Συναρμογές (Fits)

Τι είναι συναρμογή

Συναρμογή είναι το σύνολο δύο, σπανιότερα και περισσότερων, κομματιών που συνεργάζονται: ενός άξονα (Α), του «αρσενικού» μέλους που περιέχεται, και ενός τρήματος (Β), του «θηλυκού» μέλους που περιέχει. Η επιφάνεια όπου εφάπτονται τα δύο μέλη λέγεται επιφάνεια συναρμογής.

Και τα δύο έχουν πάντα την ίδια ονομαστική διάσταση (Ν)· αυτό που διαφέρει είναι οι ανοχές τους, και αυτές ακριβώς καθορίζουν αν το ένα θα κινείται ελεύθερα, θα ολισθαίνει οριακά ή θα είναι σφιγμένο μέσα στο άλλο. Η συναρμογή, επομένως, είναι αδιαχώριστη από την ανοχή.

Γιατί χρειάζονται ανοχές: η εναλλαξιμότητα

Στην πραγματικότητα κανένα κομμάτι δεν κατασκευάζεται στην ακριβή ονομαστική του διάσταση· το καθένα παράγεται μέσα σε ένα πεδίο ανοχής, δηλαδή μια ζώνη αποδεκτών διαστάσεων.

Στη μαζική παραγωγή, μάλιστα, ο άξονας και το τρήμα φτιάχνονται χωριστά: από διαφορετικούς τεχνίτες, σε διαφορετικές μηχανές, τόπους και χρόνους. Για να συναρμολογούνται σωστά χωρίς επιπλέον κατεργασία, το κάθε κομμάτι πρέπει να πέφτει μέσα σε προκαθορισμένα όρια. Αυτή η ιδιότητα λέγεται εναλλαξιμότητα (interchangeability) και είναι ο λόγος ύπαρξης ολόκληρου του συστήματος ανοχών και συναρμογών.

Χάρη και σύσφιξη

Η βασική ποσότητα είναι η χάρη (Χ), δηλαδή η διαφορά «διάσταση τρήματος μείον διάσταση άξονα». Το πρόσημό της είναι που ονοματίζει τη σχέση:

Επειδή κάθε μέλος έχει ένα ολόκληρο πεδίο ανοχής και όχι μία τιμή, κάθε συναρμογή περιγράφεται από δύο ακραίες τιμές, που προκύπτουν συνδυάζοντας τα χειρότερα άκρα:

Στα σχήματα που ακολουθούν, Χμ σημαίνει μέγιστη χάρη και Χε ελάχιστη χάρη.

Τα είδη συναρμογών

Ανάλογα με τη σχετική θέση των δύο πεδίων ανοχής, και άρα με τον βαθμό ελευθερίας μεταξύ των μελών, διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις. Τα τέσσερα διαγράμματα διαβάζονται μεταξύ τους: αλλάζει μόνο η θέση του μπλε πεδίου του άξονα ως προς το πεδίο του τρήματος.

01

Ελεύθερες (clearance fit)

Το τρήμα είναι σε κάθε περίπτωση μεγαλύτερο από τον άξονα, οπότε ακόμη και η ελάχιστη χάρη παραμένει θετική (Χε > 0 και Χμ > 0). Τα μέλη κινούνται και περιστρέφονται ελεύθερα.

02

Ολίσθησης (sliding fit)

Η οριακή περίπτωση της ελεύθερης συναρμογής, όπου τα δύο πεδία εφάπτονται στη γραμμή μηδενός (Χε = 0 και Χμ > 0). Επιτρέπει συναρμολόγηση και αξονική ολίσθηση με το χέρι, δεν προορίζεται όμως για συνεχή περιστροφή υπό φορτίο, αφού στο δυσμενέστερο ζεύγος δεν απομένει καθόλου διάκενο για λίπανση.

03

Αμφίβολης σύσφιξης (transition)

Τα δύο πεδία επικαλύπτονται, οπότε η ελάχιστη χάρη προκύπτει αρνητική, δηλαδή σύσφιξη, ενώ η μέγιστη χάρη παραμένει θετική (Χε < 0 και Χμ > 0). Άλλοτε προκύπτει μικρή χάρη και άλλοτε μικρή σύσφιξη. Δίνει ακριβές κεντράρισμα και παραμένει λυόμενη σύνδεση.

04

Σύσφιξης (interference fit)

Ακόμη και ο μικρότερος επιτρεπόμενος άξονας είναι μεγαλύτερος από το μεγαλύτερο επιτρεπόμενο τρήμα, οπότε υπάρχει πάντοτε σύσφιξη (Χε < 0 και Χμ < 0). Η συναρμολόγηση απαιτεί πρέσα ή θερμική διαφορά και δίνει σχεδόν μόνιμη σύνδεση που μεταφέρει ροπή χωρίς πρόσθετη ασφάλιση.

Στο σύστημα ISO οι κατηγορίες αυτές ομαδοποιούνται σε τρεις (clearance, transition, interference), καθώς η ελεύθερη και η ολίσθησης αποτελούν μαζί τη «συναρμογή με διάκενο».

Το σύστημα ανοχών και συναρμογών ISO 286

Στην πράξη οι συναρμογές δεν ορίζονται αυθαίρετα, αλλά μέσω του τυποποιημένου κώδικα ISO 286. Κάθε πεδίο ανοχής περιγράφεται από δύο στοιχεία:

Έτσι μια διάσταση γράφεται π.χ. Ø32 H7 για το τρήμα ή Ø32 g6 για τον άξονα. Όλα τα μεγέθη του συστήματος ισχύουν στη θερμοκρασία αναφοράς των 20 °C· σε σφιχτές ποιότητες και μεγάλες διαστάσεις η απόκλιση θερμοκρασίας του χώρου μέτρησης μετράει.

Σύστημα βασικού τρήματος (H) και βασικού άξονα (h)

Για να πετύχουμε τον επιθυμητό χαρακτήρα συναρμογής, κρατάμε σταθερό το ένα μέλος και μεταβάλλουμε το άλλο.

Σύστημα βασικού τρήματος (H)

Το πιο διαδεδομένο. Το τρήμα έχει θεμελιώδη απόκλιση μηδέν, δηλαδή το κάτω όριό του ταυτίζεται με την ονομαστική διάσταση και ακουμπά στη γραμμή μηδενός, και ο χαρακτήρας της συναρμογής ρυθμίζεται αποκλειστικά από τον άξονα. Είναι το οικονομικότερο: το τρήμα γίνεται με τυποποιημένα τρυπάνια και γλύφανα και ελέγχεται με τυποποιημένους plug gauges, ενώ ο άξονας, που είναι εύκολο να κατεργαστεί σε οποιαδήποτε διάσταση, αναλαμβάνει τη διαφοροποίηση.

Σύστημα βασικού άξονα (h)

Εδώ ο άξονας έχει θεμελιώδη απόκλιση μηδέν, δηλαδή το άνω όριό του ταυτίζεται με την ονομαστική διάσταση, και μεταβάλλουμε το τρήμα. Είναι λιγότερο διαδεδομένο και χρησιμεύει όταν η εξωτερική διάμετρος δίνεται έτοιμη και δεν κατεργάζεται: τραβηγμένες ή λειασμένες ράβδοι, μία μακριά άτρακτος που δέχεται πολλά εξαρτήματα (τροχαλίες, γρανάζια, κολάρα, δακτυλίδια), ή το εξωτερικό δακτυλίδι ενός ρουλεμάν που εδράζεται σε κατεργασμένη οπή.

Συνήθεις συναρμογές και εφαρμογές

Σύστημα βασικού τρήματος, οι προτιμώμενοι συνδυασμοί του ISO 286.

Οι ίδιοι χαρακτήρες συναρμογής υπάρχουν και στο σύστημα βασικού άξονα, με αντεστραμμένους ρόλους: C11/h11, F8/h7, G7/h6, K7/h6, P7/h6 και ούτω καθεξής.

Έλεγχος συναρμογών με ελεγκτήρες go/no-go

Αφού η συναρμογή προκύπτει από δύο κομμάτια, ο έλεγχός της γίνεται ελέγχοντας χωριστά το τρήμα και τον άξονα ως προς τα δικά τους όρια: αν και τα δύο μέλη είναι εντός ανοχής, η επιθυμητή συναρμογή εξασφαλίζεται αυτόματα. Στη μαζική παραγωγή αυτός ο έλεγχος δεν γίνεται με μέτρηση της πραγματικής διάστασης, αλλά με ελεγκτήρες ορίου (limit plug και snap gauges).

Ο ελεγκτήρας ορίου είναι όργανο χωρίς κλίμακα: δεν σου λέει πόσο είναι η διάσταση, μόνο αν βρίσκεται μέσα στα επιτρεπτά όρια. Έχει δύο άκρα με σταθερές διαστάσεις:

Το τεμάχιο είναι αποδεκτό όταν το άκρο GO περνά, με το βάρος του και χωρίς πίεση, και το άκρο NO GO δεν περνά. Έτσι επιβεβαιώνεις ότι η διάσταση βρίσκεται ανάμεσα στα δύο όρια, χωρίς καν να διαβάσεις αριθμό. Ανάλογα με το μέλος που ελέγχεται χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι.

Οι ελεγκτήρες υπάρχουν σε μονή ή διπλή μορφή, με τα δύο άκρα χωριστά ή στο ίδιο εργαλείο. Πάνω σε κάθε ελεγκτήρα αναγράφονται η ονομαστική διάσταση, η κατηγορία και η ποιότητα της συναρμογής (π.χ. Ø60 H7), οι οριακές τιμές σε μm και συχνά οι ενδείξεις GO και NOT GO. Έχουν και οι ίδιοι ανοχή κατασκευής, ενώ το άκρο GO φέρει επιπλέον πρόβλεψη φθοράς (wear allowance), αφού είναι αυτό που τρίβεται σε κάθε έλεγχο.

Ο σχεδιασμός τους διέπεται από την αρχή του Taylor (1905): το άκρο GO ελέγχει τη συνθήκη μέγιστου υλικού και οφείλει να ελέγχει ταυτόχρονα όσο περισσότερα χαρακτηριστικά γίνεται, δηλαδή διάσταση, κυκλικότητα και ευθύτητα, γι' αυτό έχει πλήρη διατομή και πλήρες μήκος. Το άκρο NO GO ελέγχει τη συνθήκη ελάχιστου υλικού και μόνο ένα χαρακτηριστικό τη φορά. Πρακτικά, το άκρο GO είναι το πιο κρίσιμο: αν δεν περνά, το τεμάχιο απορρίπτεται χωρίς εξαίρεση, γιατί δεν πρόκειται να συναρμολογηθεί.

Ανοχές και ελεγκτήρες σπειρωμάτων

Η ίδια λογική επεκτείνεται και στα σπειρώματα, όπου όμως η συναρμογή δεν αφορά μία διάμετρο αλλά κυρίως τη μέση διάμετρο (pitch diameter), μαζί με το βήμα και τη γωνία της κατατομής. Και εδώ ισχύει σύστημα ανοχών ανάλογο του ISO 286: για τα μετρικά σπειρώματα (ISO 965) η κλάση γράφεται π.χ. 6H για το θηλυκό (παξιμάδι) και 6g για το αρσενικό (κοχλίας), όπου ο αριθμός δηλώνει την ποιότητα και το γράμμα τη θέση του πεδίου, κεφαλαίο για εσωτερικά και πεζό για εξωτερικά σπειρώματα, ακριβώς όπως στα λεία τεμάχια. Έτσι μια τυπική συναρμογή κοχλία και παξιμαδιού συμβολίζεται 6H/6g.

Ο έλεγχος γίνεται πάλι με ελεγκτήρες go/no-go, ειδικής όμως μορφής: αρσενικούς ελεγκτήρες με σπείρωμα (thread plug gauges) για τα παξιμάδια και ελεγκτήρες δακτυλίου με σπείρωμα (thread ring gauges) για τους κοχλίες. Το άκρο GO έχει πλήρη κατατομή και πλήρες μήκος και πρέπει να βιδώνει ελεύθερα σε όλο το μήκος, επιβεβαιώνοντας ότι το εξάρτημα θα συναρμολογηθεί. Το άκρο NO GO έχει κολοβωμένη κατατομή και ελέγχει μόνο τη μέση διάμετρο· κατά το ISO 1502 δεν επιτρέπεται να εμπλακεί περισσότερο από δύο πλήρεις στροφές, ενώ η αμερικανική πρακτική (ASME B1.2) δέχεται έως τρεις σε ορισμένα μήκη. Για τα σπειρώματα ίντσας ισχύει αντίστοιχο σύστημα κλάσεων, 2A και 3A για τα εξωτερικά, 2B και 3B για τα εσωτερικά.