительно оценить по формуле:

Для разборки прессовых соединений используются специальные съемники или гидравлические прессы.

При выборе прецизионных валов для линейных направляющих систем важно учитывать не только допуски размеров, но и специфические требования к геометрической точности и твердости поверхности. Прецизионные валы различных серий обеспечивают разные уровни точности и эксплуатационных характеристик. Для особо ответственных применений рекомендуется использовать валы серии WVH с высокой твердостью и улучшенной геометрической точностью.

Для соединений с зубчатыми колесами, шкивами или муфтами часто применяются втулки тапербуш, которые обеспечивают надежное соединение благодаря конусной поверхности и не требуют точных допусков вала, что упрощает процесс производства и сборки.