Почему подшипник садится на вал с натягом, а в корпус с зазором? Квалитеты, отклонения, зазоры и натяги на примере вала и отверстия.
Станок, резец и мерительный инструмент всегда ошибаются на несколько микрометров. Конструктор заранее говорит, насколько можно ошибиться: размер вала Ø50 может быть от 50,002 до 50,018 мм. Отступы от номинала называют отклонениями: у отверстия ES и EI, у вала es и ei. Ширина коридора зависит от квалитета: IT6, IT7, IT8 и дальше, чем меньше номер, тем точнее и дороже.
Где коридор лежит относительно номинала, задает буква. У основного отверстия H нижнее отклонение ноль, у основного вала h ноль верхнее. Сочетание двух полей дает посадку: с зазором (H7/f7, вал свободно вращается), переходную (H7/k6, малый зазор или малый натяг, для точной центровки) или с натягом (H7/s6, деталь держится трением и передает момент без шпонки).
ⓘ Допуски и основные отклонения взяты из таблиц ISO 286 (ГОСТ 25346 и 25347) для основных интервалов диаметров, для s по промежуточным интервалам. Поля колец подшипников класса 0 упрощены до отклонения среднего диаметра. Размеры в партии распределены нормально вокруг середины поля (σ = T / 6) и не выходят за поле. В разрезе отклонения увеличены в сотни раз, а детали считаются идеально круглыми и соосными.
Все три карточки берут числа из опыта. Меняй диаметр, буквы и квалитеты или выбери готовый случай, и подстановка пересчитается.
Насколько можно ошибиться при изготовлении?
Допуск равен верхнему отклонению минус нижнее, то есть ширине поля на схеме. Годная деталь та, чей размер попал в поле. Остальное брак или переделка.
Какой зазор или натяг получится?
Наибольший зазор, когда отверстие самое большое, а вал самый маленький. Наименьший, когда наоборот. Если Smin вышел отрицательным, это натяг Nmax = es − EI.
Почему у большого вала допуск больше?
Единица допуска растет как кубический корень из диаметра. Каждый квалитет это свое число единиц: IT6 = 10 i, IT7 = 16 i, IT8 = 25 i, IT9 = 40 i, IT11 = 100 i. Шаг между соседними примерно в 1,6 раза.
Если бы точность росла вместе с размером, допуск был бы просто долей диаметра. Но опыт заводов показал другое. Шейку вала Ø10 и Ø400 точат на похожих станках, а ошибки дают биение шпинделя, износ резца, нагрев, прогиб детали и ошибка измерения. Они растут с размером, но гораздо медленнее, чем сам размер.
Измерения ошибок обработки в 1920-х и 1930-х годах легли на кривую вида ∛D. Так и появилась единица допуска i = 0,45 ∛D. Слагаемое 0,001 D добавили для больших диаметров: там уже заметна ошибка от разницы температур детали и измерительного инструмента, а она растет прямо пропорционально размеру.
Посмотри в таблицу. Диаметр от первой строки к последней вырос в 58 раз, а допуск IT7 только в 4 раза. Поэтому в процентах большой вал точнее: 0,19 % у Ø8 и 0,014 % у Ø450. Чтобы таблица не была бесконечной, диаметры разбиты на интервалы, и для всего интервала берут одно Dm.
| Интервал, мм | Dm | i, мкм | 16 i | IT7 |
|---|---|---|---|---|
| 6 - 10 | 7,7 | 0,9 | 14,4 | 15 |
| 30 - 50 | 38,7 | 1,56 | 25 | 25 |
| 80 - 120 | 98 | 2,17 | 34,8 | 35 |
| 250 - 315 | 280,6 | 3,23 | 51,6 | 52 |
| 400 - 500 | 447,2 | 3,89 | 62,2 | 63 |
| Диаметр вырос в 58 раз, допуск только в 4 раза | ||||
Если кольцо подшипника провернулось, шейка вала изношена и натяг k6 пропал. Шейку меряют микрометром и сравнивают с полем: если вышла из поля, ее наплавляют или напыляют и шлифуют в размер, а разбитое гнездо корпуса растачивают под ремонтную втулку. Клей и кернение шейки не восстанавливают посадку.
Подшипник из склада, вал от завода и корпус от другого завода собираются без подгонки, потому что все сделаны по одним полям. На этом держится ремонт агрегатным методом: снял редуктор или насос, поставил новый со склада, а старый ремонтируешь в цеху.
Полумуфту мотора мельницы или шестерню бортового редуктора сажают на вал с натягом. Ступицу греют индукционным нагревателем на 150 - 250 °C, чтобы она расширилась больше натяга. Нужная температура: Δt = (N + зазор на сборку) / (α · D), α стали около 12 мкм на метр на градус.
Палец в бронзовой или стальной втулке стоит с зазором, например H8/f7. От ударов и абразива зазор растет с десятков микрометров до миллиметров, стрела начинает стучать. По замерам зазора решают, когда менять втулки и пальцы, пока не разбиты проушины, как в теме «Износ».
В серийном производстве размер не читают, а проверяют калибром. Пробка для отверстия Ø50 H7 имеет две стороны: проходная Ø50,000 должна войти, непроходная Ø50,025 не должна. Для валов скобы. Инструмент для контроля должен быть в 5 - 10 раз точнее допуска, иначе погрешность измерения съест половину поля.
Надпись Ø60 H7/s6 на сборочном чертеже значит: отверстие ступицы 60,000 … 60,030, вал 60,053 … 60,072, натяг от 23 до 72 мкм. Слесарь по ней понимает, что собирать надо нагревом, а токарь, каким инструментом мерить: штангенциркуль с ценой 0,02 мм тут уже не годится.
Допуски IT5 - IT11 и основные отклонения F, G, H, JS, f, g, h, js, k, m, n, p, s взяты из таблиц ISO 286 для основных интервалов до 500 мм; у k для квалитетов грубее IT7 нижнее отклонение ноль, у s значения взяты по промежуточным интервалам. Это учебная модель: для работы бери ГОСТ 25346, ГОСТ 25347 или ISO 286 и справочник, там есть все буквы, промежуточные интервалы и поправки Δ для отверстий K, M, N, P. Поля колец подшипников класса точности 0 заданы упрощенно, только отклонением среднего диаметра, по ГОСТ 520 и ISO 492; овальность и конусность колец не учтены. Размеры деталей в партии считаются нормально распределенными вокруг середины поля, на деле центр партии часто смещен: токарь стремится остаться в «плюсе» для вала и в «минусе» для отверстия. Отклонения формы, шероховатость и нагрев при работе не учтены, хотя при натяге шероховатость сминается и реальный натяг становится меньше расчетного на несколько микрометров. Числа в готовых случаях реалистичные, но примерные.