Passformstyper och toleranser – En översikt

Toleranser och passformer är avgörande i tillverkningsindustrin. I teknisk mening definierar toleranser en tillåten avvikelse från en definierad egenskap, såsom en nominell dimension. De säkerställer att produkter och komponenter uppfyller de kvalitetsstandarder som krävs.

Passformer och toleranser

Tillverknings- och designteknik skiljer toleranser i dimensionstoleranser, formtoleranser och positionstoleranser. Dimensionstoleranser definierar den tillåtna avvikelsen för en komponent från en förväntad dimension (nominell dimension) med en högsta tillåten övre gräns och en högsta tillåten nedre gräns. Varje komponent tillverkas med en viss tolerans. Om två komponenter ska kombineras med varandra samverkar toleransfälten för båda komponenterna. Kopplingen mellan två eller flera designelement kallas passform. Till exempel är en rund passform kopplingen av axeln och hålet, som matchas av deras dimensionering, dimensioner och toleranser. Passformen avser den mekaniska kontaktpunkt vid vilken elementen interagerar.

Typer av passformer

Följande passformstyper finns:

• Passform för frigång
• Interferenspassform
• Övergångspassform

Passform för frigång

Frigångspassningar passar i enlighet med DIN-EN-ISO 286, varvid borrhålets minsta dimension är större än eller lika med (i gränsfallet) axelns (c) maximala dimension. Detta skapar alltid spel vid montering av loppet och axeln. I vissa fall kan det vara nödvändigt med en frigångspassning för att ta hänsyn till termisk expansion, montering eller driftsförhållanden. I exempelvis lagerapplikationer resulterar en frigångspassning alltid i att rullelementen eller glidytorna har rörelsefrihet i lagren. Exempel är:

• H8/d9 - massor av spelrum, närvaro av ett mellanrum
• H7/g6 - lågt spelrum, smalt mellanrum

Interferenspassform

Interferenspassningar, även kallade presspassningar, är en anpassningsmetod som används i mekanisk konstruktion. En komponent är avsiktligt tillverkad med överdimensionering så att den passar tätt in i den parade komponentens basdimension.

Denna presspassning ger en fast, permanent anslutning mellan en axel och ett hål. Sammanfogning är endast möjlig med stor kraft och, om nödvändigt, ytterligare uppvärmning. Ett exempel är passformen H7/p6, som sammanfogas under tryck.

Övergångspassform

Övergångspassformer är en mellanliggande variant av frigångspassning och överdimensionerad passform. Detta innebär att en frigångspassning eller en tryckpassning resulterar beroende på var de faktiska mätningarna finns i toleransfältet. Övergångspassningar kan inte längre sammanfogas manuellt men kan t.ex. sammanfogas under lätt tryck (hammare). Ett exempel är H7/n6.

Passformssystem

Passformssystem har införts för att minska antalet toleranser och göra användningen av toleranser mer praktisk vid tillverkning.

Grundläggande hål

Eftersom det är lättare att producera ytterdiametern än innerdiametern, tillämpas ofta principen om grundläggande hålet på grund av dess enkelhet och kostnadseffektivitet. Hålet är alltid tillverkat med samma verktyg och tolereras i englihet med ISO-toleranssystemet. DIN EN ISO 286-1 och DIN EN ISO 286-2 tillhandahåller internationella toleransstandarder för dimensioner och passformer för att säkerställa att komponenter tillverkas korrekt och uppfyller kvalitetsstandarder. Diametern på borrhålet tolereras i englihet med ISO-toleranssystemet, varvid motsvarande axel är tilldelad till vilken toleransfältposition som helst. Grundläggande hål är märkta med stora bokstäver, såsom H7.

Basaxel

För grundaxelsystemet avser toleransen axeln. Toleransen bestäms i enlighet med ISO-toleranssystemet inom ett h-fält. Grundaxeln definieras också i DIN EN ISO 286-1. Den associerade toleransen flyttas till hålet. Basaxlar specificeras med små bokstäver, t.ex. h7.

Basaxlar är mindre vanliga, men används till exempel på transmissioner med långa axlar eller när motsvarande axel specificeras och även är styrelement.

Mer information om dimensionstoleranser finns i bloggen Grundprinciper för dimensionstoleranser och val av passningar.

Olika toleranser

Toleranser är tillåtna avvikelser från egenskaper hos en teknisk komponent eller en funktionell grupp. Inom nämnda toleranser säkerställs komponentens eller den funktionella gruppens funktionella tillförlitlighet. Geometriska toleranser, som relaterar till dimensioner, former, positioner, waviness och grovhet är särskilt viktiga för designteknikprocessen.

Varför är toleranser nödvändiga? Komponenterna visas för skalning på konstruktionsritningar. Teoretiskt kan de nominella dimensionerna läsas där. Toleranser måste dock inkluderas eftersom det i verkligheten alltid kommer att finnas avvikelser från de nominella dimensionerna när komponenter tillverkas (100 % tillverkningsnoggrannhet är inte möjlig). Dessa bestäms generellt på funktionsspecifik basis, dvs. framtida användning, miljöförhållanden och koppling till andra komponenter (toleranskedjor) beaktas redan i konstruktionen. När toleranser specificeras kan antingen toleransfälten specificeras eller så kan tillåtna avvikelser (dimensioner) specificeras direkt. För form- och positionstoleranser bestäms de tolererade parametrarna av motsvarande symboler, dvs. standarden.

Tillämpliga standarder för toleranser (från och med 04/2024) är t.ex.:

• DIN ISO 2768-1 och DIN EN ISO 22081: Bestämmelser om allmänna toleranser
• DIN EN ISO 1101: Bestämmelser om form- och positionstoleranser
• DIN EN ISO 5459: Bestämmelser om referenser och referenssystem
• DIN EN ISO 8015: Fastställa och specificera toleranser

Allmänna toleranser

Allmänna toleranser gäller för alla dimensioner för vilka en tolerans inte uttryckligen anges. DIN ISO 2768-1 reglerar de allmänna toleranserna för längder och vinkelmått, DIN EN ISO 22081 för form- och positionstoleranser. Ett exempel på en teknisk ritning kan till exempel vara: ISO 2768-mf.

Det finns till exempel följande noggrannhetsklasser för längd- och vinkelmått:

• f (fin), används t.ex. inom precisionsteknik
• m (medium), typisk maskinverkstadsklassificering
• c (grov), används t.ex. för gjutgods
• v (mycket grov), används t.ex. för grov träbearbetning

Tillverkningstoleranser

Vid tillverkning tillåter toleranser komponenter att vara utbytbara, förutsatt att de producerades inom samma toleranser. Detta går också hand i hand med tillverkarens oberoende. Tillverkningstoleranser utgör grunden för massproduktion.   Beroende på applikationen kan det vara användbart för utformningen att antingen referera till den övre eller den nedre gränsdimensionen. När omarbetning krävs kan justeringar därför göras uppåt eller nedåt utan att risken för att tillverkningstoleransen överskrids löper ut. Det är t.ex. vettigt att referera till den nedre gränsdimensionen på borrningar och t.ex. att referera till den övre gränsdimensionen på axlar.

Dimensionella toleranser

Dimensionstoleranser är dimensionsspecifikationer, t.ex. av designingenjören, som måste observeras för att säkerställa att designen fungerar, t.ex. 110 mm (-5 mm, +10 mm). Toleranserna anger de högsta tillåtna avvikelserna (upp/ner) från det nominella värdet. Detta kan vara procentuella specifikationer eller maximala avvikelser.

Den övre eller nedre dimensionstoleransen beräknas från skillnaden mellan den tillåtna största dimensionen (övre gränsdimension, maximal dimension) och den minsta dimensionen (lägre gränsdimension, minsta dimension). Toleransfältet ligger inom dessa gränser. Ju mer precision som specificeras av toleransen, desto dyrare blir tillverkningsprocessen. Toleranser bör därför i allmänhet inte väljas alltför snäva.

Toleranser för kullager

Specifikationen av toleransklassen kan användas som en enkel mätare för rullningsnoggrannheten hos ett rullningslager (t.ex. radiallager, axiallager). Som japansk tillverkare levererar MISUMI sina produkter i toleransklasser, dvs. den japanska standarden JIS B0401. I DIN- eller ISO-standardsortimentet täcker JIS B 1514-standarden ISO 492-, ISO 199- och DIN 620-standarderna för motsvarande lagertyper. Lagernoggrannheten kan till exempel väljas i toleransklasserna 2 (P2), 4 (P4), 5 (P5), 6 (P6) och 0 (P0) i englighet med JIS B 1514 (specifikationer som visas inom parentes är i englighet med DIN 620). Lagerklass 2 (P2) avser lager av högsta kvalitet och de mer kostnadseffektiva lagren med större toleranser som stiger upp till klass 0 (P0).