Калькуляторы
Посадка с натягом: расчет допусков, таблица, ГОСТ
Посадка с натягом представляет собой тип соединения деталей машин, при котором размер вала всегда больше размера отверстия до сборки, что обеспечивает неподвижное прессовое соединение. Согласно ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010), посадка с натягом характеризуется тем, что наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. Такие соединения применяются для передачи крутящих моментов и осевых усилий без дополнительных крепежных элементов в машиностроении, станкостроении, приборостроении и других отраслях техники. Расчет посадок с натягом основывается на теории упругости Ляме и регламентируется стандартами ГОСТ 25347-2013 и ГОСТ 3325-85.
Посадки с натягом: интерактивная справочная таблица
В таблице представлены основные типы посадок с натягом, формулы расчета, методы сборки, применение подшипников качения, требования ГОСТов и практические примеры. Используйте поиск или фильтры для быстрого нахождения необходимой информации по допускам и посадкам.
| Тип / Обозначение | Описание / Формула / Характеристика | Примечания / Применение | Категория |
|---|---|---|---|
| ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010) | Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки | Введен взамен ГОСТ 25346-89 с 01.07.2015, устанавливает 20 квалитетов (от 01 до 18), основные отклонения для гладких элементов деталей | ГОСТы |
| ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010) | Ряды допусков, предельные отклонения отверстий и валов для номинальных размеров до 3150 мм | Введен взамен ГОСТ 25347-82 с 01.07.2015, основной стандарт для выбора посадок с натягом в системе отверстия и вала | ГОСТы |
| ГОСТ 3325-85 | Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки | Регламентирует посадки подшипников на вал и в корпус, шероховатость посадочных поверхностей | ГОСТы |
| Определение по ГОСТ 25346-2013 | Посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т.е. наибольший предельный размер отверстия меньше или равен наименьшему предельному размеру вала | Графически поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала | ГОСТы |
| Квалитеты точности | Для посадок с натягом применяют квалитеты 5, 6, 7, 8. Чем меньше номер квалитета, тем выше точность | Наиболее распространены посадки H7/p6, H7/r6, H7/s6, H8/u8 для различных нагрузок | ГОСТы |
| Натяг определение | N = d(вала) - D(отверстия) | Положительная разность размеров вала и отверстия до сборки, измеряется в мкм | Расчеты |
| Наименьший натяг | N(min) = d(min вала) - D(max отверстия) | Определяет прочность соединения при передаче внешних нагрузок | Расчеты |
| Наибольший натяг | N(max) = d(max вала) - D(min отверстия) | Определяет прочность деталей соединения, не должен вызывать пластических деформаций | Расчеты |
| Минимальное контактное давление | p(min) = (2·K·T)/(π·d²·L·f) для крутящего момента | K - коэффициент запаса (1,5-2,0), T - крутящий момент, d - диаметр, L - длина, f - коэффициент трения (0,08-0,14) | Расчеты |
| Минимальное контактное давление | p(min) = (K·F)/(π·d·L·f) для осевой силы | F - осевая сила, f - коэффициент трения при продольном смещении деталей | Расчеты |
| Формула Ляме для натяга | N(расч) = p·d·(C₁/E₁ + C₂/E₂) | E₁, E₂ - модули упругости вала и втулки, C₁, C₂ - коэффициенты Ляме, зависящие от геометрии | Расчеты |
| Коэффициент Ляме для вала | C₁ = (d₁² + d²)/(d₁² - d²) + μ₁ | d₁ - внутренний диаметр вала (для сплошного вала d₁=0), μ₁ - коэффициент Пуассона (0,3 для стали) | Расчеты |
| Коэффициент Ляме для втулки | C₂ = (d₂² + d²)/(d₂² - d²) - μ₂ | d₂ - наружный диаметр втулки, μ₂ - коэффициент Пуассона материала втулки | Расчеты |
| Поправка на шероховатость | u = K₁·Ra₁ + K₂·Ra₂ | Ra₁, Ra₂ - шероховатость вала и отверстия, K₁, K₂ - коэффициенты смятия (3,0-6,0 в зависимости от материала) | Расчеты |
| Функциональный натяг минимальный | N(min.ф) = N(расч) + u | Учитывает смятие микронеровностей при механической запрессовке | Расчеты |
| Проверка прочности втулки | σ(экв) = p·(d₂² + d²)/(d₂² - d²) ≤ σ(т)/1,5 | σ(т) - предел текучести материала втулки, проверка по теории наибольших касательных напряжений | Расчеты |
| Усилие запрессовки | F = π·d·L·p·f(п) | f(п) - коэффициент трения при запрессовке (f(п) = 1,15-1,2·f), требуется для выбора пресса | Расчеты |
| Механическая запрессовка | Сборка под прессом при нормальной температуре с приложением осевого усилия | Коэффициент трения f=0,08-0,10, происходит смятие микронеровностей на 30-60% | Методы сборки |
| Нагрев охватывающей детали | Нагрев втулки до 200-400°C с последующей установкой на вал | Температура не должна превышать температуру структурных изменений материала, коэффициент трения f=0,12-0,14 | Методы сборки |
| Охлаждение охватываемой детали | Охлаждение вала сухим льдом (-79°C) или жидким азотом (-196°C) | Предпочтительный метод для термически обработанных деталей, не вызывает структурных изменений | Методы сборки |
| Комбинированный метод | Одновременный нагрев втулки и охлаждение вала | Применяется при очень больших натягах, обеспечивает максимальный зазор при сборке | Методы сборки |
| Расчет температуры нагрева | Δt = (N(max) + S(сб))/(α·d) | α - коэффициент линейного расширения (11×10⁻⁶ 1/°C для стали), S(сб) - сборочный зазор 10-20 мкм | Методы сборки |
| Расчет температуры охлаждения | Δt = (N(max) + S(сб))/(α·d) | Учитывать нагрев детали при переносе, время выдержки зависит от массы детали | Методы сборки |
| Гидропрессовая сборка | Подача масла под давлением 50-300 МПа в зону контакта при запрессовке | Уменьшает усилие запрессовки в 10-15 раз, применяется для крупногабаритных соединений | Методы сборки |
| H7/p6 легкая прессовая | Натяги 6-28 мкм (для d=30 мм), применяется при сравнительно небольших нагрузках | Посадка зубчатых колес, шкивов, муфт на валы при умеренных нагрузках | Применение |
| H7/r6 средняя прессовая | Натяги 12-37 мкм (для d=30 мм), для средних нагрузок | Зубчатые колеса, маховики, кривошипы при средних и ударных нагрузках | Применение |
| H7/s6 тяжелая прессовая | Натяги 19-48 мкм (для d=30 мм), для тяжелых условий работы | Соединения при больших динамических нагрузках, разбираемые только при капремонте | Применение |
| H7/u7 и H8/u8 прочная | Натяги 28-71 мкм (для d=30 мм), очень большие натяги | Вагонные колеса на оси, прокатные валки, венцы червячных колес, соединения с крепежными деталями | Применение |
| H6/p5, H6/r5 высокоточные | Посадки 5-6 квалитета для ответственных соединений | Двухступенчатые втулки якорей электродвигателей, прецизионные механизмы | Применение |
| Посадка штифтов | Установочные штифты H7/m6, направляющие штифты H8/s7 | Фиксация взаимного положения деталей, кондукторные втулки | Применение |
| Посадка втулок | Втулки в корпусах H7/p6, H7/r6 в зависимости от нагрузки | Подшипники скольжения, направляющие втулки, ремонтные втулки | Применение |
| Циркуляционное нагружение | Вращающееся кольцо воспринимает нагрузку всей окружностью дорожки качения | Требует посадки с натягом для предотвращения проскальзывания и фреттинг-коррозии | Подшипники |
| Местное нагружение | Неподвижное кольцо воспринимает нагрузку ограниченным участком дорожки | Допускается посадка с зазором, медленное проворачивание уменьшает местный износ | Подшипники |
| Интенсивность нагружения | P(r) = (k₁·k₂·k₃·F(r))/B | k₁ - динамические перегрузки, k₂ - ослабление при полом вале, k₃ - влияние осевых сил, B - ширина подшипника | Подшипники |
| Посадки на вал легкие | js6, k6 для P(r) ≤ 0,07 кН/мм при спокойных нагрузках | Вспомогательные механизмы, низкие частоты вращения, точные приборы | Подшипники |
| Посадки на вал средние | m6, n6 для P(r) = 0,07-0,15 кН/мм при нормальных нагрузках | Редукторы, электродвигатели общего назначения, коробки передач автомобилей | Подшипники |
| Посадки на вал тяжелые | p6, r6 для P(r) > 0,15 кН/мм при ударных и вибрационных нагрузках | Молоты, прессы, дробилки, буровое оборудование, тяговые двигатели | Подшипники |
| Посадки в корпус легкие | H7, G7 для местного нагружения наружного кольца | Плавающие опоры, компенсация температурных расширений | Подшипники |
| Посадки в корпус средние | J7, K7 для умеренного циркуляционного нагружения | Стальные и чугунные корпуса при нормальных условиях работы | Подшипники |
| Посадки в корпус тяжелые | M7, N7 для тяжелого циркуляционного нагружения или тонкостенных корпусов | Легкосплавные корпуса, высокие вибрации, ударные нагрузки | Подшипники |
| Система отверстия | Основное отверстие H с нижним отклонением EI=0, поля допусков валов p, r, s, u расположены в плюс | Наиболее экономичная система, обработка отверстия стандартным инструментом | Допуски |
| Система вала | Основной вал h с верхним отклонением es=0, поля допусков отверстий P, R, S, U расположены в минус | Применяется для подшипников качения, при установке нескольких деталей на вал постоянного диаметра | Допуски |
| Шероховатость под подшипники вал | Ra = 0,63 мкм для d до 80 мм класса 0, Ra = 0,32 мкм для класса 6, 5 | Требования ГОСТ 3325-85, влияет на долговечность подшипникового узла | Допуски |
| Шероховатость под подшипники корпус | Ra = 1,25 мкм для d до 80 мм класса 0, Ra = 0,63 мкм для класса 6, 5 | Менее жесткие требования чем к валу из-за меньших удельных нагрузок | Допуски |
| Шероховатость прессовых соединений | Ra = 0,8-3,2 мкм в зависимости от размеров и квалитета точности | Чем выше шероховатость, тем больше поправка u на смятие микронеровностей | Допуски |
| Отклонения формы посадочных поверхностей | Овальность и конусность не более 0,5 допуска диаметра для подшипников класса 0 | Для классов 6, 5 - не более 0,25 допуска диаметра согласно ГОСТ 3325-85 | Допуски |
| Биение торцов заплечиков | Радиальное биение не более 0,5 допуска диаметра для класса 0 | Обеспечивает правильную установку подшипника, влияет на распределение нагрузки | Допуски |
| Размеры фасок | Размер фаски вала на 0,5 мм меньше радиуса галтели подшипника | Предотвращает задевание фаски о галтель кольца подшипника при запрессовке | Допуски |
| Преимущества посадок с натягом | Отсутствие дополнительных крепежных элементов, высокая соосность, передача больших нагрузок | Простота конструкции, компактность узла, надежность при вибрациях | Применение |
| Недостатки посадок с натягом | Сложность сборки и разборки, рассеивание прочности из-за допусков, концентрация напряжений | Требуется специальное оборудование, возможно повреждение поверхностей при распрессовке | Применение |
| Коэффициент трения при запрессовке | f = 0,08-0,10 без смазки, f = 0,06-0,08 со смазкой | Зависит от шероховатости, скорости запрессовки, наличия смазки, покрытий | Расчеты |
| Коэффициент трения при тепловой сборке | f = 0,12-0,14 при нагреве или охлаждении | Выше в 1,3-1,5 раза чем при механической запрессовке из-за взаимного внедрения микронеровностей | Расчеты |
| Сборочные пасты | Специальные смазки с твердыми смазочными веществами для облегчения запрессовки | Уменьшают усилие запрессовки, предотвращают задиры, исключают скачкообразное движение | Методы сборки |
| Конические посадки с натягом | Конусность 1:10, 1:12, 1:30 обеспечивает регулируемый натяг | Применяются для быстросменных инструментов, подшипников на конических шейках валов | Применение |
Посадка с натягом: определение и основные понятия
Посадка с натягом представляет собой разновидность соединения деталей машин, при которой размер охватываемой детали (вала) всегда больше размера охватывающей детали (отверстия) до сборки. Согласно ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010), посадкой с натягом называется посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, то есть наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему.
Понятие натяга в машиностроении
Натяг представляет собой положительную разность между размером вала и размером отверстия до сборки соединения. После запрессовки или тепловой сборки детали принимают общий диаметр за счет упругих и частично пластических деформаций. На контактной поверхности возникает удельное давление, которое создает силы трения, обеспечивающие неподвижность соединения.
Пример: Если диаметр вала составляет 50,030 мм, а диаметр отверстия 50,000 мм, то натяг равен 50,030 - 50,000 = 0,030 мм = 30 мкм. При сборке такого соединения вал сжимается, отверстие расширяется, и детали принимают общий диаметр около 50,015 мм с возникновением контактного давления на поверхности сопряжения.
Графическое изображение посадки с натягом
При графическом изображении посадок с натягом поле допуска отверстия располагается ниже нулевой линии, а поле допуска вала - выше нулевой линии, причем поля не перекрываются. Это обеспечивает гарантированный натяг при любых действительных размерах деталей в пределах установленных допусков.
Важно: Посадки с натягом в системе отверстия образуются сочетанием основного отверстия H с полями допусков валов p, r, s, u, x, z, расположенными выше нулевой линии. В системе вала используется основной вал h с полями допусков отверстий P, R, S, U, X, Z, расположенными ниже нулевой линии.
Основные характеристики посадок с натягом
- Наименьший натяг определяет прочность соединения и способность передавать нагрузки без взаимного смещения деталей
- Наибольший натяг ограничивается прочностью сопрягаемых деталей во избежание пластических деформаций или разрушения
- Допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала и характеризует рассеивание натягов в соединении
- Контактное давление пропорционально натягу и определяется упругими свойствами материалов деталей
- Передача нагрузки осуществляется силами трения на контактной поверхности без дополнительных крепежных элементов
ГОСТы и стандарты на посадки с натягом
Система допусков и посадок в Российской Федерации регламентируется комплексом государственных стандартов ГОСТ 25346-2013, ГОСТ 25347-2013 и рядом других нормативных документов, гармонизированных с международными стандартами ISO 286.
ГОСТ 25346-2013 основные положения системы допусков
ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010), введенный взамен ГОСТ 25346-89 с 1 июля 2015 года, устанавливает основные нормы взаимозаменяемости системы допусков на линейные размеры для гладких элементов деталей. Стандарт определяет 20 квалитетов точности от 01 до 18, ряды основных отклонений, правила образования полей допусков и их обозначения. Посадка с натягом характеризуется расположением поля допуска отверстия полностью ниже поля допуска вала.
Квалитеты для посадок с натягом: В машиностроении для посадок с натягом наиболее часто применяются квалитеты 5, 6, 7 и 8. Квалитет 5 используется для высокоточных ответственных соединений, квалитеты 6 и 7 - для большинства стандартных прессовых соединений, квалитет 8 - для менее ответственных узлов с большими натягами.
ГОСТ 25347-2013 поля допусков и рекомендуемые посадки
ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010), введенный взамен ГОСТ 25347-82 с 1 июля 2015 года, распространяется на гладкие элементы деталей с номинальными размерами до 3150 мм и устанавливает поля допусков для гладких деталей в посадках. Стандарт определяет предпочтительные и допустимые поля допусков, рекомендуемые посадки с натягом и их применение.
Основные рекомендуемые посадки с натягом в системе отверстия согласно ГОСТ 25347-2013:
- H7/p6 - легкая прессовая посадка для небольших нагрузок, применяется в соединениях зубчатых колес и шкивов на валах
- H7/r6 - средняя прессовая посадка для нормальных условий работы без крепежных деталей
- H7/s6 и H7/s7 - тяжелая прессовая посадка при средних и больших нагрузках, ударах и вибрациях
- H7/u7 и H8/u8 - прочная прессовая посадка для очень больших нагрузок в тяжелонагруженных узлах
- H6/p5, H6/r5, H6/s5 - высокоточные посадки с натягом для прецизионных механизмов
ГОСТ 3325-85 посадки подшипников качения
ГОСТ 3325-85 устанавливает поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов под подшипники качения. Стандарт регламентирует посадки подшипников на вал и в корпус в зависимости от вида нагружения, класса точности подшипника, условий работы. Посадки подшипников на вал осуществляют в системе отверстия (основное отверстие подшипника), посадки в корпус - в системе вала.
Важные требования ГОСТ 3325-85: Стандарт устанавливает требования к шероховатости посадочных поверхностей (Ra от 0,32 до 1,25 мкм), отклонениям формы (овальность, конусность не более 0,25-0,5 допуска диаметра), радиальному биению опорных торцов. Соблюдение этих требований критично для обеспечения долговечности подшипниковых узлов.
Расчет посадки с натягом: формулы и методика
Расчет посадок с натягом выполняется для обеспечения прочности соединения при минимальном натяге и прочности деталей при максимальном натяге. Расчет основан на теории толстостенных цилиндров Ляме и учитывает упругие деформации сопрягаемых деталей.
Определение минимального контактного давления
Минимальное контактное давление на поверхности сопряжения определяется из условия обеспечения неподвижности соединения при действии внешних нагрузок. При передаче крутящего момента T формула имеет вид:
p(min) = (2·K·T) / (π·d²·L·f)
где K - коэффициент запаса прочности соединения (обычно 1,5-2,0); T - передаваемый крутящий момент, Н·м; d - номинальный диаметр соединения, м; L - длина сопряжения, м; f - коэффициент трения на контактной поверхности.
При передаче осевой силы F минимальное контактное давление рассчитывается по формуле:
p(min) = (K·F) / (π·d·L·f)
Расчет минимального расчетного натяга по формуле Ляме
Связь между контактным давлением и натягом устанавливается формулой Ляме, полученной из теории расчета толстостенных цилиндров:
N(расч) = p·d·(C₁/E₁ + C₂/E₂)
где E₁, E₂ - модули упругости материалов вала и втулки (для стали E = 2,1×10¹¹ Па, для чугуна E = 1,2×10¹¹ Па); C₁, C₂ - коэффициенты Ляме для вала и втулки.
Коэффициенты Ляме определяются по формулам:
C₁ = (d₁² + d²)/(d₁² - d²) + μ₁ для вала
C₂ = (d₂² + d²)/(d₂² - d²) - μ₂ для втулки
где d₁ - внутренний диаметр вала (для сплошного вала d₁ = 0); d₂ - наружный диаметр втулки; μ₁, μ₂ - коэффициенты Пуассона (для стали μ = 0,3, для чугуна μ = 0,25).
Поправка на смятие микронеровностей
При механической запрессовке микронеровности на контактных поверхностях частично сминаются, что уменьшает действительный натяг. Поправка на смятие микронеровностей рассчитывается по формуле:
u = K₁·Ra₁ + K₂·Ra₂
где Ra₁ и Ra₂ - средние арифметические отклонения профиля микронеровностей вала и отверстия, мкм; K₁ и K₂ - коэффициенты смятия, зависящие от материалов деталей (для стали по стали K = 4,0-6,0; для стали по чугуну K = 3,0-4,0).
При тепловой сборке (нагрев или охлаждение) поправка u не вводится, так как микронеровности не сминаются, а взаимно внедряются друг в друга при остывании, что повышает коэффициент трения.
Минимальный функциональный натяг
Минимальный функциональный натяг с учетом смятия микронеровностей:
N(min.ф) = N(расч) + u для механической запрессовки
N(min.ф) = N(расч) для тепловой сборки
Проверка прочности деталей соединения
При максимальном натяге необходимо проверить прочность сопрягаемых деталей. Максимальное контактное давление определяется аналогично минимальному, но с использованием максимального табличного натяга N(max). Проверка прочности охватывающей детали (втулки) выполняется по эквивалентному напряжению:
σ(экв) = p(max)·(d₂² + d²)/(d₂² - d²) ≤ σ(т)/n
где σ(т) - предел текучести материала втулки; n - коэффициент запаса прочности детали (обычно n = 1,3-1,5).
Пример расчета посадки с натягом
Исходные данные: Требуется подобрать посадку для соединения втулки с валом d = 50 мм, L = 60 мм, передающего крутящий момент T = 200 Н·м. Материал обеих деталей - сталь 45 (E = 2,1×10¹¹ Па, μ = 0,3, σ(т) = 360 МПа). Вал сплошной, наружный диаметр втулки d₂ = 80 мм. Механическая запрессовка, Ra = 1,6 мкм.
Решение:
1. Минимальное контактное давление: p(min) = (2×1,8×200)/(3,14×0,05²×0,06×0,1) = 15,3 МПа
2. Коэффициенты Ляме: C₁ = 1,3; C₂ = 2,78 - 0,3 = 2,48
3. Минимальный расчетный натяг: N(расч) = 15,3×10⁶×0,05×(1,3 + 2,48)/(2,1×10¹¹) = 0,000014 м = 14 мкм
4. Поправка на шероховатость: u = 5×(1,6 + 1,6) = 16 мкм
5. Минимальный функциональный натяг: N(min.ф) = 14 + 16 = 30 мкм
6. Выбираем посадку H7/r6: N(min) = 32 мкм, N(max) = 57 мкм
7. Проверка прочности втулки при N(max): p(max) = 29,5 МПа, σ(экв) = 71,6 МПа < 360/1,5 = 240 МПа - прочность обеспечена
Методы сборки соединений с натягом: запрессовка, нагрев, охлаждение
Сборка соединений с натягом может осуществляться несколькими методами, выбор которых зависит от величины натяга, размеров деталей, материалов, требований к качеству соединения и имеющегося оборудования.
Механическая запрессовка под прессом
Механическая запрессовка является наиболее распространенным методом сборки посадок с натягом при небольших и средних натягах. Сборка производится с помощью гидравлического или винтового пресса, создающего необходимое осевое усилие для преодоления сил трения на контактной поверхности.
Усилие запрессовки рассчитывается по формуле:
F = π·d·L·p·f(п)
где p - контактное давление на поверхности сопряжения; f(п) - коэффициент трения при запрессовке, f(п) = (1,15-1,2)×f. Коэффициент трения при запрессовке выше коэффициента трения в эксплуатации из-за срезания микронеровностей.
Особенности механической запрессовки: При запрессовке происходит частичное смятие микронеровностей на 30-60%, что уменьшает фактический натяг в соединении. Коэффициент трения при механической запрессовке составляет f = 0,08-0,10 для стальных деталей без смазки. Применение сборочных паст с твердыми смазочными веществами снижает усилие запрессовки и улучшает качество соединения.
Сборка с нагревом охватывающей детали
Метод тепловой сборки с нагревом охватывающей детали (втулки, ступицы) применяется при средних и больших натягах. Деталь нагревают до температуры 200-400°C, при этом ее отверстие расширяется, и образуется зазор, достаточный для свободной посадки вала.
Необходимая температура нагрева определяется по формуле:
Δt = (N(max) + S(сб))/(α·d)
где N(max) - максимальный натяг посадки, мкм; S(сб) - сборочный зазор 10-20 мкм для облегчения сборки; α - коэффициент линейного расширения материала (для стали α = 11×10⁻⁶ 1/°C); d - номинальный диаметр соединения, мм.
Преимущества нагрева: Исключается опасность задиров и повреждения посадочных поверхностей, не требуется применения больших усилий, обеспечивается более высокий коэффициент трения в эксплуатации (f = 0,12-0,14) за счет взаимного внедрения микронеровностей. Недостатком является возможность образования окалины, изменения структуры металла и коробления при перегреве выше 400°C.
Сборка с охлаждением охватываемой детали
Охлаждение вала является предпочтительным методом для термически обработанных деталей и деталей из разнородных материалов. Вал охлаждают сухим льдом (твердая углекислота, температура -79°C), жидким воздухом или жидким азотом (температура -196°C). При охлаждении диаметр вала уменьшается, образуется зазор для свободной посадки.
Расчет температуры охлаждения выполняется по той же формуле, что и для нагрева, но с учетом нагрева детали при переносе и установке. Время выдержки в охлаждающей среде зависит от массы и размеров детали: для тонкостенных втулок толщиной 5-10 мм требуется 12-25 минут в сухом льду.
Преимущества охлаждения: Метод не вызывает структурных изменений в закаленных деталях, отсутствует образование окалины и коробление, обеспечивается высокий коэффициент трения. Жидкий азот предпочтительнее жидкого воздуха из-за взрывобезопасности. Метод особенно эффективен при посадке малых деталей в крупные корпусы.
Комбинированный метод сборки
При очень больших натягах и в особо ответственных соединениях применяют комбинированный метод - одновременный нагрев охватывающей детали и охлаждение охватываемой. Это позволяет создать максимальный сборочный зазор и обеспечить высочайшую прочность соединения за счет двойного эффекта упругих деформаций.
Гидропрессовая сборка
Гидропрессовая сборка применяется для крупногабаритных соединений с большими натягами. Метод заключается в подаче масла под высоким давлением 50-300 МПа в зону контакта сопрягаемых поверхностей одновременно с приложением осевого усилия. Масляная пленка разделяет поверхности, уменьшая трение в 10-15 раз. После снятия давления масло выдавливается, и образуется прочное соединение.
Посадка подшипников качения с натягом на вал и в корпус
Посадка подшипников качения является особым случаем применения посадок с натягом и регламентируется ГОСТ 3325-85. Выбор посадки зависит от вида нагружения кольца подшипника, интенсивности нагрузки, класса точности подшипника и условий работы.
Виды нагружения колец подшипников качения
Различают три основных вида нагружения колец подшипников:
- Циркуляционное нагружение - вращающееся кольцо воспринимает радиальную нагрузку всей окружностью дорожки качения. Результирующая нагрузка вращается вместе с кольцом относительно вала или корпуса. Такое кольцо необходимо устанавливать с натягом для предотвращения проскальзывания
- Местное нагружение - неподвижное кольцо воспринимает нагрузку ограниченным участком дорожки качения. Результирующая нагрузка неподвижна относительно кольца. Допускается посадка с зазором, медленное проворачивание распределяет износ равномерно
- Колебательное нагружение - промежуточный случай с колебаниями направления нагрузки в ограниченном секторе. Применяются переходные посадки js, Js
Интенсивность нагружения подшипника
Для циркуляционно нагруженного кольца посадку выбирают в зависимости от интенсивности нагружения P(r), которая рассчитывается по формуле:
P(r) = (k₁·k₂·k₃·F(r))/B
где F(r) - радиальная нагрузка на подшипник, кН; B - посадочная ширина подшипника (ширина кольца), мм; k₁ - коэффициент динамической перегрузки (1,0-2,5 в зависимости от характера нагрузки); k₂ - коэффициент ослабления посадки при полом вале или тонкостенном корпусе (1,0-2,0); k₃ - коэффициент влияния осевых сил (1,0-1,5).
Посадки подшипников на вал в системе отверстия
Внутреннее кольцо подшипника имеет поле допуска, аналогичное основному отверстию, но смещенное в минус. Посадки образуются сочетанием этого поля с полями допусков валов. Рекомендуемые посадки по ГОСТ 3325-85:
- Легкие посадки js6, k6 - для P(r) ≤ 0,07 кН/мм при спокойных нагрузках, малых частотах вращения, вспомогательных механизмах
- Средние посадки m6, n6 - для P(r) = 0,07-0,15 кН/мм, электродвигатели общего назначения, редукторы, коробки передач автомобилей
- Тяжелые посадки p6, r6 - для P(r) > 0,15 кН/мм при ударных и вибрационных нагрузках, молоты, дробилки, буровое оборудование
Посадки подшипников в корпус в системе вала
Наружное кольцо подшипника имеет поле допуска, аналогичное основному валу. Посадки в корпус образуются сочетанием этого поля с полями допусков отверстий корпуса:
- H7, G7 - для местного нагружения наружного кольца, плавающие опоры, компенсация температурных удлинений вала
- J7, K7 - для умеренного циркуляционного нагружения в стальных и чугунных корпусах
- M7, N7 - для тяжелого циркуляционного нагружения, тонкостенных корпусов, корпусов из легких сплавов
Важно для подшипников: Чрезмерный натяг уменьшает внутренний радиальный зазор в подшипнике, что приводит к перегреву, повышенному шуму и снижению долговечности. Для прецизионных подшипников классов 5 и 4 не рекомендуется применять посадки с большими натягами. Монтаж подшипников с натягом осуществляется запрессовкой через монтажную гильзу или нагревом кольца индукционным нагревателем.
Применение посадок с натягом в машиностроении
Посадки с натягом широко применяются в различных отраслях машиностроения для создания неразборных или условно разборных соединений деталей, передающих крутящие моменты, осевые и радиальные силы.
Основные области применения посадок с натягом
- Посадка зубчатых колес на валы - применяются посадки H7/p6, H7/r6, H7/s6 в зависимости от передаваемой мощности и характера нагрузок. При больших динамических нагрузках используют посадку H7/u7 с дополнительным креплением шпонкой или штифтом
- Посадка подшипников качения - внутренние кольца подшипников на вращающихся валах устанавливают с натягом по посадкам k6, m6, n6, p6 в зависимости от интенсивности нагружения
- Посадка муфт и шкивов - для передачи крутящего момента применяют посадки H7/p6, H7/r6, часто в сочетании со шпоночным соединением
- Посадка втулок в корпуса - подшипники скольжения, направляющие и ремонтные втулки устанавливают по посадкам H7/p6, H7/r6
- Посадка штифтов - установочные штифты H7/m6, направляющие штифты H8/s7, кондукторные втулки для точного базирования деталей
- Вагонные колеса на оси - применяется посадка H8/u8 с очень большим натягом для передачи больших нагрузок в условиях ударов и вибраций
- Венцы червячных колес на ступицы - бронзовые венцы устанавливают на чугунные или стальные центры по посадкам H7/u7, H8/u8
- Запрессовка седел клапанов - в головках блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания применяют посадки H7/u7
Преимущества и недостатки посадок с натягом
Основные преимущества:
- Отсутствие дополнительных крепежных элементов (шпонок, штифтов, винтов) упрощает конструкцию и снижает массу узла
- Обеспечивается высокая соосность сопрягаемых деталей, что важно для точных механизмов
- Возможность передачи больших крутящих моментов и осевых сил при компактных размерах соединения
- Надежность при вибрационных и ударных нагрузках, отсутствие люфтов
- Простота изготовления деталей - требуется только точная обработка посадочных поверхностей
Основные недостатки:
- Сложность сборки, требующая специального оборудования (прессы, нагреватели, охладители)
- Трудности при разборке соединения, возможно повреждение посадочных поверхностей при распрессовке
- Рассеивание прочности соединения из-за колебаний действительных размеров в пределах допусков
- Концентрация напряжений в деталях, что может быть критично при знакопеременных нагрузках
- Необходимость точного расчета натягов для обеспечения прочности соединения и деталей
Допуски и предельные отклонения для посадок с натягом
Точность изготовления деталей и выбор квалитетов точности имеют решающее значение для обеспечения требуемых характеристик посадки с натягом. Допуски определяют рассеивание натягов в соединении и влияют на стабильность прочности.
Система отверстия и система вала для посадок с натягом
Посадки с натягом могут образовываться как в системе отверстия, так и в системе вала. В системе отверстия используется основное отверстие H с нижним отклонением EI = 0, а требуемые натяги получаются применением различных полей допусков валов (p, r, s, u, x, z), расположенных выше нулевой линии. В системе вала применяется основной вал h с верхним отклонением es = 0 и поля допусков отверстий P, R, S, U, X, Z, расположенные ниже нулевой линии.
Экономичность систем: Система отверстия является более экономичной, так как отверстия обрабатываются стандартным инструментом (развертки, зенкеры определенных размеров), в то время как валы могут обтачиваться на любой размер. Система вала применяется при установке подшипников качения, у которых поля допусков колец стандартизированы, а также при посадке нескольких деталей с различными посадками на вал постоянного диаметра.
Квалитеты точности для прессовых соединений
Для посадок с натягом рекомендуется применять следующие квалитеты:
- Квалитет 5 - для высокоточных ответственных соединений, прецизионных механизмов, двухступенчатых втулок якорей электродвигателей (посадки H6/p5, H6/r5)
- Квалитет 6 - для большинства прессовых соединений при средних и больших нагрузках (посадки H7/p6, H7/r6, H7/s6)
- Квалитет 7 - для стандартных прессовых соединений с большими натягами (посадка H7/u7)
- Квалитет 8 - для менее ответственных соединений с очень большими натягами (посадка H8/u8, H8/z8)
Допуски отверстия и вала в посадке не должны отличаться более чем на 1-2 квалитета. Больший допуск, как правило, назначают для отверстия, так как его обработка более трудоемка.
Требования к шероховатости посадочных поверхностей
Шероховатость посадочных поверхностей оказывает существенное влияние на прочность соединения. Чем выше шероховатость, тем больше смятие микронеровностей при запрессовке и меньше фактический натяг. Рекомендуемые значения шероховатости:
- Для прессовых соединений общего назначения Ra = 0,8-3,2 мкм в зависимости от размеров и квалитета
- Для посадочных поверхностей валов под подшипники качения класса 0: Ra = 0,63 мкм при d до 80 мм, Ra = 1,25 мкм при d = 80-500 мм
- Для посадочных поверхностей валов под подшипники классов 6, 5: Ra = 0,32 мкм при d до 80 мм, Ra = 0,63 мкм при d = 80-500 мм
- Для отверстий корпусов под подшипники требования к шероховатости на один класс ниже из-за меньших удельных давлений
Отклонения формы и расположения посадочных поверхностей
Согласно ГОСТ 3325-85, для посадочных поверхностей под подшипники качения устанавливаются следующие требования:
- Овальность и конусность валов и отверстий корпусов не должны превышать 0,5 допуска диаметра для подшипников класса 0
- Для подшипников классов 6, 5, 4, 2 отклонения формы не должны превышать 0,25 допуска диаметра
- Радиальное биение посадочной поверхности вала относительно базовой оси не более 0,5 допуска диаметра для класса 0
- Торцовое биение опорных поверхностей заплечиков не более 0,5 допуска диаметра
Важность точности формы: Отклонения формы посадочных поверхностей приводят к неравномерному распределению контактного давления по окружности, что снижает прочность соединения и может вызвать деформацию колец подшипников, нарушение их геометрии и преждевременный выход из строя.
Часто задаваемые вопросы о посадках с натягом
Актуализация стандартов: С 1 июля 2015 года в Российской Федерации введены в действие межгосударственные стандарты ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010) и ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010) взамен ранее действовавших ГОСТ 25346-89 и ГОСТ 25347-82. Новые стандарты гармонизированы с международными стандартами ISO и сохраняют полную преемственность с советскими ГОСТами по основным посадкам и квалитетам точности. Все значения натягов, допусков и посадок (H7/p6, H7/r6, H7/s6 и другие) остались без изменений. Информация в настоящей статье актуализирована в соответствии с действующими стандартами по состоянию на 2025 год.
Заключение
Посадки с натягом являются важнейшим типом неподвижных соединений деталей машин, обеспечивающим передачу больших нагрузок без дополнительных крепежных элементов. Правильный выбор и расчет посадки с натягом требует комплексного подхода с учетом действующих нагрузок, материалов деталей, методов сборки и условий эксплуатации. Система допусков на линейные размеры, регламентированная ГОСТами 25346-2013 и 25347-2013, предоставляет широкий выбор стандартных посадок от легких прессовых H7/p6 до тяжелых H8/u8 для различных применений. Особое внимание требуется при выборе посадок подшипников качения согласно ГОСТ 3325-85 с учетом вида нагружения колец. Современные методы сборки - механическая запрессовка, тепловая сборка с нагревом или охлаждением, гидропрессовая технология - позволяют реализовать соединения с любыми требуемыми натягами при сохранении качества посадочных поверхностей и обеспечении высокой прочности узлов машин.
Отказ от ответственности: Данная статья носит образовательный и справочный характер. Все формулы, расчеты и рекомендации приведены на основе действующих государственных стандартов ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010), ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010), ГОСТ 3325-85 и технической литературы по деталям машин. При проектировании реальных конструкций необходимо руководствоваться полными текстами стандартов, справочниками конструктора-машиностроителя и выполнять детальные прочностные расчеты с учетом всех факторов. Авторы не несут ответственности за возможные последствия практического применения приведенных данных без соответствующих расчетов и проверок квалифицированными специалистами. Для ответственных узлов рекомендуется экспериментальная проверка прочности соединения.
Источники информации:
- ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010) «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Основные положения, допуски, отклонения и посадки»
- ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010) «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Ряды допусков, предельные отклонения отверстий и валов»
- ГОСТ 3325-85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки»
- Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя». Том 1. 8-е издание. - М.: Машиностроение, 2001
- Дунаев П.Ф., Леликов О.П. «Детали машин. Курсовое проектирование». Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 2004
- Радкевич Я.М. «Метрология, стандартизация и сертификация». Учебник для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2006
- Иванов М.Н., Финогенов В.А. «Детали машин». Учебник для машиностроительных специальностей вузов. 12-е издание. - М.: Высшая школа, 2008
- Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. «Несущая способность и расчет деталей машин на прочность». - М.: Машиностроение, 1975
