Навигация по таблицам
Таблица допусков посадки H7/h6 для полимерных деталей (мкм)
| Номинальный размер, мм | Отверстие H7 верх. | Отверстие H7 ниж. | Вал h6 верх. | Вал h6 ниж. | Зазор мин. | Зазор макс. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| До 3 | +10 | 0 | 0 | -6 | 6 | 16 |
| 3-6 | +12 | 0 | 0 | -8 | 8 | 20 |
| 6-10 | +15 | 0 | 0 | -9 | 9 | 24 |
| 10-18 | +18 | 0 | 0 | -11 | 11 | 29 |
| 18-30 | +21 | 0 | 0 | -13 | 13 | 34 |
| 30-50 | +25 | 0 | 0 | -16 | 16 | 41 |
| 50-80 | +30 | 0 | 0 | -19 | 19 | 49 |
| 80-120 | +35 | 0 | 0 | -22 | 22 | 57 |
| 120-180 | +40 | 0 | 0 | -25 | 25 | 65 |
| 180-250 | +46 | 0 | 0 | -29 | 29 | 75 |
Коэффициенты линейного температурного расширения полимеров
| Материал | Коэф. расширения α×10⁻⁵, 1/К | Температурный диапазон, °C | Стабильность размеров |
|---|---|---|---|
| АБС-пластик | 8,0-10,0 | -40...+80 | Хорошая |
| Полиамид (PA6) | 8,0-12,0 | -40...+100 | Отличная |
| Полиацеталь (POM) | 9,0-11,0 | -40...+90 | Отличная |
| Поликарбонат (PC) | 6,5-7,0 | -40...+120 | Отличная |
| Полипропилен (PP) | 10,0-15,0 | -20...+100 | Удовлетворительная |
| Полиэтилен низкого давления | 20,0-25,0 | -40...+80 | Низкая |
| ПТФЭ (тефлон) | 10,0-12,0 | -200...+200 | Хорошая |
| ПВХ жесткий | 5,0-8,0 | -10...+60 | Хорошая |
| Стеклопластик | 1,0-3,0 | -60...+150 | Отличная |
Температурные поправки для размеров 20-50 мм (мкм)
| Материал | Δt = +20°C | Δt = +40°C | Δt = +60°C | Δt = -20°C |
|---|---|---|---|---|
| АБС-пластик | +3,6 | +7,2 | +10,8 | -3,6 |
| Полиамид PA6 | +4,0 | +8,0 | +12,0 | -4,0 |
| Полиацеталь POM | +4,0 | +8,0 | +12,0 | -4,0 |
| Поликарбонат PC | +2,6 | +5,2 | +7,8 | -2,6 |
| Полипропилен PP | +5,0 | +10,0 | +15,0 | -5,0 |
| ПВХ жесткий | +2,6 | +5,2 | +7,8 | -2,6 |
Механические свойства полимерных материалов
| Материал | Модуль упругости, ГПа | Прочность, МПа | Рекомендуемые посадки | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| АБС-пластик | 2,0-2,5 | 40-55 | H8/h7, H9/h8 | Корпуса, крышки |
| Полиамид PA6 | 2,8-3,2 | 80-90 | H7/h6, H8/h7 | Шестерни, втулки |
| Полиацеталь POM | 2,9-3,1 | 65-75 | H7/h6, H8/h7 | Точная механика |
| Поликарбонат PC | 2,2-2,4 | 60-70 | H7/h6 | Оптические детали |
| ПТФЭ | 0,4-0,5 | 20-35 | H9/h8, H10/h9 | Уплотнения |
Оглавление статьи
Основы допусков и посадок полимерных деталей
Полимерные материалы занимают все более важное место в современном машиностроении, требуя особого подхода к назначению допусков и посадок. В отличие от металлических деталей, полимеры обладают значительно более высокими коэффициентами температурного расширения и специфическими механическими свойствами, что необходимо учитывать при проектировании соединений.
Система допусков и посадок для полимерных деталей базируется на тех же принципах, что и для металлических, однако требует введения корректирующих коэффициентов. Посадка H7/h6 применяется в неподвижных соединениях при высоких требованиях к точности центрирования часто разбираемых деталей, что особенно актуально для полимерных компонентов, где необходимо обеспечить легкость сборки-разборки.
Классификация полимерных материалов по точности
Полимерные материалы по стабильности размеров можно разделить на несколько групп. Конструкционные пластики, такие как полиамид PA6 и полиацеталь POM, обладают отличной стабильностью размеров и позволяют применять точные посадки H7/h6. Поликарбонат PC благодаря низкому коэффициенту расширения также подходит для прецизионных соединений.
Полипропилен и полиэтилен, напротив, имеют высокие коэффициенты расширения и требуют применения более свободных посадок типа H8/h7 или H9/h8. Стеклонаполненные композиты демонстрируют наилучшую стабильность размеров, приближающуюся к металлам.
Особенности температурных деформаций полимеров
Температурные деформации полимерных материалов значительно превышают аналогичные показатели металлов. В общем случае пластмасса и пластик имеют сравнительно высокие значения коэффициентов расширения, что требует особого внимания при проектировании точных соединений.
где:
Δl - изменение размера, мм
l₀ - номинальный размер при 20°C, мм
α - коэффициент линейного расширения, 1/К
Δt - изменение температуры, К
Полиэтилен демонстрирует наиболее высокие значения коэффициента расширения - до 25×10⁻⁵ 1/К, что в десять раз превышает показатели стали. АБС-пластик и полиамиды имеют умеренные значения около 8-12×10⁻⁵ 1/К, что позволяет их использовать в ответственных соединениях с соответствующими поправками.
Влияние влажности на размеры
Помимо температурного расширения, многие полимеры подвержены гигроскопическому набуханию. Полиамиды могут изменять размеры на 0,2-0,8% при поглощении влаги, что необходимо учитывать при назначении допусков для деталей, работающих в условиях переменной влажности.
Расчет температурных поправок
Для корректного назначения допусков полимерных деталей необходимо вводить температурные поправки, компенсирующие изменения размеров в рабочем диапазоне температур. Допуски и отклонения, устанавливаемые стандартами, относятся к деталям, размеры которых определены при нормальной температуре + 20 °С.
где:
Δδ - скорректированный допуск
δ₂₀ - базовый допуск при 20°C
l - номинальный размер
α - коэффициент расширения материала
t - рабочая температура
При проектировании соединений необходимо учитывать не только собственные деформации полимерной детали, но и температурное расширение сопрягаемой металлической детали. Разность коэффициентов расширения может приводить к заклиниванию или, наоборот, к появлению недопустимых зазоров.
Практический алгоритм расчета
Для определения корректных допусков рекомендуется следующий алгоритм. Первым шагом определяется рабочий диапазон температур изделия с учетом возможного локального нагрева от трения или внешних источников. Затем рассчитывается максимальное изменение размеров для каждого материала в соединении.
На основе полученных данных корректируются базовые допуски с введением поправочных коэффициентов. Для ответственных соединений рекомендуется проведение испытаний образцов в реальных условиях эксплуатации.
Применение посадки H7/h6 в полимерных соединениях
Посадка H7/h6 является одной из наиболее распространенных в точном машиностроении и может успешно применяться для полимерных деталей при соблюдении определенных условий. H7/h6 – сменные зубчатые колеса; соединения с короткими рабочими ходами; соединение деталей, которые должны легко передвигаться при затяжке.
Для полимерных материалов посадка H7/h6 обеспечивает гарантированный зазор от 6 до 41 мкм в зависимости от размера, что достаточно для компенсации температурных деформаций в диапазоне ±20°C от нормальной температуры. При больших температурных колебаниях требуется переход к более свободным посадкам.
Рекомендации по материалам
Наилучшие результаты при использовании посадки H7/h6 показывают полиацеталь POM и полиамид PA6 благодаря их высокой размерной стабильности и умеренным коэффициентам расширения. Поликарбонат PC также подходит для данной посадки, особенно в оптических и измерительных приборах.
АБС-пластик может применяться с посадкой H7/h6 при температурах до 60°C, однако при более высоких температурах следует переходить к H8/h7. Полипропилен и полиэтилен требуют более свободных посадок даже при нормальных условиях.
Практические рекомендации по выбору допусков
При выборе допусков для полимерных деталей следует руководствоваться принципом разумной достаточности, избегая излишне жестких требований, которые приведут к удорожанию производства без функциональной необходимости. Основными критериями выбора являются условия эксплуатации, требования к точности и экономические соображения.
Для неответственных соединений, где основное требование - простота сборки, рекомендуются посадки H9/h8 или H11/h11. Такие посадки обеспечивают достаточные зазоры для компенсации температурных деформаций и погрешностей изготовления при минимальных затратах на контроль качества.
Температурные диапазоны применения
При работе в диапазоне -20...+60°C большинство конструкционных пластиков позволяют использовать стандартные посадки с минимальными коррекциями. В диапазоне -40...+80°C требуется введение температурных поправок и, возможно, переход к более свободным посадкам.
Для экстремальных температурных условий следует рассматривать применение специальных материалов с низкими коэффициентами расширения или переходить к принципиально иным конструктивным решениям, например, использованию упругих элементов для компенсации деформаций.
Контроль качества и измерения
Контроль размеров полимерных деталей имеет свои особенности, связанные с меньшей жесткостью материала и возможностью деформации под действием измерительного усилия. Стандартные измерительные инструменты могут давать искаженные результаты, особенно для тонкостенных деталей.
Рекомендуется применение бесконтактных методов измерения или использование инструментов с минимальным измерительным усилием. При контактных измерениях следует нормировать усилие контакта и время выдержки под нагрузкой.
Температурные условия измерений
Все измерения должны проводиться при нормализованной температуре 20±2°C после достаточной выдержки детали в измерительном помещении. Погрешность измерения может возникнуть также и от местного нагрева. Например, под действием тепла руки контролера в течение 15 мин размер скобы для проверки валов диаметром 175 мм изменяется на 8 мкм.
Для полимерных деталей это особенно критично из-за высоких коэффициентов расширения. Время температурной стабилизации может составлять от 30 минут для мелких деталей до нескольких часов для крупногабаритных изделий.
Современные тенденции и инновации
Развитие технологий переработки полимеров и появление новых материалов открывают новые возможности для повышения точности полимерных деталей. Современные конструкционные пластики с минеральными наполнителями демонстрируют коэффициенты расширения, сопоставимые с алюминиевыми сплавами.
Применение 3D-печати позволяет создавать детали сложной геометрии с встроенными компенсационными элементами, автоматически учитывающими температурные деформации. Технология селективного лазерного спекания обеспечивает точность, достаточную для применения посадок H7/h6 без дополнительной механической обработки.
Перспективные материалы
Разработка новых полимерных композитов с углеродными нанотрубками и графеном открывает возможности создания материалов с практически нулевым коэффициентом расширения в определенных направлениях. Такие материалы найдут применение в прецизионном приборостроении и космической технике.
Биополимеры нового поколения сочетают экологичность с отличными механическими свойствами, позволяя заменить традиционные пластики в ответственных применениях без снижения точности и надежности соединений.
