Стандарты типовых соединений, деталей машин

Стандарты типовых соединений определяют взаимозаменяемость, методы и средства контроля гладких цилиндрических, шпоночных, шлицевых и резьбовых деталей, включают в себя подшипники качения и зубчатые колеса. В настоящее время существуют отечественные, международные и региональные системы стандартов на типовые соединения.

Каждый из стандартов системы может быть охарактеризован следующими признаками: видом зависимости допуска от размера, единицей допуска, классом точности, диапазоном размеров, охватываемых стандартом, и интервалами размеров, расположением поля допуска основной детали относительно нулевой линии (номинального размера), характером и числом посадок в каждом классе точности. По этим признакам можно сравнить различные системы допусков и посадок и осуществлять при необходимости эквивалентную замену посадок одной системы посадками из другой системы.

2.5.1. Гладкие цилиндрические соединения

Для гладких соединений отечественной системой допусков и посадок ОСТ охвачены цилиндрические соединения диаметрами от 0.1 до 31500 мм. Международная система допусков и посадок ИСО создана для унификации национальных систем и принята в большинстве стран Европы, а также в США, Японии и других странах. Региональная система допусков и посадок ЕСДП в виде СТ СЭВ разработана для стран СЭВ с целью дальнейшего более эффективного развития специализации и кооперирования стран - членов СЭВ. Эта система называется единой системой допусков и посадок и построена на базе международной системы допусков и посадок ИСО.

Во всех этих системах применяются посадки систем основного отверстия и основного вала (рис 2.6.). Системы являются односторонними и предельными. Нормальная температура измерения установлена равной 20 С. Градация интервалов для размеров от 1 мм и выше одинаковы, за исключением диапазона размеров от 180 до 500мм, в котором по ОСТ установлено три интервала, а по ИСО СТ СЭВ- четыре. Такое различие не вызывает расхождения в величинах допусков некоторых размеров более чем на 10 %. Диапазон размеров до 1 мм в ИСО и СТ СЭВ в отличие от ОСТ не разбит на интервалы, и для него даны одни и те же допуски.

Вместо 19 классов точности по ОСТ (0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1; 2; 2a; 3; 3a; 4; 5; 7; 8; 9; 10; 11) в системе ИСО и ЕСДП установлено 20 квалитетов точности (01, 0, 1, 2,..., 18).

Приближенное сравнение классов точности ОСТ и квалитетов ИСО по их назначению приведены в табл. 2.1.

В отличие от ОСТ, где номер допуска обозначается начальной буквой именования посадки (С-скольжения, Д-движения) в ИСО и СТ СЭВ поле допуска обозначают буквой латинского алфавита: прописными для отверстия (D) и строчными для вала (d). Поле допуска основного отверстия и основного вала по ОСТ обозначают буквами А и В, а по ИСО и ст СЭВ - H и h. Во всех трех системах применяют посадки с зазором, с натягом и переходные; допускается применять комбинированные, т.е. посадки, образующиеся сочетанием различных по расположению полей допусков из разных классов точности и квалитетов.

ЕСДП для гладких цилиндрических сопряжений является предпочтительной для применения в нашей стране. Она включает в себя СТ СЭВ 144-75 и СТ СЭВ 145-75, в которых даны основные положения системы допусков и посадок, величины допусков и основных отклонений, правила образования полей допусков и обозначения.

Этим стандартом установлены ограничительные отборы полей допусков для валов и отверстий в посадках и для несопрягаемых элементов с номинальными размерами до 31500 мм.

В стандарте СТ СЭВ 144-75 даны таблицы верхних и нижних отклонений полей допусков

На рис 2.7 показаны принятые обозначения отклонений:

ЕS- верхнее отклонение отверстия. ЕJ- нижнее отклонение отверстия.

еs- верхнее отклонение вала. еi- нижнее отклонение вала.

Весь набор полей допусков отверстий и валов и буквенные обозначения их положения относительно нулевой линии показаны на рис 2.8.

Стандартом установлен минимально необходимый ограничительный отбор полей допусков для общего применения. Поля допусков, не включенные в стандарт, считаются специальными.

Величина поля допуска (JT) определяется квалитетом точности. Поэтому на чертеже детали размер обозначают числом, за которым следует условное обозначение, состоящее из буквы и цифры, обозначающей номер квалитета, например, 30q6, 30H11.

На чертеже соединения в обозначение посадки входит номинальный размер, общий для отверстия и вала, за ним следует обозначение полей допусков для каждого элемента, начиная с отверстия, например, 30H7/q6 или 30H7-q6 или 30Н7/q6.

2.5.2.Подшипники качения

Подшипники качения в настоящее время являются одним из самых распространенных стандартных изделий. Они изготавливаются на специализированных предприятиях в массовом количестве, при этом обеспечивается полная взаимозаменяемость подшипников по присоединительным поверхностям и неполная взаимозаменяемость между телами качения и кольцами.

Основные размеры шариковых и роликовых подшипников приведены в ГОСТ 3478-79 (СТ СЭВ 774-77), где указаны пять классов точности подшипников в порядке повышения точности: Р0, Р6, Р5, Р4, Р2 или 0,6,5,4,2 (рис. 2.9).

Класс точности подшипника качения проставляют перед условным обозначением подшипника, например, Р6-210 или 6-210 (6 - класс точности, 210 - номер подшипника).

Класс точности "0" является основным и распространяется на все типы подшипников. Подшипники этого класса применяют в большинстве механизмов общего назначения, когда требования к точности вращения специально не оговорены. В обозначении таких подшипников цифра "0" не ставится, например: 210.

Посадку подшипника качения выбирают в зависимости от вида нагружения (местное, циркуляционное и колебательное).

Местное нагружение - когда кольцо не вращается относительно нагрузки.

Циркуляционное нагружение - когда кольцо вращается относительно нагрузки.

Колебательное нагружение - когда кольцо не делает полного оборота

относительно нагрузки.

Рекомендуемые поля допусков валов и отверстий для соединений с подшипниками качения приведены в табл.2.2.

При местной нагрузке износ беговой дорожки кольца подшипника происходит неравномерно и для его выравнивания сопряжения выполняют с небольшим зазором, обеспечивающим поворот кольца.

При циркуляционной нагрузке в соединении необходимо гарантировать натяг, чтобы избежать проворота кольца подшипника. Предельные отклоне

ния на деталь, сопрягаемую с подшипником, в этом случае выбирают с натягом по интенсивности радиальной нагрузки.

При колебательной нагрузке сопряжение подшипника может иметь переходный характер, при этом в соединении с валом должен преобладать натяг, а в соединении с корпусом - зазор.

2.5.3.Шпоночные соединения

Шпоночные соединения бывают затяжные (тангенциальные, клиновые, фрикционные) и незатяжные (призматические и сегментные). Затяжная шпонка передает окружную и осевую силу, незатяжная - только окружную силу.

Все шпоночные соединения отличаются простотой конструкции, технологичностью и невысокими нагрузочными характеристиками.

Наибольшее распространение получили призматические (рис.2.10) и сегментные шпонки, их применяют в слабо нагруженных соединениях, требующих высокой точности центрирования.

Размеры призматических шпонок, шпоночных пазов и их предельные отклонения нормированы ГОСТ 23360-78 (СТ СЭВ 189-75). Установлено три исполнения шпонок: А - с закруглениями на обоих концах, В - прямоугольные, С - с закруглением на одном конце.

Установлены предельные отклонения на ширину шпонки - h9, на ширину паза вала - H9, N9, Р9 и на ширину паза втулки - D10, Js9, Р9. Стандартом также нормированы отклонения высоты шпонки - h11 (для квадратного сечения - h9), длины шпонки - h11, глубины паза на валу и во втулке - H11, длины паза на валу - Н15. Для применения рекомендовано три основных типа шпоночных соединений: свободное, нормальное, плотное, однако для ширины пазов вала и втулки допускается любое сочетание указанных полей допуска.

При назначении посадок призматических и сегментных шпонок желательно пользоваться рекомендациями.

2.5.4.Шлицевые соединения

Шлицевые сопряжения по профилю зубьев делят на прямобочные, эвольвентные и треугольные (рис.2.11).

Наибольшее распространение имеют шлицевые сопряжения с прямобочными профилем зуба, имеющие четное число зубьев (z=4,6,8,10,16 или 20). Размеры и их допуски регламентированы ГОСТ 1139-80. В зависимости

от высоты и числа зубьев одного и того же диаметра сопряжение делят на три серии (легкую, среднюю и тяжелую).

Шлицевые сопряжения с прямобочными профилем центрируют по наружному диаметру, внутреннему диаметру и боковой стороне зуба.

Шлицевые сопряжения с эвольвентным профилем отличаются большей прочностью, технологичностью и лучшей центрируемостью. Их применяют при реверсивном движении и повышенных крутящих моментах. Угол профиля зуба a=30°, модуль m= (0,5-10) мм, число зубьев z= (6-82), диаметр D= (4-500) мм.

Шлицевые сопряжения с эвольвентным профилем центрируют по наружному диаметру и боковой стороне, однако, допускается центрирование и по внутреннему диаметру. Их размеры и допуски регламентированы ГОСТ 6033-80.

Шлицевые сопряжения с треугольным профилем применяют, как правило, вместо прессовых посадок при тонкостенных втулках. Они имеют мелкий модуль m= (0,3-0,8) мм, характеризуются углом впадины вала 2b=90° или 72° с числом зубьев z= (15-70).

Центрируют шлицевые сопряжения с треугольным профилем только по боковой стороне зуба. Допуски и посадки установлены ведомственными нормативно-техническими документами и рекомендациями СТ СЭВ 656-66.

Способ центрирования шлицевых соединений зависит главным образом от характера нагрузки (спокойная, ударная) и от направления ее действия (постоянная, знакопеременная). Значительное влияние оказывают точность центрирования (высокая, невысокая) и характер соединения (подвижный, неподвижный).

При спокойной и постоянной нагрузке выбирают наиболее простой способ центрирования по наружному диаметру, если же соединение подвижное и требует высокой твердости втулки, то в этом случае требуется центрирование по внутреннему диаметру, тем более, если точность центрирования высокая. При знакопеременной или ударной нагрузке выбирают центрирование по боковой поверхности зуба.

2.5.5. Резьбовые соединения

Резьбовые соединения широко используются в конструкциях машин, аппаратов, приборов, в инструментах и др. От их качества зависят точность, надежность и долговечность изделий. Из большой группы резьбовых соединений самыми распространенными являются соединений с метрической резьбой, которые выполняют с крупным шагом для диаметров от 1 до 68 мм и с мелкими шагами для диаметров от 1 до 600 мм.

В настоящее время метрические резьбы нормированы следующими стандартами.

ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 190-75) "Резьба метрическая" (профиль) определяет номинальный профиль резьбы и его элементы в зависимости от шага.

ГОСТ 8724-81 (СТ СЭВ 181-75) "Резьба метрическая" (диаметры и шаги) устанавливает соотношения между диаметром и шагом.

ГОСТ 9000-81 (СТ СЭВ 837-78) - метрическая резьба для приборов точной механики.

ГОСТ 11709-81 (СТ СЭВ 1158-78) - размеры и допуски метрической резьбы для деталей на пластмасс.

Резьба - это многопараметровое сопряжение (рис 2.12), характеризуемое наружным диаметром резьбы болта d и резьбы гайки D, внутренним диаметром резьбы болта d1 и резьбы гайки D1, средним диаметром резьбы болта d2 и резьбы гайки D2, шагом резьбы Р, высотой исходного треугольника Н, номинальным радиусом закругления впадин болта R и рабочей высотой профиля Нp.

Взаимозаменяемость резьбовых сопряжений обеспечивается зазором или натягом по среднему диаметру, так как допуск на средний диаметр позволяет компенсировать погрешности шага и угла профиля. Система допусков и посадок для метрической резьбы диаметром от 1 до 600 мм основана на международном стандарте ИСО МС 965/1-1973, по которому выделяют три группы посадок резьбовых соединений.

1. ГОСТ 16093-81 (СТ СЭВ 640-77) “Резьба метрическая (посадки с зазором)”. Согласно этому стандарту резьбы выполняют по точному, среднему и грубому классам точности, при этом предусмотрено пять основных отклонений для наружной резьбы: h, g, f, e, d и четыре для внутренней: H, G, F, E. Эти отклонения одинаковы для d, d1, d2, D, D1, D2 и отсчитываются от номинального профиля резьбы. Предпочтительным является сопряжение гайки 6Н с болтом 6g, образующее соединение с небольшим зазором.

Посадки могут быть образованы сочетанием любых полей допусков, но желательно сочетать поля допусков одного класса точности. Посадки с большим гарантированным зазором, например 7G/7e, применяют при высоких температурах для компенсации температурных деформаций, при антикоррозионных покрытиях и с целью обеспечения быстрой и легкой свинчиваемости деталей.

Резьбы делятся по длине свинчивания.

Длина свинчивания свыше 2,24 P d до 6,7 Р d является нормальной N, меньше нормальной относится к группе S, а больше - к группе L.

2. ГОСТ 4608-81 (СТ СЭВ 306-76) "Резьба метрическая" (посадки с натягом) распространяется на метрические резьбы диаметром от 5 до 45 мм и шагом от 0,8 до 3 мм. Посадки с натягом предусмотрены только в системе отверстия.

Допуск среднего диаметра в резьбах с натягом учитывает погрешности шага и угла профиля, так как крутящий момент при затяжке

соединения в большей степени зависит от натяга по собственно-средним диаметрам. Поэтому здесь используют перед сборкой сортировку деталей по группам.

3. ГОСТ 24834-81 (СТ СЭВ 305-76) "Резьба метрическая" (переходные посадки) распространяется на резьбу с профилем по ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 180-75) и устанавливает диаметры, шаги, допуски и предельные отклонения

для переходных посадок при одновременном применении дополнительного элемента заклинивания.

Рекомендуются для наружной резьбы четыре отклонения по среднему диаметру: 4jh, 4j, 4jk, 2m и одно по наружному диаметру: 6g; для внутренней резьбы -три поля допуска по среднему диаметру: 3Н, 4Н, 5Н и одно - по внутреннему диаметру: 6Н.

2.5.6.Зубчатые колеса и передачи

Зубчатые колеса имеют широкую область применения. По эксплуатационному назначению их можно разделить на четыре основные группы: отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.

У отсчетных зубчатых колес, как правило, малый модуль, работают они при небольших нагрузках и скоростях.

Их основной эксплуатационный показатель - высокая кинематическая точность, т.е. согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес.

Скоростные зубчатые колеса характеризуются средним модулем, ограниченной интенсивностью шума и вибраций.

Их основным эксплуатационным показателем является плавность хода, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за один оборот колеса.

Силовые зубчатые колеса выполняют с большим модулем, они работают при малых числах оборотов и передают значительные крутящие моменты.

Их основной эксплуатационный показатель - полнота контакта, т.е. получение наиболее полного по площади контакта зубьев.

Для реверсивных и особенно отсчетных передач весьма существенное значение имеют величина бокового зазора и колебания этой величины. Боковой зазор равен повороту одного из сцепленных зубчатых колес при неподвижной втором и необходим для компенсации погрешностей изготовления и монтажа зубчатых колес, обеспечения условий протекания смазки в нагруженную зону и устранения возможности заклинивания передачи при нагреве.

Наибольшее распространение получили эвольвентные цилиндрические зубчатые передачи. Они изготавливаются по 12 степеням точности, их допуски регламентированы ГОСТ 1643-81 (СТ СЭВ 641-77).

Для каждой степени точности предусмотрено три группы показателей независимых норм: нормы кинематической точности, норма плавности работы, нормы контакта зубьев колес в передаче.

Степени точности по всем трем нормам могут быть одинаковыми (это зубчатые передачи общего назначения) или различными в зависимости от эксплуатационного назначения (передачи отсчетные, скоростные или силовые). На практике степень точности зубчатых колес выбирают расчетным, опытным и табличным методами, но при этом нормы плавности работы не могут быть более чем на две степени точнее и на одну степень грубее норм кинематической точности, нормы контакта зубьев не могут быть более чем на одну степень грубее норм плавности работы зубчатых колес и передач.

Для различных механизмов необходимы различные степени точности: для редукторов общего назначения - 6-8; крановых механизмов - 7-10; металлорежущих станков - 3-8; измерительных устройств - 3-5..

Для сопряжения зубчатых колес с модулем более 1 мм ГОСТ 1643-81 (СТ СЭВ 641-77) устанавливает шесть видов бокового гарантированного зазора: А, В, С, Д, Е, Н (рис. 2.13) и восемь видов Тjn допусков на боковые зазоры: h, d, c, в, a, x, y, z в порядке увеличения допуска, шесть классов отклонения межосевого расстояния: 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Для мелкомодульных зубчатых колес ГОСТ 9178-81 (СТ СЭВ642-77) устанавливает пять видов сопряжений зубьев (в порядке убывания гарантированного зазора): Д, Е, F, G, H; четыре вида допуска на боковой зазор: е, f, g, h и пять классов отклонения в межосевом расстоянии: 2,3,4,5,6.