TOLLERANZE DIMENSIONALI

L’inevitabile imprecisione dei processi di fabbricazione non consente di realizzare oggetti le cui dimensioni corrispondano esattamente a quelle stabilite dal progetto (dimensioni nominali). Occorre perciò definire il valore massimo e il valore minimo che la dimensione del pezzo può assumere: la differenza tra questi valori limite entro i quali devono ricadere le dimensioni dell’oggetto viene chiamata campo di tolleranza.

La valutazione delle tolleranze è particolarmente importante nelle lavorazioni di pezzi che devono essere accoppiati. Vengono chiamati accoppiamenti alcuni elementi fondamentali dei complessi meccanici, definiti dalle norme UNI (UNI 7218/73) come “connessioni di due pezzi, l’uno interno e l’altro esterno”, costituiti di due parti: un albero (o maschio, o perno) e un foro (o femmina, o vuoto). 

Gli accoppiamenti possono essere di tre tipi:

• cilindrici(perno-cuscinetto);
• prismatici (chiavetta-cava);
• a coda di rondine (slitta-guida).

Negli accoppiamenti la valutazione della tolleranza assume particolare rilevanza perché le dimensioni effettive degli alberi e dei fori devono essere mutuamente compatibili e consentire i giochi o le interferenze previsti dalle specifiche funzioni dell’accoppiamento.


La progettazione di un pezzo meccanico, prevede che a questo sia assegnata una dimensione che è inevitabilmente un valore ideale. Si può infatti immaginare che i procedimenti di lavorazione non consentano di raggiungere con precisione il valore assegnato. Si parla dunque di una dimensione nominale alla quale viene fatta coincidere la linea dello zero.

Una volta stabilito il valore nominale, che deve essere unico per foro e albero, la scelta del campo di tolleranza e degli scostamenti deve dunque avvenire tenendo conto del gioco, o dell’interferenza, che deve esistere tra gli elementi.
 
Premesso che sia il foro che l'albero devono avere la stessa dimensione nominale, si possono così avere tre casi:

• accoppiamento mobile o libero, si ha quando la dimensione massima dell’albero è inferiore alla dimensione minima del foro; in questo caso il campo di tolleranza dell’albero è tutto al disotto del campo di tolleranza del foro [fig. 2a];
• accoppiamento fisso o stabile o bloccato, si ha quando la dimensione minima dell’albero è maggiore di quella massima del foro; in questo caso il campo di tolleranza dell’albero è tutto al disopra del campo di tolleranza del foro [fig. 2b];
• accoppiamento incerto, si ha quando i campi di tolleranza di albero e foro si intersecano, per cui si potranno avere, di volta in volta, gioco (accoppiamento mobile) o interferenza (accoppiamento fisso) [fig. 2c] 

 

 

Grado di precisione 

Non tutte le lavorazioni meccaniche richiedono la stessa precisione, per rendersene conto, basta confrontare la grande precisione richiesta dalla lavorazione di un pistone per un motore a scoppio con quella, assai minore, necessaria per realizzare una normale struttura per carpenteria metallica; la precisione di una lavorazione può quindi variare di caso in caso a seconda delle prestazioni che si richiedono al pezzo e della qualità del materiale utilizzato.

Il Sistema ISO suddivide tutte le lavorazioni secondo gradi di precisione, chiamati anche qualità di lavorazione e, in funzione di ciascuno di essi, stabilisce il campo di tolleranza e gli scostamenti. L'indicazione viene data tramite la sigla "IT". Quanto più piccolo è il numero associato alla sigla IT, tanto minore è il valore della tolleranza e dunque tanto maggiore è il grado di precisione.

Dimensioni Geometriche

I dati geometrici che intervengono nella valutazione della tolleranza di albero e foro (indicando con lettere minuscole i dati relativi all’albero e con lettere maiuscole quelli relativi al foro) sono:

• dimensione nominale (d o D),
• dimensione minima,
• dimensione massima,
• campo di tolleranza,
• scostamento inferiore (ei o Ei),
• scostamento superiore (es o Es).

Posizione della tolleranza

Molto utili nella valutazione dello scostamento sono le rappresentazioni grafiche della posizione del campo di tolleranza. La dimensione nominale dell’albero (linea dello zero) è attraversata da una serie di 28 rettangolini di altezza pari al campo di tolleranza e posti a diversa distanza della linea dello zero. Ciascuno di essi è contrassegnato da una lettera e rappresenta una posizione del campo di tolleranza e dei relativi scostamenti.

Gli scostamenti H ed h definiscono, rispettivamente, una zona di tolleranza la cui dimensione minima coincide con la dimensione nominale (fori), o la cui dimensione massima coincide con la dimensione nominale (alberi) .

Gli accoppiamenti teorici possibili sono tutti quelli ottenibili combinando le posizioni e i gradi di tolleranza normalizzati. Poiché ne risulta un numero molto elevato, si utilizzano due sistemi preferenziali:

 

• accoppiamento albero-base l’albero si trova in posizione h, varia la posizione del foro
  

• accoppiamento foro-base il foro si trova in posizione H, varia la posizione dell'albero

 

 

Indicazione nella quotatura

Nella quotatura di un albero o di un foro va indicata in sequenza la dimensione  nominale del diametro e la tolleranza, quest'ultima composta dalla lettera relativa alla posizione e dal numero relativo alla qualità:

ALBERO

FORO

Nella quotatura di un accoppiamento (albero e foro accoppiati) va indicata in sequenza la dimensione  nominale del diametro (ricordare che in un accoppiamento albero e foro hanno sempre la stessa dimensione nominale) e la tolleranza sia del foro, sia dell'albero:

Indicazione della quota nominale e della tolleranza per un accoppiamento albero-foro:

ACCOPPIAMENTO

Accoppiamenti raccomandati

Per la scelta del corretto accoppiamento è necessario possedere esperienza e grande attenzione. In pratica, non è conveniente utilizzare tutti gli accoppiamenti possibili che i sistemi di tolleranze albero base e foro base forniscono; pertanto si fa riferimento ad alcune tabelle, che dettate dall'esperienza, soddisfano le richieste più comuni di accoppiamenti di pratica applicazione.

Esempio:

In un accoppiamento H4/a12 il foro H4 è stato lavorato con altissima precisione e quindi con costi molto elevati, e l'albero a12 è stato lavorato grossolanamente. Il risultato è quello di avere un gioco effettivo tra i due elementi molto variabile per la larga tolleranza assegnata all'albero. E' quindi più conveniente e razionale utilizzare un accoppiamento H11/d11 che permette di contenere i costi anche per la realizzazione del foro. 

Le tabelle ISO presentano una serie di accoppiamenti raccomandati da usare nella progettazione.

Grado di lavorazione

È necessario conoscere i livelli di precisione ottenibili con le varie lavorazioni tecnologiche così da poter prevedere correttamente la realizzabilità pratica dei componenti per i livelli di tolleranza scelti.

 Nella tabella è riportato il grado di lavorazione ottenibile da varie lavorazioni.

Domande sulle tolleranze

1. Cosa si intende per accoppiamento?
2. Quali tipi di accoppiamento conosci?
3. Perché sono importanti le tolleranze?
4. Cosa è un accoppiamento mobile?
5. Cosa è un accoppiamento fisso?
6. Cosa è un accoppiamento incerto?
7. Cosa è il grado di precisione e che indicazione da il suo numero?
8. Cosa è la dimensione nominale?
9. Cosa è la posizione della tolleranza?
10. Fare un esempio di accoppiamento libero, uno di accoppiamento incerto ed uno forzato, con grodo di precisione per accoppiamenti meccanici.
11. Quale particolarità ha la lettera "h"/"H" nella posizione delle tolleranze?
12. Cosa si intende per albero base?
13. Cosa si intende per foro base?
14. Come si indica la quota di un albero?
15. Come si indica la quota di un foro?
16. Come si indica la quota di un accoppiamento?
17. A cosa servono le tabelle ISO relative ai tipi di accoppiamento raccomandato?
18. Fare un esempio di accoppiamento per alberi veloci e lubrificati.
19. Fare un esempio di accoppiamento mobile di scorrimento ed indicare la precisione scelta.
20. Quale è il campo del grado di tolleranza che si può ottenere con la tornitura?