Техническое черчение

Детали машин и их отдельные элементы изготовляются с различной степенью точности, в зависимости от назначения и характера соединения сопрягаемых поверхностей. В отечественном машиностроении приняты десять классов точности: 1-й, 2-й, 2a, 3-й, За, 4-й, 5-й, 7-й, 8-й и 9-й. 1-й класс является (по точности) высшим.

Наибольшее распространение в машиностроении имеют 2-й, 3-й и 4-й классы. Чем выше принят класс точности, тем выше стоимость изго­тавливаемой детали. Правильно выбранным классом точности следует считать наиболее грубый класс, обеспечивающий надёжную работу соединения.

1- й класс точности. 1-й класс точности применяется для особенно точных однородных посадок. Основной метод окончательной обработки поверхностей: очень точная шлифовка для валов, многократное развёр­тывание для отверстий, притирка и прочие доводочные операции.

В общем машиностроении 1-й класс точности применяется редко. Он находит применение при изготовлении шарикоподшипников и редко при их посадке на вал или в корпус, в некоторых специальных деталях пневматических машин, в соединениях точных измерительных приборов и механизмов.

2- й      класс точности. 2-й класс точности применяется для изготов­ления важных и ответственных сопряжений, требующих однородности и взаимозаменяемости.

Основной вид изготовления: а) для валов—шлифование или тща­тельная обточка, б) для отверстий—шлифование или тщательная расточка, чистое развёртывание.

2-й класс точности одновременно с 3-м, 4-м, 5-м классами в основном применяется: в станкостроении, авто-и тракторостроении,электромо- торостроении, общем машиностроении, производстве пневматических машин и др. В общем машиностроении посадки 2-го класса являются наиболее распространёнными.

2-й класс точности охватывает все указанные ранее виды посадок как для неподвижных, так и подвижных соединений. Рассмотрим эти по­садки.

Горячая посадка (Гр) применяется при необходимости получения прочного неподвижного соединения деталей, подверженных действию ударных или переменных нагрузок, или испытывающих в эксплоатации термические деформации, например: посадка бандажей на железнодо­рожные колёса, маховых колёс на шейки валов, венца червячного колеса на обод и т. п. При горячих посадках натяг сопрягаемых деталей унич­тожается при сборке путём нагрева детали, имеющей отверстие, или путём охлаждения вала. Горячая посадка обеспечивает неподвижность и прочность деталей в соединении исключительно за счёт натяга.

Прессовая посадка (Пр) применяется в случаях необходимости ме­нее прочного и, следовательно, менее надёжного неподвижного соеди­нения, с меньшим натягом, чем при горячей посадке. Прессовая посадка может быть получена под прессом без нагрева. Эта посадка применяется при соединении, например, венца зубчатого колеса со ступицей, при посадке глухих втулок в корпуса подшипников, при посадке втулок в головки шатунов и т. д. В этих соединениях прочность прессового сое­динения достигается также за счёт натяга.

Легкопрессовая посадка (Пл) обеспечивает неподвижность соедине­ния, но без особой гарантии, и применяется чаще всего там, где прес­совую посадку из-за слабости деталей применить нельзя, например при соединении тонкостенных втулок подшипников, у которых не может быть обеспечен значительный натяг. Запрессовка таких деталей происходит при небольших усилиях с помощью лёгкого пресса.

Глухая посадка (Г), в отличие от предыдущих—Гр, Пр, Пл, может иметь теоретически до 9% соединений с зазорами; она применяется с обязательным подбором деталей, обеспечивающим средний натяг соеди­нения. При применении глухих посадок необходимо вводить дополнитель­ное крепление соединённых деталей.

Применяется эта посадка там, где требуется иметь возможность раз­борки соединения, например: для посадки ведущих шкивов, зубчатых колёс, соединительных муфт валов, вкладышей в подшипники и т. д. и где в то же время между соединёнными деталями должен существовать известный натяг.

Тугая посадка (T) теоретически может иметь до 32% соединений с зазорами. При этой посадке обязательно предохранение деталей от сме­щения. Применяется она в соединениях таких деталей, которые требуют периодической замены, например: при соединении зубчатых колёс с ва­ликами в коробках скоростей станков, шкивов, распределительных ку­лачков, при посадке шарикоподшипников и т. п.

Напряжённая посадка (H) теоретически может иметь до 60% соединений с зазором и требует для неподвижности установки приме­нения шпонок, винтов и т. п. Применяется она при посадке маховиков и шкивов на валах, при посадке шарикоподшипников, сальников втулок и т. д.

Плотная посадка (П) теоретически может дать до 92% соединений с зазором. Соединение производится от руки или деревянным молотком. Применяется в соединениях неподвижных осей в опорах, в соединениях сменных шестерён в станках, в соединениях маховичков с валиками и т. д. Применение предохранительных деталей от смещения обяза­тельно.

Скользящая посадка (С) применяется как основная при соединении деталей без натягов и допускает при смазке продольное перемещение деталей от руки, например: переключающиеся зубчатые колёса на вали­ках коробки скоростей в станках, в редукторах, фрезы на оправках пиноли в колонках радиально-сверлильных станков, центрирующие фланцы и выступы в переходных элементах и др.

Посадка движения (Д) имеет незначительный гарантированный зазор в соединении. Применяется для соединения медленно вращающихся или перемещающихся одна относительно другой деталей с минимальным зазором, например: для соединения пальца с шатуном, в передвижных и вращающихся шестернях станков, в шпинделях и делительных головках и т. д.

Ходовая посадка (X) имеет значительный гарантированный зазор. Применяется ходовая посадка для соединения деталей, вращающихся с умеренным числом оборотов, и там, где требуется наличие гарантиро­ванного зазора для слоя масла, например: в соединении подшипников со шпинделями токарных, фрезерных, сверлильных станков, в подшип­никах валов, распределительных валиков и т. п.

Легкоходовая посадка (Л) имеет удвоенный наименьший зазор, по сравнению с зазором при ходовой посадке, и увеличенный допуск основ­ной детали. Применяется для соединений, где вал вращается с большой скоростью, или для валов, работающих в длинных подшипниках, напри­мер: для подшипников валов турбогенераторов, в коренных подшипниках и подшипниках распределительных валиков двигателей внутреннего сгорания, в коренных подшипниках компрессоров, подшипниках ходовых валиков супортов станков, подшипниках многоопорных валов и др.

Широкоходовая посадка (Ш)—это посадка наибольших зазоров. Применяется в соединениях подшипников с валами у точных многообо­ротных трансмиссий, в соединениях многооборотных холостых шкивов и т. д.

3-й класс точности. Основной метод изготовления деталей: расточка, обточка и развёртывание. 3-й класс точности довольно часто применяется в комбинации со 2-м и 4-м классами.

Основное отличие этого класса заключается в значительно больших допусках отверстия и вала, по сравнению со вторым классом.

Наибольшее распространение посадки 3-го класса имеют в тяжёлом машиностроении:—при изготовлении паровых машин, в дизеле- и паро­возостроении, в орудийном деле, текстильном и сельскохозяйственном машиностроении. 3-й класс имеет кроме скользящей С₃ и подвижных Х₃₎ Ш₃ три прессовые посадки ПР1₃, ПР2₃, ПР3₃. Прессовые посадки 3-го класса применяются там, где большие натяги не вызывают опасности для прочности деталей, а выполнение соединения по посадкам 2-го класса не вызывается необходимостью или такая точность трудно дости­жима.

Сборку соединений по посадкам ПР1₃, ПР2₃ ПР3₃ предпочтительно производить методом подбора деталей.

4- й  класс точности. Основной метод изготовления деталей — механическая обработка резцом, волочение или прокатка.

Основное распространение 4-й класс имеет в сельскохозяйственном машиностроении, паровозо-и вагоностроении.

Прессовая посадка (ПP₄) 4-го класса разработана специально для паровозо- и вагоностроения, причём по допускам 4-го класса выпол­няется отверстие, а вал изготовляется по 3-му классу.

Посадки С₄, Х₄, Л₄, Ш₄ применяются для грубых подвижных соеди­нений с большим зазором.

5- й  класс точности. Применяется в тех же областях промышлен­ности, что и 4-й класс, и имеет две посадки: С₅ и Х₅.7-й, 8-й и 9-й классы точности. Эти классы точности применяются для несопрягаемых размеров, и допуски их могут быть различно распо­ложены по отношению к номинальному размеру.

Обычно для несопрягаемых размеров деталей, получающихся меха­нической обработкой, применяются допуски по 7-му классу, а для необ­работанных плоскостей (литьё, поковка) применяются допуски по 9-му классу точности.

Порядок применения этих классов точности в каждой отрасли про­мышленности обусловливается ведомственными (отраслевыми) норма­лями.

2a и За классы точности. 2a и За классы точности являются про­межуточными—соответственно между 2-м и 3-м и между 3-м и 4-м клас­сами.

Увязка размеров и допусков. Производственные погрешности вызы­ваются следующими отступлениями от номинальных данных, указываемых в чертежах:

1)    отклонениями в диаметральных, линейных и угловых размерах деталей;

2)    неправильностями геометрической формы деталей (конусность, овальность, изгиб и т. д.);

3)    непараллельностью, неперпендикулярностью, невыдерживанием заданных углов между линиями и плоскостями в деталях и собранных узлах;

4)    эксцентриситетом и несоосностью цилиндрических поверхностей, зубчатых колёс и т. д.;

5)    непрохождением осей через заданные точки;

6)    невыдерживанием заданных значений зазоров при сборке и т. д.

К многочисленным и разнообразным причинам, вызывающим появ­ление производственных погрешностей, относятся: погрешности обору­дования; погрешности инструмента; колебания режима работы; погреш­ности рабочих приспособлений; неоднородность материала изделия; ошибки рабочего; нагрев деталей при обработке и т. д.

Поэтому всякая рационализация в назначении допусков в размерных и кинематических цепях положительно сказывается на трудоёмкости и стоимости изготовления деталей, а также стоимости сборочного процесса, так как это даёт возможность устранить доделку деталей при сборке, пригонку их по месту и тому подобные дорогостоящие операции.

Конструктор и технолог должны учитывать вопросы экономики в стадии проектирования и изготовления машины.

Одним из основных требований качественного проектирования является соблюдение технологичности конструкции.

Технологичность конструкции в широком смысле этого слова охва­тывает не только технологическую, но и экономическую стороны произ­водства и показывает: в какой мере конструктор сумел экономно спроек­тировать машину, избежал введения в конструкцию излишних, трудно­выполнимых и дорогостоящих деталей или операций, экономно исполь­зовал материал и освоенные в производстве детали, а также насколько целесообразно назначил допуски и посадки и т. д.

При проектировании машины все эти вопросы должны находиться в поле зрения конструктора и должны решаться им продуманно и тех­нически грамотно, со знанием не только всех условий, влияющих на технологичность конструкции,но и конкретных технологических возмож­ностей её изготовления.

В комплексе элементов, влияющих на технологический процесс изготовления деталей, большое место занимают допуски и посадки.

Размерами и допусками в большой степени определяются взаимо­заменяемость и технологичность деталей, а во многих случаях и их конструктивные формы. Ввиду такой тесной связи между конструктив­ными формами деталей и их размерами и допусками на конструктора возлагается особая ответственность за правильный выбор и назначение допусков. Излишнее ужесточение допусков (в целях перестраховки) при­водит к удорожанию производства, требует повышенной квалификации рабочих, более точного оборудования или инструмента, удлиняет произ­водственный цикл, чем, в конечном счёте, приводит к снижению произ­водственной мощности предприятия и удорожанию продукции.

Следовательно, составленный конструктором чертёж должен заклю­чать в себе экономически целесообразные, исчерпывающие в отношении характеристики детали сведения, необходимые для последующего состав­ления технологического процесса её изготовления.

Целесообразный выбор размеров и допусков, обеспечивающих тех­нологичность деталей и требования взаимозаменяемости, сводится к соблю­дению двух следующих основных условий:

1)    разработки размеров и допусков, проставляемых на рабочих чертежах деталей, обеспечивающих правильное взаимодействие деталей, и

2)    разработки размеров и допусков, связанных с технологическим процессом изготовления деталей.

В первом случае размеры и допуски должны рассматриваться как конструктивные, а во втором—как производственные.

Конструктивными называются те допуски, которые обусловливают качество работы механизма и взаимозаменяемость деталей или узлов. К этим допускам относятся допуски на размеры, входящие в сборочные размерные цепи, и допуски так называемых свободных размеров.

Производственными называются допуски, устанавливаемые по сооб­ражениям рациональности производства с целью получения размеров детали, отвечающей заданным конструктивным допускам. Эта связь раз­меров выражается так называемыми размерными цепями.

Размерной цепью называется замкнутый контур, образованный взаим­но связанными размерами.

Сборочной размерной цепью называется размерная цепь, выражающая взаимную связь деталей или узлов механизма.

Подетальной размерной цепью называется размерная цепь, выража­ющая взаимную связь окончательных чистовых размеров одной и той же детали.

По взаимному расположению звеньев различают размерные цепи линейные, плоскостные и пространственные.

Рассмотрим на примере расчёт допусков линейной размерной сбороч­ной цепи, представленной на фиг. 440.

Сборочные размерные цепи выявляются на сборочных чертежах, а затем проверяются на замкнутость контура.

Для этой цели составляют схему размерной цепи, обходя цепь по часовой или против часовой стрелки так, чтобы конец каждого преды­дущего звена и начало последующего встречались в одной точке. Когда схема готова, составляют уравнение цепи, для чего обходят систему по контуру, выписывая со знаком плюс или минус звенья цепи, имеющие одно и то же направление. Таким образом, показанную на фиг. 440 сборочную размерную цепь можно представить уравнением

А + В — С₂ — L — S — С₁ = 0.

Звеньями этой цепи являются размеры деталей, входящие в эту цепь. Следовательно, данная сборочная цепь состоит из одной линейной цепи, связывающей различные детали.

Для получения этой связи достаточно ввести в сборочную цепь от каждой детали этой цепи только один размер; поэтому было бы непра­вильно в размерную цепь (фиг. 441) вместо размера А дать размеры p и и, так как ни тот, ни другой не могут повлиять на характер сопря­жения деталей, а следовательно, на величину зазора S.

Размеры А, p и и представляют собою подетальную размерную цепь, уравнение которой будет

A—р+u=0.

Каждая сборочная размерная цепь, кроме размеров деталей, вклю­чает и звено (в нашем примере зазор S), определяющее характер сопря­жения деталей. Такое звено называется замыкающим.

Подетальной размерной цепью называют такую цепь, которая опре­деляет характер взаимной связи окончательных размеров одной и той же детали.

На фиг. 442 дан пример такой цепи, уравнение которой будет L — А — В — С — К = 0.

Построения схем для этих цепей обычно не делают, а если в этом является необходимость, то они составляются аналогично схемам для сборочных размерных цепей. При увязке размеров в подетальных раз­мерных цепях пользуются заданными размерами, тогда уравнение записы­вается в числовых величинах, так, как это приведено на фиг. 443.

Звеньями подетальной размерной цепи являются размеры элементов детали.

При расчётах размерных цепей в сборочных единицах, особенно с большим количеством составляющих размеров, прибегают к введению

регулировочных устройств, называемых обычно компенсаторами, т. е. к подбору деталей при сборке, совместной обработке, пригонке, уста­новке при сборке, применению передвижных или переставных деталей, упругих компенсаторов, сменных деталей и т. д.

Компенсаторы назначаются для компенсации возможных ошибок и отклонений.

Однако, несмотря на простоту составления подетальных размерных цепей, изготовление деталей с большим количеством линейных размеров в подетальной цепи становится чрезвычайно сложным и даже в некото­рых случаях может оказаться нерациональным из-за трудности выдер­жать точно размеры звеньев такой цепи. Этим весьма ограничивается область применения подетальной цепи. Пользование такими цепями воз­можно лишь для деталей, не требующих точного изготовления.

Если, например, необходимо точно изготовить звенья детали, при­ведённой на фиг. 442, то подетальную размерную цепь заменяют опера­ционной. Операционная размерная цепь может быть взята от одной или двух технологических баз (фиг. 444 а, б). Технологической базой назы­вают ту исходную поверхность детали, по отношению к которой ориен­тированы все размеры детали. Размеры в этом случае называют техно­логическими, если они нанесены по тем же общим правилам, что и размеры конструктивные. Поэтому при нанесении конструктивных раз­меров на рабочих чертежах деталей необходимо всегда считаться с удобством обработки деталей в производстве.

На фиг. 444,a за технологическую базу принят правый торец валика, а на фиг. 444, б — оба торца. В обоих примерах оставлены свободные размеры: в первом — размер A, во втором—B.

Свободными называются размеры, не входящие в размерные цепи и не влияющие непосредственно на характер соединения, т. е. размеры, за счёт которых производится увязка допусков на размеры цепи.

Допуски на свободные размеры, как правило, не проставляются. Если допуск на свободный размер должен быть выдержан в пределах, не предусмотренных заводской нормалью, то величину допуска простав­ляют на чертеже.

Во всех случаях, когда свободные размеры частично или полностью проверяются калибрами, допуск по заводским нормалям обычно назна­чают по одному из грубых классов точности (7,8 и 9-му классам точ­ности по ОСТ 1010). При этом для размеров, проверяемых пробками, предусматривается отклонение в плюс (+) и для размеров, проверяемых скобами, — в минус (—).

В операционных размерных цепях выражается связь между опера­ционными размерами или операционными и окончательными размерами. От выбора технологической базы зависят величина припуска на обра­ботку и, в свою очередь, операционные размеры.

Припуском называют слой металла, удаляемый при обработке детали, а размер, по которому совершается обработка поверхности в несколько операций с оставлением для каждой операции припуска, называется опе­рационным размером.

Простейшая операционная размерная цепь состоит из двух последо­вательных операций при одной и той же технологической базе, причём припуск, оставленный от предыдущей операции, снимается на последую­щей операции.

На фиг. 445, а и б показаны для одной и той же детали операцион­ные размерные цепи, образованные размерами длины L и l, L и e и при­пуском m. Ниже даны схемы размерных цепей, уравнение для которых

имеет вид: L-l-m = 0; L-e-m= 0. Чтобы составить операционную размерную цепь для большего числа звеньев, имеющих не одну, а несколько технологических баз, —составляют схему технологического процесса детали. Для этого делается эскиз детали и наносятся между поверхностями размерные линии. На конце размерной линии у обрабаты­ваемой поверхности ставится стрелка, а у поверхности, принятой за технологическую базу, точка.

Составленная схема даёт возможность установить порядок обработки детали, принятые технологические базы, а также выявить размеры, оказывающие влияние на величину припуска, предусматриваемого для той или иной поверхности. На фиг. 445 дан чертёж такой детали, а на  фиг. 446— технологическая схема и схема операционной цепи для этой же детали (фиг. 445).

Все размеры детали, подлежащие контролю, должны быть снабжены допусками, выбор которых определяется требуемой "точностью обработки детали и соответствующей посадкой. Ниже приводятся общие указания по обозначению допусков по ГОСТ 3457-46.