درباره تلرانس ها و انطباقات بیشتر بدانیم – قسمت اول

مفهوم تلرانس:

طراح در طراحی و ساخت یک ماشین چند قطعه را در کنار هم قرار می دهد. ماشین مونتاژ شده باید بتواند انتظارطراح را برای برآورده کردن هدف خاصی دنبال کند. شکل و اندازه های اجزای سازنده ی این ماشین نقشی اساسی در توفیق طراح می تواند داشته باشد. این اندازه ها معمولاً به وسیله محاسبه و یا طبق تجربه طراح تعیین می شود. آگاهی از نقش قطعه در مکانیسم مورد نظر، تعیین نیروهای وارده در ضمن عملکرد، محاسبه تنش های وارده، اعمال یک ضریب اطمینان معقول و شرایط کاربرد از جمله عواملی هستند که در تعیین اندازه و ابعاد قطعه موثر هستند. اندازه ای که با توجه به این موارد گفته شده به دست می آید همان اندازه دقیق قطعه است. در صنعت رسیدن به اندازه ی دقیق با توجه به سختی قطعه، استهلاک ماشین ابزار، خطاهای اندازه گیری و غیره امکان پذیر نیست. همه قطعات و سطوح یک مجموعه نیاز به یک دقت فوق العاده در اندازه نداشته و بر حسب نوع کاری که هر سطح از یک قطعه انجام می دهد درجه دقت آن نیز فرق می کند. به همین دلایل مفهوم تلرانس (Tolerance) مطرح می شود. برای اطمینان از خوب سوار شدن قطعات قابل تعویض یک ماشین و کارکرد صحیح آن، طراح معمولاً انحراف های مجاز از اندازه ی اسمی ابعاد قطعه را بر روی نقشه ی آن قید می کند. این انحرافات را تلرانس می گویند. اختلاف بین ماکزیمم و مینیمم یک کمیت بیانگر مفهوم تلرانس است.

برای ساختن هر قطعه در صنعت سه اندازه باید در نظر گرفته شود:

اندازه اسمی (Nominal Size or Basic Size): یعنی اندازه ای که بر روی نقشه نوشته می شود.

اندازه ماکزیمم (Upper Limit of Size) یا ULS: یعنی بزرگ ترین اندازه قطعه و به عبارت دیگر اندازه ای که در موقع ساختن نباید از آن تجاوز نمود.

اندازه مینیمم (Lower Limit of Size) یا LLS: یعنی کمترین اندازه ی قابل قبول قطعه.

مقدار تلرانس برابر است با تفاوت کوچک ترین و بزرگ ترین اندازه قابل قبول قطعه. این مفاهیم در شکل زیر نشان داده شده است.

محدوده تلرانس بین اندازه های حداقل و حداکثر است. خط صفر با اندازه اسمی مطابق و برای حدود بالا و پایین به عنوان خط مبنا تلقی می شود.

به مثال شکل های زیر دقت کنید:

دقت تا آنجا لازم است که طراح آن را مشخص کرده است. اگر تلرانس زیاد باشد هزینه و زمان ساخت پایین است ولی از نظر مرغوبیت زیاد عالی نیست. بر عکس ساخت قطعه ای که تلرانس آن کم است مشکل تر بوده ولی مرغوب تر است.

مفهوم انطباقات:

بر حسب نوع درگیری قطعات در یک ماشین، انطباق (Fit) مطرح می شود. وقتی دو قطعه در داخل یکدیگر قرار می گیرند، گفته می شود آن دو قطعه بر هم منطبق شده اند یا یک انطباق به وجود آورده اند. در یک تعریف، اگر دو قطعه تلرانس دار در یکدیگر قرار گیرند (محور یا میله و سوراخ)، رابطه بین اندازه خارجی یک محور (میله) و اندازه داخلی سوراخی که در هم مونتاژ می شوند را انطباق می گویند. در یک انطباق، سطوحی با یکدیگر مجاور خواهند شد که لازمه ی این مجاورت، تداخل به هر شکلی است. این سطوح را سطوح انطباقی می گویند. منظور از محور یا میله در یک انطباق، قطعه ای است که وارد قطعه دیگر (سوراخ) می شود. محور یا میله علاوه بر شکل عمومی خود که استوانه است، در این مفهوم می تواند هر شکل و فرمی را شامل شود. منظور از سوراخ در یک انطباق هم قطعه ای است که یک قطعه دیگر وارد آن می شود. پس به طور کلی یک اندازه خارجی را محور یا میله و یک اندازه داخلی را سوراخ می گویند.

انواع انطباق:

اندازه های انطباقی محور (میله) و سوراخ می توانند سه حالت را در انطباق با هم به وجود آورند که عبارتند از:

انطباق آزاد یا بازی دار یا لقی دار (Clearance Fit):

در انطباق آزاد قطعات می توانند نسبت به هم جابجا شوند. مثلاً جهت به دست آوردن انطباق آزاد برای محوری که باید در داخل یک سوراخ قرار بگیرد کافی است قطر محور از سوراخ کمتر باشد. تفاضل اندازه های دو قطعه را آزادی و حداکثر مقدار آن را که عبارت از اختلاف مابین بزرگ ترین قطر سوراخ و کوچک ترین قطر محور است لقی می گویند. انطباق های آزاد متعددی بر حسب مقدار لقی و خصوصیات حالات ساخت قطعات وجود دارد که نوع هر یک با سرعت دورانی میله، میزان روغن زنی، درجه گرم کردن طول سطح در تماس با آن ارتباط دارد. مفهوم انطباق آزاد در شکل زیر نشان داده شده است.

انطباق پرسی یا فشاری (Interference Fit):

در انطباق پرسی دو قطعه نمی توانند به سادگی درگیر شوند زیرا قطر محور کمی بزرگ تر از قطر سوراخ است، لذا محور را باید به کمک نیروی قابل ملاحظه ای در سوراخ فرو برد. مثلاً با دستگاه پرس هر دو را می توان تحت فشار قرار داد. قطعه سوراخ دار را حرارت داد تا بر قطر آن افزوده شود و یا اینکه محور را سرد کرد تا قطر آن تقلیل یابد. مفهوم انطباق پرسی در شکل زیر نشان داده شده است.

انطباق عبوری یا روان یا انتقالی (Transition Fit):

در این انطباق، قطعات ضمن نداشتن لقی در یکدیگر قابل حرکت و لغزیدن با نیروی کم هستند. مفهوم انطباق عبوری در شکل زیر نشان داده شده است.

در شکل زیر این سه نوع انطباقات با هم نشان داده شده است:

سیستم های انطباقی:

تعیین اندازه های خارجی محور و اندازه های داخلی سوراخ در هر یک از انطباق ها به دو روش یا سیستم یا دستگاه انجام می شود که معمولاً با در نظر گرفتن همه شرایط به ویژه موجود بودن ابزارهای استاندارد صورت می گیرد. این سیستم های انطباقی عبارتند از:

سیستم انطباقی سوراخ مبنا (Hole-Basis Fit System):

در این سیستم ابتدا اندازه سوراخ آماده می شود و سپس اندازه محور با آن هماهنگ می شود. پس در این سیستم اندازه حداقل سوراخ ثابت و با اندازه اسمی برابر است و قطر محور را طوری تغییر می دهند تا انواع انطباقات حاصل شود. در واقع محورها به اندازه مقدار لقی یا اضافه اندازه لازم کوچک تر یا بزرگ تر از سوراخ ها هستند. در این سیستم انحراف تحتانی را صفر می گیرند. به این روش سیستم ثبوت سوراخ هم می گویند. از سیستم انطباقی ثبوت سوراخ معمولاً در صنایع سبک مثل ماشین سازی، خودرو سازی و محدوده های تولیدی که در آن ها محورهای پله دار باید با یاتاقان ها، چرخ ها، کوپلینگ ها و غیره کوپل شوند استفاده می شود. محورها را آسان تر و با ابزار کمتر نسبت به سوراخ ها می توان به اندازه انطباقی مورد نظر رساند. مفهوم سیستم انطباقی سوراخ مبنا در شکل زیر نشان داده شده است.

سیستم انطباقی محور (میله) مبنا (Shaft-Basis Fit System):

در این سیستم ابتدا اندازه محور آماده می شود و سپس اندازه سوراخ با آن هماهنگ می شود. پس در این سیستم اندازه حداکثر محور ثابت و با اندازه اسمی برابر است و اندازه سوراخ را طوری تغییر می دهند تا انواع انطباقات حاصل شود. در واقع سوراخ ها به اندازه مقدار لقی یا اضافه اندازه لازم کوچک تر یا بزرگ تر از محور ها هستند. در این سیستم انحراف فوقانی را صفر می گیرند. به این روش سیستم ثبوت محور هم می گویند. از سیستم انطباقی ثبوت سوراخ معمولاً در صنایع سنگین مثل ساختمان ماشین های کشاورزی، ماشین های نساجی، ساخت قطعات نوار نقاله و محدوده های تولیدی که در آن ها محورهای بلند با قطر یکسان تولید می شوند، استفاده می شود. محورها را آسان تر و با ابزار کمتر نسبت به سوراخ ها می توان به اندازه انطباقی مورد نظر رساند. مفهوم سیستم انطباقی محور مبنا در شکل زیر نشان داده شده است.