Допуски и посадки: квалитеты, отклонения и обозначение на чертеже

Что такое допуск, отклонение и посадка

Ни один станок не сделает деталь ровно 40,000 мм: размер всегда немного отличается от заданного. Поэтому конструктор указывает не один размер, а границы, в которые деталь должна попасть, чтобы её можно было собрать с другой деталью без подгонки. На этом построена взаимозаменяемость: любой вал из партии подходит к любой втулке. Правила назначения границ в России задают ГОСТ 25346-2013 и ГОСТ 25347-2013 — это единая система допусков и посадок (ЕСДП), идентичная международной ISO 286.

• Номинальный размер — размер, который конструктор получил расчётом и проставил на чертеже, например 40 мм. От него отсчитывают отклонения.
• Предельные отклонения — на сколько размер может отличаться от номинального: верхнее (ES у отверстия, es у вала) и нижнее (EI и ei). У отверстия Ø40H7 верхнее отклонение +0,025 мм, нижнее 0.
• Предельные размеры — номинальный размер плюс отклонение: 40,025 и 40,000 мм. Годная деталь — та, чей действительный размер лежит между ними.
• Допуск — разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами: 0,025 мм. Чем меньше допуск, тем точнее и дороже деталь.
• Поле допуска — допуск вместе с его положением относительно номинального размера. Его обозначают буквой и цифрой: H7, k6, f7.
• Посадка — характер соединения двух деталей, вала и отверстия, который получается из их полей допусков: зазор, натяг или то и другое.

Валом в ЕСДП называют любую охватываемую поверхность, отверстием — любую охватывающую. Шпонка в пазу — тоже вал и отверстие: ширина шпонки охватывается пазом, поэтому для неё назначают поле вала, а для паза — поле отверстия.

Посчитать отклонения, предельные размеры и посадку по записи с чертежа — в калькуляторе допусков и посадок: введите 40H7/k6 или 60h14, результат появится сразу.

Квалитеты точности и таблица допусков IT

Квалитет — это степень точности: набор допусков, которые для всех размеров считаются одинаково точными. ГОСТ 25346-2013 устанавливает 20 квалитетов — IT01, IT0, IT1 и далее до IT18. Чем больше номер, тем больше допуск и тем грубее размер. Допуск одного квалитета растёт с размером: 7-й квалитет для вала Ø10 — 15 мкм, для Ø100 — 35 мкм, потому что большой размер обработать и измерить с той же абсолютной точностью труднее.

Начиная с 6-го квалитета допуск при переходе к следующему номеру растёт примерно в 1,6 раза, а каждые пять квалитетов — в 10 раз: IT7 для размеров 18–30 мм равен 21 мкм, IT12 — 210 мкм.

Где какие квалитеты применяют:

• 01–4 — концевые меры, калибры, измерительные инструменты, особо точные детали приборов.
• 5–6 — ответственные соединения: шейки валов под подшипники высокого класса, шпиндели станков, плунжерные пары.
• 7–8 — основная масса сопрягаемых поверхностей в машиностроении: отверстия под валы и подшипники, посадочные места зубчатых колёс, шкивов, муфт.
• 9–11 — менее ответственные соединения: шарниры, свободные посадки рычагов и крышек, детали сельскохозяйственной и дорожной техники.
• 12–18 — свободные несопрягаемые размеры, отливки, поковки, прокат, заготовки под дальнейшую обработку.

Основные отклонения: буквы в обозначении

Квалитет задаёт величину допуска, а буква — его положение относительно номинального размера, то есть основное отклонение: ближайшую к номиналу границу поля. Отверстия обозначают прописными буквами от A до ZC, валы — строчными от a до zc, всего по 28 букв.

• H и h — основное отклонение равно нулю. Отверстие H может быть только больше номинала, вал h — только меньше.
• A–G и a–g — допуск расположен дальше от номинала: отверстие заведомо больше, вал заведомо меньше. Так получают посадки с зазором.
• JS и js — допуск расположен симметрично относительно номинала: ±IT/2.
• K–ZC и k–zc — допуск отверстия смещён в минус, вала в плюс. Вал k6 почти всегда больше номинала, вал s6 — заметно больше. Из них составляют переходные посадки и посадки с натягом.

Виды посадок: с зазором, переходные, с натягом

Посадку определяют, сравнивая допуски вала и отверстия. Если допуск отверстия целиком выше допуска вала — посадка с зазором. Если целиком ниже — с натягом. Если поля перекрываются — переходная: в соединении может оказаться и зазор, и натяг.

• Посадки с зазором — детали двигаются относительно друг друга или легко разбираются. Наибольший зазор Smax = ES − ei, наименьший Smin = EI − es.
• Переходные посадки — точное центрирование неподвижных разъёмных соединений. Деталь собирают молотком или прессом с небольшим усилием, крутящий момент передаёт шпонка или шлицы.
• Посадки с натягом — неразъёмные соединения, которые передают нагрузку за счёт упругой деформации деталей без шпонок. Собирают прессом, нагревом охватывающей детали или охлаждением вала. Наибольший натяг Nmax = es − EI.

ГОСТ 25347-2013 выделяет предпочтительные поля допусков — их рекомендуют применять в первую очередь, потому что под них есть стандартный режущий и мерительный инструмент: развёртки, калибры-пробки, калибры-скобы. Посадка из предпочтительных полей выходит дешевле в производстве, чем подобранная «под себя».

Система отверстия и система вала

Бывают и комбинированные посадки, например F8/k6, — когда ни вал, ни отверстие не основные. Их используют редко, обычно при ремонте или когда одна деталь стандартная и её поле изменить нельзя.

Как назначить допуск и посадку на деталь

Допуск на размер детали назначают от требований к сопряжению, а не от возможностей станка. Порядок, которым пользуются конструкторы:

1. Определить назначение сопряжения. Детали должны вращаться или скользить друг относительно друга, точно центрироваться и разбираться при ремонте или передавать нагрузку без шпонки. От этого зависит вид посадки: с зазором, переходная или с натягом.
2. Выбрать посадку по аналогии. Для типовых узлов — зубчатое колесо на валу, втулка в корпусе, подшипник скольжения — значения посадок давно отработаны и приведены в справочниках и в таблице выше. Расчёт нужен для посадок с натягом, которые передают момент: величину натяга проверяют по прочности деталей и по моменту, который соединение должно выдержать.
3. Учесть материал и условия работы. Бронза, алюминий и сталь по-разному расширяются при нагреве, тонкостенная деталь при запрессовке деформируется, а у пластмассы размер меняется от влаги. Для таких сопряжений допуск и посадку выбирают с запасом на рабочую температуру и материал.
4. Проверить технологию изготовления. Квалитет должен соответствовать обработке, которую реально выполнят на производстве, и способу измерения: допуск 0,01 мм на размер 300 мм требует не только станка, но и средства измерения соответствующей точности.

Высокий квалитет на всех поверхностях — частая ошибка: точность нужна только там, где деталь сопрягается с другой. Остальные размеры выполняют по общим допускам, и стоимость изготовления детали от этого заметно снижается.

Обозначение допусков и посадок на чертеже

По ГОСТ 2.307-2011 предельные отклонения на чертеже детали проставляют одним из трёх способов:

• Условным обозначением поля: Ø40H7, Ø40k6. Удобно для серийного производства, где размер детали проверяют калибрами.
• Числами: Ø40^+0,025 или Ø40^+0,018_+0,002. Удобно для единичного производства: размер видно сразу, таблица не нужна.
• Обоими сразу: Ø40k6(^+0,018_+0,002). Так делают, когда обозначение нужно для подбора инструмента, а значения отклонений — для измерения детали.

На сборочном чертеже посадку пишут дробью или через косую черту: Ø40H7/k6 — сверху или слева поле отверстия, снизу или справа поле вала. Читается так: номинальный диаметр соединения 40 мм, отверстие по H7, вал по k6, посадка переходная в системе отверстия.

Какой квалитет даёт каждый вид обработки

Квалитет на чертеже напрямую определяет маршрут обработки: каждой операции соответствует своя достижимая точность. Ориентиры по справочникам технолога-машиностроителя:

Отсюда и цена. Отверстие по H12 получают сверлением за один проход, а по H7 — сверлением, зенкерованием и развёртыванием или растачиванием с промежуточным контролем. Вал по h14 точат за один-два прохода, а по h6 — точат, термообрабатывают, если нужно, и шлифуют. Чем меньше допуск, тем больше операций, тем дольше контроль и тем выше доля брака.

В механическом цехе технопарка ЗЭМ токарно-фрезерные и горизонтально-фрезерные центры дают точность до 7-го квалитета, позиционирование станков — от ±0,001 до ±0,005 мм. Посадочные поверхности валов и отверстий доводят шлифованием с подачей 0,0005 мм. Подробнее об оборудовании и порядке заказа — на странице механической обработки металла.

Посадки подшипников качения

Подшипник — готовое покупное изделие, его кольца изготовлены по своим допускам, поэтому посадку задают только полем вала или корпуса по ГОСТ 3325-85. Есть важная особенность: поле допуска отверстия внутреннего кольца расположено в минус от номинала, а не в плюс, как у H. Поэтому вал k6 с внутренним кольцом даёт не переходную посадку, а натяг.

• Вращается вал — внутреннее кольцо садят с натягом (валы js6, k6, m6, n6 — чем больше нагрузка, тем плотнее), наружное в корпус — с небольшим зазором или переходной посадкой (H7, JS7).
• Вращается корпус, например ступица колеса на неподвижной оси, — наоборот: натяг по наружному кольцу (N7, P7), зазор по внутреннему (g6, h6).

Шероховатость и точность формы посадочных мест под подшипник задаёт тот же стандарт: овальность и конусность шейки вала искажают дорожку качения и сокращают ресурс подшипника.

Ошибки при назначении допусков

• Точность «с запасом». 7-й квалитет на свободных поверхностях, которые ни с чем не сопрягаются, увеличивает число операций и стоимость детали, не давая ничего узлу. Точными должны быть только сопрягаемые размеры.
• Допуск без шероховатости. Поле H7 на отверстии с шероховатостью Ra 6,3 не выдержать: гребешки микронеровностей сравнимы с самим допуском. Для 6–7-го квалитета обычно назначают Ra 0,4–1,6 мкм — подробнее в статье «Шероховатость поверхности».
• Размер до покрытия. Гальваническое покрытие увеличивает диаметр вала на две толщины слоя — по обе стороны, а диаметр отверстия на столько же уменьшает. Если вал по h6 потом цинкуют, на чертеже нужно указать, к чему относится размер: до покрытия или после. Толщину покрытия выбирают по ГОСТ 9.303-84, а наносят покрытия на участке гальваники.
• Допуск размера вместо допуска формы. Допуск Ø40h6 ограничивает диаметр, но вал может быть бочкообразным или овальным в его пределах. Если важна форма — круглость, цилиндричность, соосность, — её задают отдельным допуском формы и расположения.
• Температура. Размеры в ЕСДП нормируются при 20 °C. Алюминиевый корпус и стальной вал расширяются по-разному, и посадка, рассчитанная для цеха, при 100 °C в работе может стать свободной. Для таких узлов посадку проверяют расчётом на рабочую температуру.

Старые обозначения посадок по системе ОСТ

До перехода на ЕСДП в 1970-х годах в СССР действовала система ОСТ. На старых чертежах вместо H7/k6 можно встретить буквы с индексом класса точности: А — основное отверстие, В — основной вал, С — скользящая посадка, Д — движения, Х — ходовая, Л — легкоходовая, Ш — широкоходовая, П — плотная, Н — напряжённая, Т — тугая, Г — глухая, Пр — прессовая. Индекс показывал класс точности: 1, 2, 2а, 3, 3а, 4, 5 и далее; второй класс без индекса подразумевался по умолчанию. Такие чертежи до сих пор приходят на изготовление запасных частей к старому оборудованию. Перевод в поля ЕСДП делают по справочным таблицам соответствия, а спорные места — по образцу детали или по сопрягаемой детали.