Заняття № 20

Змістовий модуль 8 Допуски кутів. Взаємозамінність конічних

з’єднань

ПЛАН:

1 Допуски на кутові розміри. Види конічних з’єднань та експлуатаційні вимоги до них. Взаємозамінність за геометричними параметрами конічних з’єднань.

2 Допуски і посадки для конічних з’єднань. Призначення конічних з'єднань. Основні параметри конічних з'єднань: конусність, ухил, базовідстань і т.д. Рухомі та нерухомі конічні з'єднання допуски на конічні з'єднання.

3 Позначення кутів та конусів на кресленнях.

Мета заняття: Ознайомитись з конструкціями та призначенням кутів та гладких конічних з’єднань. Навчитися правильно застосовувати на практиці допуски, посадкидля кутів та гладких конусів.

Мета виховна: Конічне з'єднання в порівнянні з циліндричним має переваги: ​ ​ можно регулювати величину зазору або натягу відносним зсувом деталей вздовж осі; при нерухомому з'єднанні з натягом можлива часта розбирання та збирання складальних одиниць (вузлів); ​ ​ конічні з'єднання забезпечують хороше центрування деталей і герметичність.

Самостійна робота №9

ТЕМА: Взаємозамінність конічних з’єднань

ПЛАН: 1 Допуски на кутові розміри

2 Допуски і посадки конічних з’єднань.

3 Позначення кутів та конусів на кресленнях

Література: 1, с. 145-148; 2, с. 143-156; заняття № 20 163 - 174

1 Допуски на кутові розміри

Допуски кутових розмірів призначають згідно з ГОСТ 8908.

Допуском кута АТ (Angie Tolerance) називається різниця між найбільшим α max та найменшим α min граничними кутами. Допуски кутів повинні призначатись в залежності від номі­нальної довжини L1 меншої сторони кута. Допуск кута може бути виражений:

- в кутових одиницях радіанної та градусної мір АТ_α (точ­не значення) та АТ'_α (округлене значення допуску в градусній мірі, рисунок 1);

- довжиною протилежного відрізка на перпендикулярі до сто­рони кута на відстані L1 від вершини (цей відрізок приблизно дорівнює дузі з радіусом L1) АТh (рисунок 1 та рисунок 2 б);

- допуском на різницю діаметрів в двох перетинах конуса на відстані L між ними АТD (рисунок 2а).

Рисунок 1- Вираження допуску кута

Допуски кутів конусів з конусністю не більше 1: 3 повинні призначатись в залежності від номінальної довжини конуса L (різниця між довжиною конуса та твірною в цьому випадку не більше 2 %). При більшій конусності допуски призначаються в залежності від довжини твірної конуса L1 (рисунок 2).

С≤ 1: 3
С> 1: 3

Рисунок 2 - Допуски кутів з різною конусністю

Зв'язок між допусками в кутових та лінійних одиницях ви­ражається наступною формулою:

АТh = АТ_α · L1 · 10³,

де АТh вимірюється в мкм;

АТ_α вимірюється в мкрад;

L1 вимірюється в мм.

Для малих кутів (С< 1: 3):

АТD ≈ АТh.

Для конусів з конусністю понад 1: 3 значення АТD визнача­ється за формулою:

де α - номінальний кут конуса.

Застосовуються три основних типи розміщення поля допуску відносно номінального кута: додатне (+ АТ), від'ємне (- АТ) та симетричне (± АТ/2). В обгрунтованих випадках може викорис­товуватися інше розташування допуску кута. При будь-якому розташуванні поля допуску відхилення кутових розмірів відра­ховуються від номінального розміру кута. Типи розміщення полів допусків для кута призматичного елемента наведені на рисунку 3а, та для кутів конуса - на рисунку 3б.

Для допусків кутів встановлені 17 степенів (квалітетів) точно­сті: 1, 2,..., 16, 17. При позначенні допуску кута заданої точно­сті до позначення додається номер степеню точності, наприклад АТ7. При необхідності призначення більшої точності, ніж та, яку дає 1-й квалітет, допуски степенів точності 0, 1 та 0 отримують послідовним діленням допусків АТ1 на коефіцієнт 1, 6.

Рисунок 3 - Типи розміщення полів допусків

Числові значення допусків кутів поширюються на кутові розміри призматичних елементів деталей, зовнішні та внутрі­шні конуси гладких конічних деталей, шаблони, контршаблони, конусні калібри та контркалібри з довжиною меншої сторони кута до 2500 мм і представлені в ГОСТ 8908. При вказанні допусків кутів на кресленні потрібно одночасно вка­зувати точність розташування кута відносно осі, твірної або площини деталі.

Нормальні ряди та розміри кутів

Всі нормальні кути, які використовують при конструюван­ні, можна розділити на три групи:

- нормальні кути загального призначення (широко викори­стовувані кути);

- нормальні кути спеціального призначення (обмежене за­стосування у стандартизованих спеціальних деталях);

- спеціальні кути (кути, розміри яких зв'язані розрахунко­вими залежностями з іншими прийнятими розмірами і які не можна заокруглити до нормальних кутів;

- кути, що визначені спеціальними експлуатаційними або технологічними вимогами).

Ряди та розміри нормальних кутів загального призначення, кути конусів та на­хилів нормальних конусностей – представлені в довідниках.

Одиниці виміру кутів

На практиці використовують декілька систем виміру кутів. Міжнародна система одиниць SI (ДСТУ 3651.0) передбачає в числі додаткових одиниць кутові одиниці радіан та стерадіан.

Кутом в один радіан називається плоский кут між двома радіусами кола, що відтинає з окружності дугу, довжина якої дорівнює радіусу.

Відповідно стерадіан — це центральний тілесний кут, який відтинає на поверхні сфери площу, що дорівнює квадрату ра­діуса.

Радіальна система виміру дуже зручна в розрахунках, але її використання при виготовленні та контролі виробів проблема­тичне, тому що поки не виробляють прилади, проградуйовані в радіанах.

Широко використовується утворена на давній шестидесятирічній системі числення градусна міра, одиниці якої - градус (°), хвилина(') та секунда (").

Градусом називається плоский кут, рівний 1/360 частині центрального кута, що опирається на повну окружність. Градус дорівнює 60 кутовим хвилинам, хвилина, в свою чергу — 60 ку­товим секундам.

Крім того, при вимірюванні конусів кути вимірюються ве­личиною та конусністю; при вимірюванні нахилів призматич­них елементів деталей кути вимірюються в мкм/мм, мм/м. В техніці для зручності розрахунків інколи кути умовно вира­жаються в обертах, а також через обернені тригонометричні функції (arcsin α, arccos α тощо).

Види конічних з’єднань та експлуатаційні вимоги до них.

Широке використання конічних з'єднань викликане рядом їхніх цінних властивостей. Серед них - герметичність, висока міцність та напруженість з'єднання, можливість легкого регу­лювання зазору та натягу за допомогою зміни осьового розташу­вання деталей, здатність конічної пари до швидкого розбиран­ня та збирання без пошкодження поверхні елементів з'єднання, самоцентрування.

В залежності від натягів та зазорів конічні з'єднання мож­на розділити на наступні види:

- нерухомі з'єднання (з натягом);

- щільні (із можливістю ковзання);

- рухомі (із зазором).

Нерухомі з'єднання призначені для виключення взаємного переміщення деталей або для передачі крутного моменту. Дію з'єднання забезпечує сила тертя між спряженими поверхнями, яка регулюється натягом, що визначається, в свою чергу, змі­ною взаємного розташування конічних поверхонь деталей вздовж осі з'єднання. Натяг забезпечується затягуванням або за­пресовуванням зовнішнього конуса у внутрішній, а також за рахунок складання елементів пари з різною температурною де­формацією (при нагрітому внутрішньому конусі та (або) охо­лодженому зовнішньому). При великих навантаженнях та від­носно малому натязі, при вібраціях в нерухомому конічному з'єднанні передбачається одна або дві шпонки. Прикладом та­ких з'єднань можна назвати:

- з'єднання конусів валів електричних машин та верстатів;

- з'єднання валопроводів судів;

- з'єднання фланцевих муфт з порожнистими та суцільни­ми валами;

- конічні фрикційні муфти;

- конічні штифти та головки;

- ущільнення пробки.

Розрахунок натягів, а також числа шпонок (або необхідно­сті додаткового кріплення) конічного з'єднання забезпечується методами опору матеріалів та аналогічний до розрахунку натя­гів пресових посадок для циліндричних з'єднань.

Щільні з'єднання з можливістю ковзання застосовуються для забезпечення газо-, водо- та маслонепроникності за спря­женими поверхнями (тобто для ущільнення з'єднання, яке герметизують шляхом притирання поверхонь), при цьому по­вна взаємозамінність деталей порушується. Щільні з'єднання застосовуються:

- у пробкових кранах трубопровідної арматури;

- у двигунах для посадки клапана в сідло;

- у жиклерах карбюраторів тощо.

Рухомі з'єднання застосовуються для забезпечення віднос­ного обертання або зазору між елементами пари. Вони мають переваги точного центрування та компенсації зношення робо­чих поверхонь переміщенням деталей вздовж осі. Такі посад­ки використовуються:

- у точних приладах;

- конічних підшипниках верстатів;

- пристроях дозування та регулювання тощо.

Взаємозамінність за геометричними параметрами конічних з’єднань

Пряма колова конічна поверхня - це поверхня обертання, утворена прямою, що обертається відносно осі, перетинає її, заданою точкою описує окружність.

При обробці реальної конічної деталі (обмеженої зовні або внутрішньо конічною поверхнею) виникають різні відхилення від номінального конуса (тобто конуса, який визначається номіналь­ною поверхнею та номінальними розмірами - діаметром, довжиною, кутом конуса). Вказані визначення дає ДСТУ 2499.

Для нормальної експлуатації конічного з'єднання необхід­но, щоб відхилення дійсних розмірів конуса знаходились в ме­жах заданих допусків.

2 Допуски і посадки для конічних з’єднань

Призначення конічних з'єднань. Основні параметри конічних з'єднань: конусність, ухил, базовідстань і т.д.

Допуски та посадки для конічних з'єднань встановлює ГОСТ 25307. Цей стандарт поширюється на гладкі конуси діаметром до 500 мм та конусністю від 1: 3 до 1: 500.

Конічні з'єднання характеризуються конічною посадкою та базовідстанню з'єднання.

Посадки поділяються в залежності від способів фіксації вза­ємного осьового розташування зовнішнього та внутрішнього конусів (рисунок 4 - 9):

- шляхом зміщення конструктивних елементів конусів, що спряжуються (рисунок 4);

- за заданою осьовою відстанню Zpf між базовими площинами конусів, що спряжуються (рисунок 6);

- за заданим осьовим зміщенням Еn конусів, що спряжують­ся відносно їх початкового положення (рисунок 8);

- за заданим зусиллям запресування Fs, прикладеним в по­чатковому положенні конусів, що спряжуються (рисунок 9).

На рисунку 5 та 7 відмічений характер посадок, який забезпечується при різних способах фіксації.

Позначення на рисунку 8 та 9 наступні:

1 - кінцеве положення;

2 - по­чаткове положення;

3 - зовнішній конус;

4 - внутрішній конус.

Рисунок 4 - Посадки конічних з'єднань із зміщенням

конструктивних елементів

Рисунок 5 - Поля допусків посадок із зміщенням конструктивних елементів

Рисунок 6 - Посадки із заданою осьовою відстанню Zpf

Рисунок 7 - Поля допусків посадок із заданою осьовоювідстанню Zpf

Рисунок 8 - Посадки із заданим осьовим зміщенням Еn

Рисунок 9 - Посадки із зусиллям запресовування Fs

Для конусів встановлюють допуски:

- діаметра конуса в будь-якому перетині ТD, в заданому пе­ретині ТDS (рисунок 10а);

- кута конуса АТ (рисунок 10б); форми конуса - допу­ски круглості ТFR (рисунок 11а) та допуск прямолінійності твірної ТFL (рисунок 11б). Рекомендоване нанесення розмірів на конусних деталях (йдеться про вимірювання універ­сальними засобами) вказане на рисунку 12. Нанесення знаків конусності на кресленнях (ГОСТ 2.320) проводять одним із вказаних на рисунку 12 способів. Числове значення конуснос­ті повинно відповідати значенню, які знаходять в довідниках.

Допуски конусів нормують двома способами:

- сумісним нормуванням усіх видів допусків - допуском ТD
діаметра конуса в будь-якому перетині (ГОСТ 25347);
допуск ТD визначає поле допуску конуса, обмежене двома гра­ничними конусами, між якими повинні знаходитися всі точки
реальної поверхні конуса, та обмежує не тільки відхилення ді­аметру, а й відхилення кута та форми конуса; при необхіднос­ті допуск ТD може бути доповнений більш вузькими допуска­ми кута АТ та форми конуса ТFR та ТFL; при цьому всі точки реальної поверхні конуса також повинні знаходитьсь у полі
допуску, обмеженому двома граничними конусами;

- окремим нормуванням кожного виду допусків: ТDS (за ГОСТ 25347);

АТ (в кутових - АТα або лінійних - АТ D оди­ницях); ТFR та ТFL (за ГОСТ 24643).

Рисунок 10 - Допуски елементів конуса

Рисунок 11 - Допуски відхилень елементів конуса

В посадках з фіксацією шляхом зміщення конструктивних елементів та за заданою осьовою відстанню між базовими пло­щинами конусів, що спряжуються, допуски конусів бажано нормувати першим способом, оскільки в цих посадках величи­ни зазорів або натягів залежать від граничних відхилень діа­метрів конусів, що спряжуються. Відхилення кута та форми конуса впливають на нерівномірність зазорів або натягів, а також на довжину контакту. При необхідності вони можуть обмежуватись додатковими допусками кута конуса АТ та фор­ми конуса ТFR та ТFL, більш вузькими, ніж допуск ТD.

В посадках з фіксацією за заданим осьовим зміщенням ко­нусів, що спряжуються, від їх початкового положення або за заданим зусиллям запресовування допуски конусів потрібно нормувати другим способом, тому що в цих посадках величи­ни зазорів або натягів визначаються, в основному, умовами складання. На нерівномірність зазорів або натягів та на довжи­ну контакту впливають тільки допуски кута та форми конуса, а допуски діаметра впливають на базовідстань з'єднання. Цим же способом бажано нормувати допуски конусів, які не спря­жуються.

Поля допусків діаметрів зовнішніх та внутрішніх конусів повинні застосовуватись для призначення граничних відхилень (допусків) ТD та ТDS.

В посадках з фіксацією за конструктивними елементами або за заданою осьовою відстанню між базовими площинами кону­сів, що спряжуються, слід застосовувати поля допусків не гру­біше 9-го квалітету та з основним відхиленням: для внутрішніх конусів - Н, для зовнішніх конусів - з будь-яким, що вказаний в таблицях ГОСТ 25307.

Рекомендовано поєднувати поля допусків діаметрів зовніш­нього та внутрішнього конусів одного квалітету, але в обґрунто­ваних випадках - і різних квалітетів. При цьому рекомендова­но, щоб більший допуск діаметра призначався для внутрішнього конуса, а допуски діаметрів внутрішнього та зовнішнього кону­сів відрізнялися не більше, ніж на два квалітети.

В посадках з фіксацією за заданим зміщенням конусів, що спряжуються, від початкового положення або за заданим зусиллям запресування слід застосовувати поля допусків від 8-го до 12-го квалітетів з основними відхиленнями: для вну­трішніх конусів - Н (бажано), JS або N; для зовнішніх конусів - h, js або k. В обґрунтованих випадках можливо застосовувати поля допусків точніше 8-го квалітету.

Граничні значення та допуск осьового зміщення в посадках за заданим осьовим зміщенням конусів, що спряжуються, від їхньо­го початкового положення визначають за такими формулами:

в посадках із зазором

Еα Smin = Smin / С;

Еα Smax = Smax / С;

ТЕα = Еα Smin - Еα Smax = ТS / С;

де ТS = Smax - Smin;

в посадках з натягом

Еα Nmin = Nmin / С;

Еα Nmax = Nmax / С;

Теα = Еα Nmin - Еα Nmax = ТN / С;

де ТN = Nmax – Nmin.

Значення граничних зазорів або натягів (Smax, Smin, Nmax, Nmin) приймаються такими ж, як в аналогічних посадках ци­ліндричних з'єднань, або визначаються розрахунковим чи аналітичним шляхом.

3 Позначення кутів та конусів на кресленнях

Рисунок 12 - Позначення конусності на кресленнях

Контрольні запитання для самоаналізу

1 Як побудована система допусків на кутові розміри?

2 Скільки степенів точності встановлено на допуски кутів?

3 Які встановлені способи вираження допуску кута?

4 Вказати основні параметри конічних з'єднань

5 Як поділяються допуски конічних з’єднань?

6 Позначення на кресленні