Методика расчета и выбора сопряжений

Выбор соответствующих допусков и посадок при соединении деталей зависит от необходимых эксплуатационных свойств механизмов.

Подбор посадок осуществляем из сочетаний стандартных полей допусков по предельным значениям размеров. Главными причинами широкого применения расчета параметров посадок исключительно по предельным значениям размеров являются простота, удобство и доступность метода, независимость справочных материалов (например, свободных таблиц натягов и зазоров) от метода обработки и масштаба производства деталей.

При конструировании соединения в начале решают вопрос о том, в какой системе (отверстия или вала) целесообразно назначить посадку. Системы отверстия и вала формально равноправны. Однако система отверстия является предпочтительной как более экономичная.

Выбрав систему, приступают к подбору конкретной стандартной посадки, используя расчетный метод. Для ориентировки сначала следует определить средний квалитет искомой посадки.

Число единиц допуска посадки (приходящиеся на обе детали соединения)

а_пос = Т_пос / i,

где Т_пос – допуск посадки, мкм;

Т_пос = S_max – S_min = N_max – N_min;

i – единица допуска, мкм;

i = 0,45 + 0,001 ,

где = - среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм.

В зависимости от значения а_пос может быть сделан один из трех выводов:

1. При а_пос = 25…80 квалитет соединения оказывается экономически приемлемым для подавляющего числа видов производств (при а_пос = 25 вал по IT6, отверстие – по IT7, при а_пос = 80 – обе детали по IT9). Сочетание полей допусков следует искать в найденном квалитете или комбинации из двух квалитетов.

Значение числа единиц допуска детали а и в посадке а_пос для посадочных квалитетов приведены в табл. 2.3.1.

Таблица 2.3.1

Количество единиц допуска в данном квалитете

IT
а
апос

 

2. При а_пос > 80 (особенно более 200) соединение получается слишком низкоточным. В большинстве случаев для повышения качества соединения и изделия в целом точность обработки деталей можно повысить без заметного увеличения их стоимости.

3. При а_пос < 25 (особенно менее 20) соединение следует считать особоточным и для экономического обеспечения обычно приходиться искать специальные пути решения.

Если точность соединения приемлема (а_пос ≥ 25), по ГОСТ 25347 – 82 подбирают предельные отклонения размеров деталей.

Основные отклонения валов от а до h (основные отклонения отверстий от А до Н) предназначены для образования посадок с зазором в системе отверстия (и вала) соответственно.

Основные отклонения валов от p до zc (основные отклонения отверстий от P до ZC) предназначены для образования посадок с натягом в системе отверстия (и вала) соответственно.

Зная квалитет и диаметр соединения, подбор посадки удобнее вести по заданному S_min, имея в виду, что в системе отверстия S_minГОСТ = es, а в системе вала заданному S_minГОСТ = EI, т.е. величине основного отклонения сопрягаемой детали. Желательно, чтобы

3.1 Расчет и выбор неподвижной посадки S_maxГОСТ оказалось несколько меньше расчетного S_max, так как этим создается дополнительный запас на износ.

S_minГОСТ ≥ [S_min];

S_maxГОСТ ≤ [S_max],

где, S_minГОСТ = EI – es;

S_maxГОСТ = ES – ei.

Посадки с натягом рекомендуется подбирать так, чтобы при экономически приемлемом квалитете деталей наименьший натяг в выбранной посадке оказался заведомо больше, чем наименьший натяг по расчету. Создаваемый в таком случае запас прочности при аварийном увеличении нагрузок или, например, ослаблении сопряжения при вынужденных повторных разборках.

N_minГОСТ ≥ [N_min]′;

N_minГОСТ ≤ [N_max]′,

где, N_minГОСТ = ei – ES;

N_minГОСТ = es – EI.

Но прежде чем выбрать посадку, следует учесть, что на прочность соединения вала и отверстия оказывает существенное влияние высота микронеровностей. При силовом способе сборки соединения расчетные значения натягов необходимо корректировать в сторону увеличения из-за частичного смятия шероховатости на контактных поверхностях. Корректировать следует не только наименьший но и наибольший натяг, чтобы не завысить полученную при расчете точность соединения. В результате натяг для подбора по таблицам ГОСТ 25347 – 82 составит

[N_min]′ = [N_min] + 1,2 (Rz_D + Rz_d)

[N_max]′ = [N_max] + 1,2 (Rz_D + Rz_d)

где Rz_D и Rz_d – высота неровностей профиля по десяти точкам отверстия и вала (таблица 2.3.2).

При отсутствии на чертеже значения Rz пересчет с Rа на Rz осуществляется по формуле

Rz = k Rа,

где k = 4 при Rа = 80…2,5 мкм;

k = 5 при Rа = 1,25…0,02 мкм (табл. 2.3.3 и 2.3.4).

При выборе полей допусков и посадок из нескольких примерно равнозначных вариантов необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. В первую очередь следует применять предпочтительные поля допусков и посадки. Во вторую очередь нужно применять рекомендуемые посадки. В отдельных, теоретически обоснованных случаях, когда полями допусков основного отбора не удается обеспечить требований, предъявляемых к изделиям, использовать дополнительные поля допусков.

2. При назначении посадок система отверстия является предпочтительной (если вал ступенчатый – система отверстия, если гладкий система вала).

3. При неодинаковой точности сопрягаемых поверхностей точность вала, как правило, следует задавать выше, чем отверстия, но отличие в их точности не должно превышать двух квалитетов.

4. Можно использовать поля допусков не точнее 4-го квалитета и не грубее 11-го.

5. Действительное значение зазоров и натягов не должно отличаться от необходимых больше, чем на 10 - 20%.

Таблица 2.3.2

Высота неровностей прфиля по десяти точкам Rz и наибольшая высота неровностей профиля R_max по ГОСТ 2789 – 73 (СТ СЭВ 638 - 77), мкм

 

- - - - -			10,0 8,0	1,00	0,100		- - -			3,2	0,32 0,25	0,032
	0,80	0,080 0,063		2,5 2,0	0,025
6,3	0,63 0,50			0,20	- - -
	5,0 4,0	0,050		1,6	0,16 0,125
		0,40	0,040	12,5	1,25
Примечание		- предпочтительные значения

 

Таблица 2.3.3

Шероховатость посадочных поверхностей Ra (мкм) сменных деталей

 

Интервал диаметров, мм	Шероховатость при квалитете
Вал	Отв.	Вал	Отв.	Вал	Отв.	Вал	Отв.
Св. 3 до 6	0,32- 0,16	0,63- 0,32	0,32- 0,16	0,63- 0,32	0,63- 0,32	1,25- 0,63	0,63- 0,32	1,25- 0,63
Св. 6 до 10
Св. 10 до 18	0,63- 0,32	1,25- 0,63	1,25- 0,63
Св. 18 до 30	2,5- 1,25
Св. 30 до 50	0,63- 0,32
Св. 50 до 80	1,25- 0,63	1,25- 0,63	2,5- 1,25
Св. 80 до 120	2,5- 1,25
Св. 120 до 180	1,25- 0,63
Св. 180 до 260	2,5- 1,25
Св. 260 до 360	2,5- 1,25
Св. 360 до 500	5,0-2,5

Таблица 2.3.4

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra по ГОСТ 2789 – 73 (СТ СЭВ 638 - 73), мкм

 

- - - -		10,0 8,0	1,00	0,100				2,5 2,0	0,25	0,025
	0,80	0,080 0,063			0,20	0,020 0,016
6,3	0,63 0,50		1,6	0,16 0,125
	5,0 4,0	0,050		12,5	1,25	0,012
	0,40	0,043 0,032			0,010
3,2	0,32
Примечание		- предпочтительные значения