С публикацией новой редакции ISO 492 можно будет подогнать под одну платформу размерные допуски подшипников качения и системы допусков и посадок ISO, т.е. стандарты GPS по размерным допускам.

GPS — общеизвестная аббревиатура от Global Positioning System, но есть и другое значение — Geometrical Product Specifications — геометрические характеристики изделия, а точнее, современная система назначения допусков по стандартам ISO/TC 213. TC 213 — это Технический комитет ISO «Размерные и геометрические требования к изделиям и их контроль», ISO/TC 4 — Технический комитет ISO «Подшипники качения».

На техническом чертеже, как правило, указывают такие геометрические характеристики, как форма, размеры и характеристики поверхности изделия, обеспечивающие оптимальное функционирование данного изделия, а также отклонения от оптимальных значений, при которых его работа остается удовлетворительной. Кроме того, GPS представляет собой унифи-цированный технический язык, на котором выражают функциональные характеристики изделия в соответствии с техническими требованиями.

В сентябре 2008 года в Вене состоялся симпозиум, на котором встретились специалисты по подшипникам качения и эксперты GPS, чтобы согласовать системы и принципы назначения допусков, чего никак не удавалось сделать на протяжении более 100 лет. Это было очевидно при обозначении допусков форм и биений подшипников качения; например, невозможно было использовать ISO 1101, чтобы удовлетворить существующим стандартам подшипников.

Что касается размерных допусков, в особенности допусков на диаметр отверстия и наружный диаметр, остается неясным, соответствуют ли подшипники качения, следуя новой редакции, общим стандартам назначения геометрических допусков. Поэтому данная статья посвящена узкой теме допусков на диаметр отверстия и наружный диаметр подшипников качения.
Вначале при создании стандарта допусков подшипников качения собирались использовать некоторые классы точности из системы допусков и посадок (ISO 286-1 и ISO 286-2). Позднее эту идею отвергли, потому что стало очевидно, что для подшипников качения нужны особые прин-ципы установления допусков, так как эти подшипники имеют гибкие кольца. Вот почему под-шипники качения имеют такие классы точности, как, например, P6 или P5, которые не подпадают ни под один класс точности, предусмотренный ISO 286.

На рисунках 1 и 2 используется один и тот же способ назначения нижними пределами. Величины допусков, конечно, различаются, чтобы достичь определенной посадки между внутренним кольцом подшипника качения и валом, но, если взять соответствующие стандарты ISO по подшипникам качения и валам, а именно ISO 492 и ISO 286-1 с ISO 286-2, то разница между ними принципиальная.

В частности, разница выражается в:

• указании предельных отклонений средних диаметров (в настоящее время принят термин «усредненный диаметр») и применении принципа независимости от диаметра отверстия и наружного диаметра подшипников качения, с одной стороны;
• указании предельных отклонений диаметров (реальных верхних и нижних пределов) и применении полей допусков для диаметров валов и гнезд корпусов — с другой.

На рисунках 1 и 2 это видно не настолько детально, но заслуживает отдельного внимания.

Указание предельных отклонений средних диаметров подшипников качения и принцип независимости

Стандарты назначения размерных допусков подшипников качения основываются на том, что подшипники качения обычно имеют гибкие кольца, т.е. кольца меняют форму при посадке на вал или корпус, и отклонения формы в значительной степени компенсируются.

Поэтому достаточно учесть средний диаметр, т.е. (dмакс+dмин)/2, который образуется с наибольшей вероятностью при установке кольца на жесткий цилиндрический вал.

Это отражено в действующей редакции стандарта по подшипникам качения ISO 492 и выражается в допусках на средние диаметры и независимости непостоянства диаметров.

В частности, это:

• отклонение среднего диаметра отверстия в единичной радиальной плоскости (Δdmp);
• отклонение среднего наружного диаметра в единичной радиальной плоскости (ΔDmp);
• непостоянство диаметра отверстия в единичной радиальной плоскости (Vdsp);
• непостоянство наружного диаметра в единичной радиальной плоскости (VDsp);
• непостоянство среднего диаметра отверстия (Vdmp);
• непостоянство среднего наружного диаметра (VDmp).

В связи с этим, имеет смысл рассматривать отклонения размеров и формы по отдельности. С точки зрения GPS это соответствует принципу независимости, описываемому в стандарте ISO 8015: «По умолчанию, каждое требование GPS к элементу или отношению между элементами должно выполняться независимо от других требований» (рис. 3).

Указание предельных отклонений диаметров и полей допусков валов и корпусов

В этом случае рассматриваются все имеющиеся диаметры, которые не должны выходить за верхние и нижние пределы.

Поле допуска позволяет охватить отклонения размеров и формы. Как правило, этот принцип рекомендуют использовать при переходной посадке и посадке с натягом (обычно применяющихся при посадке подшипников качения на вал или в корпус), поскольку это позволяет сохранить определенный баланс между отклонениями размеров и формы, что необходимо для обеспечения качества посадки.

Это поле требования выражается двумя функциональными требованиями:

• Поверхность цилиндрического элемента не должна выходить за пределы поля допуска идеальной формы при максимуме материала (верхний предел допуска на наружные диаметры и нижний предел допуска на диаметры отверстия).
• Ни один фактический размер не должен быть меньше нижнего предела допуска на наружные диаметры и верхнего предела допуска на диаметры отверстия (рис. 4).

Это касается любых отклонений формы (рис. 5).

Поля допусков были введены в предыдущих редакциях стандартов ISO 286-1 и ISO 286-2, т.е. их использовали каждый раз при указании допуска, например, H7.

Действующие редакции ISO 286-1 и ISO 286-2 уже не основываются на этом принципе. Поэтому его необходимо обозначать дополнительным символом (E)в соответствии с требованиями ISO 14405-1.

Поле допуска (E) является единственным возможным обозначением, взятым из ISO 14405-1. В большинстве случаев обозначение используется при посадке с натягом или переходной посадке, чтобы обеспечить соответствие старым редакциям ISO 286, в которых этот принцип действовал по умолчанию. Никаких других методов назначения допусков на диаметры валов и корпусов, например, диаметр окружности или площади, которые позволили бы лучше описать функцию посадки, не существует.

Указания допусков по новым требованиям GPS

Основные правила указания размерных допусков цилиндрических элементов приведены в ISO 14405-1. По умолчанию, согласно этому стандарту необходимо указывать расстояние между двумя противоположными точками на рассматриваемом размерном элементе. Такой размер между двумя точками можно назвать диаметром. По умолчанию данный размер обозначается символом LP , но его необязательно указывать на чертеже.

В июне 2007 г., еще до симпозиума, ISO/TC 4 (Технический комитет ISO «Подшипники качения») принял решение применить к допускам подшипников качения символы и определения GPS (ISO/TC 213).

Это решение было одобрено всеми членами комитета ISO/TC 4 с обязательным сохранением стандартных характеристик допусков подшипников качения (например, отклонение средних диаметров). На тот момент система ISO GPS не предусматривала символов для обозначения средних диаметров.

Впоследствии возникла необходимость в обновлении системы ISO GPS, и для написания размерных допусков комитет ISO/TC 4 потребовал введения в ISO 14405-1 некоторых дополнительных обозначений, а именно:

• (SD) для усредненного размера, соответствующего термину «средний диаметр», традиционно применяемому к подшипникам качения;
• (SR) для размерного ряда, соответствующего термину «непостоянство диаметров», традиционно применяемому к подшипникам качения.

Теперь эти обозначения добавлены в ISO 14405-1 и могут использоваться дополнительно к значениям допусков для выражения соответствующих обозначений для подшипников качения, а именно:

• (SD) ACS для Δdmp и ΔDmp
• (SR) ACS для Vdsp и VDsp
• (SD) ACS (SR) для Vdmp и VDmp

Обозначение ACS (любое поперечное сечение) уже существовало в системе ISO 14405-1 и соответствует термину «в единичной радиальной плоскости», применяемому к подшипникам качения.

На рисунке 6 приведен пример правильного указания допусков на чертежах.

В настоящий момент ISO 492 пересматривается. Уже решено установить требования к допускам на диаметры подшипников качения с использованием основных требований и обозначений ISO GPS. В рассмотрении новой редакции участвуют несколько представителей «SKF». Выпуск пересмотренного стандарта ISO 492 запланирован на конец 2013 года.

Преимущества применения требований к написанию размерных допусков ISO GPS

Очевидно, что на рис. 6 допуски обозначены более подробно, чем на рис. 1, но главное отличие заключается в том, что больше не нужно обращаться к ISO 492 и другим стандартам по конкретным видам подшипников, потому что вся информация уже указана в соответствии с ISO 14405-1. Это важное преимущество для пользователей технической документации по подшипникам качения, так как теперь им не нужно досконально знать стандарты по подшипникам качения.

Обозначение всех необходимых характеристик на чертеже — лишь одно из преимуществ применения требований к написанию размерных допусков ISO GPS; однако рассматриваемые стандарты учитывают и другие детали.

К таким деталям относится ассоциация, позволяющая ограничить фактическую форму элемента четко выраженными идеальными геометрическими элементами, такими как прямая ось или цилиндр.

Применяются разные методы ассоциаций. Среди прочих методов — максимальный описанный цилиндр или цилиндр, построенный по обобщенному методу наименьших квадратов. Разные методы дают разные результаты при определении идеальных геометрических элементов. Поэтому необходимо выбрать какой-то один метод для обеспечения стабильности результатов измерений и других показателей.

В стандартах ISO GPS общепринятые методы ассоциаций унифицированы, и с вводом в действие данных стандартов эти методы используются по умолчанию. На чертеже необходимо отдельно обозначить необходимые отклонения форм и размеров. В ISO 14405-1 и ISO 14660-2 по умолчанию за метод ассоциаций для размера между двумя точками принят обобщенный метод наименьших квадратов (рис. 7).

Заключение

Требования к обозначению допусков подшипников качения имеют свои особенности, и их невозможно понять без учета всех деталей стандарта ISO 492. Так было на протяжении более 100 лет и с публикацией новой редакции ISO 492 можно будет подвести под одну платформу размерные допуски подшипников качения и системы допусков и посадок ISO, т.е. стандарты GPS по размерным допускам. Это станет важным преимуществом для пользователей технической документации по подшипникам качения, так как им не нужно будет досконально знать стандарт о написанию допусков подшипникам качения ISO 492. В результате, чертежи станут более полными и однозначными.

Автор: Ханс Виснер, эксперт по геометрическим характеристикам изделий из отдела стандартов и норм подразделения развития технологий «SKF Group» (Австрия).

В статье использованы материалы «Evolution» — делового и технического журнала SKF.

12 июля 2012