Расчет и выбор допусков и посадок деталей, средств контроля и измерения их размеров
Министерство образования Российской
Федерации
Ульяновский Государственный
Технический Университет
Кафедра "Технология
машиностроения"
Дисциплина "Метрология,
стандартизация и сертификация"
Пояснительная записка
к курсовой работе
Студент Мангушев Д.Х.
Факультет машиностроительный
Группа ЦАХву-21
Консультант Правиков Ю.М.
Ульяновск 2008
Аннотация
курсовой работы по дисциплине "Метрология,
стандартизация и сертификация" студента машиностроительного факультета
Мангушев Д.Х.
Пояснительная записка на ____ с., в том числе 17 ил.; 4 листа
чертежей (А3).
Ульяновский государственный технический университет, 2008г.
В курсовой работе в соответствии выбраны и назначены посадки
методом аналогии в соединениях: корпус и крышка Ø62-H7/js6, корпуса с подшипником Ø52-Js7/l6, корпуса и корпуса редуктора Ø73-H7/js6. На чертежах изображены
схемы полей допусков данных сопряжений.
Выполнен рабочий чертеж корпуса.
Для измерения Ø73 корпуса 4 выбрано
средство измерения.
Для заданных в соответствии с вариантом соединений
рассчитаны: посадка с натягом: подшипника с корпусом Ø52-Js7/l6; посадка с зазором для крышки и корпуса Ø62-H7/js6 и для корпуса шестерни и корпуса редуктора Ø73-H7/js6
Рассчитан зависимый допуск перпендикулярности и построен
график зависимости допуска перпендикулярности от действительного размера.
Для шлицевого соединения выбран метод центрирования (по
наружному диаметру) в соответствии с условиями эксплуатации, а также назначены
посадки по наружному диаметру D-72H7/n6, по боковым поверхностям b-6F8/js7, по внутреннему
диаметру d-62H11.
Для шпоночного соединения выбраны посадки сопряжений: шпонки
с пазом вала 3N9/h9 и пазом втулки 3Js9/h9, а также назначены
посадки сопряжения вала с втулкой Ø16H7/k6.
Построена схема полей допусков метрической резьбы М161,5 - 3H6H/3n.
Содержание
Введение
1. Расчет и выбор посадок гладких цилиндрических соединений
1.1 Выбор посадок методом аналогии
1.2 Расчет посадки с натягом
1.3 Расчет и выбор посадок подшипника качения
2. Выбор средств измерения и контроля
3. Нормирование точности размеров, форм, расположения и
шероховатости поверхностей
3.1 Определение требований к точности размеров, формы, расположения
и шероховатости поверхностей на рабочем чертеже
4. Выбор допусков и посадок сложных соединений
4.1 Выбор посадок для шпоночного соединения
4.2 Выбор метода центрирования и посадок для шлицевого соединения
Список литературы
Введение
Необходимым условием обеспечения и повышения эффективности
машиностроения при современном уровне развития науки и техники является
взаимозаменяемость изделий (машин, механизмов, сборочных единиц и их деталей).
При этом на принципах взаимозаменяемости основано не только производство
(проектирование и изготовление) машин, но и их эксплуатация и ремонт.
Взаимозаменяемость изделий обеспечивается комплексом
мероприятий, важнейшим из которых является стандартизация. Главной задачей
стандартизации является создание системы нормативно-технической документации,
устанавливающей требования к качеству изделий, и обязательной к исполнению на
соответствующих стандартам уровнях.
Целью курсовой работы является закрепление теоретических
знаний, полученных на лекциях и в процессе самостоятельной работы, получение
практических навыков расчета и выбора допусков и посадок гладких цилиндрических
соединений, выбора допусков резьб, подшипников, выбора допусков формы и
расположения, параметров шероховатости поверхностей, расчета и выбора средств
контроля и измерения размеров деталей.
1. Расчет и
выбор посадок гладких цилиндрических соединений
.1 Выбор
посадок методом аналогии
Соединение корпус 4 и крышка 3. Для обеспечения свободного
соединения 4 и 3 назначим посадку с зазором Ø62H7/js6 (рис.1) в системе
отверстия. Предельные размеры отверстия:
Dmax = D + ES = 62,0 + 0,030 = 62.030 мм;min
= D + EI = 62,0 - 0= 62,0 мм;m = (Dmax + Dmin) / 2 = (62,030 + 62,0)
/2 = 62,015 мм.
Допуск отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 62,030 - 62,0 =
0,030мм.
Предельные размеры крышки:
dmax
= d + es = 62 + 0,0095 = 62,0095 мм;min
= d + ei = 62 - 0,0095 = 61,9905 мм;m
= (dmax + dmin) / 2 = (62,0095 + 61,9905) /2 =62 мм.
Допуск крышки:
Td = dmax - dmin = 62,0095 - 61,9905 = 0,019 мм.
Максимальный
натяг:
Nmax = dmax - Dmin = 62,0095 - 62,0 = 0,0095 мм.
Максимальный
зазор:
Smax = Dmax - dmin = 62,030 - 61,9905 = 0,0395 мм.
Допуск посадки:
T
(S,N) = Smax + Nmax = TD + Td =0,0395 + 0,0095 = 0,049 мм.
Рис.1. Схема
полей допусков посадки Ø62H7/js6
Соединение втулки
4 и подшипника 5
Так как внешнее
кольцо подшипника испытывает местное нагружение, назначаем посадку с натягом Ø52H7/js7 (pис.2) для исключения его обкатки и проскальзывания.
Предельные размеры отверстия:
Dmax
= D + ES = 52 + 0,030=52,030 мм; 0min = D + EI = 52
- 0 = 52 мм;m = (Dmax + Dmin) / 2 = 52,030 + 52) / 2 = 52,015 мм.
Допуск отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 52,030 - 52 = 0,030мм.
Предельные
размеры наружного кольца подшипника (вал):
dmax
= d + es = 52 + 0,015=52,015 мм;min = d + ei = 52 -
0,015 = 51,985 мм;m = (dmax
+ dmin) / 2 = (52,015 + 51,985) / 2 = 52 мм.
Допуск наружного
кольца подшипника:
Td = dmax - dmin = 52,015 - 51,985 = 0,030 мм.
Максимальный
натяг:
Nmax = dmax - Dmin = 52,015 - 52 = 0,015 мм.
Максимальный
зазор:
Допуск посадки:
T
(S,N) = Smax + Nmax = TD + Td =0,030 + 0,030 = 0,060 мм.
контроль измерение цилиндрическое соединение
Рис.2. Схема полей допусков посадки Ø52Js7/l6
Соединение корпус шестерни 4 и корпус редуктора 13. Для
обеспечения свободного соединения 4 и 3 назначим посадку с зазором Ø73H7/js6 (рис.1) в системе
отверстия. Предельные размеры внутреннего кольца подшипника (отверстие):
Dmax = D + ES = 73,0 + 0,030 = 73,030
мм;
Dmin = D + ES = 73 + 0.0= 73.0 мм;
Dm = (Dmax + Dmin) / 2 = (73.030 + 73.0) /
2 = 73.015 мм.
Допуск внутреннего кольца подшипника:
TD = Dmax - Dmin = 73,030 - 73.0 = 0,030 мм.
Предельные размеры вала:
dmax = d + es = 73 + 0,0095 = 73.0095
мм;
dmin
= d + ei = 73 - 0,0095 = 72.9905 мм;m
= (dmax + dmin) / 2 = (73.0095 + 72.9905) / 2 = 73 мм.
Допуск вала:
Td = dmax - dmin = 73.0095 - 72.9905 = 0,019 мм.
Максимальный
натяг:
Nmax = dmax - Dmin = 73.0095 - 73.0 = 0.0095 мм.
Максимальный
зазор:
Smax = Dmax - dmin = 73.030 - 72.9905
= 0,0395 мм.
Допуск посадки:
T
(S,N) = Smax + Nmax = TD + Td =0,0395 + 0.0095 = 0,049 мм.
Рис.3. Схема
полей допусков посадки Ø73 H7/js6
.2 Расчет
посадки с натягом
Исходные данные:
соединение с размерами: d (D) =150мм, D1=70мм, d2=250мм, l=140мм;
материал втулки: бронза БроОФ10-1 (модуль упругости: ED=1,40*10MПа; передел
текучести: коэффициент Пуассона: коэффициент линейного расширения
материала: ) вала сталь 20Х (модуль упругости: Ed=2.1*10MПа; передел текучести: коэффициент Пуассона: коэффициент линейного расширения материала: );
шероховатость контактирующих поверхностей:
метод сборки: под прессом со смазкой;
крутящий момент: М=800 кН;
температура рабочего пространства при сборке ˚C;
рабочая температура вала и втулки ˚C.
Задание:
Необходимо рассчитать допускаемые натяги и выбрать соответствующую
им стандартную посадку.
Определяем минимальный расчетный натяг. Для этого принимаем
коэффициент трения f=0,09 и рассчитываем коэффициенты Cd и CD.
;
Тогда
;
Определяем максимальный расчетный натяг. Для этого определяем
значения и .
;
.
Так как допускаемое давление на контактной поверхности втулки меньше допускаемого давления на
контактной поверхности вала , принимаем .
Определяем значение функциональных натягов принимаемых в качестве допускаемых:
∆∆
Для расчета считаем: l/d = 140/150 = 0,9 > 1,1 и /d =
70/150 = 0,48 >
1,1,по полученным значениям выбираем значение по графику.
Определяем допуск натяга
.
Приняв , получаем
Выбираем по ГОСТ 25347-82 посадку, для которой выполняется
условия:
.
Этим условиям удовлетворяет посадка Ø52 H7/u6.
Проверяем надежность соединения, определяемую величиной
Определяем запас прочности на сборку
Рис.5. Схема полей допусков посадки Ø52 H8/u8
1.3 Расчет и
выбор посадок подшипника качения
Исходные данные:
радиально-роликовый подшипник 2309;
радиальная нагрузка, действующая на подшипниковый узел: Fr = 5000 Н;
опора вала редуктора, вращается внутреннее кольцо;
геометрические параметры подшипника 2309: d = 45 мм, D = 100 мм, В = 25 мм;
осевая нагрузка Fa = -
динамическая грузоподъемность подшипника ;
статическая грузоподъемность подшипника .
Задание:
Необходимо выбрать посадки подшипника на вал и в корпус, а также
определить требования к точности поверхностей вала и корпуса, сопрягаемых с
этим подшипником.
Определяем предельные отклонения средних диаметров dm, Dm:
dm = ; Dm = .
Определяем вид нагружения внутреннего и наружного колец
подшипника. Так как в редукторе вращается вал, а следовательно, и внутреннее
кольцо подшипника, при этом нагрузка, действующая на подшипниковый узел,
постоянна по величине и направлению, внутреннее кольцо подшипника испытывает
циркуляционное нагружение. Наружное кольцо подшипника установлено в корпус и
нагружено местно.
Определяем интенсивность нагружения подшипникового узла Р/С, для
чего определяем динамическую эквивалентную нагрузку Р. Так как внутреннее
кольцо подшипника вращается, а осевая нагрузка Fa = 0 тогда X=1, V=1, Y=0
Р = Рr = X * V * Fr =1*1*5000=5000Н.
Динамическая грузоподъемность подшипника 6-46306 С = 25600 Н.
Тогда
.
Определяем режим работы подшипникового узла. При Р/С = 0,06 режим
работы - лёгкий, т.к. Р/С = 0,06 < 0,07.
Выбираем посадку подшипника на вал. При циркуляционном нагружении
внутреннего кольца подшипника с диаметром отверстия d = 30 мм и легком режиме работы - это посадка L6/js6.
Выбираем посадку подшипника в корпус. При местном нагружении
наружного кольца подшипника и легком режиме работы - это посадка Js7/l6.
Строим схему полей допусков посадок подшипника на вал и корпус
(рис.6).
Рис.6. Схема полей допусков посадок подшипника на вал и корпус
Устанавливаем требования к точности поверхностей вала и отверстия
корпуса, сопрягаемых с подшипником.
Точность размеров этих поверхностей определена назначенными
посадками: вал - Æ45 js6, отверстие - Æ 45 Js7.
Точность взаимного расположения поверхностей вала и корпуса
характеризуют допуски торцового биения заплечиков относительно базовых осей:
для вала - 0,013 мм, для корпуса - 0,030 мм.
Точность формы цилиндрических поверхностей вала и корпуса
определяют допуски круглости и профиля продольного сечения: для вала - 0,0035
мм, для отверстия - 0,0075 мм. Точность формы торцовых поверхностей, а именно
допуск плоскостности этих поверхностей, задана косвенно допуском торцового
биения.
Шероховатость цилиндрических и торцовых поверхностей вала и
корпуса: назначаем допускаемые значения параметра Ra для вала и корпуса соответственно 0,8 и 0,4 мкм.
Показываем требования к точности поверхностей вала и отверстия
корпуса (рис.7).
Рис. 7. Требования к точности поверхностей вала и отверстия
корпуса
2. Выбор
средств измерения и контроля
Необходимо выбрать универсальное средство для измерения Ø73 корпуса ведущей шестерни. Корпус имеет цилиндрическую
поверхность с допуском размера= 16 мкм. Определяем предельно допустимую
погрешность измерения по ГОСТ 4381-80: d = 5 мкм.
Выбираем такой измерительный инструмент, погрешность
измерения которого не превышает допустимую для данного диаметра. Этому условию
удовлетворяет микрометр рычажный метрологическая характеристика, которого
приведена в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Метрологическая характеристика
Наименование
прибора (инструмента)
|
Диапазон
Измерения, мм
|
Диапазон показаний,
мм
|
Цена деления,
мм
|
Предельная
погрешность измерения, мм
|
Микрометр
рычажный МР-25, ГОСТ 4381-80
|
25 - 50
|
± 0,14
|
0,002
|
0,003
|
Диапазон измерений микрометра позволяет размер 50 мм.,
диапазон показаний больше допуска размера: 0,28 > 0,016 мм.; предельная
погрешность измерения микрометром при принятых условиях измерения меньше
допускаемой: 0,002 > 0,005 мм.
Устанавливаем приемочные границы, совпадающие с предельными
размерами вала (рис.8, а). В этом случае вероятно, что m деталей будут неправильно
приняты, а n - неправильно отбракованы.
Таблица 2
Условия измерения
Вариант использования
|
Вид контакта
|
Участок шкалы,
ис- пользуемый для отсчета
|
Способ
настройки
|
Температурный
режим
|
Микрометр
закреплен на стойке
|
Линейный
|
±10 дел. шкалы
|
По концевым
мерам длины 2кл. точности
|
5
|
Для измерения вала 6-го квалитета рекомендуется принимать
относительную погрешность Aмет (б) = 0,16∙T тогда m = (5-5,4) %, а n = (7,8-8,25) % в
зависимости от закона распределения погрешности измерения (табл.3). При этом
возможный выход за границы поля допуска размеров неправильно принятых деталей.
Таблица 3
Результаты разбраковки деталей
Допуск Т, мм
|
0,016
|
Вероятный
процент не правильно принятых деталей m
|
5-5,4%
|
Вероятный
процент не правильно забракованных деталей n
|
7,8 - 8,25%
|
Вероятный выход
с
|
0,0025
|
Устанавливаем приёмочные границы, смещённые относительно
предельных размеров (рис.8, б). Так как при Aмет (б) = 0,16T
,
принимаем c = c' = = 0,0025 мм. Тогда производный допуск
Рис.8. Расположение приемочных границ: а - без назначения
производственного допуска; б - производственный допуск определен в зависимости
от параметра разбраковки с
Так как вал устанавливается в втулку на подшипники качения,
то поле допуска соответствующих поверхностей выбираем в соответствии с
посадками подшипников. На вал подшипники устанавливаются с зазором. Поверхности
под подшипниками задаём как базовые. Поля допусков на размеры вала под
подшипники определены в пункте 1.1 данной работы.
Диаметры Ø34g6 вала опоры роликовой 13 являются
посадочной поверхностью для подшипников качения, следовательно они должны иметь
правильную геометрическую форму. В соответствии с ГОСТ 3325-85 для подшипников
6-го класса точность формы поверхности вала определяют допуски круглости и
профиля продольного сечения - 0,0035 мм. Допуски соосности для этих поверхностей
будут равны - 0,004 мм.
Допуск торцового биения заплёчиков вала - 0,005 мм.
Шероховатость посадочной поверхности под подшипники не более Ra = 0,4 мкм. Шероховатость поверхности
заплёчиков не более Ra = 3,2мкм. Шероховатость других
поверхностей, получаемых в результате обработки резанием - Ra=6,3 мкм.
Общие допуски размеров, формы и расположения назначаем по ГОСТ
30893.2-mK и указываем общей записью в технических
требованиях чертежа.
Рис.9. Чертёж детали
4. Выбор допусков
и посадок сложных соединений
4.1 Выбор
посадок для шпоночного соединения
Исходные данные:
диаметр вала d=71 мм;
характер соединения - свободное;
конструкция шпонки - призматическая.
Выбор посадок: выбираем геометрические параметры соединения
вала с втулкой с помощью шпоночного соединения для заданного диаметра вала 71мм
согласно ГОСТ 24071-80.
ширина сечения шпонки b=20 мм;
высота сечения шпонки h= 12 мм;
диаметр окружности шпонки l= 100 мм;
размер фасок шпонки 0,5х45о.
Назначаем посадки для диаметра 71 мм и на шпоночное соединение с учетом производственного
назначения, общее машиностроение. Находим предельные отклонения: шпонка и паз
на валу - 20; шпонка и паз во втулке - 20; 71.
Рис.11. Схемы полей допусков данных соединений
4.2 Выбор
метода центрирования и посадок для шлицевого соединения
Исходные данные:
внутренний диаметр d = 112 мм;
серия - легкая;
характер соединения - подвижное;
наличие термообработки втулки - закалка HRC 45-50;
точность центрирования - высокая.
Определяем геометрические параметры шлицевого соединения для вала 112 мм:
число зубьев Z = 10;
наружный диаметр D = 12 мм;
ширина паза втулки b = 18 мм.
Определяем способ центрирования, а именно при подвижном соединении
с высокой точностью центрирования рекомендуется центрировать по наружному
диаметру D. Назначаем посадки для неподвижного
шлицевого соединения с центрированием по наружному диаметру D, учитывая высокие требования к точности центрирования:
D - 10 × 112H7/n6 × 120H12/a11 × 18F9/h7.
Рассчитываем предельные размеры для соединения внутреннего
диаметра D, 112H7/n6. Предельные размеры и поле допуска отверстия:
Dmax = D + ES = 112 + 0,035 = 112,035 мм,min
= D + EI =
112 + 0 = 112 мм,= Dmax - Dmin = 112,035 - 112,0 =
0,035 мм.
Предельные размеры и поле допуска вала:
dmax = 112 + 0,045 = 112,045;= 112 + 0,023
= 112,023;
Td = dmax - dmin =112,045-112,023= 0,022 мм.
Предельные зазоры соединения:
Smax = Dmax - dmin = 112,035 - 112,023 = 0,012 мм,min
= Dmin - dmax =112,0 - 112,045 = - 0,045 мм.
Рис.12. Схема полей допусков для наружного диаметра D
Рассчитываем предельные размеры для соединения внешнего диаметра D, 120H12/a11
Предельные размеры и поле допуска отверстия:
Dmax = D + ES = 120 + 0,035 = 120,035 мм,
Dmin = D + EI = 120 + 0 = 120 мм;
TD = Dmax - Dmin = 120,035 - 120,0 = 0,035 мм.
Предельные размеры и поле допуска вала:
dmax = 120 + 0,025 = 120,025;= 120 + 0,003
= 120,003;
Td = dmax - dmin = 120,025-120,003=0,022 мм.
Предельные зазоры соединения:
Smax = Dmax - dmin = 120,035 - 120,003= 0,032 мм,min
= Dmin - dmax =120 - 120,025 = - 0,025 мм.
Рис.13. Схема полей допусков для внутреннего диаметра d
Рассчитываем предельные размеры для соединения боковых
поверхностей зубьев, 18F9/h7.
Номинальный размер соединения D = 6 мм.
Предельные размеры и поле допуска отверстия:
Dmax = D + ES = 18,0+ 0,043 = 18,043 мм,min
= D + EI = 18,0+0 = 18
мм,= Dmax - Dmin = 0,043 мм.
Предельные размеры и поле допуска вала:
dmax
= D + es = 18 + 0 = 18 мм,min= D + ei = 18
- 0,018 = 17,982 мм,= dmax - dmin =18 - 17,982 =0,018 мм.
Предельные зазоры
соединения:
Smax
= Dmax - dmin = 18,043 - 17,982 = 0,061 мм,min
= Dmin - dmax = 18 - 18 = 0 мм.
Допуск посадки с
зазором:
TS = TD + Td = 0,061 мм.
Список
литературы
1.
Белкин И.М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости): Учеб.
пособие для студентов машиностроительных специальностей высших технических
заведений. - М.: Машиностроение, 1992 - 528с.
.
Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. /В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов,
В.А. Брагинский. - 6-е. изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр.
отд-ние, 1982.
.
Правиков Ю.М., Муслина Г.Р. Нормирование отклонений формы, расположения и
шероховатости поверхностей деталей машин: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб.
и доп. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - 100с.
.
Муслина Г.Р. Выбор посадок для гладких соединений машин и приборов методом
аналогии: Методические указания для студентов специальностей 1201 и 1204 всех
форм обучения. / Г.Р. Муслина, Ж.К. Джавахия, Ю.М. Правиков. Ульяновск: УлПИ,
1993.56 с.
.
Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник
для вузов.6-е изд., перераб. и доп. / А.И. Якушев, Л.Н. Воронцов, Н.М. Федотов.
М.: Машиностроение, 1987.352 с.
.
Палей М.А. Допуски и посадки: Справочник. В 2 ч.7-е изд., перераб. и доп. /
М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. Л.: Политехника, 1991.
Ч.1,
576 с. Ч.2, 607 с.
.
Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приборостроении:
Справочник. В 2 т.2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство стандартов, 1989.
Т.1, 263 с.; Т.2, 207 с.