Principy výběru rozměrových tolerancí a usazení

Rozměrové tolerance hrají rozhodující roli v mechanickém návrhu a přímo ovlivňují funkčnost a kvalitu strojů, zařízení a dalších mechanických produktů. V mechanickém návrhu se tolerance vztahují na povolené odchylky od ideálních rozměrů součásti nebo montážní skupiny. Existují různé systémy usazení, např. standardní otvor a standardní hřídel. Další informace o třídách tolerance naleznete v našem blogu Třídy tolerance podle ISO 22081 a DIN ISO 2768.

Proč jsou rozměrové tolerance důležité?

Ve výrobním procesu je téměř nemožné vyrábět 100% přesné komponenty bez jakýchkoliv odchylek. Zvláště v masové výrobě budou vždy existovat určité minimální odchylky. Pokud by tyto odchylky nebyly brány v úvahu, komponenty by již nebyly vzájemně kompatibilní. Rozměrové tolerance se používají k posouzení těchto odchylek předem tak, aby komponenty do sebe zapadly podle požadovaného typu usazení. Představují základ pro přesné stanovení přípustných odchylek od nominálních rozměrů objektu. Následující aspekty jsou ovlivněny rozměrovými tolerancemi:

• Funkčnost a přesnost usazení: Pouze se správně definovanými tolerancemi lze zajistit, aby komponenty do sebe zapadly a aby nebyly usazeny příliš těsně nebo příliš volně. Nesprávné usazení může výrazně zhoršit funkci.
• Montážní a výrobní procesy: Ve výrobním procesu mohou být výkyvy způsobeny při výrobě velkých množství, ale jsou méně významné díky tolerancím.
• Náklady: Čím přesněji jsou komponenty vyráběny, tím dražší je výroba. Tolerance mohou udržovat nízké náklady, protože ve většině případů není nutná zbytečně vysoká přesnost.

Různé normy definují například obecné tolerance (DIN ISO 2768-1, ISO 22081) nebo různé principy tolerance (DIN ISO 8015).

Výběr vhodného usazení

Správný výběr usazení je zásadní pro zajištění správné funkce součástí a sestav. Existují tři typy tolerancí:

• Volné usazení: je požadována tolerance pro volné usazení, tj. pohyb mezi komponentami.
• Interferenční usazení: jedna komponenta je větší než druhá. Velmi těsné usazení zajišťuje pevné spojení.
• Přechodové usazení: jedná se o směs volného a interferenčního usazení, kde zbývá určitá vůle, ale spojení komponent může také vyžadovat menší sílu.

Výběr musí zohledňovat následující aspekty:

• Funkční požadavky, např. jaký typ pohybu, silový přenos nebo točivý moment je vyžadován?
• Požadovaná přesnost by také měla brát v úvahu náklady spojené s přesnou výrobou. Cílem je dobrá rovnováha.
• Je třeba vzít v úvahu materiály, např. koeficient tepelné roztažnosti materiálů.
• Okolní podmínky, např. teplota a vlhkost.
• Montáž a demontáž, např. u součástí, které je často nutné rozebrat. Příliš těsné interferenční usazení by pro tento účel nebylo vhodné.
• Normy a standardy, které mohou být závazné pro některá odvětví a ovlivňují kvalitu vyrobených komponent.

V MISUMI najdete přehled dalších základů výběru usazení. Následující tabulka porovnává různé rozměrové tolerance a typy usazení a uvádí příklady použití:

Standardní otvor a standardní hřídel

Standardní otvor je systém usazení s tolerancemi ISO ve strojírenství. Otvor, který je součástí konkrétní tolerance usazení, se provádí jednotně, zatímco odpovídající tolerance je přesunuta na hřídel. Na druhou stranu se u standardní hřídele tolerance posune k otvoru a hřídel se vyrábí jednotně. Standardní otvory jsou běžnější, protože standardizace jednoho otvoru je obecně jednodušší a nákladově efektivnější.

Výpočet tolerancí usazení

Pro výpočet tolerancí usazení poskytují důležité informace názvy standardních otvorů a standardních hřídelí. Standardní otvory a standardní hřídele jsou označeny podle mezinárodních norem a standardů. Označení zajišťují jednotnou a přesnou komunikaci o konkrétních rozměrech a tolerancích vrtaných otvorů a hřídelí ve výrobním průmyslu.

• [1] Otvor H
• [3] Nulová čára
• [4] Jmenovitý rozměr
• [5] Volné usazení
• [6] Přechodové usazení
• [7] Těsné/interferenční usazení

Standardní vrtané otvory jsou popsány například v kombinaci velkých písmen a číslic a také průměru (také nominální velikost), např. průměr 50 H9.

• [2] h hřídel
• [3] Nulová čára
• [4] Jmenovitý rozměr
• [5] Volné usazení
• [6] Přechodové usazení
• [7] Těsné/interferenční usazení

Standardní hřídele s kombinací malých písmen, čísla a průměru, např. průměr 50 h9. H9 se označuje jako třída tolerance; písmeno je základní rozměr a číslo je stupeň tolerance.

To lze také použít k přiřazení základní tolerance podle ISO 286-1 otvoru nebo hřídeli. Existují základní tolerance IT1-IT17. V uvedeném příkladu by H9 a h9 byly přiřazeny základní toleranci IT9. Rozměry horního a dolního limitu lze pak vzít z odpovídajících tabulek. S těmito mezními rozměry lze poté vypočítat maximální a minimální rozměry otvoru následujícím způsobem:

• Maximální rozměr G _oB = jmenovitý rozměr + horní limitní rozměr
• Minimální rozměr G _ub = jmenovitý rozměr + dolní limitní rozměr

Maximální a minimální rozměr popisují rozsah, ve kterém se mohou být skutečné rozměry otvoru nebo hřídele pohybovat a stále jsou přijatelné.

Běžně používané standardní otvory a standardní hřídele

V následujících tabulkách je uveden přehled běžně používaných standardních otvorů a standardních hřídelí a jejich tolerance usazení.