Исследование качества изделия машиностроения
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Задача
1
Приведите пример стандарта, используемого на вашем
предприятии, и определение стандартизации
зубчатое колесо вал
подшипник
Один из постоянно употребляемых стандартов на железнодорожных предприятиях
- стандарт, описывающий подшипники качения и допуски и посадки для них.
ГОСТ 529-89* Подшипники качения. Технические требования.
ГОСТ 3325-85* Подшипники качения. Поля допусков и Технические требования
к посадочным поверхностям валов корпусов. Посадки.
Стандартизация - это установление и добровольное многократное применение
правил с целью упорядочения деятельности в сферах производства, обращения
продукции и повышения конкурентноспособности продукции, работ и услуг.
Задача
2
1. Рассчитать и выбрать посадку с натягом для соединения
зубчатого колеса с валом;
. Выполнить анализ полученной посадки и построить схему
расположения полей допусков;
. Обозначить посадку соединения и поля допусков сопрягаемых
деталей на эскизах.
Исходные данные к задаче 2
d=100 мм
d2=180
мм
L=140
мм
Мкр=1500 Нм
Rzd=5
мкм
RzD=6,3
мкм
Марка стали 45
σт=34·107 Па
µd=µD=0,3
Еd=ЕD=2,06·1011 Па
Значение наименьшего расчетного натяга определяется по формуле, мкм:
,
Где
РЭ - удельное контактное эксплуатационное давление при действии
крутящего момента, Па:
,
где
f - коэффициент трения, f=0,15;
n - коэффициент
запаса прочности соединения, м;
D=d -
номинальный диаметр соединения, м
L - длина
соединения,м
Па
СD и Сd -
коэффициенты Ламэ:
где d1 - внутренний
диаметр полого вала, d1=0 (вал не полый)- наружный диаметр втулки или впадин
зубчатого колеса
= ·0,1·9,57 мкм
Наибольший расчетный натяг
рассчитывается по формуле, мкм:
,
Где Рдоп - наибольшее
допускаемое давление на поверхности вала или втулки, Па
На поверхности втулки
отсутствуют пластические деформации при:
Па
На поверхности вала
отсутствуют пластические деформации при:
Па
Максимальное допустимое
давление Рдоп= 197,2·106Па, следовательно:
мкм
Находим поправку к расчетному
натягу на смятие неровностей поверхности детали URz, остальные
поправки можно принять равными нулю.
мкм
Где k - коэффициент,
учитывающий высоту смятия неровностей отверстия втулки и вала. Для принятого
метода (с нагревом зубчатого колеса) принимаем k=0,5
С учетом поправки величины
граничных допустимых значений функциональных натягов для выбора посадки будут
равны:
Nmin ф=Nmin расч+URz=9.57+11.3=20.87 мкм
Nmах ф=Nmах расч+URz=276,6+11,3=278,9 мкм
Схема расположения полей
допусков посадки с натягом в системе отверстия, используемая для выбора
стандартной посадки представлена на рис. 1 нижнее отклонение основного
отверстия EI=0
Nmax=es-EI=ei-ES
Исходя из условия, что натяг,
обеспечиваемый стандартной посадкой (ГОСТ 25347-82), должен быть меньше
функционального, определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения
вала:
es< Nmax ф-EI=278,9-0=278,9 мкм
В таблице 1 приложения
приведены рекомендуемые ГОСТ 25347-82 посадки в системе отверстия. При
изготовлении отверстия по седьмому (Н7) или восьмому (Н8) квалитету для
получения натяга используются поля допусков валов:
для Н7 - р6,r6, s6, s7, t6, u7
для Н8 - s7,u8,x8,z8
Выбираем отклонения,
соответствующие этим полям допусков по табл. 2 приложения (ГОСТ 25347-82) и
проверяем выполнение неравенства по величине верхнего отклонения вала для
рассматриваемых полей допусков валов.
Принимаем поле допуска 100u8 (es=+178,
ei=+124), т.к. в этом случае неравенство выполняется:
u8:es=+178 мкм<(278,9 мкм = Nmax ф)
Исходя из условия (Nmin=ei-ES)>Nmin
ф , определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения основного
отверстия:
ES<ei- Nmin ф=124-20.87=103,13мкм
Определяем верхнее отклонение
поля допуска по табл. 3 приложения (ГОСТ 25347-82). Из полученных отклонений
выбираем отклонения, обеспечивающие выполнение наравенства.
Н8: ES=+54<189,13
мкм - неравенство выполняется.
Принимаем поле допуска 100Н8
(ES=+54,EI=0) и рекомендуемую посадку 180Н8/u8.
Анализ выбранной посадки с
натягом
Выполним анализ выбранной
посадки n180H8/u8 (табл. 1), построим схему расположения полей
допусков (рис. 1).
Таблица 1
Наименование
|
Оверстие
|
Обозначение поля допуска
|
100Н8
|
100u8
|
Верхнее отклонение, км
Нижнее отклонение, мкм
|
ES=+54 EI=0
|
es=+178
ei=+124
|
Наибольший предельный
размер, мм Наименьший предельный размер, мм
|
Dmax=100,054 Dmin=100,00
|
dmax=100,178 dmin=100,124
|
Допуск размера, мм
|
TD=Dmax-Dmin=0,054
|
Td=dmax-dmin=0,054
|
Наибольший натяг, мм
Наименьший натяг, мм
|
Nmax=dmax-Dmin=100,178-100,0=0,178
Nmin=dmin-Dmax=100,124-100,054=0,070
|
Допуск посадки
|
TN=TD+Td=Nmax-Nmin=0,108
|
es=+178
ei=+0,124
(Nmin=ei-ES=0,070)>Nmin
ф
ES=+54 (Nmax=es-EI=0,178)<Nmax
ф
=0
D=d=100 мм
Рис. 1 Схема расположения полей допусков посадки 180Н8/u8
Эскизы соединения и сопрягаемых деталей с обозначением посадки и полей
допусков представлены на рис.1 приложений.
Задача
3
Вал вращается, корпус редуктора неподвижен. Вид нагружения
наружного кольца - местный, внутреннего - циркуляционный. Осевая нагрузка на
опору отсутствует.
1. Подобрать посадки внутреннего и наружного колец
подшипника;
2. Выполнить анализ полученных посадок;
. Построить схемы расположения полей допусков;
. Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и
поля допусков этих деталей.
Исходные данные для расчета:
Подшипник №316 (80х170х39)
Класс точности Р5=80 мм=170 мм
В=39 мм
r=3,5 ммзап=89 мм
R=24 кН
Перегрузка до 150%
Интенсивность нагрузки на
посадочные поверхности:
,
где
В1 - рабочая ширина посадочного места, м
В1=В-2r,
где
В - ширина подшипника, В=0,039м;- радиус скругления колец подшипника, r =0,0035
м;р - динамический коэффициент посадки. Зависит от характера нагрузки: при
перегрузке до 150%, умеренных толчках и вибрации kр=1;
F - коэффициент,
учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном
корпусе: при сплошном вале F=1
FA - коэффициент
неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами роликов в
двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками
при наличии осевой нагрузки на опору. Для радиальных и радиально-упорных
подшипников с одним наружным или внутренним кольцом FA=1
В1=0,039-2·0,0035=0,032
м
РR=24·103/0,032=750
кН/м
По
найденному значению РR и заданным диаметрам внутреннего кольца (80 мм) выбираем
поле допуска посадочной поверхности вала, соединяемой с циркуляционно
нагруженным кольцом по справочным таблицам. Поле допуска вала - 80k6.
Поле
допуска отверстия в корпусе под наружное местно нагруженное кольцо выбираем в
зависимости от перегрузки, типа корпуса (разъемный или неразъемный) и типа
подшипника. Поле допуска отверстия в корпусе - Н7.
Определяем
числовые значения отклонений для этих полей допусков вала и отверстия в корпусе
согласно справочным таблицам.
Отклонения
вала n80k6 es=+32
мкм
ei=+2
мкм
Отклонения
отверстия в корпусе n170H7 ES=+30 мкм
EI=0
мкм
Числовые
значения отклонений для полей допусков подшипника L0 и l0
(класс точности Р0) определяем по справочным таблицам:
Отклонения
отверстия внутреннего кольца n80L0 ES=0
мкм
EI=-15
мкм
отклонения
наружного кольца подшипника n170l0 es=0
мкм
ei=-25
мкм
Посадка
внутреннего кольца подшипника на вал - n80L0/ k6
(переходная)
Посадка
наружного кольца в отверстие в корпусе - n170H7/ l0
(переходная)
Эскизы
с обозначением посодок подшипника качения и полей допусков сопрягаемых деталей
показаны на рис. 2 приложений.
Задача
4
1. Подобрать размеры шпонки для соединения шкива с валом;
2. Назначить посадку шкива на вал и посадки шпонки с
пазом вала и пазом втулки в соответствии с вариантом задания;
. Выполнить анализ полученных посадок шпонки с пазом
вала и пазом втулки.
. Построить схемы расположения полей допусков этих
соединений;
. Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и
поля допусков деталей соединения.
Исходные данные:
Длина шпонки l=125 мм
Вид шпоночного соединения - свободное
По ГОСТ 23360-78, Ст СЭВ 189 для вала, диаметром n70 мм находим сечение шпонки b x h = 20x12 и
ширину ступицы шкива lc=170
мм>l, где l - длина шпонки.
Допуски на глубину пазов вала t1 и втулки t2 определяем по справочным
таблицам (СТ 13-57 и СТ СЭВ 645-77):=7,5+0,2 или d-t1=70-7,5=62,5-0,2=4,9+0,2
или d+t2=70+4,9=74,9+0,2
Предельные отклонения размеров по ширине паза вала и паза втулки должны
соответствовать полям допусков ГОСТ 25347-82 при свободном соединении: на валу
Н9, во втулке D10
Предельные отклонения на ширину шпонки устанавливается по h9.
Сопряжение шпонки с пазом вала (при заданном свободном шпоночном
соединении) будет осуществляться по посадке 20Н9/h9 (переходная посадка), а с пазом втулки - 20D10/h9 (посадка с зазором).
Отклонения на несопрягаемые размеры, которые рекомендует ГОСТ 23360,
находим по приложению:
На высоту шпонки 12h11 =12-0,110
На длину шпонки 125h14 =125-1,000
На длину паза вала 125Н15 =125+1,600
В соответствии с рекомендациями принимаем посадку шкива на вал 70Н9/h9.
По приложениям находим отклонения, соответствующие принятым полям
допусков:
Для ширины шпонки bшп=12h9 es= 0; ei=-43 мкм
Для ширины паза вала Вв=12Н9 ES= +43 мкм EI=0
Для ширины паза втулки Ввт=12D10 ES= +120 мкм EI=+50
Задача
5
Используя заданные по варианту размеры (задачи 2,3,4),
назначить недостающие осевые и диаметральные размеры ступеней вала, исходя из
особенностей конструкции.
Таблица 2
Диаметр ступени, мм
|
Заданные размеры
сопрягаемых деталей, мм
|
Конструктивно назначенные
размеры ступеней вала, мм
|
n80
|
Ширина подшипника В=39
|
Ширина ступени
|
39
|
n100
|
Ширина зубчатого колеса L=140
|
Ширина ступени
|
140
|
-
|
Буртик - упор для зубчатого
колеса
|
Назначаем: n120, ширина
|
12
|
|
Ступень для съемника перед
правым подшипником
|
Назначаем n100, ширина
|
13
|
n80
|
Ширина подшипника В=39
|
Ширина ступени
|
39
|
|
Ступень под крышку с
сальником и уплотенением
|
Назначаем n75, ширина
|
42
|
n70
|
Ширина шкива b=170
|
Ступень под шкив на 5 мм
короче
|
165
|
|
|
Общая длина вала
|
450
|
Задача
6
При обработке вала с размерами, установленными в задаче 5,
необходимо обеспечить отклонения размера между опорами под подшипник по
двенадцатому квалитету (h12). Для этого необходимо:
.Составить схему размерной цепи;
. решить прямую задачу (задачу синтеза) размерной цепи с
помощью метода полной взаимозаменяемости. При этом:
проверить замкнутость размерной цепи;
определить допуски составляющих звеньев с использованием
метода равной точности;
назначить одно из звеньев увязывающим для последующей
корректировки несоответствия между расчетными оэффициентом точности и
принимаемым стандартным;
Определить отклонения составляющих звеньев и произвести
проверку правильности решения
Для нормальной работы редуктора необходимо при обработке вала выдержать
размер между опорами под подшипники АΔ=165h12=165-400
Для соблюдения этого размера требуется правильно задать допуски размеров
А1=450мм, А2=246мм, А3=39 мм, образующих вместе с размером АΔ=165 мм замкнутую размерную цепь.
Звенья А1, А2, А3 - составляющие, звено АΔ - замыкающее.
Проводим проверку замкнутости размерной цепи, мм
,
Где
Аj - номинальные размеры составляющих звеньев;
m-1 - общее
число составляющих звеньев без замыкающего;
εj - передаточные
отношения составляющих звеньев: ε=+1 для составляющих увеличивающих, ε=-1 - для составляющих уменьшающих звеньев.
АΔ=+1·450-1·246-1·39=165 мм
Метод
полной взаимозаменяемости обеспечит сборку узла без пригонки, сортировки,
индивидуального подбора или регулировки - при любом сочетании размеров деталей,
значения размера замыкающего звена не выходят за установленные пределы.
В
основе расчета методом полной взаимозаменяемости лежит формула:
,
где
ТАΔ - допуск замыкающего звена. В нашем случае ТАΔ=400 мкм=0,4 мм
εj - передаточные
отношения составляющих звеньев;
Принимаем
для расчета допусков составляющих звеньев метод равной точности: допуски
составляющих звеньев имеют одинаковую точность, то есть один коэффициент
точности kср:
,
Где
ij - единица допуска j-го
составляющего звена.
Тогда:
,
Где
D - среднее геометрическое граничных значений интервала, в который попадает
размер составляющего звена, мм:
Значения
единицы допуска для составляющих звеньев:
А1=450
мм; i1=
А2=246
мм; i2=
А3=39
мм; i3=ср=
по
данным ГОСТ25346-89 (СТ СЭВ 145), ближайшее меньшее значение коэффициента
точности к полученному kср=47,93 будет для 9-го квалитета. Оно равно 40 (IT9=40i)
Назначаем
по таблице допуски составляющих звеньев А1=450 мм и А2=246 мм по 9-му
квалитету:
ТА1=0,155
мм; ТА2=0,115 мм;
Звено
А3 выбираем увязывающим.
Сумма
допусков составляющих звеньев без увязывающего
=0,155+0,115=0,270<ТАΔ=0,400 мм,
Что
меньше допуска замыкабщего звена. Их разница равна допуску увязывающего звена:
мм
Отклонения
составляющих звеньев (ЕsАj - верхнее, ЕiАj - нижнее, ЕсАj=(ЕsАj+ЕiАj)/2 -
среднее) назначаем как отклонения основного отверстия или вала в тело детали:
Для
звена А1 (450h9) - в минус: ЕsА1=0; ЕiА1=-155 мкм; ЕсА1=-77,5 мкм
Для
звена А2 (246Н9) - в плюс: ЕsА2=+115 мкм; ЕiА1=0; ЕсА1=+57,5 мкм
Для
звена АΔ(165h12) задано: ЕsАΔ=0; ЕiАΔ=-400 мкм; ЕсАΔ=-200 мкм
Поле
допуска увязывающего звена должно располагатьс так, чтобы выполнялись
равенства:
;
;
,
Где
n - число составляющих увеличивающих звеньев. Остальные
звенья - составляющие уменьшающие (m-1-n).
Рассчитаем
положение середины поля допуска увязывающего звена:
;
мкм
Предельные
отклонения увязывающего звена А3увяз будут равны:
ЕsАувяз=ЕсАувяз+ТАувяз/2=+65+(130/2)=+130
мкм;
ЕiАувяз=ЕсАувяз-ТАувяз/2=+65-(130/2)=0
мкм
Результаты
расчетов представлены в таблице 3.
Таблица
3
Номинальный размер звена
Аj, мм
|
Допуск размера ТАj, мкм
|
Верхнее отклонение ЕsАj,
мкм
|
Нижнее отклонение ЕiАj, мкм
|
Середина поля допуска ЕсАj,
мкм
|
Передаточное отношение
звена εj
|
Произведение εj·ЕсАj, мкм
|
165h12
|
400
|
0
|
-400
|
-200
|
|
|
А1=450h9
|
155
|
0
|
-155
|
-77,5
|
+1
|
-77,5
|
А2=246Н9
|
115
|
+115
|
0
|
+57,5
|
-1
|
-57,5
|
Аувяз=39
|
130
|
+130
|
0
|
+65
|
-1
|
-65
0-(0+0)=0
-155-(+115+130)=-400
мкм
Задача
7
Используя данные задач 2,3,4,5,6 указать на эскизе полученные
поля допусков осевых и диаметральных размеров вала.
Размеры вала (исходя из конструктивных особенностей рассматриваемого
узла) получены в задаче 5. при оформлении рабочего чертежа вала (простановка
размеров, отклонений и т.д.) следует учитывать особенности технологии
изготовления рассматриваемой детали, сборки и измерения. Осевые размеры валов
подобной конструкции формируются за два установа или за две операции
(закрепление за левую часть при обработке правой и наоборот). Требуемая
точность отдельных диаметральных размеров обеспечивается на последующих
операциях.
При выборе метода простановки, получения (технология) и измерения
размеров (цепной, координатный комбинированный) следует учитывать их
особенности.
Обеспечение при обработке точности размеров 39+0,13, 246Н9 и 450h9
обеспечит точность размера 165h12, определяющего качество сборки.для всех
свободных размеров отклонения принимаем по среднему классу точности ГОСТ
25670-83 (СТ СЭВ 302-76), что соответствует 14-му квалитету по ГОСТ 25347-82
Задача
8
1. Выбрать средство измерения для контроля размера
вала под посадку с натягом.
2. охарактеризовать выбранное измерительное средство:
наименование, ГОСТ, цена деления шкалы, диапазон измерений, погрешность
измерения, температурный режим, вариант использования
Для рассматриваемого размера 100u8 по таблицам приложения устанавливаем допускаемую погрешность измерения
в мкм и рекомендуемые средства измерения. Для размера 100u8 допускаемая погрешность измерения
равна 16 мкм, а допуск размера - 63. рекомендуемые станковые средства измерения
- 7в,ж; 11а; 13а, 14а, 31, 32а,б*, 35б* Рекомендуемые накладные средства - 4 а,
5а, 6а.
Характеристики средств измерения приведены в таблице 4.
Таблица 4
№ по таблице
|
Наименование измерительного
средства
|
Цена деления, мм
|
Закрепление (установочные
узлы)
|
Предельная погрешность
измерения, мкм
|
4 а,
|
Микрометр гладкий МК
|
0,01
|
В руках
|
15
|
5а
|
Скоба индикаторная
|
0,01
|
В руках
|
20
|
6а
|
Микрометр рычажный МР
|
0,01
|
В руках
|
12
|
7в
|
Индикаторы часового типа
|
0,01
|
На штативе
|
12
|
7ж
|
|
|
|
12
|
11а
|
Индикаторы многооборотные
|
0,02
|
На штативе
|
10
|
Выбираем индикатор часового типа ГОСТ577-68*, класс точности 0, цена
деления 0,01 мм, диапазон измерения 80-120 мм, погрешность измерения 10 мкм,
температурный режим - 5ºС, закреплен на штативе.
Задача
9
Назначить допуски соосности и цилиндричности для поверхностей
вала под подшипники, и радиального биения - для поверхностей вала под зубчатое
колесо и од шкив, используя нормальный уровень относительной точности.
Основные определения и указания допусков формы и расположения,
указываемые на чертежах, установлены стандартами ГОСТ 24642-81. Числовые
значения допусков формы и расположения определены стандартами ГОСТ 24642-81 (СТ
СЭВ 536-77)
Если на чертеже не указаны требования к отклонениям формы и расположения,
то подразумевается, что это отклонение может быть в пределах поля допуска на
размер.
Наиболее часто для назначения допусков формы и расположения используют
нормальный уровень относительной геометрической точности А, который
соответствует 60% от доступа размера;
В соответствии с условием задачи назначить отклонения формы и
расположения для поверхностей вала диаметром n100u8, n70h9, n80k6.
Задан нормальный уровень относительной геометрической точности А. Для n100u8 - 7 степень точности, для n70h9 - 8 степень точности, для n80k6 - 5 степень точности.
Допуск цилиндричности: для n80k6 и 5 степени точности - 6 мкм.
Допуск радиального биения : для n100u8 и 7
степени точности - 40 мкм, для n70h9
и 8 степени точности - 60 мкм.
Допуск соосности поверхностей под подшипниками в диаметральном выражении
для вала n80k6 составляет
- 12 мкм. В радиусном выражении - 6мкм.
Задача
10
Назначить требования к шероховатости поверхностей вала исходя
из нормального уровня относительной геометрической точности А.
Для нормального уровня точности А принимаем Rz≤0,2Т в пределах от 320 до 10 мкм и от 0,1 до 0,025
мкм. Rа≤0,05Т в пределах от 2,5 до
0,02 мкм. Величины допусков для рассматриваемых размеров принимаем по ГОСТ
25346-89. расчетные значения Rz и Rа округляем до ближайшего меньшего
значения.
Для вала n80k6: Т=19
мкм Ra≤0,95 мкм, выбираем Rа=0,8 мкм
Для вала n100u8: Т=54 мкм Rz≤2,7мкм, выбираем Rz=2,5 мкм
Для вала n70h9: Т=74
мкм Rz≤14,8 мкм, выбираем Rz=12,5 мкм
Для 12Н9: Т=43 мкм Rа≤2,15 мкм, выбираем Rа=2,0 мкм
Для прочих поверхностей назначаем Rz=20
Задача
11
1. Проанализировать точность резьбового соединения в
соответствии с заданием;
2. Привести эскизы резьбового соединения с обозначением
посадки и отдельно деталей соединения с обозначением полей допусков;
. Пояснить содержание условных обозначений;
. Определить номинальные размеры параметров резьбы,
показав их на эскизе
. Установить предельные отклонения диаметров резьбы,
их предельные размеры и допуски. Определить зазоры;
. Построить в масштабе схему расположения полей
допусков указав предельные размеры диаметра резьбы.
Исходные данные:
Условное обозначение указывает, что резьба метрическая (угол профиля α=60º),
с шагом 1,5 мм,
диаметром 22 мм, длиной свинчивания 40 мм.
Н/6е - обозначение посадки резьбового соединения
Н - поле допуска среднего и внутреннего диаметров резьбы гайки;
е - поле допуска среднего и наружного диаметров резьбы болта;
- степень точности, определяющая допуски диаметров болта и гайки.
Н, е - основные отклонения соответственно диаметров резьбы гайки и
болта.=d=22.000; D1=d1=20,376 мм;D2=d2=21,026м; Р=1,5
Н=0,8667Р=1,300;α=60º
Предельные отклонения диаметров резьбы, сопрягаемых на посадках с
зазором, мкм:
Для гайки М22-6Н
ЕSD≈+Н/10=0.130; ЕID=0
ЕsD2=+190; ЕID2=0
ЕsD1=+300; ЕID1=0
Для болта М22-6е
еsd=-67; еid=-303
еsd2=-67; еid2=-207
еsd1=-67; еid1≈-Н/8=0.1625
Предельные размеры и допуски средних диаметров резьбы болта и гайки, мм:
D2max=21.026+0.190=21.216 D1max=20.376+0.300=20.676min=21.026+0=21.026 D1min=20.376+0=20.376=D2max-D2min=0.190 TD1=D1max-D1min=0.300max=21.026-0.067=20.959 d1max=20.376-0.067=20.309min=21.026-0.207=20.819 d1min=20.376-0.1625=20.2135=d2max-d2min=0.140 Td1=d1max-d1min=0.0955
Зазоры в соединении по
среднему диаметру, мм:
S2max= D2max-
d2min=21.216-20.819=0.397 ммmin= D2min- d2max=21.026-20.959=0.067
Учитывая особенности работы
резьбового соединения М22х1,5-6Н/6е-40 и его точность, контроль параметров резьбы
рекомендуется осуществлять резьбовыми калибрами.
Похожие работы на - Исследование качества изделия машиностроения
|