Выбор посадок при проектировании конструкций

Выбор посадок при проектировании определяется эксплуатационно-конструкторскими требованиями, предъявляемыми к деталям, сборочным единицам и машине в целом.

При назначении посадок стараются находить решение, отвечающее эксплуатационным требованиям при минимальных затратах на изготовление. Для наиболее ответственных соединений назначение посадок осуществляется на основании предварительных расчетов (расчетный метод). Наряду с этим применяются методы аналогий и подобия. Метод аналогий заключается в том, что посадки выбираются по аналогии с уже применяемыми в надежно работающих механизмах. Недостатком этого метода является сложность оценки и сопоставления условий работы проектируемого изделия и аналога. При использовании метода подобия посадки назначаются на основании рекомендаций стандартов, отраслевых технических документов и технической литературы.

При назначении посадки следует стремиться использовать в первую очередь посадки, рекомендуемые стандартами для предпочтительного применения или использовать предпочтительные поля допусков для образования комбинированной посадки (таблицы А.5, А.6).

При назначении посадки в точных квалитетах обычно допуск отверстия принимают на квалитет грубее, нежели вал, поскольку точное отверстие изготовить сложнее, чем вал.

Посадки с зазором

Посадки с зазором широко применяются, как в точных, так и в грубых квалитетах, для подвижных и неподвижных соединений. Ниже приведены области применения предпочтительных посадок с зазором.

· Посадки с минимальным зазором равным нулю в точных соединениях используются как центрирующие посадки. Применяются в неподвижных соединениях с дополнительным креплением при частой сборке и разборке, а в подвижных соединениях – при медленных перемещениях и поворотах деталей.

Посадка H7/h6 применяется в неподвижных соединениях при высоких требованиях к точности центрирования часто разбираемых деталей: сменные зубчатые колеса, центрирующие корпуса под подшипники качения, фрезы на оправках и т. д. Для подвижных соединений применяется, например, для посадки шпинделя в корпусе сверлильного станка.

Посадки H8/h7, H8/h8 применяются при сниженных требованиях к точности центрирования, при большой длине соединения, например, при посадке измерительных головок в стойки и штативы.

Посадка H11/h11 предназначена для неподвижных и подвижных соединений малой точности. Например, для посадки муфт, звездочек, шкивов на валах, для неответственных шарниров и т. п.

· Посадки с небольшим гарантированным зазором применяются для точных соединений (квалитеты с четвертого по седьмой), в которых необходимо обеспечить плавность перемещений обычно при возвратно-поступательном движении.

Посадки H6/g5, H7/g6 применяются в плунжерных и золотниковых парах, в шпинделях точных станков и делительных головок, в сменных кондукторных втулках.

· Посадки с умеренным гарантированным зазором применяются для обеспечения свободного вращения в подшипниках скольжения общего назначения при легких и средних режимах работы со скоростями не более 150 с^-1 и в опорах поступательного перемещения.

Посадки H7/f7, H8/f8 широко применяются в точных подвижных соединениях, в подшипниках скольжения, в тормозном цилиндре автомобиля, в сопряжениях поршня с цилиндром компрессоров, в электромашинах, гидравлических прессах и т. д.

· Посадки со значительным гарантированным зазором применяются для обеспечения свободного вращательного движения при скоростях более 150 с^-1, а также для компенсации погрешностей монтажа и деформаций, возникающих во время работы.

Посадки H7/e8 и H8/e8 применяются при повышенных частотах вращения, значительных нагрузках, большой длине соединения (для подшипников жидкостного трения турбогенераторов, двигателей внутреннего сгорания, больших электромашин и коренных шеек коленчатых валов).

· Посадки с большим гарантированным зазором, обеспечивающим свободное перемещение и сборку деталей, и компенсацию значительных отклонений формы и взаимного расположения сопрягаемых поверхностей и их температурных деформаций.

Посадки H8/d9 и H9/d9 применяются для сопряжения трансмиссионных валов с подшипниками, для шкивов на валах и в шарнирах.

Посадка H11/d11 в основном применяется для крышек подшипников, дистанционных втулок на валах, для грубых шарниров, шестерен и муфт, свободно сидящих на осях и валах, для шарнирных соединений тяг и роликов на осях.

Переходные посадки

Переходные посадки, это такие посадки, в которых возможен как зазор, так и натяг. Они применяются для неподвижных, но разъемных соединений с дополнительным креплением, а также для центрирования. Используются только в точных квалитетах с 4-го по 8-й. Переходные посадки обычно не рассчитываются, а назначаются по рекомендациям, возможен проверочный расчет наибольшего натяга или зазора.

Посадка H7/js6 применяется в тех случаях, когда соединение должно часто разбираться, а также, если затруднена сборка (стаканы подшипников в корпусе, сменные зубчатые колеса шлифовальных и шевинговальных станков, небольшие шкивы и сменные муфты на концах валов). Вероятность натяга у них составляет (0,5..... 5) %. Обеспечивают легкую собираемость.

Посадка H7/k6 широко применяется для сопряжения зубчатых колес, шкивов, маховиков, стаканов и т. д. Вероятность натяга у них составляет (24... 68)%. Обеспечивают хорошее центрирование при равной вероятности зазоров и натягов. Сборка и разборка производится без значительных усилий.

Посадка H7/m6 применяется для сопряжения зубчатых колес, шкивов, маховиков, муфт с валами, для установки тонкостенных втулок в корпуса и т.п. Вероятность получения натяга у них составляет (60... 99,98)%. Обладают высокой степенью центрирования. Сборка и разборка осуществляется при значительных усилиях.

Посадка H7/n6 применяется для сопряжения тяжело нагруженных зубчатых колес, муфт, кривошипов с валами, постоянных кондукторных втулок и установочных пальцев в станочных приспособлениях, штифтов и т.п. Вероятность получения натяга у них (88... 100)%. Обладают высокой степенью центрирования. Сборка и разборка осуществляется при значительных усилиях, как правило, с применением прессов. Применяются в тех случаях, когда разборка соединений производится редко или необходимо обеспечить хорошее центрирование при передаче значительных колебательных усилий, а также при ударах и вибрации.

Посадки с натягом

Посадки с натягом применяются только в неподвижных соединениях для передачи внешних сил или крутящих моментов, а также для центрирования. Неподвижность сопрягаемых деталей под действием нагрузок обеспечивается силами трения, возникающими при упругой деформации деталей соединения, создаваемой натягом. Минимальный допустимый натяг рассчитывается исходя из того, чтобы действующие на сопряжения силы и моменты не привели бы к смещению деталей относительно друг друга, то есть из условия работоспособности соединения. Максимальный натяг рассчитывается из условия прочности деталей, входящих в соединение.

Посадка H7/p6 – применяется для сопряжений легко нагруженных зубчатых колес, втулок, установочных колец с валами, для установки тонкостенных втулок и колец в корпуса. Обеспечивают небольшой гарантированный натяг. Обладают высокой степенью центрирования. Применяются при небольших нагрузках, в том числе для соединения тонкостенных деталей, обычно с дополнительным креплением.

Посадки H7/r6 и H7/s6 применяются для установки втулок подшипников скольжения в корпусах, зубчатых и червячных колес на валы в условиях тяжелых ударных нагрузок, постоянных кондукторных втулок, фиксаторов, упоров и т. п. Имеют средний гарантированный натяг. Предназначены для передачи средних нагрузок. Используются как с дополнительным креплением, так и без него. В сопряжении возникают упругие деформации.

Посадки H7/u7, H8/u8 наиболее распространены из этой группы посадок. Применяются для монтажа вагонных колес на осях, бронзовых венцов червячных колес на стальных ступицах, пальцев эксцентриков и т.п. Имеют большой гарантированный натяг. Предназначены для соединений, на которые действуют большие, в том числе и динамические, нагрузки. Применяются без дополнительного крепления сопрягаемых деталей. В сопряжении возникают упругопластические деформации. При использовании таких посадок требуется проверочный расчет на прочность.

Рекомендации по выбору посадок гладких соединений

Ø В первую очередь следует выбирать посадки для наиболее ответственных и точных сопряжений, определяющих качество работы узла.

Например, для вала редуктора вначале выбираются посадки подшипников качения, затем посадка зубчатого колеса на вал и посадка стакана в корпусе (при наличии), а уже затем посадка, связанная с установкой уплотнения, посадка дистанционного кольца и крышки подшипника.

Ø При назначении посадок необходимо применять соответствующие стандарты и нормативно-технические документы, устанавливающие виды посадок, предельные отклонения и порядок их выбора.

Например, выбор посадок подшипников качения, посадок типовых соединений (шпоночных, шлицевых, резьбовых и т.д.), назначение предельных отклонений для деталей уплотнительных элементов, сопрягаемых со стандартной манжетой и т.п.

Ø Перед выбором посадки необходимо определить:

• характер сопряжения (подвижное или неподвижное),

• основные конструктивные требования, предъявляемые к сопряжению (скорость относительного перемещения деталей, компенсация погрешностей монтажа, необходимость центрирования сопрягаемых деталей или величина и характер нагрузок, передаваемых сопряжением).

Ø После выбора вида посадки необходимо решить вопрос о точности выполнения сопряжения. При этом не следует забывать, что излишне высокая точность выполнения деталей ведет к значительным и неоправданным затратам при их изготовлении.

Выбор квалитета зависит:

• от точностных требований непосредственно к сопряжению;

• от типа выбранной посадки;

• от точности, обусловленной эксплуатационным назначением механизма или машины в целом, особенно это относится к ответственным сопряжениям.

В общих чертах можно указать на следующее применение квалитетов.

Квалитеты 4-й и 5-й применяются сравнительно редко, в особо точных соединениях, требующих высокой однородности зазора или натяга (приборные подшипники в корпусах и на валах, высокоточные зубчатые колеса на валах, в измерительных приборах).

Квалитеты 6-й и 7-й применяются для ответственных соединений в механизмах, где к посадкам предъявляются высокие требования в отношении определенности зазоров и натягов для обеспечения точности перемещений, плавного хода, герметичности соединения, механической прочности сопрягаемых деталей, а также для обеспечения точной сборки деталей (подшипники качения нормальной точности в корпусах и на валах, зубчатые колеса высокой и средней точности на валах, подшипники скольжения и т.п.).

Квалитеты 8-й и 9-й применяются для посадок при относительно меньших требованиях к однородности зазоров или натягов и для посадок, обеспечивающих среднюю точность сборки (посадки с зазором для компенсации погрешностей формы и расположения сопрягаемых поверхностей, опоры скольжения средней точности, посадки с большими натягами).

Квалитет 10-й применяется в посадках с зазором и в тех же случаях, что и 9-й, если условия эксплуатации допускают некоторое увеличение колебания зазоров в соединениях

Квалитеты 11-й и 12-й применяются в соединениях, где необходимы большие зазоры и допустимы их значительные колебания (грубая сборка). Эти квалитеты распространены в неответственных соединениях машин (крышки, фланцы, дистанционные кольца и т.п.).

В таблице 4.1 приведены рекомендуемые посадки гладких соединений редуктора [22,43].