Pasowania ISO: rodzaje, tabela i dobór

Pasowanie to charakter połączenia otworu i wałka o tym samym wymiarze nominalnym, wynikający z położenia ich pól tolerancji. Gdy otwór jest zawsze większy od wałka, powstaje luz, gdy zawsze mniejszy, wcisk, a gdy zależy to od wykonanych wymiarów, pasowanie mieszane. W tym artykule omawiamy rodzaje pasowań, układ stałego otworu, tabelę pasowań z luzami i wciskami oraz dobór pasowania do funkcji połączenia.

Pasowanie: co to jest i jak powstaje luz albo wcisk

Pasowanie opisuje, jak otwór i wałek o tym samym wymiarze nominalnym współpracują po złożeniu: czy wałek obraca się i przesuwa swobodnie, czy siedzi bez luzu, czy trzeba go wcisnąć prasą. Zapisuje się je jako parę klas tolerancji, na przykład Ø25 H7/g6, gdzie w liczniku jest otwór, a w mianowniku wałek.

O charakterze pasowania decyduje różnica między wymiarami granicznymi otworu i wałka. Luz maksymalny powstaje przy największym otworze i najmniejszym wałku, a luz minimalny przy najmniejszym otworze i największym wałku:

$$L_{max} = ES - ei$$

$$L_{min} = EI - es$$

gdzie:

• $L_{max}$, $L_{min}$ - luz maksymalny i minimalny [µm],
• $ES$, $EI$ - odchyłka górna i dolna otworu [µm],
• $es$, $ei$ - odchyłka górna i dolna wałka [µm].

Wynik ujemny oznacza wcisk. Dla Ø25 H7/g6 otwór ma odchyłki +21 i 0 µm, a wałek -7 i -20 µm, więc luz wynosi od 7 do 41 µm. Pasowanie dla dowolnej średnicy i pary klas policzysz w kalkulatorze tolerancji, w zakładce Pasowanie.

Rodzaje pasowań: luźne, mieszane i ciasne

Norma ISO 286 wyróżnia trzy rodzaje pasowań. W pasowaniu luźnym zawsze jest luz, bo pole tolerancji otworu leży w całości nad polem wałka. W pasowaniu ciasnym zawsze jest wcisk. W pasowaniu mieszanym pola zachodzą na siebie, więc zależnie od wykonanych wymiarów wyjdzie mały luz albo mały wcisk.

Grafika: MetronQ

Pasowania luźne: obrotowe i suwliwe

Pasowania luźne stosuje się tam, gdzie części mają się względem siebie obracać lub przesuwać. W układzie stałego otworu tworzą je wałki od a do h: im dalsza od h litera, tym większy luz. Tradycyjne polskie nazewnictwo nazywa wałki e, f i g pasowaniami obrotowymi (luźnymi, zwykłymi, ciasnymi), a h pasowaniem suwliwym.

Pasowanie suwliwe H7/h6 ma luz minimalny równy zeru. Części składa się ręcznie, ale bez wyczuwalnego luzu, więc to typowe pasowanie dla elementów ustalanych i przesuwanych rzadko: kół zmianowych, tulei ustalających, pierścieni dystansowych. Do ruchu obrotowego pod obciążeniem lepsze są H7/g6 lub H7/f7, które zostawiają miejsce na film smarny.

Pasowania mieszane (przejściowe)

Pasowania mieszane tworzą wałki js, k, m i n z otworem H. Dają dokładne ustalenie części, ale nie przenoszą momentu bez dodatkowego elementu, dlatego koło zębate na wałku H7/k6 zwykle ma jeszcze wpust. Montaż odbywa się lekkim dobijaniem lub prasą, a demontaż jest możliwy bez uszkodzenia części.

W tradycyjnym nazewnictwie są to pasowania przylgowe (js, j) oraz lekko wciskane, wciskane i mocno wciskane (k, m, n). Uwaga na słowo "wciskane": w tej klasyfikacji oznacza ono pasowania mieszane, a połączenia z pewnym wciskiem nazywa się wtłaczanymi.

Pasowania ciasne: wciskowe i skurczowe

Pasowania ciasne, czyli pasowania wciskowe, tworzą wałki od p do zc z otworem H. Wcisk jest zawsze, więc połączenie przenosi moment i siłę osiową bez wpustu, a jego rozłączenie zwykle niszczy powierzchnie. Tradycyjnie p, r i s to pasowania wtłaczane: bardzo lekko, lekko i zwykłe.

Przy dużych wciskach, jak H7/s6, części łączy się skurczowo: otwór nagrzewa się (na przykład piaście koła do 150-250°C) albo wałek chłodzi suchym lodem lub ciekłym azotem. Pasowanie wciskowe H7/p6 da się jeszcze montować prasą na zimno, z posmarowaniem powierzchni.

Układ stałego otworu i stałego wałka

W układzie stałego otworu wszystkie otwory mają odchyłkę H, a rodzaj pasowania zmienia się doborem wałka. To układ dominujący w budowie maszyn, bo otwór H7 wykonuje się rozwiertakiem lub wytaczadłem o stałym wymiarze i sprawdza jednym sprawdzianem, a wałek łatwo zmierzyć i dotoczyć do dowolnej klasy.

Dzięki temu zakład potrzebuje jednego rozwiertaka Ø25 H7 i jednego sprawdzianu tłoczkowego, a pasowania luźne, mieszane i ciasne uzyskuje przez sam wymiar wałka. W układzie stałego wałka do każdego pasowania potrzebny byłby inny rozwiertak i inny sprawdzian.

Układ stałego wałka (wałek h, otwory o różnych literach) ma sens w trzech sytuacjach: gdy na jednym gładkim wałku siedzi kilka elementów z różnymi pasowaniami, gdy wałek jest prętem ciągnionym w klasie h9 lub h11 i nie będzie obrabiany, oraz przy zewnętrznych pierścieniach łożysk tocznych, których wymiar narzuca producent.

Pasowania równoważne: H7/p6 a P7/h6

Pasowania z tą samą literą po przeciwnych stronach są równoważne: H7/p6 daje te same luzy i wciski co P7/h6. Norma osiąga to poprawką $\Delta$ dodawaną do odchyłek otworów K, M, N i P-ZC w dokładnych klasach. Szczegóły tej poprawki i budowę klas IT opisujemy w artykule o klasach tolerancji IT.

Tabela pasowań ISO dla średnicy 25 mm

Tabela pasowań poniżej zestawia najczęściej stosowane pary w układzie stałego otworu dla średnicy 25 mm, czyli dla całego przedziału powyżej 18 do 30 mm według ISO 286-2. Podaje odchyłki otworu i wałka, wynikowy luz lub wcisk, rodzaj pasowania, tradycyjną polską nazwę i typowe zastosowanie.

Tradycyjne nazwy pochodzą z dawnych norm PN i w źródłach bywają różne, dlatego na rysunku zawsze obowiązuje symbol ISO, a nazwa służy tylko do rozmowy. Policz pasowanie dla swojej średnicy w kalkulatorze tolerancji ISO 286.

Tabela pasowań dla innych średnic

Luzy i wciski rosną z wymiarem, bo z wymiarem rośnie wartość klasy IT i odchyłek podstawowych. Poniżej cztery najczęstsze pasowania dla przedziałów od 3 do 120 mm (w mikrometrach, wartości obowiązują w całym przedziale).

Jak dobrać pasowanie do funkcji połączenia

Pasowanie dobiera się do tego, co połączenie ma robić: czy części mają się obracać, przesuwać, być tylko dokładnie ustalone, czy przenosić moment. Najpierw wybiera się rodzaj (luźne, mieszane, ciasne), potem konkretną parę, a klasę IT dopasowuje do wymaganej dokładności i możliwości obróbki.

Pasowanie pod łożysko toczne

Pasowanie pod łożysko toczne dobiera się według katalogu producenta, bo zależy od kierunku i wielkości obciążenia. Przy obracającym się wałku i nieruchomej oprawie pierścień wewnętrzny osadza się ciasno, zwykle na wałku k5, k6 lub m6, a zewnętrzny luźniej, w oprawie H7 lub J7.

Photo from Unsplash

Pierścienie łożyska mają własne, wąskie tolerancje wykonania, więc te same litery dają przy łożysku inne luzy niż w tabeli pasowań ISO. Dlatego czop pod łożysko 6205 (Ø25) w klasie k6 daje zawsze wcisk, a nie pasowanie mieszane, jak w parze H7/k6. Zalecenia SKF i Schaeffler podają pasowanie dla danej średnicy i obciążenia.

Temperatura, materiał i chropowatość

Luz i wcisk z tabeli dotyczą temperatury 20°C i części ze stali. Piasta z aluminium na stalowym wałku traci wcisk przy nagrzaniu, bo aluminium rozszerza się prawie dwa razy bardziej niż stal. Przy pasowaniach ciasnych liczy się też chropowatość: wierzchołki nierówności ścinają się przy wciskaniu, więc rzeczywisty wcisk jest mniejszy od obliczonego.

Dlatego przy pasowaniu wciskowym na powierzchnie podaje się zwykle $\mathrm{Ra}\ 0{,}8$ lub lepiej. Jak czytać wymagania chropowatości na rysunku, wyjaśniamy w artykule o chropowatości powierzchni.

Pasowanie a koszt obróbki

Ciaśniejsze pasowanie oznacza węższą klasę IT, a węższa klasa to dłuższe wykańczanie i dokładniejsza kontrola. Otwór H7 wymaga zwykle rozwiercania lub wytaczania na gotowo, a wałek h6 szlifowania albo bardzo starannego toczenia. Każda taka powierzchnia dodaje operację, narzędzie i czas pomiaru.

Otwór H7 w praktyce to wiercenie i rozwiercanie otworu albo wytaczanie, a wałek pod łożysko to szlifowanie lub dokładne toczenie, opisane w artykule o obróbce wykańczającej. To, jaką klasę IT da konkretna obrabiarka bez dodatkowych operacji, zależy od jej stanu i kalibracji, dlatego w MetronQ zakład wprowadza swój park maszyn i kalibrację.

Pasowanie wpisane na rysunku bez potrzeby, na przykład H7 na otworach przelotowych pod śruby, podnosi cenę części bez żadnego zysku funkcjonalnego. Które tolerancje można bezpiecznie poluzować, pokazujemy w artykule tolerancje a cena obróbki CNC.

Najczęstsze pytania o pasowania

Co oznacza pasowanie H7/g6?

H7/g6 to pasowanie luźne w układzie stałego otworu: otwór w klasie H7 i wałek w klasie g6. Dla średnicy 25 mm luz wynosi od 7 do 41 µm. Tradycyjnie nazywa się je obrotowym ciasnym i stosuje do precyzyjnego prowadzenia, sworzni i suwaków, które mają się poruszać bez wyczuwalnego bicia.

Jakie pasowanie pod łożysko?

Przy obracającym się wałku pierścień wewnętrzny łożyska osadza się zwykle na wałku k5, k6 lub m6, a zewnętrzny w oprawie H7 lub J7. Dokładny wybór zależy od obciążenia i średnicy, dlatego zawsze warto sprawdzić tabelę pasowań w katalogu producenta łożyska, na przykład SKF lub Schaeffler.

Czym różni się pasowanie luźne od suwliwego?

Pasowanie suwliwe to szczególny przypadek pasowania luźnego, w którym luz minimalny wynosi zero, na przykład H7/h6. Części montuje się ręcznie, ale bez wyczuwalnego luzu. Inne pasowania luźne, jak H7/g6 czy H7/f7, zawsze zostawiają luz, potrzebny do swobodnego obrotu i filmu smarnego.

Co to jest pasowanie wciskowe?

Pasowanie wciskowe to pasowanie ciasne, w którym wałek jest zawsze większy od otworu, więc po złożeniu powstaje wcisk. Takie połączenie przenosi moment i siłę osiową bez wpustu. Przykłady to H7/p6 montowane prasą i H7/s6 łączone skurczowo, z nagrzaniem otworu lub schłodzeniem wałka.

Kiedy stosuje się układ stałego wałka?

Układ stałego wałka stosuje się, gdy na jednym gładkim wałku siedzi kilka części z różnymi pasowaniami, gdy wałek to pręt ciągniony w klasie h, którego się nie obrabia, oraz przy zewnętrznych pierścieniach łożysk tocznych. W pozostałych przypadkach tańszy jest układ stałego otworu z otworami H.

Jak obliczyć luz i wcisk pasowania?

Luz maksymalny to odchyłka górna otworu minus odchyłka dolna wałka, a luz minimalny to odchyłka dolna otworu minus odchyłka górna wałka. Wynik ujemny oznacza wcisk. Oba wyniki dodatnie dają pasowanie luźne, oba ujemne ciasne, a wyniki o różnych znakach pasowanie mieszane.