Разработка и оформление конструкторской документации. Расчет зависимых допусков размеров, определяющих расположение осей отверстий Зависимые и независимые допуски расположения поверхностей

Зависимый допуск – допуск расположения поверхностей, числовое значение которого может изменяться в зависимости от действительных размеров рассматриваемого и/или базового элементов. В обозначение зависимого допуска входят условный знак допуска расположения, указание на радиусное или диаметральное представление допуска, значение постоянной части допуска, указание на то, что допуск зависимый (буква М в кружочке). Если буква М в кружочке стоит после значения допуска, допуск зависит от действительных размеров рассматриваемого элемента. Если буква М в кружочке стоит после обозначения базы, допуск зависит от действительных размеров базового элемента. Если буква М в кружочке стоит после значения допуска и такое же обозначение стоит после обозначения базы, допуск зависит от действительных размеров рассматриваемого и базового элементов.

Назначение зависимого допуска означает, что нормируемое отклонение может выходить за пределы поля допуска, ограниченного постоянной частью допуска, если такое отклонение будет компенсировано отличием действительных размеров рассматриваемого и/или базового элементов от предела максимума материала (например, увеличением диаметра отверстия или уменьшением диаметра вала). На рис. 3.20 показано как задаются зависимые позиционные допуски осей двух отверстий платы относительно базовой плоскости А. Допуски зависимые, зависящие от действительных размеров рассматриваемых элементов, постоянная часть допуска задана в радиусном выражении и равна 10 мкм. Однако оси отверстий годной детали могут сместиться от номинального положения более чем на 10 мкм, если такое смещение будет компенсировано увеличением отверстия вплоть до его наибольшего предельного размера.

Заключение о годности в этом случае дают с учетом действительного размера отверстия, поскольку смещение его оси от номинального расположения не может быть больше приращения действительного размера по сравнению с наименьшим предельным размером.

Рис. 3.20. Нормирование зависимых позиционных допусков

Иллюстрация, показывающая возможность сборки сопрягаемых деталей при смещении оси левого отверстия платы от номинального расположения, представлена на рис. 3.21. Оси отверстия и штифта могут быть смещены на половину приращения диаметра отверстия без ущерба для сборки.

Из примера понятно, что зависимые допуски предназначены для увеличения выхода годных деталей за счет повышения собираемости деталей, действительные размеры которых смещаются в сторону минимума материала детали.

Ясно также, что для заключения о годности в данном случае необходимо выполнить измерения расположения осей отверстий и их диаметров, а затем рассчитать значение компенсируемого смещения осей и только после этого можно дать корректное заключение о годности.

В крупносерийном и массовом производстве комплексный контроль рабочим проходным калибром дает однозначный ответ на вопрос о собираемости деталей. Для заключения о годности дополнительно потребуется также контроль размеров отверстий непроходными калибрами.

Рис. 3.21. Компенсация смещения оси отверстия увеличением

действительного размера отверстия

«Выступающее поле допуска» нормируют для элемента ограниченной протяженности, назначая его на продолжение прилегающего элемента, который не является элементом детали, но имеет важное значение для работы конструкции в сборе. Например, отверстие в плите штатива (рис. 3.22) должно быть перпендикулярно его основанию, а поскольку в него запрессовывают колонку, допуск перпендикулярности желательно назначить на рабочей длине колонки штатива.

Рис. 3.22. Нормирование выступающего допуска перпендикулярности

Допуски расположения или формы, устанавливаемые для валов или отверстий, могут быть зависимыми и независимыми.

Зависимым называется допуск формы или расположения, минимальное значение которого указывается в чертежах или технических требованиях и которое допускается превышать на величину, соответствующую отклонению действительного размера детали от проходного предела (наибольшего предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия):

Т зав = Т min +T доп,

где Т min - минимальная часть допуска, связанная при расчете с допустимым зазором. ; Т доп - дополнительная часть допуска, зависящая от действительных размеров рассматриваемых поверхностей.

Зависимые допуски расположения устанавливаются для деталей, которые сопрягаются с контрдеталями одновременно по двум и более поверхностям и для которых требования взаимозаменяемости сводятся к обеспечению собираемости, т. е. возможности соединения деталей по всем сопрягаемым поверхностям. Зависимые допуски связаны с зазорами между сопрягаемыми поверхностями, и предельные отклонения их должны быть в соответствии с наименьшим предельным размером охватывающей поверхности (отверстий) и наибольшим предельным размером охватываемой поверхности (валов). Зависимые допуски обычно контролируют комплексными калибрами, являющимися прототипами сопрягаемых деталей. Эти калибры всегда проходные, что гарантирует беспригоночную сборку изделий.

Пример. На рис. 2.22 показана деталь с отверстиями разных размеров Æ20 +0,1 и Æ30 +0,2 с допуском на соосность Т min = 0,1 мм. Дополнительная часть допуска определится по выражению Т доп = D1 дейст – D1 min + D2 дейст – D2 min .

При наибольших значениях действительных размеров отверстий Т доп max = 30,2 –30 + 20,1 –20 = 0,3. При этом Т зав max = 0,1 + 0,3 = 0,4.

Рис. 2.22. Зависимый допуск соосности отверстий

Независимым называют допуск расположения (формы), числовое значение которого постоянно для всей совокупности деталей, изготовляемых по данному чертежу, и не зависит от поверхностей. Например, когда необходимо выдержать соосность посадочных гнезд под подшипники качения, ограничить колебание межосевых расстояний в корпусах редукторов и т. п., следует контролировать собственно расположение осей поверхностей.

Числовые значения допусков формы и расположения поверхностей .

Согласно ГОСТ 24643 - 81 для каждого вида допуска формы и расположения поверхностей установлено 16 степе­ней точности. Числовые значения допусков от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6. В зависимости от соотношения между допуском размера и допусками формы или расположения устанавливают следующие уровни относительной геометрической точности: А – нормальная относительная геометрическая точность (допуски формы или расположения составляют примерно 60 % допуска размера); В – повышенная относительная геометрическая точность (допуски формы или расположения составляют примерно 40 %. допуска размера); С – высокая относительная геометрическая точность (допуски формы или расположения составляют примерно 25 % допуска размера).

Допуски формы цилиндрических поверхностей, соответствующие уровням А, В и С, составляют примерно 30, 20 и 12 % допуска размера, так как допуск формы ограничивает отклонение радиуса, а допуск размера - отклонение диаметра поверхности. Допуски формы и расположения можно ограничивать полем допуска размера. Эти допуски указывают только тогда, когда по функциональным или технологическим причинам они должны быть меньше допусков размера или неуказанных допусков по ГОСТ 25670 - 83.

Независимым допуском расположения осей отверстий называется допуск, числовое значение которого постоянно для большого количества одноименных деталей (например, партии деталей) и не зависит от действительного размера (диаметра) отверстия или (а может быть ”и“) от размера базы. Если на чертеже нет никаких указаний, то допуск считается независимым.

Смысл приведенного понятия сводится к тому, что при независимом допуске при измерении необходимо определить погрешность расположения таким образом, чтобы значение размера (диаметра) отверстия не влияло на значение отклонения расположения.

На ранее приведенных рисунках допуски расположения являются независимыми, т.е. межцентровые расстояния должны быть выдержаны в пределах допусков, заданных позиционными отклонениями, либо – предельными отклонениями и не зависят, от того, каковы действительные диаметры отверстий (но, безусловно, отверстия, в свою очередь, должны быть изготовлены в пределах своих допустимых размеров).

Зависимый допуск расположения – допуск, указываемый на чертеже или в других технических документах в виде минимального значения, которое допускается превышать на значение, зависящее от отклонения действительного размера рассматриваемого элемента (отверстия) или (и) базы от предела максимума материала, т.е. для отверстия от наименьшего предельного размера отверстия.

Зависимый допуск расположения выделяется символом М,

стоящим рядом с допуском расположения или (и) с базой.

Полное значение зависимого допуска расположения определяется по формуле:

,

где – минимальное значение допуска, указываемое в чертеже (постоянная для всех деталей часть зависимого допуска);

– дополнительное значение допуска, зависящее от действительных размеров отверстий.

Если отверстие будет изготовлено с максимальным размером (диаметром), то будет максимальным и определится, как

, ,

где – допуск отверстия.

Интерпретируя вышеуказанное, можно утверждать, что минимальный гарантированный зазор для прохождения крепежной детали, может быть увеличен (что происходит при отклонениях действительных размеров сопрягаемых элементов от проходных пределов), при этом становится допустимым и соответственно увеличенное отклонение расположения, разрешаемое зависимым допуском.

Вышесказанное поясним на конкретных примерах.

На рис. 7, а позиционный допуск расположения независимый (на чертеже нет никаких указаний). Это означает, что центр отверстия ø10Н12 должен находиться в пределах круга диаметром 0,1мм и не входить за пределы, несмотря на то, каков действительный диаметр отверстия.

На рис. 7, б позиционный допуск зависимый (на это указывает символ М рядом с допуском расположения). Это означает, что минимальное значение допуска расположения равно 0,1 мм (при диаметре отверстия ).

При увеличении диаметра отверстия допуск расположения можно увеличивать (за счет образующегося зазора в соединении). Максимальное значение допуска расположения может быть, когда отверстие будет изготовлено на верхнем предельном размере, т.е. когда = 10,15 мм. В итоге

,

и тогда , т.е. центр отверстия ø 10Н12 может находиться в круге диаметром 0,25 мм.

5.Числовые значения допусков

расположения отверстий

Для соединения (рис. 1, а, тип А) в обеих соединяемых пластинах 1 и 2 предусмотрены сквозные отверстия под проход крепежа. Для соединения типа Б – сквозные отверстия только в 1-й пластине. Диаметральный зазор между крепежом и отверстием в пластине должен гарантировать свободное прохождение болта (заклепки) в отверстие, чтобы обеспечить собираемость. Гарантия может быть достигнута, когда действительный размер отверстия будет получен близким к минимальному предельному размеру отверстия , а вал (болт, заклепки) – к максимальному предельному размеру (обычно , где d – номинальный размер болта). Разница между размерами и – это минимальный зазор, являющийся гарантированным, так как при большем зазоре, чем собираемость тем более будет обеспечена. Минимальный диаметральный зазор и берется в качестве позиционного допуска расположения отверстий, причем:

– для соединений типа А: ;

– для соединений типа Б: (зазор только в одной пластине).

Здесь Т – основной позиционный допуск в диаметральном выражении (удвоенное предельное смещение от номинального расположения по ГОСТ 14140-81).

Для стандартных крепежных деталей существуют разработанные таблицы с диаметрами сквозных отверстий под них и соответствующие им наименьшие (гарантированные) зазоры (ГОСТ 11284-75). Одна из таких таблиц приведена в приложении 1.

2. При постановке размеров, “лесенкой” с привязкой к сборочной базе:

Для соединений типа А – ;

Для соединений типа Б – .

В приложении 2 “Перерасчет позиционных допусков на предельные отклонения размеров, координирующих оси отверстий. Система прямоугольных координат” по ГОСТ 14140-81 приведены числовые значения предельных отклонений в зависимости от заданного позиционного допуска для некоторых схем простановки размеров.

В приложении 3 приведены примеры перевода позиционных допусков в предельные отклонения для некоторых схем простановки размеров с обозначениями допусков на чертежах.

Стандартами установлены два вида допусков расположения: зависимые и независимые.

Зависимый допуск имеет переменное значение и зависит от действительных размеров базового и рассматриваемого элементов. Зависимый допуск более технологичный.

Зависимыми могут быть следующие допуски расположения поверхностей: позиционные допуски, допуски соосности, симметричности, перпендикулярности, пересечение осей.

Зависимыми могут быть допуски формы: допуск прямолинейности оси и допуск плоскостности для плоскости симметрии.

Зависимые допуски должны быть обозначены символом или оговорены текстом в технических требованиях.

Независимый допуск имеет постоянное числовое значение для всех деталей и не зависит от их действительных размеров.

Допуск параллельности и наклона может быть только независимый.

При отсутствии на чертеже специальных обозначений допуски понимаются как независимые. Для независимых допусков может использоваться символ хотя его указание необязательно.

Независимые допуски используются для ответственных соединений, когда их величина определяется функциональным назначением детали.

Независимые допуски также используются в мелкосерийном и единичном производстве, а их контроль производится универсальными измерительными средствами (см. таблицу 3.13).

Зависимые допуски устанавливаются для деталей, сопрягаемых одновременно по двум или более поверхностям, для которых взаимозаменяемость сводится к обеспечению собираемости по всем сопрягаемым поверхностям (соединение фланцев с помощью болтов).

Используются зависимые допуски в соединениях с гарантированным зазором в крупносерийном и массовом производстве, контроль их производится калибрами расположения. На чертеже указывается минимальное значение допуска (Тр min),которое соответствует проходному пределу (наименьший предельный размер отверстия или наибольший предельный размер вала). Фактическая величина зависимого допуска расположения определяется действительными размерами соединяемых деталей, т. е. в разных сборках она может быть разная. При соединениях по скользящей посадке Tp min = 0. Полное значение зависимого допуска определяется прибавлением к Тр min дополнительной величины Т доп, зависящей от действительных размеров данной детали (ГОСТ Р 50056):

Tp зав = Тр min + Т доп.

Примеры расчета величины расширения допуска для типовых случаев даны в таблице 3.14. В этой таблице также даны формулы для пересчета допусков расположения на позиционные допуски при проектировании калибров расположения (ГОСТ 16085).

Расположение осей отверстий под крепежные детали (болты, винты, шпильки, заклепки) может быть задано двумя способами:

Координатным, когда заданы предельные отклонения ± δL координирующих размеров;

Позиционным, когда заданы позиционные допуски в диаметральном выражении – Тр.

Таблица 3.13 – Условия выбора зависимого допуска расположения

Пересчет допусков из одного способа в другой производится по формулам таблицы 3.15 для системы прямоугольных и полярных координат.

Координатный способ используется в единичном, мелкосерийном производстве, для неуказанных допусков расположения, а также в случаях, если требуется пригонка деталей, если заданы разные величины допусков по координатным направлениям, если число элементов в одной группе менее трех.

Позиционный способ более технологичный и используется в крупносерийном и массовом производстве. Позиционные допуски наиболее часто используются для задания расположения осей отверстий под крепежные детали. При этом координирующие размеры указываются только номинальными значениями в квадратных рамках , так как на эти размеры не распространяется понятие «общий допуск».

Числовые значения позиционных допусков не имеют степеней точности и определяются из базового ряда числовых значений по ГОСТ 24643. Базовый ряд состоит из следующих чисел: 0,1; 0,12; 0,16; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8 мкм, эти значения могут быть увеличены в 10 ÷ 10 5 раз.

Числовое значение позиционного допуска зависит от типа соединения А (болтами, два сквозных отверстия во фланцах) или В (соединение шпильками, т. е. зазор в одной детали). По известному диаметру крепежной детали определяется по таблице 3.16 ряд отверстий, их диаметр (D ) и минимальный зазор (S min).

Таблица 3.14 – Перерасчет допусков расположения поверхностей на позиционные допуски

На чертеже детали указывают величину позиционного допуска (см. таблицу 3.7), решив вопрос о его зависимости. Для сквозных отверстий допуск назначается зависимый, а для резьбовых – независимый, поэтому он расширяется.

Для соединения типа (А) Т поз = S p , для соединений типа (В ) для сквозных отверстий Т поз = 0,4 S p , а для резьбовых Т поз =(0,5÷0,6) S p (рисунок 3.4).

1, 2 – соединяемые детали

Рисунок 3.4 – Виды соединения деталей при помощи крепежных изделий:

а – тип А, болтами; б – тип В, шпильками, штифтами

Расчетный зазор S р, необходимый для компенсации погрешности расположения отверстий, определяется по формуле:

S p = S min ,

где коэффициент К использования зазора для компенсации отклонения расположения осей отверстий и болтов. Он может принимать следующие значения:

К = 1 – в соединениях без регулировки в нормальных условиях сборки;

К = 0,8 – в соединениях с регулировкой, а также в соединениях без регулировки, но с утопленными и потайными головками винтов;

К = 0,6 – в соединениях с регулировкой расположения деталей при сборке;

К = 0 – для базового элемента, выполненного по скользящей посадке (H /h ), когда номинальный позиционный допуск этого элемента равен нулю.

Если позиционный допуск оговаривается на определенном расстоянииотповерхности детали, то он задается как выступающий допуск и обозначается символом (Р ). Например: центр сверла, торец шпильки, ввернутой в корпус.

Таблица 3.15 – Пересчет предельных отклонений размеров, координирующих оси отверстий на позиционные допуски по ГОСТ 14140

Таблица 3.16 – Диаметры сквозных отверстий под крепежные детали и соответствующие им гарантированные зазоры по ГОСТ 11284, мм

Ряды зависимых допусков расположения осей отверстий для крепежных деталей устанавливаются ГОСТ 14140-81. Стандарт устанавливает ряд чисел (в соответствии с рядом RalO), из которого выбирают пре­дельные величины смещения Δ осей отверстий от номинального положе­ния, а затем согласно формуле Т=2Д, пересчитывают их в позиционный допуск оси в диаметральном выражении Т, как указано в верхнем ряду чисел в табл.36. В этой таблице приведены величины, соответствующие рядам зависимых допусков расположения осей, предельные отклонения для шести типовых случаев расположения осей отверстий в системе пря­моугольных координат. Данная таблица составлена на основании данных ОСТ 14140-81 для применяемой обычно системы прямоугольных коорди­нат и для часто встречающихся в примерах и задачах значений Т - пози­ционных допусков осей отверстий.

Таблица 36

Предельные отклонения размеров, координирующих оси отверстий. Система прямоугольных координат (по ГОСТ 14140-81)

Продолжение табл.36

Примечание: Если вместо отклонения размера между осями двух любых отверстий нормируются или контролируются отклонения размеров от каждого отверстия до одного базового отверстия или базовой плоскости (т.е. размеров L 1 ; L 2 и т. д.), то величина предельного отклонения должна быть уменьшена вдвое.

Рассмотрим примеры использования этой таблицы.

Пример. Две детали скрепляются пятью болтами, расположенными в один ряд. Номинальные размеры межосевых расстояний равны 50 мм. Наименьшие размеры диаметров отверстий под болты равны 20,5 мм. Наибольшие наружные диаметры болтов равны 20 мм. Рассмотрим три варианта (а, б, в) простановки размеров на чертеже, приведен­ных на рис.74.

Решение:

а) дано соединение типа А, в котором болты проходят с зазором через отверстия в первой и второй соединяемых деталях. Позиционное отклонение для соединения типа А равно Δ=0,5·S min . Если для компенсации смещения используется весь наименьший зазор, в рассматриваемом примере:

S min =20,5-20=0,5 (мм).

Позиционный допуск осей отверстий данного соединения можно определить по формуле:

T=k·S min

при k=1 для соединения, не требующего регулировки Т=1·0,5=0,5 (мм).

По табл.36 находим, что Е=0,5 мм - величина, входящая в стандартный ряд, и поэтому не требует округления.

Способ простановки позиционного допуска осей на чертеже показан на рис.74, а. В рамках указаны только номинальные размеры межосевых расстояний. Допуск расположения, указанный условным знаком, его величина и символ (буква М), обозначающий, что он зависимый, вписаны в рамку допуска, разделенную на три части;

б) при нормировании допуска межосевых расстояний, согласно рисунку, на котором расположение отверстий аналогично рассматривае­мому примеру, находим, что предельное отклонение размера между ося­ми двух любых отверстий равно +0,35 мм, а предельное отклонение осей отверстий от общей плоскости ±0,18 мм.

Рис.74. Схемы простановки межосевых размеров

При указанной простановке межосевых размеров, как показано на рис.74, б, их можно рассматривать как звенья размерной цепи, в которой замыкающим размером является размер 200 мм с предельными отклонениями ±0,35 мм и допуском, равным Т=0,70 мм. Таким образом, нахождение допусков (предельных отклонений) четырех межосевых расстояний сводится к решению прямой задачи пятизвенной размерной цепи, в которой известны номинальные размеры звеньев и допуск замыкающего звена. Задача решается методом равных допусков, поскольку все составляющие звенья равны 50 мм.

Допуск каждого из межосевых размеров (звена размерной цепи) равен 0,70/4=0,175 мм, а допустимые отклонения приближенно равны ±0,09 мм.

Соответствующая простановка размеров (цепочкой) показана на рис.74, б. Размер 200 мм отмечен знаком - звездочкой (*), так как его погрешность зависит от действительных погрешностей межосевых расстояний 50 мм;

в) в том случае, когда отклонения на размеры, координирующие центры отверстий, требуется назначать относительно базы (в данном примере базой может быть ось первого отверстия или торец детали), расчет следует вести, исходя из того, что межосевые расстояния являются замыкающими размерами в трехзвенных размерных цепях. Например, в цепи, состоящей из размеров 50, 100 и 50 мм, или в цепи, состоящей из размеров 100, 150, 50 мм, и т.д.

Величины допустимых отклонений расстояния между центрами каждой пары отверстий взяты из табл. 36 и равны ±0,35 мм. Поскольку их допуски замыкающих межосевых расстояний равны 0,70 мм, а допуски размеров 50, 100, 150, 200 мм равны 0,70/2=0,35 мм, то есть допустимые отклонения этих размеров равны ±0,18 мм.

Соответствующая простановка межосевых размеров на чертеже (простановка лесенкой) показана на рис.74, в.

Анализируя точность простановки межосевых размеров на рис.74, можно убедиться, что при простановке размеров от одной базы допуски на размеры, координирующие центры отверстий, могут быть вдвое больше, чем при простановке последовательных межосевых размеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленном материале рассмотрено несколько важных во­просов взаимозаменяемости, которые являются основополагающими при изучении дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация»:

Система ЕСДП для гладких цилиндрических сопряжении, являющаяся единой для всех отраслей машиностроения;

Нормирование точности типовых соединений;

Размерный анализ;

Расчет гладких предельных калибров,

Эти вопросы являются неотъемлемой частью практической деятельности конструкторов и технологов.

Изданный материал является учебным пособием и его ни в коем случае нельзя рассматривать как учебник, содержащий исчерпывающие сведения по вышеприведенным разделам взаимозаменяемости. Об этом свидетельствует и особенность изложения материала - в форме вопросов и ответов, понятий и определений. Небольшие выдержки из таблиц стандартов объясняют специфику их построения. Многие иллюстрации по ходу глав и конкретные числовые примеры позволяют студентам проверить свое умение пользоваться справочными таблицами.

Важным моментом, связанным с изданием этого пособия, является отсутствие в библиотеках университета достаточного количества справочников и нормативных документов, необходимых студентам конструкторского и технологического факультетов при выполнении курсовой работы, предусмотренной учебными планами поданной дисциплине, а

также курсовых и дипломных проектов.

В учебном пособии методика расчетов, связанных с размерным анализом, предусматривает их выполнение «вручную», так как выполнение этой работы на ЭВМ требует специального обучения. В пособие не включены вопросы, связанные со взаимозаменяемостью угловых и конических соединений, зубчатых колес и передач. В связи с особенностями этих соединений их взаимозаменяемость, допуски и посадки должны рас сматриваться с методами и средствами их измерений и контроля, а это возможно при издании нового пособия.

Сергей Петрович Шатило

Николай Николаевич Прохоров

Владислав Валикович Чорный

Сергей Витальевич Кучеров

Галина Федоровна Бабюк