Допуски, посадки и контроль конических деталей и соединений

Допуски углов конусов

Гладкие конические соединения, которые образуются внутренним конусом (конус — втулка) и наружным (конус — вал), имеют разнообразное применение. По сравнению с цилиндрическими соединениями они обладают рядом преимуществ: могут передавать бóльшие крутящие моменты, чем посадки с натягом, но при этом имеют возможность частой разборки и сборки узла, обеспечивают хорошее центрирование соединения и его герметичность, а также возможность регулирования натягов или зазоров.

Конусы как наружные, так и внутренние, характеризуются диаметром большого основания D (рис. 6.1), диаметром малого основания d, углом конуса a, углом a/2 и длиной конуса L.

Рис. 6.1.Параметры конуса

Основные элементы конусов связаны соотношением

или

где С — конусность; i — уклон.

Конусность является основным параметром конического сопряжения и на чертежах обозначается знаком , который ставится острым концом по направлению к вершине конуса. Например, С = 1:30 говорит о том, что разность диаметров D и d равна 1 мм на длине 30 мм.

По своему назначению и конструкции конусы могут быть:

центрирующими — для обеспечения высокой точности центрирования;
силовыми — для передачи крутящих моментов;
герметичными — для ликвидации возможностей утечки жидкостей и газов;
закрепительными — для крепления деталей в строго определенном положении с помощью различных клиньев, конических штифтов, болтов и т.д.;
уплотнительными — для уплотнения конических сопряжений;
регулирующими — для изменения скоростей вращения в различных фрикционных и других механизмах;
свободными — например, различные обтекатели скоростных машин.

ГОСТ 8908—81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные углы и допуски углов» регламентирует допуски углов конусов и ряды нормальных углов. Этим же стандартом установлено 17 степеней точности допусков углов: 1, 2, 3, …, 17, из которых 17-ю степень точности имеет самый грубый допуск. Обозначая допуск угла определенной точности символом АТ, добавляют цифровую индексацию степени точности, например, АТ 1, АТ 3 и т.д.

Следует иметь в виду, что допуск каждой последующей степени точности увеличивается в 1,6 раза. Широкое распространение на практике угловых размеров привело к необходимости их регламентирования. ГОСТ 8908—81 стандартизирует нормальные углы и подразделяет их на три ряда:

ряд 1 — 0°, 5°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°;
ряд 2 — 30′, 1°, 2°, 3°, 4°, 6°, 7°, 8°, 10°, 40°, 75°;
ряд 3 — 15′, 45′, 1° 30′, 2° 30′, 9°, 12°, 18°, 22°, 25°, 35°, 50°, 55°, 65°, 70°, 80°, 85°, 100°, 110°, 135°, 150°, 165°, 180°, 270°, 360°.

При выборе углов первый ряд предпочитают второму, а второй ряд — третьему.

В целях достижения взаимозаменяемости конических изделий или сопряжений ГОСТ 8593—81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные конусности и углы конусов» устанавливает ряды нормальных конусностей.

При определении допусков используется связь между размерами D, d, L и a.

Допустимые величины параметров конусов не могут назначаться независимо друг от друга. Например, можно задать предельные размеры и допустимые отклонения параметров D, L и a. В этом случае предельные параметры d определяют из геометрических соотношений уже заданных параметров. Таким образом, допусками ограничивают только три из указанных четырех параметра (D, d, L, a).

Назначение допусков углов конуса согласно ГОСТ 8908—81 зависит от длины конуса L (для конусов с конусностью не более 1:3, (рис. 6.2)) и от длины образующей L ₁ (для конусов с конусностью более 1:3 (рис. 6.3)).

Рис. 6.2.Допуски угла конуса с конусностью ≤ 1:3 Рис. 6.3.Допуски угла конуса с конусностью > 1:3

При конусности не более 1:3 длина конуса L приближенно принимается равной длине образующей L ₁ (разность значений не более 2%).

Допуски углов призматических элементов деталей следует назначать в зависимости от номинальной длины L ₁ меньшей стороны угла (рис. 6.4).

Рис. 6.4.Допуски углов призматических элементов

Стандарт определяет следующие допуски углов:

АТ — допуск угла (разность между наибольшим и наименьшим предельными углами);

АТ _a — допуск угла, выраженный в угловых единицах;

АТ ′_a — округленное значение допуска угла в градусах, минутах, секундах;

АТ_h — допуск угла, выраженный отрезком на перпендикуляре к стороне угла, противостоящего углу АТ _a на расстоянии L ₁ от вершины этого угла (практически этот отрезок равен длине дуги радиуса L ₁, стягивающей угол АТ _a);

АТ_D — допуск угла конуса, выраженный допуском на разности диаметров в двух нормальных к оси сечения конуса плоскостях на заданном расстоянии L между ними (определяется по перпендикуляру к оси конуса).

Следует иметь в виду, что значение

АТ_h = АТ _a L ₁⋅10^-³;

АТ_D = АT _a L ⋅10^-³,

здесь АT_h измеряется в микрометрах; АT _a — в микрорадианах, L — в миллиметрах.

Для конусов с конусностью более 1:3 АТ_D следует определять по формуле

где a — номинальный угол конуса.

Допуски углов могут быть расположены в «плюс» (+ АТ), в «минус» (- АТ) или симметрично (± АТ /2) относительно номинального угла (рис. 6.5, 6.6).

Рис. 6.5.Схема расположения допусков углов:
α — номинальный угол конуса Рис. 6.6.Схема расположения допусков углов и конусов:
α — номинальный угол конуса

Допуски и посадки конических соединений

Система допусков конусов предполагает два способа нормирования допусков диаметра конуса.

Способ 1 — допуск на диаметр конуса Т_D (рис. 6.7), устанавливаемый по квалитетам точности согласно ГОСТ 25346—2013, одинаков в любом поперечном сечении конуса и определяет два предельных конуса (наружный и внутренний), между которыми должны находиться все точки поверхности действительного конуса. Этот же допуск ограничивает отклонения угла конуса и отклонения формы конуса, если только они не ограничены меньшими допусками.

Рис. 6.7.Действительный и предельные конусы

Способ 2 — задается допуск Т_DS на диаметр в конкретном сечении. Этот допуск не ограничивает форму конуса и его угол. В этом случае допуск Т_F формы конуса равен сумме допусков круглости поперечного сечения конуса и прямолинейности его образующих.

Допуски на диаметр конуса Т_D и Т_DS устанавливаются по квалитетам согласно ГОСТ 25346—2013. Они выбираются по диаметру большого основания конуса или диаметру в заданном сечении конуса соответственно.

В зависимости от того, как соединяются два конических изделия (наружный и внутренний конусы) при одинаковом номинальном угле конуса и при различном способе фиксации осевого положения, посадки могут быть с зазором, с натягом или переходные.

Характер посадки зависит от изменения базового расстояния, т.е. осевого расстояния между базовыми плоскостями сопрягаемых конусов.

В зависимости от способа фиксации осевого расположения сопрягаемых конусов посадки могут быть:

с фиксацией путем совмещения конструктивных элементов сопрягаемых конусов (рис. 6.8);

Рис. 6.8.Посадки с фиксацией путем совмещения конструктивных элементов сопрягаемых конусов

с фиксацией по заданному осевому расстоянию (рис. 6.9);

Рис. 6.9.Посадки с фиксацией по заданному осевому расстоянию

с фиксацией по заданному осевому смещению (рис. 6.10);

Рис. 6.10.Посадки с фиксацией по заданному осевому смещению:
а — посадка с зазором; б — посадка с натягом; 1 — конечное положение; 2 — начальное положение; 3 — наружный конус; 4 — внутренний конус

с фиксацией по заданному усилию запрессовки (рис. 6.11).

Рис. 6.11.Посадки с фиксацией по заданному усилию запрессовки:
1 — конечное положение; 2 — начальное положение; 3 — наружный конус; 4 — внутренний конус

Для получения различных посадок ГОСТ 25307—82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Система допусков и посадок для конических соединений» устанавливает основные отклонения:

для наружных конусов d, e, f, g, h, js, k, m, n, p, r, s, t, u, x, z;
внутренних конусов H, Js, N.

Поля допусков образуются 4—12-м квалитетами.

ГОСТ 2.320—82 «Единая система конструкторской документации. Правила нанесения размеров, допусков и посадок конусов» устанавливает следующие правила нанесения допусков и посадок на чертежах (рис. 6.12):

при назначении конуса конусностью предельные отклонения необходимо указывать под обозначением конусности числовыми значениями АТ (рис. 6.12, а, б), условными (рис. 6.12, в) либо смешанными (рис. 6.12, г);
при назначении конуса углом конуса предельные отклонения необходимо указывать числовыми значениями непосредственно после номинального размера;
при условии назначения допуска Т диаметра конуса в любом сечении значение конусности или угла конуса необходимо заключить в прямоугольную рамку. Таким же образом обозначается и расстояние от базовой плоскости до плоскости в заданном сечении.

Рис. 6.12.Способы обозначения допусков конусов на чертежах:
а, б — выражение числовым способом; в — выражение условным способом; г — выражение смешанным способом

В различных отраслях промышленности используются разнообразные конические соединения, но наиболее распространены инструментальные конусы, выпускаемые двух типов:

метрические конусы с круглым значением конусности, т.е. k = 1:20 = 0,05, что соответствует углу 2a = 2°51′51′′. Номера конусов (4, 6, 80, 100, 120, 160 и 200) соответствуют размерам их базового диаметра D в миллиметрах (рис. 6.13);
конусы Морзе с некруглыми значениями конусности и угла конуса. Значение угла близко к 3°. Номера конусов Морзе (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) никак не связаны с его линейными размерами. Базовый диаметр D растет от конуса 0 (D = 9,045 мм) к конусу 6 (D = 63,348 мм).

Рис. 6.13.Инструментальные конусы:
a — конус-вал; б — конус-втулка

Как для метрических, так и для конусов Морзе базовым диаметром является диаметр D.

Конструктивно инструментальные конусы могут быть с лапкой и с резьбовым отверстием. Эти конусы применяются для конических хвостовиков режущего инструмента, отверстий шпинделей станков, переходных втулок, различных оправок.

Существуют различные методы измерения углов и конусов:

основные на использовании предельных мер — угловых плиток, шаблонов, угольников, калибров;
обеспечивающие определение величины углов и конусов в дуговой мере с использованием оптических угломеров, угломеров со штриховым нониусом, оптических делительных головок и т.д.;
косвенные, смысл которых заключается в определении линейных размеров, связанных с измеряемым углом, с помощью синусных линеек, шариков, роликов и т.д.

Методы и средства измерений и контроля углов и конусов

Существуют следующие методы измерения и контроля углов и конусов:

метод сравнения с жесткими контрольными инструментами — угловыми мерами, угольниками, конусными калибрами и шаблонами;
абсолютный гониометрический метод, основанный на использовании приборов с угломерной шкалой (нониусные, индикаторные и оптические угломеры);
косвенный тригонометрический метод, основанный на определении линейных размеров, связанных с измеряемым углом тригонометрической функцией (синусные линейки и конусомеры).

Краткая характеристика средств измерений и контроля углов и конусов представлена в табл. 6.1. Рассмотрим некоторые из них.

Таблица 6.1. Средства измерений и контроля углов и конусов
Название	Точность измерения	Пределы измерений	Назначение
Синусная линейка (ГОСТ 4046—80)	±1,5′ для угла 4° ±2′ до 10° ±2,5′ до 20° ±3,5′ до 30° ±6′ до 45°	Расстояние между осями — 100…150 мм. Измерение наружных углов — 0…45°	Измерение углов калибров, линеек и точных деталей
Линейка поверочная (ГОСТ 8026—92)	0,03…0,05 мм	80…4000 мм	Контроль отклонения деталей от плоскостности, прямолинейности, при разметке и др.
Уровни (ГОСТ 9392—89, ГОСТ 11196—74)	0,02…0,2 мм/м	Цена деления — 0,01…0,15 мм/м. Рабочая длина — 100…250 мм	Измерение малых угловых отклонений от горизонтального и вертикального положения приборов, устройств, элементов конструкций и др.
Мера угловая призматическая (плитка) (ГОСТ 2875—88)	±3…±30′′	Тип I: 1′…9°. Тип II: 10…75°50′	Проверка угломерных средств измерения, точной разметки, точного измерения углов
Угломер с нониусом типов УН и УМ (ГОСТ 5378—88)	2…10′	0…180° (наружных углов), 40…180° (внутренних углов)	Тип УН для измерения наружных и внутренних углов, тип УМ — для наружных
Угольники поверочные 90 (ГОСТ 3749—77)	1…10 мкм	90°	Проверка перпендикулярности

Угловые меры и угольники. Меры угловые призматические предназначены для передачи единицы плоского угла от эталонов к изделию. Они чаще всего применяются при лекальных работах, а также для поверки и калибровки средств измерения и контроля. Угловые меры (рис. 6.14) могут быть однозначными и многозначными и представляют из себя геометрическую фигуру в виде прямой призмы с доведенными поверхностями, являющиеся сторонами рабочего угла.

Рис. 6.14.Угловые меры

В соответствии с ГОСТ 2875—88 призматические угловые меры изготавливаются пяти типов: I, II, III, IV, V с рабочими углами α, β, γ, δ. Плитки типа I имеют номинальные размеры угла α: от 1 до 29′ с градацией через 2′ и от 1 по 9° с градацией через 1°. Плитки типа II имеют номинальные размеры угла α: от 10 до 75°50′ с градацией значений угла 15′′, 1′, 10′, 1°, 15°10′. Соответствующим ГОСТ установлены номинальные размеры рабочих углов α, β, γ, δ для плиток типа III, призм типа IV и призм типа V.

По точности изготовления различают угловые меры трех классов: 0, 1, 2. Допускаемые отклонения рабочих углов, а также допускаемые отклонения от плоскостности и расположения измерительных поверхностей регламентируются в зависимости от типа мер и класса точности.

Так, допускаемые отклонения рабочих углов находятся в пределах от ±3 до ±5′′ для мер 0-го класса и в пределах ±30′′ — для мер 2-го класса. Допускаемые отклонения от плоскостности установлены в пределах от 0,10 до 030 мкм.

Угловые меры комплектуются в наборы и могут поставляться в виде отдельных мер всех классов.

Рабочие поверхности угловых мер обладают свойством притираемости, т.е. из них могут создаваться блоки. С этой целью, а также для получения внутренних углов предусмотрены специальные принадлежности и лекальные линейки, которые комлектуются в набор принадлежностей. При составлении блоков угловых мер необходимо соблюдать те же правила, что и при составлении блоков из плоскопараллельных концевых мер длины (см. подразд. 4.4.1).

Угольники поверочные — угловая мера с рабочим углом 90°; при контроле с помощью угольников оценивается величина просвета между угольником и контролируемой деталью.

Просвет определяется на глаз или сравнением с просветом, созданным при помощи концевых мер длины и лекальной линейкой, а также набором щупов.

В соответствии с ГОСТ 3749—77 угольники различаются:

по конструктивным признакам — шесть типов;
по точности — три класса (0, 1, 2).

Лекальные угольники (типы УЛ, УЛП, УЛШ и УЛЦ) изготавливаются закаленными классов 0 и 1 и применяются для лекальных и инструментальных работ (рис. 6.15, а, б).

Слесарные угольники типов УП и УШ (рис. 6.15, в, г) применяются для нормальных работ в машиностроении и приборостроении.

Рис. 6.15.Угольники поверочные:
а и б — лекальные угольники; в и г — слесарные угольники

Допускаемые отклонения угольников установлены в зависимости от их класса и высоты H. Так, для угольника 1-го класса с высотой 160 мм отклонение от перпендикулярности измерительных поверхностей к опорам не должно превышать 7 мкм, отклонение от плоскостности и прямолинейности измерительных поверхностей должны находиться в пределах 3 мкм. Для угольника с высотой 400 мм эти значения составят соответственно 12 и 5 мкм, а для аналогичных угольников 2-го класса — 30 и 10 мкм.

Угломерные приборы основаны на прямом измерении углов с помощью угломерной шкалы. Наиболее известными средствами измерения из этого ряда являются:

угломеры с нониусом;
оптические делительные головки (см. подразд. 4.4.4);
оптические угломеры;
уровни;
гониометры и ряд других.

Угломеры с нониусом (ГОСТ 5378—88) предназначены для измерения угловых размеров и разметки деталей. Угломеры выпускаются двух типов:

1) угломеры типа УН (рис. 6.16, а, б) предназначены для измерения наружных углов от 0 до 180°, внутренних углов от 40 до 180° и имеют величину отсчета по нониусу 2′ и 5′. Угломер состоит из следующих основных деталей: полудиск (сектора) 1, неподвижная линейка 6, подвижная линейка 5, зажимный винт 3, нониус 10, стопорный винт 9, устройства для микрометрической подачи 7 и 8, добавочный угольник 4, зажим добавочного угольника 3. Для измерения углов от 0 до 90° на линейку 6 устанавливается угольник 4. Измерение углов от 90 до 180° производится без угольника 4. Порядок отсчета на угловом нониусе угломера аналогичен отсчету на линейном нониусе штангенциркуля (рис. 6.16, в);

2) угломеры типа УМ предназначены для измерения наружных углов от 0 до 180° и имеют величину отсчета по нониусу 2′ и 5′. (рис. 6.16, г) и 15′ (рис. 6.16, д). Предел допускаемой погрешности угломера равен величине отсчета по нониусу.

Рис. 6.16.Угломеры с нониусом:
а и б — угломеры типа УН; в — порядок отсчета по нониусу; г и д — угломеры типа УМ; 1 — полудиск; 2 — ось; 3 — винт зажима угольника; 4 — добавочный угольник; 5 — подвижная линейка; 6 — неподвижная линейка; 7 и 8 — устройства для микрометрической подачи; 9 — стопорный винт; 10 — нониус

Для косвенных измерений углов при контрольно-измерительных работах, а также в процессе механической обработки применяют синусные линейки. Линейки выпускают трех типов (ГОСТ 4046—80):

1) тип ЛС (рис. 6.17, а) без опорной плиты с одним наклоном;

2) тип ЛСО (рис. 6.17, б) с опорной плитой с одним наклоном;

3) тип ЛСД (рис. 6.17, в) с опорной плитой с двумя наклонами.

Рис. 6.17.Синусные линейки:
а — тип I; б — тип II; в — тип III; 1 — стол; 2 — роликовые опоры; 3 — боковые планки; 4 — резьбовые отверстия; 5 — передняя планка

Синусная линейка типа ЛС представляет собой стол 1, установленный на двух роликовых опорах 2. Боковые планки 3 и передняя планка 5 служат упорами для деталей, которые прикрепляются к поверхности стола прижимами с помощью резьбовых отверстий 4.

Синусные линейки выпускаются классов точности 1 и 2. Расстояние L между осями роликов может составлять 100, 200, 300 и 500 мм.

Измерение углов конусов на синусной линейке представлено на рис. 6.18. Стол 3, на котором закреплен конус 1, устанавливают на требуемый номинальный угол α к плоскости поверочной плиты 5 с помощью концевых мер длины 4. Размер блока концевых мер определяют по формуле

h = L sin α,

где α — угол поворота линейки; h — размер установочного блока концевых мер, мм; L — расстояние между осями роликов линейки, мм.

Рис. 6.18.Измерение углов конусов на синусной линейке:
1 — измеряемый конус; 2 — индикатор; 3 — стол; 4 — блок концевых мер длины; 5 — поверочная плита

Индикатором 2, укрепленным на штативе, определяют разность положений δ _h поверхности конуса на длине l. Отклонение угла при вершине конуса рассчитывают по формуле

δ_α = 2⋅10⁵ δ _h / l (′′).

Действительный угол проверяемого конуса α_к определяют как

α_к = α ± δ_α ± Δ_л,

где Δ_л — погрешность измерения синусной линейкой, которая зависит от угла α, погрешности блока концевых мер длины и погрешности расстояния между осями роликов L.

Так, погрешности измерения углов синусными линейками с расстоянием между осями роликов 200 мм:

для измеряемых углов до 15° составляет 3′′;
при измерении углов до 45° — 10′′;
при измерении углов до 60° — 17′′;
при измерении углов до 80° — 52′′.

Пределы допускаемой погрешности линеек при установке их на углы до 45° не должны превышать для 1-го класса ±10′′, а для 2-го класса — ±15′′.

Стандарты:

ГОСТ 4046—80 «Линейки синусные. Технические условия»;

ГОСТ 8026—92 «Линейки поверочные. Технические условия»;

ГОСТ 9392—89 «Уровни рамные и брусковые. Технические условия»;

ГОСТ 11196—74 «Уровни с микрометрической подачей ампулы. Технические условия»;

ГОСТ 2875—88 «Меры плоского угла призматические. Общие технические условия»;

ГОСТ 5378—88 «Угломеры с нониусом. Технические условия»;

ГОСТ 3749—77 «Угольники поверочные 90 град. Технические условия».

Допуски, посадки и контроль конических деталей и соединений

Поиск по сайту