Typy uložení a tolerance – přehled

Tolerance a uložení jsou ve výrobním průmyslu zásadní. V technickém smyslu tolerance definují přípustnou odchylku od definované vlastnosti, například nominálního rozměru. Zajišťují, aby produkty a komponenty splňovaly požadované standardy kvality.

Dosednutí a tolerance

Výrobní a konstrukční inženýrství rozlišuje rozměrové tolerance, tolerance formy a tolerance polohy. Rozměrové tolerance definují přípustnou odchylku komponenty od očekávaného rozměru (nominální rozměr) o maximální přípustnou horní hranici a maximální přípustnou dolní hranici. Každá součást je vyrobena s určitou tolerancí. Pokud mají být kombinovány dvě komponenty, tolerance obou komponent na sebe vzájemně působí. Spojení mezi dvěma nebo více konstrukčními prvky se nazývá uložení. Kulaté uložení je například spojení hřídele a otvoru, které se shodují podle dimenzování, rozměrů a tolerancí. Dosednutí odkazuje na mechanický kontaktní bod, ve kterém prvky interagují.

Typy uložení

Existují následující typy uložení:

• Volné uložení
• Interferenční uložení
• Přechodové uložení

Volné uložení

Volná uložení jsou uložení v souladu s normou DIN-EN-ISO 286, přičemž minimální rozměr vrtání je větší nebo roven (v limitním případě) maximálnímu rozměru hřídele (c). To vždy při montáži vrtání a hřídele vytváří vůli. V některých případech může být nutné použít volné uložení pro tepelné rozpínání, montáž nebo provozní podmínky. Například v ložiskových aplikacích má volné uložení vždy za následek to, že valivé prvky nebo kluzné povrchy mají volný pohyb v ložiscích. Příklady jsou:

• H8/d9 – velká vůle, přítomnost mezery
• H7/g6 – nízká vůle, úzká mezera

Interferenční uložení

Interferenční uložení, také nazývaná tuhá uložení, jsou metodou uložení používanou ve strojírenství. Součást je záměrně vyrobena s nadměrným rozměrem, takže těsně zapadne do rozměru základny odpovídající součásti.

Takové tuhé uložení zajišťuje pevné, trvalé spojení mezi hřídelí a vrtáním. Spojení je možné pouze s pomocí velké síly a v případě potřeby s pomocí dodatečného ohřevu. Příkladem je uložení H7/p6, které je spojena pod tlakem.

Přechodové uložení

Přechodová uložení jsou střední variantou volného uložení a nadměrného uložení. To znamená, že výsledky volného uložení nebo lisovaného uložení závisí na tom, kde se skutečná měření nacházejí v poli tolerance. Přechodová uložení již nelze spojovat ručně, ale lze je např. spojovat pod mírným tlakem (kladivo). Příkladem je H7/n6.

Systémy uložení

Systémy uložení byly zavedeny, aby se snížil počet tolerancí a aby bylo používání tolerancí ve výrobě praktičtější.

Základní vrtání

Protože je snazší vyrobit vnější průměr než vnitřní průměr, princip základního vrtání se často aplikuje díky své jednoduchosti a nákladové efektivitě. Vrtání se vždy vyrábí stejným nástrojem a tolerancí v souladu se systémem tolerancí ISO. Normy DIN EN ISO 286-1 a DIN EN ISO 286-2 poskytují mezinárodní normy tolerance pro rozměry a uložení, aby bylo zajištěno, že jsou součásti vyráběny přesně a splňují normy kvality. Průměr vrtání je má toleranci v souladu se systémem tolerancí ISO, přičemž odpovídající hřídel je přiřazena jakékoli poloze pole tolerance. Základní vrtání jsou označena velkými písmeny, například H7.

Základní hřídel

U základního systému hřídele se tolerance vztahuje k hřídeli. Tolerance je určena v souladu s ISO systémem tolerancí v rámci h-pole. Základní hřídel je také definována v normě DIN EN ISO 286-1. Související tolerance je posunuta k vrtání. Základní hřídele jsou označeny malými písmeny, např. h7.

Základní hřídele jsou méně běžné, ale používají se například u převodovek s dlouhými hřídelemi nebo když je určena odpovídající hřídel a je také vodícím prvkem.

Více informací o rozměrových tolerancích naleznete v blogu Základy rozměrových tolerancí a výběr uložení.

Různé tolerance

Tolerance jsou přípustné odchylky od charakteristik technické komponenty nebo funkční skupiny; c rámci mezí uvedených tolerancí je zajištěna funkční spolehlivost komponenty nebo funkční skupiny. Geometrické tolerance, které se vztahují k rozměrům, tvarům, polohám, vlnitosti a nerovnosti, jsou zvláště důležité pro proces návrhu.

Proč jsou ale tolerance nezbytné? Komponenty jsou na technických výkresech zobrazeny v měřítku. Teoreticky v nich lze číst jmenovité rozměry. Tolerance však musí být zahrnuty, protože ve skutečnosti vždy při výrobě komponent dojde k odchylkám od nominálních rozměrů (100% přesnost výroby není možná). Obecně se určují na základě funkce, tj. budoucí použití, podmínky prostředí a spojení s jinými součástmi (řetězce tolerance) jsou již v návrhu zohledněny. Při určování tolerancí lze buď specifikovat pole tolerance, nebo přímo zadat přípustné odchylky (rozměry). U tolerancí forem a pozic jsou tolerované parametry určeny odpovídajícími symboly v souladu s normou.

Platné normy pro tolerance (k 04/2024) jsou např.:

• DIN ISO 2768-1 a DIN EN ISO 22081: Předpisy o obecných tolerancích
• DIN EN ISO 1101: Předpisy týkající se tolerancí forem a pozic
• DIN EN ISO 5459: Předpisy o referencích a referenčních systémech
• DIN EN ISO 8015: Určení a specifikace tolerancí

Obecné tolerance

Obecné tolerance se vztahují na všechny rozměry, pro které není tolerance výslovně specifikována. Norma DIN ISO 2768-1 reguluje obecné tolerance pro délky a rozměry úhlu, norma DIN EN ISO 22081 pro tolerance tvaru a polohy. Příkladem popisku na technickém výkresu může být například: ISO 2768-mf.

Například existují následující třídy přesnosti pro délku a rozměry úhlu:

• f (jemná), používá se např. v přesném strojírenství
• m (střední), typická klasifikace obráběcí dílny
• c (hrubá), používá se např. pro odlitky
• v (velmi hrubá), používá se např. pro hrubou práci se dřevem

Výrobní tolerance

Při výrobě tolerance umožňují zaměnit komponenty za předpokladu, že byly vyrobeny ve stejných tolerancích. To jde také ruku v ruce s nezávislostí výrobce. Výrobní tolerance tvoří základ pro masovou výrobu.   V závislosti na aplikaci může být užitečné, aby návrh odkazoval na horní nebo dolní limitní rozměr. V důsledku toho lze v případě potřeby přepracování provést odpovídající úpravy směrem nahoru nebo dolů, aniž by to vedlo k riziku překročení výrobní tolerance. Například dává smysl odkazovat na dolní limitní rozměr na vrtáních a na horní limitní rozměr na hřídelích.

Rozměrové tolerance

Rozměrové tolerance jsou rozměrové specifikace, např. od konstruktéra, které je třeba dodržovat, aby bylo zajištěno, že konstrukce bude fungovat, např. 110 mm (-5 mm, +10 mm). Tolerance označují maximální přípustné odchylky (nahoru/dolů) od nominální hodnoty. Může se jednat o procentuální specifikace nebo maximální odchylky.

Horní nebo dolní rozměrová tolerance se počítá z rozdílu povoleného největšího rozměru (horní limitní rozměr, maximální rozměr) a nejmenšího rozměru (spodní limitní rozměr, minimální rozměr). Pole tolerance je v těchto mezích. Čím přesnější je tolerance, tím dražší je výrobní proces. Tolerance by proto obecně neměly být vybírány příliš úzké.

Tolerance kuličkových ložisek

Specifikace třídy tolerance může být použita jako jednoduchý měřič přesnosti valivého ložiska (např. radiální ložisko, axiální ložisko). Jako japonský výrobce dodává společnost MISUMI své produkty v tolerančních třídách v souladu s japonskou normou JIS B0401. Ve rozsahu normy DIN nebo ISO pokrývá norma JIS B 1514 normy ISO 492, ISO 199 a DIN 620 pro odpovídající typy ložisek. Přesnost ložisek může být zvolena například v tolerančních třídách 2 (P2), 4 (P4), 5 (P5), 6 (P6) a 0 (P0). JIS B 1514 (specifikace zobrazené v závorkách jsou v souladu s normou DIN 620). Třída ložisek 2 (P2) označuje ložiska nejvyšší kvality a cenově výhodnější ložiska s většími tolerancemi stoupajícími až do třídy 0 (P0).