Jeśli studiujesz Mechanikę i Budowę Maszyn (MiBM) lub stawiasz pierwsze kroki w projektowaniu urządzeń na zlecenie, na pewno wiesz, że w świecie realnym nic nie jest idealne. Żadna maszyna CNC nie wyprodukuje wałka o średnicy dokładnie $20,000\. Zawsze pojawi się minimalna odchyłka.
Aby elementy maszyny współpracowały ze sobą w pożądany sposób (np. koło obracało się swobodnie na wale lub było na nim zaciśnięte na stałe), inżynier musi zastosować tolerowanie wymiarów oraz pasowania.
W tym poradniku wyjaśnię Ci zasady dobierania tolerancji i pasowań od podstaw, bez akademickiego żargonu, za to z praktycznymi przykładami.
Czym jest tolerancja i dlaczego jej potrzebujemy?
Tolerancja wymiaru to, najprościej mówiąc, dopuszczalny błąd wykonania elementu. Definiuje ona przedział, w którym musi zmieścić się rzeczywisty wymiar wykonanego detalu, aby został on uznany za poprawny (zgodny z projektem).
Wymiar nominalny (D, d): Wymiar idealny, który zakładasz w projekcie (np. 30mm).
Odchyłka górna (ES, es): Największa dopuszczalna różnica względem wymiaru nominalnego.
Odchyłka dolna (EI, ei): Najmniejsza dopuszczalna różnica względem wymiaru nominalnego.
Zapisując na rysunku np. 30(+0.1)(-0.05), informujesz technologa, że gotowy detal może mieć maksymalnie 30,1 i minimalnie 29.95 mm. Wszystko pomiędzy jest poprawne.
Układ tolerancji ISO – jak czytać te wszystkie litery i cyfry?
Aby ułatwić życie konstruktorom i technologom, wprowadzono międzynarodowy system tolerancji ISO. Zamiast pisać wartości liczbowe odchyłek, używamy oznaczeń literowo-cyfrowych, np. ∅30H7 lub ∅30h7.
Jak to rozszyfrować?
Wielkość litery ma znaczenie: WIELKIE LITERY (np. H, JS, F): dotyczą zawsze otworów (wymiarów wewnętrznych).
małe litery (np. h, g, f): dotyczą zawsze wałków (wymiarów zewnętrznych).
Położenie pola tolerancji (litera): Litera określa, jak daleko od wymiaru nominalnego znajduje się odchyłka. Na przykład „H” (dla otworów) oznacza, że odchyłka dolna wynosi dokładnie „0″ (tolerancja idzie „w materiał”, czyli na plus).
Klasa dokładności IT (cyfra): Cyfra (np. 6, 7, 8) określa szerokość pola tolerancji (czyli precyzję wykonania). Im mniejsza cyfra, tym dokładniejsze (i droższe w produkcji!) musi być wykonanie elementu. Klasy od 5 do 8 stosuje się zazwyczaj w precyzyjnej budowie maszyn.
Jak zapamiętać kiedy używać duże i małe litery? Najprościej za pomocą skojarzeń. Co jest najwyżej w aflabecie? O, jak otwór. A skoro jest wyżej to jest ważniejszy, czyli wyższy.
Trzy rodzaje pasowań – kiedy co stosować?
Pasowanie powstaje wtedy, gdy łączymy ze sobą dwa elementy o tym samym wymiarze nominalnym (np. wałek i otwór w tarczy). W zależności od dobranych pól tolerancji wyróżniamy trzy typy pasowań:
1. Pasowanie luźne (ruchowe)
W tym przypadku, średnica otworu jest zawsze większa niż średnica wałka. Elementy mogą się względem siebie przesuwać lub obracać.
Zastosowanie: Łożyska ślizgowe, prowadnice maszynowe, koła zębate luźno osadzone na osiach.
Przykładowe pasowanie: H7/f7 lub H8/e8.
2. Pasowanie ciasne (wciskowe)
Średnica wałka przed montażem jest celowo większa niż średnica otworu. Połączenie wymaga użycia prasy hydraulicznej lub nagrzania oprawy (i schłodzenia wału), aby elementy dało się złożyć. Po montażu tarcie blokuje możliwość jakiegokolwiek ruchu.
Zastosowanie: Osadzanie wieńców zębatych na piastach, tuleje ochronne w korpusach, kołki ustalające.
Przykładowe pasowanie: H7/p6 lub H7/r6.
3. Pasowanie mieszane
W zależności od rzeczywistego wykonania sztuk z partii produkcyjnej, po złożeniu może powstać minimalny luz lub minimalny wcisk. Bardzo często stosowane tam, gdzie zależy nam na dokładnym centrowaniu elementów, ale montaż musi odbyć się bez użycia ogromnych sił.
Zastosowanie: Koła pasowe i zębate na wałach zabezpieczone klinem lub wpustem, osadzanie łożysk tocznych na wałach.
Przykładowe pasowanie: H7/js6 lub H7/k6.
Układ zasady otworu czy zasady wału?
Projektując pasowania, musisz zdecydować się na jeden z dwóch systemów:
Zasada stałego otworu (zalecana): Jako bazę przyjmujesz otwór o tolerancji H (gdzie dolna odchyłka wynosi 0), a pożądany luz lub wcisk uzyskujesz poprzez zmianę tolerancji wałka (np. H7/h6, H7/g6, H7/p6. Jest to tańsze i łatwiejsze rozwiązanie technologiczne, ponieważ łatwiej i taniej jest precyzyjnie obrobić (np. oszlifować) wałek niż otwór.
Zasada stałego wału: Jako bazę przyjmujesz wałek h, a pasowanie dobierasz tolerancją otworu. Stosuje się to rzadziej, głównie w konstrukcjach z długich, ciągnionych prętów o stałej średnicy.
Podsumowanie – jak nie polec na kolokwium lub przy produkcji?
Właściwy dobór tolerancji decyduje o tym, czy Twoje urządzenie w ogóle da się złożyć i czy będzie działać poprawnie. Pamiętaj: nie toleruj zbyt wąsko bez potrzeby! Tolerancje rzędu mikrometrów (np. klasa IT5) drastycznie podnoszą koszt produkcji detalu na maszynach CNC. Dobry konstruktor dba o to, by maszyna była tak dokładna, jak to konieczne, i tak tania w produkcji, jak to możliwe.
Masz problem z obliczeniem odchyłek i odczytaniem ich z tablic tolerancji na projekt z PKM? A może Twoja firma potrzebuje optymalizacji rysunków technicznych pod kątem pasowań CAD/CAM, aby obniżyć koszty produkcji?
Skontaktuj się ze mną! Chętnie pomogę rozwiązać każdy problem inżynierski:
Korepetycje z PKM, tolerowania i rysunku technicznego dla studentów,
Doradztwo i optymalizacja dokumentacji technicznej 2D dla firm.
Napisz do mnie