Расчёт и выбор посадок

Обозначение полей допусков, предельных отклонений и посадок на чертежах

Предельные отклонения линейных размеров указывают на чертежах в соответствии с ЕСКД, в частности входящим в неё ГОСТ 2. 307 – 68, условными (буквенными) обозначениями полей допусков или числовыми значениями предельных отклонений, а также буквенными обозначениями полей допусков с одновременным указанием справа в скобках числовых значений предельных отклонений (рис. … а и б).

а б в г

Рисунок … . Примеры обозначения полей допусков и посадок на чертежах

Посадки и предельные отклонения размеров деталей, изображённых на чертежах в собранном виде, указываются дробью: в числителе – буквенное обозначение или числовые значения предельных отклонений отверстия либо буквенное обозначение с указанием справа в скобках числовых значений, в знаменателе – аналогичное обозначение поля допуска вала (рис. …,в).

Иногда для обозначения посадки указывают предельные отклонения только одной из сопрягаемых деталей (рис. г).

В условных обозначениях полей допусков обязательно указывать числовые значения предельных отклонений в следующих случаях: для размеров, не включённых в ряды нормальных линейных размеров, при назначении предельных отклонений, условные обозначения которых не предусмотрены ГОСТ 25347 – 82.

Для поверхности, состоящей из участков с одинаковым номинальным размером, но разными предельными отклонениями, наносят границу между этими участками тонкой сплошной линией и номинальный размер с соответствующими предельными отклонениями указывают для каждого участка отдельно.

Выбор различных посадок для подвижных и неподвижных соединений можно проводить на основании предварительных расчётов, экспериментальных исследований или используя уже имеющиеся аналогичные соединения, условия работы которых хорошо опробированы при эксплуатации изделий.

В конструкциях изделий, в производстве которых задействована технология художественной обработки материалов наиболее часто используются переходные посадки и посадки с натягом.

Переходные посадки H/j, H/k, H/m, H/n используют в неподвижных, разъёмных соединениях для центрирования смежных деталей или деталей, которые могут передвигаться вдоль вала. Эти посадки характеризуются малыми зазорами и натягами, что, как правило позволяет собирать детали при небольших усилиях (вручную или с помощью молотка). Для гарантии неподвижности одной детали относительно другой соединения дополнительно крепят шпонками, стопорными винтами и другими крепёжными средствами.

Переходные посадки предусмотрены только в квалитетах 4 – 8. Точность вала в этих посадках должна быть на один квалитет выше точности отверстия.

Посадки с натягом. Посадки с натягом предназначены в основном для получения неподвижных, неразъёмных соединений без дополнительного крепления деталей. Иногда для повышения надёжности соединения дополнительно используют шпонки, штифты и другие средства крепления. Относительная неподвижность деталей обеспечивается силами сцепления (трения), возникающими на контактирующих поверхностях вследствие их деформации, создаваемой натягом при сборке соединения.

Рассмотрим общий случай расчёта посадок с натягом, когда соединение состоит из полого вала и втулки (рис. …).

Рисунок … . Эскиз к расчёту посадки с натягом

Разность между диаметром вала и внутренним диаметром втулки до сборки определяет натяг N. При запрессовке деталей происходит растяжение втулки на величину ND и одновременно сжатие вала на величину Nd, причём N = ND + Nd. Из задачи определения напряжений и перемещений в толстостенных полых цилиндрах (задачи Ламе) известны зависимости

ND = PC1/E1 Nd = PC2/E2.

Сложив почленно эти равенства и выполнив простые преобразования, получаем

N = Pd[(C1/E1) + (C2/E2)],

где N – расчётный натяг;

Р – давление на поверхности контакта вала и втулки, возникающее под влиянием натяга;

d - номинальный диаметр сопрягаемых поверхностей;

Еd и Е – модули упругости материалов соответственно охватываемой (вала) и охватывающей (отверстия) деталей, Па;

Сd и С – коэффициенты Ламе, определяемые по формулам:

С = С =

где d1 – диаметр отверстия полого вала, м;

d2 - наружный диаметр охватывающей детали, м;

- коэффициенты Пуассона соответственно для охватываемой (вала) и охватывающей (отверстия) деталей. Для сплошного вала (d1= 0) С = 1 - ; для массивного корпуса (d2 – oo) С = 1 +

Расчёт посадок с натягом происходит в следующем порядке.

По значениям внешних нагрузок – осевой силы, крутящего момента (Fa , Тk ) и размерам соединения(d, l) определяется требуемое минимальное давление (Па) на контактных поверхностях соединения:

- при действии Тk: [Pmin] = 2Tk/

- при действии Fa: [Pmin] = Fa/

- при действии Tk и Fa: [Pmin] =

где – Fa продольная осевая сила, стремящаяся сдвинуть одну деталь относительно другой, Н;

Тк – крутящий момент, стремящийся повернуть одну деталь относительно другой, Н м;

l - длина контакта сопрягаемых поверхностей, м;

f - коэффициент трения при установившемся процессе распрессовки или проворачивания (табл. )

Таблица …… . Коэффициенты трения для материалов

По полученным значениям Р определяется необходимое значение наименьшего расчётного натяга Nmin (м), который должен обеспечить передачу крутящего момента и осевой силы:

Nmin = Pmin d

Определяется величина минимально допустимого натяга с учётом поправок к Nmin, то есть

Nmin = Nmin +

где – поправка, учитывающая пластическую деформацию неровностей контактных поверхностей деталей при образовании соединения:

где – поправка, учитывающая различие рабочей температуры деталей (t t ) и температуры сборки ( t ), различие коэффициентов линейного расширения материалов соединяемых деталей ( ),

– поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил (существенна для крупных быстровращающихся деталей); для сплошного вала и одинаковых материалов соединяемых деталей

Здесь V – окружная скорость на наружной поверхности втулки, м/с; - плотность материала. Поправка для стальных деталей диаметром до 500 мм, вращающихся со скоростью до 30 м/с; - поправка, компенсирующая уменьшение натяга при повторных запрессовках, определяется опытным путём.

Определяется максимальное допустимое удельное давление Р , при котором отсутствует пластическая деформация на контактных поверхностях деталей. В качестве Р берётся наименьшее из двух значений

Р = 58

где – предел текучести материалов охватываемой (вала) и охватывающей (отверстия) деталей.

Устанавливается наибольший расчётный натяг (м)

Nmax = [Pmax]d(Cd/Ed + C/E).

Определяется величина максимального допустимого натяга, при котором не произойдёт разрушения деталей, с учётом поправок к Nmax:

[Nmax] = Nmax

где – коэффициент увеличения удельного давления у торцов охватывающей детали, принимается по графику (рис. );

- температурная поправка, учитываемая, если при рабочей температуре натяг увеличивается.

0,2 0,4 0,6 0,8

Рисунок ….. . Коэффициенты увеличения удельного давления у торцов охватывающей детали

Выбирается посадка из таблиц ЕСПД с соблюдением следующих условий: максимальный натяг Nmax в подобранной посадке должен быть не больше [Nmax] , то есть Nmax < [Nmax] ; минимальный натяг Nmin в подобранной посадке должен быть больше [Nmin] , то есть Nmin > [Nmin].

Рассчитывается необходимое усилие при запрессовке собираемых деталей по формуле

Fn = fn Pmax d l

Где fn – коэффициент трения при запрессовке; fn = (1,15 – 1,2)f

Р – удельное давление при максимальном натяге (Nmax),

Р =

Рекомендации по применению некоторых посадок с натягом. Посадки Н/р, Р/ - «легкопрессовые» - характеризуются минимальным гарантированным натягом. Установлены в наиболее точных квалитетах (валы 4 – 6 го, отверстия 5 – 7 го квалитетов). Применяются в таких случаях, когда крутящие моменты или осевые силы малы или случайное относительное смещение деталей несущественно для их функционирования; для соединения тонкостенных деталей, не допускающих больших пластических деформаций; для центрирования тяжелонагруженных или быстровращающихся крупногабаритных деталей (с дополнительным креплением).

Посадки Н/, Н/, Н/ и – «прессовые средние» - характеризуются умеренными гарантированными натягами в пределах (0,0002 – 0,0006)НС, обеспечивающими передачу нагрузок средней величины без дополнительного крепления. Установлены для относительно высоких точностей деталей (5 – 7 го, отверстия 6 – 7го квалитетов). Сборка соединений возможна как под прессом, так и способом термической деформации.

Посадки Н/, Н/, Н/ и – «прессовые тяжёлые» - характеризуются большими гарантированными натягами в пределах (0,001 – 0,002)НС. Предназначены для соединений, на которые воздействуют тяжёлые, в том числе и динамические нагрузки. Применяются, как правило, без дополнительного крепления соединяемых деталей. Сборка соединений осуществляется способом термической деформации. Для посадок с большими натягами предусмотрены относительно широкие допуски деталей (7 – 9 го квалитетов).