Toleranță (inginerie)

Toleranță înseamnă limita sau limitele acceptabile ale variațiilor în dimensiunea fizică , proprietatea fizică a unui obiect fabricat , sistem sau serviciu sau alte valori măsurate, cum ar fi temperatura , umiditatea sau timpul .

Dimensiunile, proprietățile sau condițiile, în timpul procedurii de măsurare , pot varia în anumite limite fără a interfera semnificativ cu instrumentele, măsurandul sau sistemul de măsurare.

Toleranța este specificată pentru a permite operatorului să stabilească o măsurare cu un interval de încredere relativ, chiar și în prezența imperfecțiunilor și variabilelor datorate cantităților care influențează , fără ca măsurarea să fie compromisă.

Toleranța în echipamentul mecanic este abaterea acceptabilă între dimensiunile de proiectare ale unei componente și dimensiunile reale ale acesteia în scopul funcționării sale corecte în raport cu o altă piesă, adică în cuplarea dimensională.

Informații istorice

În 1903 , compania Loewe din Berlin , pentru a reduce deșeurile de piese după prelucrarea pe mașini-unelte , și-a creat propriul sistem de toleranțe dimensionale de prelucrare cu chiar și o familie specifică de accesorii, numite ecartamente diferențiale pentru controlul pieselor în sine. Acest sistem s-a extins în curând și la alte fabrici germane și a fost punctul de plecare pentru sistemul de toleranță din Germania . Pe de altă parte, în Italia , a fost necesar să se aștepte până în 1926 , anul în care UNIM (acum UNI) , luând reperul din sistemul german, a propus un sistem de toleranțe care a fost completat și actualizat de UNI înainte și de ISO la nivel internațional după cel de- al doilea război mondial .

Introducere

Nu este posibil să se producă niciun obiect mecanic cu dimensiunea exactă dorită, numită dimensiune nominală , deoarece în ciclul de producție există erori datorate:

• Inexactitatea mașinilor-unelte, de exemplu din cauza uzurii sculei în timpul prelucrării;
• Orice inexactități în asamblare și echipamente utilizate;
• Inexactități ale instrumentelor de măsurare utilizate pentru controlul dimensional.

În trecut, pentru a cupla două părți mecanice împreună, numite arborele și orificiul ( masculin și feminin sau plin și gol ), care, chiar dacă erau acceptate de producție, erau inexacte și inadecvate scopului, o operație lungă și laborioasă de reglare cu la care trebuiau atinse dimensiunile necesare pentru cuplare. Odată cu apariția producției de masă, această procedură destul de costisitoare a fost abandonată, iar producția companiei s-a bazat pe toleranțe de prelucrare. Rezultatul este că fiecare piesă în serie, de exemplu masculină, poate fi cuplată cu orice altă piesă feminină din seria corespunzătoare odată ce prelucrarea este terminată și cu excepția refuzurilor inevitabile, în conformitate cu cerințele prestabilite. Pentru a asigura funcționalitatea corectă a unei piese mecanice și, prin urmare, pentru a o putea considera corectă, este suficient ca dimensiunea sa să fie în două limite, adică toleranța , care definește variația dimensională permisă în construcție. În mod similar, pentru a obține o cuplare corectă între două piese, este necesară o anumită marjă de eroare, numită deviație , pozitivă și negativă în raport cu dimensiunea nominală a pieselor de asamblat, pentru a determina jocul sau interferența necesară.

Crearea unui sistem ISO de toleranțe și cuplaje și conformitatea acestuia de către companiile producătoare oferă o serie întreagă de avantaje care pot fi rezumate după cum urmează:

• Asamblarea ușoară a pieselor fără a fi nevoie să efectuați operațiuni costante de reglare;
• Funcționalitatea și durata prevăzute în proiectare;
• Intercambiabilitatea între piese.

În ceea ce privește importanța interschimbabilității pieselor, credem că într-o astfel de problemă ar fi un mecanic de automobile dacă, având înlocuit un piston al unui motor cu combustie internă, nu l-ar găsi pe cel de rezervă. Același lucru este valabil pentru orice altă piesă a motorului și pentru orice altă piesă a întregii mașini .

Legislația actuală

Standardul actual este EN 22768 părțile 1 și 2: Sistem ISO de toleranțe și cuplaje, principii fundamentale pentru toleranțe, abateri și cuplaje, aplicabil pieselor netede. Scopul este de a stabili principiile fundamentale ale unui sistem de toleranță pentru ajustări, oferind valorile calculate ale toleranțelor și abaterilor fundamentale. Standardul se referă în mod specific la piesele cilindrice cu secțiune circulară; cu toate acestea, toleranțele și abaterile prezentate se aplică tuturor pieselor netede, chiar dacă nu cu o secțiune circulară. Tocmai, termenii generali ai orificiului și arborelui desemnează, de asemenea, spațiul, care conține sau conține, între două fețe sau planuri tangente paralele ale oricărei piese, cum ar fi lățimea unei caneluri, grosimea unei chei etc.

Termeni și definiții ale EN 22768 părțile 1 și 2

Termenii și definițiile utilizate în standardul EN 22768 sunt:

• Copac
  acest termen se referă în mod convențional la elementele externe ale unei piese, chiar dacă nu cilindrice.
• Arborele de bază
  este arborele ales ca referință al unui sistem de cuplare în care abaterea superioară este e s = 0 .
• Gaură
  acest termen se referă în mod convențional la toate elementele interne ale unei piese, chiar dacă acestea nu sunt cilindrice.
• Gaura de bază
  gaură aleasă ca referință a unui sistem de cuplare în care abaterea inferioară este E i = 0 .
• Dimensiune
  este numărul care exprimă, în unitatea aleasă, valoarea numerică a unei dimensiuni liniare. Dimensiunea se numește dimensiune dacă este raportată pe desen. Temperatura la care se referă toate dimensiunile este de 20 ° C. O dimensiune cu toleranță este desemnată de dimensiunea nominală, urmată de simbolul clasei de toleranță solicitate sau de abaterile indicate în mod expres. De exemplu:
  32H7 sau 80js15 sau 100g6
• Marime nominala
  este dimensiunea „ideală perfectă” pe care s-ar dori să o obținem, din care dimensiunile limită sunt derivate prin aplicarea abaterilor superioare și inferioare. Este indicat cu:
  D pentru găuri;
  d pentru copaci.
• Dimensiunea reală
  este cea mai probabilă dimensiune reală a unui element, determinată prin măsurare și între dimensiunea limitativă maximă și dimensiunea limitativă minimă. Este indicat cu:
  D min ≤ D eff ≤ D max pentru găuri;
  d min ≤ d eff ≤ d max pentru arbori.
• Dimensiunea limită maximă
  este cea mai mare dimensiune admisă a unui element și este indicată cu:
  D max pentru găuri;
  d max pentru copaci.
• Dimensiunea limită minimă
  este cea mai mică dimensiune permisă a unui element și este indicată cu:
  D min pentru găuri;
  d min pentru copaci.
• Linie zero
  grafic este linia dreaptă care reprezintă dimensiunea nominală la care se referă abaterile și toleranțele. Prin convenție, linia zero este trasată orizontal, deci compensațiile pozitive sunt deasupra și compensațiile negative dedesubt.
• Deviere
  este eroarea dată de diferența algebrică dintre o dimensiune reală, maximă etc. și dimensiunea nominală corespunzătoare. Simbolurile compensărilor superioare și inferioare sunt indicate cu:
  E s , E i pentru găuri;
  și s , și i pentru copaci.
• Abaterea superioară
  este diferența algebrică dintre dimensiunea maximă și dimensiunea nominală corespunzătoare:
  E s = D max - D pentru găuri;
  și s = d max - d pentru copaci.
• Abatere mai mică
  este diferența algebrică între dimensiunea minimă și dimensiunea nominală corespunzătoare:
  E i = D min - D pentru găuri;
  și i = d min - d pentru copaci.
• Abaterea fundamentală
  este abaterea care definește poziția zonei de toleranță față de linia zero. Abaterea fundamentală poate fi abaterea superioară sau inferioară. Totuși, prin convenție, se alege cea mai apropiată de linia zero.
• Toleranță dimensională
  este diferența dintre dimensiunea maximă și dimensiunea minimă, adică diferența dintre abaterea superioară și inferioară:
  IT = D max - D min = E s - E i pentru găuri;
  IT = d max - d min = e s - e i pentru copaci.
• Toleranță fundamentală IT
  exprimă orice toleranță față de acest sistem. Simbolul IT înseamnă Toleranță internațională .
• Zona de toleranță
  Grafic este zona dintre două linii care indică dimensiunea limită maximă și dimensiunea limită minimă. Este definit de lățimea toleranței și poziția sa față de linia zero, care este desemnată de una sau mai multe litere mari (A ... ZC) pentru găuri și de una sau mai multe litere mici (a .. . zc) pentru copaci.
• Grad normal de toleranță
  este setul de toleranțe considerat a corespunde aceluiași nivel de precizie, desemnat de literele IT urmate de un număr, de exemplu IT7, pentru toate dimensiunile nominale. În cazul în care gradul de toleranță este cuplat la una sau mai multe litere reprezentând o abatere fundamentală, atunci literele IT sunt suprimate și gradul de toleranță devine o clasă de toleranță, de exemplu h7. Termenul „grad” este sinonim cu termenul „calitate”. Sistemul ISO oferă 20 de grade de toleranțe standardizate, dintre care 18, de la IT1 la IT18, sunt de uz general, iar două, IT0 și IT01, nu sunt de uz general.
• Clasa de toleranță
  este combinația dintre o abatere fundamentală și un grad de toleranță. Prin urmare, clasa de toleranță este desemnată cu una sau două litere reprezentând abaterea fundamentală urmată sau urmată de un număr reprezentând gradul normal de toleranță; de exemplu h9 pentru arbori sau D13 pentru găuri etc.
• Sistem de toleranță
  constă dintr-un set organizat și normalizat de toleranțe și abateri.
• Cuplare
  este relația rezultată din diferența, înainte de asamblare, între dimensiunile a două contururi, gaură și arbore, destinate a fi cuplate. Denumirea trebuie să includă: dimensiunea nominală comună, simbolul clasei de toleranță a găurii și simbolul clasei de toleranță a arborelui.
• Joc
  este diferența pozitivă dintre dimensiunea orificiului și cea a arborelui înainte de asamblare, adică atunci când diametrul orificiului este mai mare decât diametrul arborelui:
  G = D - d cu D> d
• Interferență
  este valoarea absolută a diferenței negative dintre dimensiunea orificiului și cea a arborelui înainte de asamblare, adică atunci când diametrul arborelui este mai mare decât diametrul orificiului:
  I = d - D cu D <d
• Incert
  este potrivirea în care există joc sau interferență după asamblare, în funcție de dimensiunea reală a alezajului și a arborelui. Această potrivire are loc atunci când zonele de toleranță ale alezajului și ale arborelui se suprapun complet sau parțial.

Colegi de bază în sistemul ISO

Din definițiile enumerate mai sus se poate deduce că posibilitățile de cuplare prin joc, prin interferență și incertitudine între un arbore și o gaură sunt la fel de multe combinații posibile de poziții de toleranță, de la litera A la Z pentru găuri și de la litera a la z pentru copaci. Pentru a reduce aceste combinații posibile, sistemul de toleranță ISO a propus să mențină constantă poziția toleranței unuia dintre cele două elemente, fie arborele, fie gaura, și să varieze celălalt. Prin urmare, dacă elementul ales ca bază, adică cu o poziție constantă a toleranței, este arborele, avem, pentru cuplaje, sistemul de lucru numit arbore de bază ; dacă, pe de altă parte, elementul ales ca bază este gaura, avem sistemul de prelucrare numit gaură de bază . Cu toate acestea, costurile asociate prelucrării înseamnă că, în principiu:

• Sistemul de foraj de bază este utilizat de principalele industrii auto, aeronautice, feroviare și de mașini-unelte;
• Sistemul de arbori de bază este utilizat în construcția arborilor de transmisie (dacă există mai multe cuplaje pe un singur diametru), mașini agricole, de construcții, textile și de ridicare și în toate industriile în care finisarea găurilor poate fi realizată cu roți și pentru diamant lustruire.

Sistem de găuri de bază

Este un sistem de cuplare în care diferitele jocuri sau interferențe necesare sunt obținute prin cuplarea arborilor de diferite clase de toleranță cu găuri având o singură clasă de toleranță. În sistemul ISO , este sistemul în care dimensiunea limită minimă a găurii este egală cu dimensiunea nominală, adică atunci când abaterea inferioară este E i = 0

Sistem arbore de bază

Este un sistem de cuplare în care diferitele jocuri sau interferențe necesare sunt obținute prin cuplarea găurilor de diferite clase de toleranță cu arbori cu o singură clasă de toleranță. În sistemul ISO , este sistemul în care dimensiunea maximă a arborelui este egală cu dimensiunea nominală, adică atunci când decalajul superior este e _s = 0

Cuplarea cu jocul

Cuplajul asigură întotdeauna jocul între gaură și arbore după asamblare, adică cuplajul în care dimensiunea minimă a găurii este mai mare decât dimensiunea maximă a arborelui:
D min > d max

Joc minim

Într-o fixare liberă, este diferența pozitivă între dimensiunea limită minimă a găurii și dimensiunea limită maximă a arborelui:
G min = D min - d max

Joc maxim

Într-o joacă sau o potrivire incertă, este diferența pozitivă între dimensiunea limită maximă a găurii și dimensiunea limită minimă a arborelui:
G max = D max - d min

Cuplaj de interferență

Este cuplajul care asigură întotdeauna interferența dintre gaură și arbore după asamblare, adică este cuplajul în care dimensiunea maximă a găurii este mai mică sau, în caz extrem, egală cu dimensiunea minimă a arborelui:
D max ≤ d min

Interferență minimă

Într-o potrivire de interferență, interferența minimă este diferența negativă, înainte de montare, între dimensiunea maximă a găurii și dimensiunea minimă a arborelui:
I min = d min - Dmax

Interferență maximă

Într-o potrivire de interferență sau o potrivire incertă, interferența maximă este diferența negativă, înainte de montare, între dimensiunea limită minimă a găurii și dimensiunea limită maximă a arborelui:
I max = d max - D min

Cuplare incertă

Este cuplajul în care există joc sau interferență după asamblare, în funcție de dimensiunile reale ale orificiului și arborelui, adică atunci când zonele de toleranță ale orificiului și arborelui se suprapun complet sau parțial:

• Joacă potrivit : gaură mai mare decât arborele;
• Potrivire de interferență : arborele mai mare decât alezajul.

Colegi recomandați

Deoarece este mai ușor să măcinați un arbore decât o gaură, în alegerea cuplajelor, în special pentru cele incerte și cu interferențe, este recomandabil să atribuiți găurii o calitate superioară, de obicei cea imediat superioară celei a arborelui. Se știe, de asemenea, că, pentru a facilita asamblarea cuplajelor de interferență și pentru a evita solicitări excesive asupra materialelor în timpul asamblării, se recomandă încălzirea găurii la o temperatură chiar mai mare decât cea a arborelui. Extinderea găurii facilitează asamblarea; după răcire, datorită scăderii diametrului găurii, blocarea este mai stabilă. Prin urmare, este necesar să se ia în considerare temperatura de funcționare a celor două elemente cuplate și valoarea medie a jocului și a interferenței la această temperatură, astfel încât dimensiunile limită maximă și minimă să fie apropiate de cele mai potrivite. Pentru a alege cuplajul corect este necesar să aveți experiență și o atenție deosebită. În practică, nu este convenabil să utilizați toate cuplajele pe care arborele de bază și sistemele de toleranță ale orificiului de bază le oferă: gândiți-vă la o cuplare H4 / ​​a12 în care orificiul H4 a fost prelucrat cu precizie foarte mare și, prin urmare, cu costuri foarte mari , iar arborele a12 a fost lucrat grosolan. Rezultatul este de a avea un joc eficient între cele două elemente, care este foarte variabil datorită toleranței mari atribuite arborelui. Aici, atunci ne referim la câteva tabele, care, dictate de experiență, satisfac cele mai frecvente cereri de cuplări de aplicare practică. În cazul văzut mai sus, este, prin urmare, mai convenabil și mai rațional să se utilizeze o cuplare H11 / a12 care permite să conțină costuri și pentru realizarea găurii. Numărul destul de limitat de cuplaje recomandat de ISO permite, de asemenea, reducerea numărului de instrumente fixe pentru verificarea și măsurarea elementelor prelucrate în serie, cum ar fi calibre furcă pentru arbori și calibre pentru găuri.

Bibliografie

• Cristiano Crosera, Albino Zanin, Elements of Technology , ediția a VI-a, Milano, Principato Editore, 2007 [martie 2002] , pp. 16-23, ISBN 88-416-6512-2 .

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere cu toleranțe dimensionale și potriviri

linkuri externe

• Foaie de calcul electronică pentru vizualizarea și analizarea cuplajelor normalizate, de la Tecnocentro eng srl , pe tecnocentro.it .

Portal de inginerie

Portal de metrologie

Portal de știință și tehnologie