Typy dopasowania i tolerancje — przegląd

Tolerancje i dopasowanie mają kluczowe znaczenie w przemyśle wytwórczym. W sensie technicznym tolerancje określają dopuszczalne odchylenie od określonej właściwości, takiej jak wymiar nominalny. Zapewniają one, że produkty i komponenty spełniają wymagane standardy jakości.

Dopasowania i tolerancje

Inżynieria produkcji i projektowania różnicuje tolerancje na tolerancje wymiarowe, tolerancje kształtu i tolerancje pozycyjne. Tolerancje wymiarowe określają dopuszczalne odchylenie elementu od oczekiwanego wymiaru (wymiar nominalny) o maksymalną dopuszczalną górną granicę i maksymalną dopuszczalną dolną granicę. Każdy element jest wytwarzany z określoną tolerancją. Jeśli dwa składniki mają zostać ze sobą połączone, pola tolerancji obu składników współdziałają. Połączenie między dwoma lub więcej elementami projektu nazywa się dopasowaniem. Na przykład okrągłe dopasowanie to połączenie wału i otworu, które są dopasowywane przez ich wymiarowanie, wymiary i tolerancje. Dopasowanie odnosi się do mechanicznego punktu styku, w którym elementy oddziałują.

Rodzaje krojów

Istnieją następujące typy dopasowania:

• Dopasowanie prześwitu
• Dopasowanie interferencyjne
• Dopasowanie przejściowe

Dopasowanie prześwitu

Dopasowania z luzem to dopasowania izolowane. DIN-EN-ISO 286, przy czym minimalny wymiar otworu jest większy lub równy (w przypadku ograniczenia) maksymalnemu wymiarowi wału (c). To zawsze tworzy luz podczas montażu otworu i wału. W niektórych przypadkach może być konieczne dopasowanie luzu w celu uwzględnienia rozszerzalności cieplnej, warunków montażu lub pracy. Na przykład w zastosowaniach związanych z łożyskami dopasowanie luzu zawsze powoduje, że elementy toczne lub powierzchnie ślizgowe mają swobodę ruchów w łożyskach. Przykłady:

• H8/d9 – duży prześwit, obecność szczeliny
• H7/g6 – mały prześwit, wąska szczelina

Dopasowanie interferencyjne

Dopasowania interferencyjne, zwane również dopasowaniami prasowymi, są metodą dopasowania stosowaną w konstrukcjach mechanicznych. Komponent jest celowo produkowany z nadwymiarem, dzięki czemu ściśle pasuje do wymiaru podstawowego pasującego komponentu.

To dopasowanie do prasy zapewnia stałe, połączenie między wałem a otworem. Łączenie jest możliwe tylko z dużą siłą i, jeśli to konieczne, dodatkowym ogrzewaniem. Przykładem jest dopasowanie H7/p6, które jest połączone pod ciśnieniem.

Dopasowanie przejściowe

Dopasowania przejściowe są pośrednim wariantem dopasowania prześwitowego i kroju oversize. Oznacza to, że dopasowanie luzu lub dopasowanie wciskowe jest zależne od tego, gdzie rzeczywiste pomiary znajdują się w polu tolerancji. Dopasowania przejściowe nie mogą być łączone ręcznie, ale mogą np. być łączone pod niewielkim ciśnieniem (młotem). Przykładem jest H7/n6.

Systemy dopasowania

Systemy dopasowania zostały wprowadzone w celu zmniejszenia liczby tolerancji i uczynienia stosowania tolerancji bardziej praktycznymi w produkcji.

Otwór podstawowy

Ponieważ łatwiej jest wytworzyć średnicę zewnętrzną niż średnicę wewnętrzną, zasada otworu sosnowego jest często stosowana ze względu na jego prostotę i opłacalność. Otwór jest zawsze wytwarzany przy użyciu tego samego narzędzia i tolerowany przez system tolerancji ISO. Normy DIN EN ISO 286-1 i DIN EN ISO 286-2 zapewniają międzynarodowe standardy tolerancji wymiarów i dopasowania, aby zapewnić, że komponenty są wytwarzane dokładnie i spełniają normy jakości. Średnica otworu jest tolerowana przez system tolerancji ISO, przy czym odpowiedni wał jest przypisany do dowolnego położenia pola tolerancji. Otwory podstawowe są oznaczone dużymi literami, takimi jak H7.

Wał podstawowy

W przypadku podstawowego układu wału tolerancja odnosi się do wału. Tolerancja jest określana zgodnie z systemem tolerancji ISO w polu h. Wał podstawowy jest również określony w normie DIN EN ISO 286-1. Powiązana tolerancja zostanie przesunięta do otworu. Wały podstawowe są oznaczone małymi literami, np. h7.

Wały podstawowe są mniej powszechne, ale są stosowane na przykład w przekładniach z długimi wałami lub gdy określony jest odpowiedni wał i jest również elementem prowadzącym.

Więcej informacji na temat tolerancji wymiarowych można znaleźć na blogu Podstawy tolerancji wymiarów i dobór pasowań.

Różne tolerancje

Tolerancje to dopuszczalne odchylenia od charakterystyki komponentu technicznego lub grupy funkcjonalnej; we wspomnianych tolerancjach zapewniona jest niezawodność funkcjonalna komponentu lub grupy funkcjonalnej. Tolerancje geometryczne, które odnoszą się do wymiarów, kształtów, pozycji, falistości i chropowatości, są szczególnie ważne dla procesu projektowania i inżynierii.

Dlaczego tolerancje są potrzebne? Na rysunkach technicznych pokazano skalę elementów. Teoretycznie można tam odczytać wymiary nominalne. Należy jednak uwzględnić tolerancje, ponieważ w rzeczywistości zawsze będą występować odchylenia od wymiarów nominalnych podczas produkcji komponentów (100% dokładność produkcji nie jest możliwa). Są one zazwyczaj określane na podstawie funkcji, tj. przyszłe zastosowanie, warunki środowiskowe i połączenie z innymi komponentami (łańcuchy tolerancji) są już brane pod uwagę w projekcie. Podczas określania tolerancji można określić pola tolerancji lub bezpośrednio określić dopuszczalne odchylenia (wymiary). W przypadku tolerancji formy i pozycji tolerowane parametry są określane przez odpowiednie symbole zgodnie z normą.

Obowiązujące normy dotyczące tolerancji (stan na dzień 4 kwietnia 2024 r.) to np.:

• DIN ISO 2768-1 i DIN EN ISO 22081: Przepisy dotyczące tolerancji ogólnych
• DIN EN ISO 1101: Regulacje dotyczące tolerancji formy i pozycji
• DIN EN ISO 5459: Przepisy dotyczące systemów referencyjnych i referencyjnych
• DIN EN ISO 8015: Określanie i określanie tolerancji

Tolerancje ogólne

Tolerancje ogólne mają zastosowanie do wszystkich wymiarów, dla których nie określono wyraźnie tolerancji. Norma DIN ISO 2768-1 reguluje ogólne tolerancje dla długości i wymiarów kątowych, a norma DIN EN ISO 22081 dla tolerancji kształtu i położenia. Przykładowe oznaczenie rysunku technicznego może być na przykład: ISO 2768-mf.

Na przykład dla wymiarów długości i kąta dostępne są następujące klasy dokładności:

• f (drobna), stosowana np. w inżynierii precyzyjnej
• m (średnia), typowa klasyfikacja warsztatu
• c (gruboziarnista), stosowana np. do odlewów
• v (bardzo gruboziarnista), stosowany np. do obróbki gruboziarnistej drewna

Tolerancje produkcyjne

W produkcji tolerancje pozwalają na wymianę komponentów, pod warunkiem, że zostały wyprodukowane w tych samych tolerancjach. Jest to również idzie w parze z niezależnością producenta. Tolerancje produkcyjne stanowią podstawę produkcji masowej.   W zależności od zastosowania może być przydatne, aby projekt odwoływał się do wymiaru górnej lub dolnej granicy. W związku z tym, gdy wymagana jest przeróbka, regulacje można wykonywać odpowiednio w górę lub w dół bez ryzyka przekroczenia tolerancji produkcji. Na przykład sensowne jest odniesienie się do wymiaru dolnego limitu otworów i na przykład odniesienie do wymiaru górnego limitu na wałach.

Tolerancja wymiarowa

Tolerancje wymiarowe to specyfikacje wymiarowe, np. przez inżyniera projektu, które muszą być przestrzegane w celu zapewnienia, że projekt działa, np. 110 mm (-5 mm, +10 mm). Tolerancje wskazują maksymalne dopuszczalne odchylenia (w górę/w dół) od wartości nominalnej. Mogą to być specyfikacje procentowe lub maksymalne odchylenia.

Tolerancja górnych lub dolnych wymiarów jest obliczana na podstawie różnicy dozwolonego największego wymiaru (górny wymiar graniczny, maksymalny wymiar) i najmniejszego wymiaru (dolny wymiar graniczny, minimalny wymiar). Pole tolerancji mieści się w tych granicach. Im większa precyzja jest określona przez tolerancję, tym droższy staje się proces produkcyjny. Tolerancje nie powinny być zatem wybierane zbyt wąsko.

Tolerancje łożysk kulkowych

Specyfikacja klasy tolerancji może być stosowana jako prosty wskaźnik dokładności toczenia łożyska tocznego (np. łożyska promieniowego, łożyska osiowego). Jako japoński producent MISUMI dostarcza swoje produkty w klasach tolerancji iaa. japoński standard JIS B0401. W zakresie norm DIN lub ISO norma JIS B 1514 obejmuje normy ISO 492, ISO 199 i DIN 620 dla odpowiednich typów łożysk. Dokładność łożyska można wybrać na przykład w klasach tolerancji 2 (P2), 4 (P4), 5 (P5), 6 (P6) i 0 (P0) zgodnie z normą JIS B 1514 (specyfikacje pokazane w nawiasach są niewidoczne. DIN 620). Łożyska klasy 2 (P2) odnoszą się do łożysk najwyższej jakości oraz do bardziej opłacalnych łożysk o większych tolerancjach rosnących do klasy 0 (P0).