Лекция 3. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Допуски и посадки подшипников качения.
2. Нормирование точности шпоночных и шлицевых

соединений.
3. Нормирование точности метрической резьбы.
4. Контроль резьбовых соединений.

и сертификация: Учеб. Для вузов.3-е изд. Перераб.

и доп. -М.: Высш. шк., 2007.-791с: ил. С.
Дополнительная
1. Лысаков. В.П. Основы взаимозаменяемости и технических измерений: Учеб. пособие. [Текст]/ В.П. Лысаков, А.В. Герасимов, А.Т. Тищенко. Брянск: Изд- во Брянского ГПУ, 1998. 130с. С.

узел механизма, являющийся опорой для вращающихся валов.






Рис. 4.1. Валы, установленные

в корпусе редуктора на подшипниках качения

Рис. 4.2. Роликовый двухрядный подшипник качения,
1– наружное кольцо подшипника;
2– внутреннее кольцо подшипника;
3– сепаратор;
4– тела качения (ролики)

радиально-упорные, упорные.
По форме тел качения разделяют шариковые, роликовые цилиндрические, роликовые

конические и др.
По числу рядов тел качения разделяют однорядные, двухрядные и многорядные подшипники.




Подшипник качения – это стандартный узел, обладающий внешней взаимозаменяемостью своими присоединительными поверхностями.
Установлено несколько классов точности подшипников (ГОСТ 520-2002) в зависимости от используемых тел качения и от направления воспринимаемой нагрузки:

Рис. 4.3. Шариковый однорядный подшипник качения,
В – ширина подшипника; d – посадочный диаметр внутреннего кольца; D – посадочный диаметр наружного кольца

для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников.
Классы 0,

6, 6Х, 5, 4, 2 – для роликовых конических подшипников.
Классы 0, 6, 4, 2 – для упорных и упорно-радиальных подшипников.
Наиболее грубым является класс 0, а наиболее точным – классы 2 и Т.
Кольцо подшипника имеет погрешность формы. Вследствие этого, допуск назначается и на номинальный диаметр, и на средний диаметр кольца, который определяется расчетом как среднее арифметическое наибольшего и наименьшего диаметров, измеренных в двух крайних сечения кольца в одной радиальной плоскости перпендикулярной к оси (рис. 4.4)




Dmax – наибольший измеренный размер;
Dmin – наименьший измеренный размер.
Dm – средний диаметр кольца.

Рис. 4.4. Наружное кольцо подшипника

Dm = (Dmax + Dmin) / 2
 

отверстий в корпусах и валов представлены на рис. 4.5.












Посадку соединения

наружного кольца с корпусом назначают в системе вала, а посадку внутреннего кольца с валом – в системе отверстия.

Рис. 4.5. Схема расположения полей допусков для подшипников качения (выборочно)

со значениями допусков для гладких цилиндрических соединений, из соответствующих интервалов

размеров и приводятся в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Нижние предельные отклонения размеров колец подшипников, мкм (верхние отклонения равны нулю)

требования к точности формы и качеству поверхности. Отклонения формы поверхностей

корпусов и валов не должны превышать для подшипников 0 и 6 классов значений, равных IT/4, а для подшипников 5 и 4 классов – IT/8.

Таблица 4.1. Шероховатость по параметру Ra (мкм) для посадочных мест и опорных торцевых поверхностей

большим натягом наружное и внутреннее кольца подшипников.
2. Кольцо подшипника, которое

соединяется с вращающимся элементом конструкции (валом или корпусом) должно устанавливаться с гарантированным натягом.
3. При двухопорном вале (два подшипника на концах вала) посадка одного из не вращающихся колец должна быть с гарантированным зазором.
4. Для классов точности 0 и 6 рекомендуется для валов назначить квалитет IT6, а для отверстий – IT7. Для классов точности 2, 4 и 5 для валов рекомендуется назначить квалитет IT5, а для отверстий – IT6.
5. Более точный расчет при выборе посадок должен выполняться с учетом степени и вида нагрузки каждого из колец.
По ГОСТ 3325-85 различают следующие виды нагружений колец подшипников:
1.Местное.
2.Циркуляционное.
3. Колебательное.

гарантированным зазором или по переходной посадке при минимальном натяге.






При

циркуляционном нагружении кольцо должно устанавливаться по посадке с натягом.
При колебательном нагружении кольцо должно устанавливаться по переходной посадке.
Полный перечень полей допусков для образования посадок с подшипниками качения приведен в ГОСТ 3325-85 и в приложении к СТ СЭВ 773-77, в котором также рассмотрены случаи их использования.

Рис. 4.6. Местное нагружение у наружного и Рис. 4.7. Местное нагружение у внутренне-
циркуляционное у внутреннего кольца го и циркуляционное у наружнего кольца

валы и в отверстия корпусов
Обозначение посадок такое же, как принято

в ЕСДП, т. е. в виде дроби, когда в числителе указывают поле допуска отверстия, а в знаменателе – поле допуска вала.
Обозначения посадки подшипника на вал (в системе отверстия):
Ø50 L0/js6 или Ø50 L0 – js6.
Обозначение посадки подшипника в отверстие корпуса (в системе вала):
Ø90 Н7/l0 или Ø90 Н7 – l0.






Стандартом допускается не указывать поле допуска кольца подшипника.

Рис. 4.8 Обозначение посадки внутреннего Рис. 4.9. Обозначение посадки наружного кольца
кольца подшипника на вал подшипника в корпус

соединение вала с установленной на нем втулкой посредством шпонки, т.

е. детали, представляющей собой призматический, клинообразный или сегментный брусок.
Различают соединения с призматическими, сегментными и клиновыми шпонками (рис. 4.12, 4.14, 4.15).

Рис. 4.10. Вал со шпоночным пазом Рис. 4.11. Шестерня со шпоночным пазом

Рис. 4.12. Шпонка Рис. 4.13. Вал и шестерня, соединенные шпонкой
призматическая

l;
b – ширина шпонки; h – высота шпонки; l –

длина шпонки.
Например: 18х11х100 ГОСТ 23360-78.

Рис. 4.14. Шпонка Рис. 4.15. Шпонка
сегментная клиновая

Рис. 4.16. Соединение призматической шпонкой,
1– втулка; 2– шпонка; 3– вал; t – глубина шпоночного паза на валу; t1 – глубина шпоночного паза во втулке; l – длина шпонки; T – крутящий момент; d – диаметр вала; D – диаметр отверстия втулки

габаритных размеров. Для ширины шпонки (b) нормируется одно поле допуска

h9. Для высоты (h) – обычно поле допуска h11 и h9 (для шпонок высотой 2…6мм поле допуска h9) и для длины (l) – поле допуска h14.
Нормирование точности шпоночных пазов на валу и во втулке задаются в зависимости от вида сопряжений, которые разделяются на три группы с различными требованиями к точности ширины пазов:
1. Свободное.
2. Нормальное.
3. Плотное.
Свободное соединение – это соединение с гарантированным зазором.
Нормальное соединение – это соединение с переходной посадкой с большей вероятностью получения зазора.
Плотное соединение – это соединение с переходной посадкой и с приблизительно равной вероятностью зазоров и натягов.

от –0,1 до –0,3мм на валу и от +0,1 до

+0,3мм во втулке, в зависимости от номинального размера. На длину паза установлено одно поле допуска Н15.
Сопряжение шпонок с валом и втулкой производится в системе вала, т. е. дается одно поле допуска для ширины шпонки (вала) (h9) и пять полей допусков для ширины паза у втулок и валов (см. рис. 4.17).

Рис. 4.17. Поля допусков соединения призматическими шпонками для валов
от 38 до 65мм и сечения шпонки(h х b):12х8; 14х9; 16х10; 18х11

и во втулке нормируют так, как показано на рис. 4.18,

4.19

Рис. 4.18. Нормирование точности Рис. 4.19. Нормирование точности
шпоночного паза во втулке шпоночного паза на валу

с втулкой, когда на валу имеются зубья (выступы), а во

втулке – соответствующие впадины (шлицы) (рис. 4.20, 4.21, 4.22).

Рис. 4.20. Вал шестерня со шлицами Рис. 4.21. Втулка со шлицами

Рис. 4.22. Шлицевое соединение,
1– втулка; 2 – вал; D – наружный диаметр;
d – внутренний диаметр; b – ширина шлицев;
Т – крутящий момент

Охватывающую поверхность внутреннего цилиндра обычно в этих соединениях называют втулкой.
Различают

прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения.
При выборе размеров шлицевых соединений (ГОСТ 1139 -80), выделяют легкие, средние и тяжелые серии, которые отличаются, в основном, разными сочетаниями чисел зубьев (шлицев – z), размерами внутреннего (d) и наружного (D) диаметров и шириной (b) зуба (паза).

Рис. 4.23. Шлицевая протяжка

одновременно по трем поверхностям: по наружной поверхности, по внутренней и

по боковым сторонам шлицев.
Центрирование при образовании шлицевого соединения обеспечивается совмещением осей вала и втулки. Различают три вида центрирования: по наружному диаметру (D), по внутреннему диаметру (d), по боковым сторонам шлицев (b).
Центрирование по (D) используется для подвижных и неподвижных соединений, при передаче небольших крутящих моментов и в других соединениях, подвергаемых малому износу. Этот способ центрирования наиболее простой и экономичный (рис.4.24).

Рис. 4.24. Центрирование по наружному диаметру

наружный диаметр вала (D) – f7, g6, h7; ширина шлицев

втулок (b) – D9, F8, F10; ширина шлицев на валу (b)– d9, h9, f7, f8.
Пример: H7/f7; H7/g6; H8/h7 для D и D9/d9; F8/f8; F10/h9 для b.
Неподвижное соединение: наружный диаметр втулки (D) – Н7; наружный диаметр вала (D) – js6; ширина шлицев втулок (b) – F8; ширина шлицев на валу (b) – js7.
Пример: H7/js6 для D и F8/js7 для b.
Центрирование по (d) используется для получения высокой точности
совмещения осей вала и втулки. Этот способ центрирования дорогой, но наиболее точный (рис.4.25).

Рис. 4.25. Центрирование по внутреннему диаметру

H7; внутренний диаметр (d) вала – e8, f7, g6, h7.

Ширина шлицев втулок (b) – D9, F10;
ширина шлицев на валу (b) – d9, f9.
Пример: H8/e8; H7/g6; H7/f7 для d и D9/d9; D9/f9; F10/f9 для b.
Неподвижное соединение: внутренний диаметр (d) втулки – H8, Н7; внутренний диаметр (d) вала – h7, js7, n6; ширина шлицев втулок(b) – Н8, F10; ширина шлицев на валу(b) – h8, h9.
Пример: H7/h7; H7/js7; H7/n7 для d и H8/h8; F10/h9 для b.
Центрирование по (b) используется, когда необходимо передать большие крутящие моменты, особенно при знакопеременной нагрузке, тем более с реверсированием. Применяется значительно реже.

Рис. 4.26. Центрирование по боковым сторонам шлицев

F10; ширина шлицев на валу (b) – d9, e8, f8.
Пример:

D9/e8; D9/f8; F10/d9 для b.
Неподвижное соединение: ширина шлицев втулок (b) – F8; ширина шлицев на валу (b) –js7. Пример: F8/js7 для b.

Поля допусков на размеры не центрирующих поверхностей:
 
При центрировании по наружному диаметру (D) или по боковым сторонам шлицев (b): внутренний диаметр (d) втулки – Н11 (подвижное и неподвижное соединение). Внутренний диаметр (d) вала не нормируется
При центрировании по внутреннему диаметру (d ) или по боковым сторонам шлицев (b): наружный диаметр вала (D) – а11, f9, h10 (подвижное и неподвижное соединение). Наружный диаметр втулки (D) – Н11, Н12 (подвижное и неподвижное соединение).
Пример: H12/a11 для D при центрировании по d или b.

условном обозначении прямобочного шлицевого соединения на первом месте указывается центрирующая

поверхность, затем число шлицев, после этого внутренний диаметр соединения и посадка по этому диаметру, затем наружный диаметр и посадка по этому диаметру и в последнюю очередь указывается ширина шлицев и посадка шлицев вала в соответствующие пазы втулки.
Центрирование по внутреннему диаметру (d):


Это обозначение указывает, что Ш.С. образовано при центрировании по внутреннему диаметру (d), имеет число зубьев z=8, значение внутреннего диаметра d=36мм и посадка по внутреннему диаметру Н7/js7, значение наружного диаметра D=40мм и посадка по этому диаметру Н12/а11, значение ширины шлицев b=7мм и посадка по шлицам F10/h9.
Допускается сокращенное обозначение, при котором посадка на нецентрирующую поверхность может не указываться. При этом посадка по ширине шлицев указывается всегда.

шлицевых соединений и их элементов на чертежах.
Рис. 4.27. Условное обозначение

прямобочного шлицевого соединения на сборочном чертеже

Рис. 4.28. Условное обозначение шлицев во втулке

Рис. 4.29. Условное обозначение шлицев на валу

называется соединение двух деталей с помощью резьбы, т. е. элементов

деталей, имеющих один или несколько равномерно расположенных винтовых выступов постоянного сечения, образованных на боковой поверхности цилиндра или конуса.
Наружную резьбу для краткости называют болтом (винтом) (рис. 4.30), а внутреннюю – гайкой (рис. 4.31).





Профилем резьбы называется общий для наружной и внутренней резьбы контур сечения канавок и выступов в продольной плоскости, проходящей через ось резьбы.
В зависимости от профиля, т. е. от вида фигуры в сечении, резьба бывает треугольной, трапециидальной, упорной (пилообразной), круглой, прямоугольной и трубной (рис. 4.32).

Рис. 4.30. Болт (винт) Рис. 4.31. Гайка

В зависимости от вида поверхности, на которой она получена, резьба

разделяется на цилиндрическую и коническую. Кроме того резьбы разделяют на наружные и внутренние.
По числу заходов резьбы бывают однозаходные и многозаходные.
В зависимости от направления вращения контура осевого сечения: резьбы делятся на правые и левые.
По принятой единице измерения линейных размеров: резьбы делятся на метрические и дюймовые.

Рис. 4.32. Профили резьбы
а) треугольная;
б) трапециидальная;
в) упорная (пилообразная);
г) круглая;
д) прямоугольная;
е) трубная

резьба: используется для обеспечения разъемного соединения.
2. Кинематическая резьба: используется

для преобразования вращательных движений в поступательные в винтовых механизмах.
3. Трубная и арматурная резьба: трубная цилиндрическая и коническая используются для соединения труб в нефтеперерабатывающей промышленности, сантехническом оборудовании и т.п. Эти резьбы обычно имеют треугольный профиль (α=55º) со скругленными вершинами и впадинами. Редко применяется в машиностроении.

– высота исходного профиля, Н1 – рабочая высота профиля,
Р –

шаг резьбы, α = 60° – угол профиля резьбы,
d, D – наружный диаметр резьбы болта и гайки,
d1, D1 – внутренний диаметр резьбы болта и гайки,
d2, D2 – средний диаметр резьбы болта и гайки,
R – номинальный радиус закругления впадины болта.
Исходная высота профиля Н установлена в зависимости от шага резьбы и равна 0,8660254 Р.

Рис. 4.33. Профиль метрической резьбы и ее основные параметры

– это угол, образованный касательной к винтовой линии резьбы и

плоскостью перпендикулярной к оси резьбы (рис.4.34).


Угол подъема резьбы ( Ψ ) измеряется по среднему диаметру резьбы (d2) и от него зависит шаг резьбы (Р).
tgΨ = P n /π d2, n - число заходов резьбы
Длина свинчивания (l) – это длина взаимного соприкосновения наружной и внутренней резьбы в осевом направлении. Часто этот элемент называют высотой гайки.
Стандартом (CЭВ 640–77) установлены три группы свинчивания:
S – короткие (<2,24 · P · d 0,2),
N – нормальные (2,24 · P · d 0,2... 6,7 · P · d 0,2),
L – длинные (>6,7 · P · d 0,2).
Резьбовые соединения по характеру соединения образуют посадки с натягом, с зазором и переходные. Однако подавляющее распространение имеют посадки с зазором.

Рис. 4.34. Угол подъема резьбы

(d, D) (номинальный диаметр резьбы) – это диаметр воображаемого цилиндра,

описанного вокруг вершин наружной резьбы (болта) или по впадинам внутренней резьбы (гайки).
Внутренний диаметр резьбы (d1, D1) – это диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины наружной резьбы (болта) или в вершины внутренней резьбы (гайки).
Средний диаметр резьбы (d2, D2) – это диаметр воображаемого цилиндра, соосного с резьбой, каждая образующая которого пересекает профиль таким образом, что отрезок между точками профилей соседних витков, образованный при пересечении с канавкой, равен половине номинального шага.
Шаг резьбы (Р) –расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля, лежащих в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы. Шаги резьбы условно разделяют на крупные и мелкие.
Угол профиля резьбы (α) – это угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения.

резьбы достигается тем, что ограничивают предельные контуры профиля резьбы болта

и гайки на длине свинчивания (рис. 4.35).









Нормируется точность :
наружного диаметра болта (Td),
внутреннего диаметра гайки (TD1),
среднего диаметра болта и гайки (Td2, TD2).

Рис. 4.35. Расположение полей допусков метрической резьбы при посадке с зазором

видов: местная погрешность (внутришаговая) и прогрессирующая погрешность (растяжка шага). Компенсация

погрешности осуществляется для прогрессирующей погрешности.
Сущность компенсации ошибок шага заключается в увеличении (для болта) и уменьшении (для гайки) среднего диаметра резьбы на величину компенсации.

Рис. 4.35. Расположение полей допусков метрической резьбы при посадке с зазором

схему на рис. 4.38




ctg(α /2) = 0,5 fp / 0,5

· ΔP,
fp =ΔP · ctg( α/2),
fp =1,732 · ΔP.

Рис. 4.35. Расположение полей допусков метрической резьбы при посадке с зазором

Рис. 4.37. Схема для определения величины компенсации погрешности шага (fp)

наклона боковой стороны возникает, обычно, от погрешности профиля режущего инструмента

или погрешности его установки на станке относительно заготовки.
Компенсация погрешности профиля резьбы производится также изменением значения среднего диаметра, т. е. увеличением среднего диаметра гайки или уменьшением среднего диаметра болта.
Величина fα для метрической резьбы:
fα≈ 0,36 · P · Δ /2, мкм, где Δ /2, мин.
Значение приведенного диаметра для внутренней резьбы гайки определяют по формуле: D2пр= D2д – fp – fα,
D2д – действительное (измеренное) значение среднего диаметра гайки, мм
Значение приведенного диаметра для наружной резьбы болта определяют по формуле: d2пр= d2д + fp + fα ,
d2д – действительное (измеренное) значение среднего диаметра болта, мм
Зазор в резьбовом соединении определяется по формуле:
S = D2пр – d2пр.

(T'D2) + fp + fα,
T'd2 (T'D2) – допуск только на

средний диаметр.
Поля допусков элементов метрической резьбы
Для резьбовых соединений основные отклонения обозначаются таким же образом, как и для гладких элементов детали: прописные латинские буквы для гайки (E, F, G, H) и строчные для болтов (d, e, f, g, h). Хотя величины этих отклонений не совпадают для резьбовых и гладких деталей (рис. 4.40, 4.41).





Ряды точности для резьбовых соединений получили название степени точности (у гладких сопряжений – квалитеты).

Рис. 4.40. Основные отклонения для резьбы болта (посадка с зазором)

меньшем объеме, чем для гладких элементов.
Для наружного диаметра болта (d)

нормируется 4-я, 6-я и 8-я степень точности, а для среднего диаметра (d2) – c 3-й по 10-ю степени.
Для внутреннего диаметра гайки (D1) нормируется с 4-й по 8-ю степени, а для среднего диаметра (D2) с 4-ой по 9-ю степени.
Степень точности в резьбовых соединениях указывается перед основным отклонением поля допуска: 6Н; 7f.
Таблица 4.5. Поля допусков резьбовых
соединений (часто используемые)

Рис. 4.41. Основные отклонения для резьбы гайки (посадка с зазором)

ГОСТ 16093-2004: для болта (наружная резьба): М20 х 0,75 LH

– 7g6g – 15,
для гайки (внутренняя резьба): М30 х 0,5 LH – 4H5H – 10.
Расшифруем обозначение для болта (наружная резьба): резьба метрическая (М) с наружным (номинальным) диаметром 20 мм и мелким шагом 0,75 мм (крупный шаг не указывается), резьба левая (LH), поле допуска на средний диаметр болта 7g (седьмая степень точности и основное отклонение g), поле допуска на наружный диаметр болта 6g, длина свинчивания 15 мм (нормальная длина свинчивания не указывается)..
На практике часто используется самое короткое обозначение резьбового элемента:
для болта (наружная резьба): М40 – 6g,
для гайки (внутренняя резьба): М30 –5H.
Расшифровывается это обозначение следующим образом: резьба метрическая с номинальным наружным диаметром 40 мм, резьба правая, шаг крупный. Для болта поле допуска на приведенный средний диаметр и на наружный диаметр одинаковое 6g, длина свинчивания нормальная.

Рис. 4.43. Обозначение
наружной резьбы на чертеже наружной резьбы на чертеже
(вид справа)

Рис. 4.44. Обозначение внутренней Рис. 4.45. Обозначение внутренней
резьбы на чертеже резьбы на чертеже (вид сверху)

0,75 LH – 4Н5Н/4g4h – 15.
Самое короткое обозначение:
М20 –7H/6g.
В числителе

указываются поля допусков на средний диаметр и на внутренний диаметр для гайки, а в знаменателе нормируются поля допусков на средний и наружный диаметры, но для болта (рис. 4.46).

Рис. 4.46. Обозначение резьбового соединения на чертеже

комплексным методами.
При дифферинцированном методе производят контроль каждого параметра в отдельности

(наружнего, внутреннего и среднего диаметров, шага и угла профиля).
Все параметры можно контролировать при помощи универсальных или
специализированных средств контроля.
Измерение среднего диаметра резьбы можно проводить на инструментальном микроскопе.
При замерах на оптиметрах пользуются проволочками, а при измерениях микрометром – вставками

Рис.4.47. Схемы измерения среднего диаметра резьбы методом: а) трех проволочек; б) двух проволочек; в) одной проволочки

помощью предельных
калибров, либо с помощью проекторов и шаблонов с предельными

контурами.
В систему калибров входят рабочие резьбовые проходные и непроходные калибры, а также контркалибры для проверки и регулирования рабочих резьбовых скоб (рис.4.48) и колец (рис.4.49).

Рис.4.48. Резьбовые калибы скобы Рис.4.49. Резьбовые калибры кольца:
а) проходной калибр кольцо;
б) непроходной калибр кольцо

Рис.4.50. Резьбовой калибр пробка