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, 2008 г.

В курсовой работе в соответствии выбраны и назначены посадки методом аналогии в соединениях: корпус и крышка Ш62-H7/js6, корпуса с подшипником Ш52-Js7/l6, корпуса и корпуса редуктора Ш73-H7/js6. На чертежах изображены схемы полей допусков данных сопряжений.

Выполнен рабочий чертеж корпуса.

Для измерения Ш73 корпуса 4 выбрано средство измерения.

Для заданных в соответствии с вариантом соединений рассчитаны: посадка с натягом: подшипника с корпусом Ш52-Js7/l6; посадка с зазором для крышки и корпуса Ш62-H7/js6 и для корпуса шестерни и корпуса редуктора Ш73-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 Ш16H7/k6.

Построена схема полей допусков метрической резьбы М161,5 — 3H6H/3n.

• 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

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

1.1 Выбор посадок методом аналогии

Соединение корпус 4 и крышка 3. Для обеспечения свободного соединения 4 и 3 назначим посадку с зазором Ш62H7/js6 (рис.1) в системе отверстия. Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 62,0 + 0,030 = 62.030 мм;

D_min = D + EI = 62,0 — 0= 62,0 мм;

D_m = (D_max + D_min) / 2 = (62,030 + 62,0) /2 = 62,015 мм.

Допуск отверстия:

TD = D_{max -} D_min = 62,030 — 62,0 = 0,030 мм.

Предельные размеры крышки:

d_max = d + es = 62 + 0,0095 = 62,0095 мм;

d_min = d + ei = 62 — 0,0095 = 61,9905 мм;

d_m = (d_max + d_min) / 2 = (62,0095 + 61,9905) /2 =62 мм.

Допуск крышки:

Td = d_max — d_min = 62,0095 — 61,9905 = 0,019 мм.

Максимальный натяг:

N_max = d_{max -} D_min = 62,0095 — 62,0 = 0,0095 мм.

Максимальный зазор:

S_max = D_{max -} d_min = 62,030 — 61,9905 = 0,0395 мм.

Допуск посадки:

T (S, N) = S_max + N_max = TD + Td =0,0395 + 0,0095 = 0,049 мм.

Рис. 1. Схема полей допусков посадки Ш62H7/js6

Соединение втулки 4 и подшипника 5

Так как внешнее кольцо подшипника испытывает местное нагружение, назначаем посадку с натягом Ш52H7/js7 (pис.2) для исключения его обкатки и проскальзывания. Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 52 + 0,030=52,030 мм; 0

D_min = D + EI = 52 — 0 = 52 мм;

D_m = (D_max + D_min) / 2 = 52,030 + 52) / 2 = 52,015 мм.

Допуск отверстия:

TD = D_{max -} D_min = 52,030 — 52 = 0,030 мм.

Предельные размеры наружного кольца подшипника (вал):

d_max = d + es = 52 + 0,015=52,015 мм;

d_min = d + ei = 52 — 0,015 = 51,985 мм;

d_m = (d_max + d_min) / 2 = (52,015 + 51,985) / 2 = 52 мм.

Допуск наружного кольца подшипника:

Td = d_max — d_min = 52,015 — 51,985 = 0,030 мм.

Максимальный натяг:

N_max = d_{max -} D_min = 52,015 — 52 = 0,015 мм.

Максимальный зазор:

S_max = D_max — d_min = 52,030 — 51,985 = 0.045мм.

Допуск посадки:

T (S, N) = S_max + N_max = TD + Td =0,030 + 0,030 = 0,060 мм.

контроль измерение цилиндрическое соединение Рис. 2. Схема полей допусков посадки Ш52Js7/l6

Соединение корпус шестерни 4 и корпус редуктора 13. Для обеспечения свободного соединения 4 и 3 назначим посадку с зазором Ш73H7/js6 (рис.1) в системе отверстия. Предельные размеры внутреннего кольца подшипника (отверстие):

D_max = D + ES = 73,0 + 0,030 = 73,030 мм;

D_min = D + ES = 73 + 0.0= 73.0 мм;

D_m = (D_max + D_min) / 2 = (73.030 + 73.0) / 2 = 73.015 мм.

Допуск внутреннего кольца подшипника:

TD = D_{max -} D_min = 73,030 — 73.0 = 0,030 мм.

Предельные размеры вала:

d_max = d + es = 73 + 0,0095 = 73.0095 мм;

d_min = d + ei = 73 — 0,0095 = 72.9905 мм;

d_m = (d_max + d_min) / 2 = (73.0095 + 72.9905) / 2 = 73 мм.

Допуск вала:

Td = d_max — d_min = 73.0095 — 72.9905 = 0,019 мм.

Максимальный натяг:

N_max = d_{max -} D_min = 73.0095 — 73.0 = 0.0095 мм.

Максимальный зазор:

S_max = D_{max -} d_min = 73.030 — 72.9905 = 0,0395 мм.

Допуск посадки:

T (S, N) = S_max + N_max = TD + Td =0,0395 + 0.0095 = 0,049 мм.

Рис. 3. Схема полей допусков посадки Ш73 H7/js6

1.2 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: /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 25 347–82 посадку, для которой выполняется условия:

.

Этим условиям удовлетворяет посадка Ш52 H7/u6.

Проверяем надежность соединения, определяемую величиной

Определяем запас прочности на сборку

Рис. 5. Схема полей допусков посадки Ш52 H8/u8

1.3 Расчет и выбор посадок подшипника качения

Исходные данные:

радиально-роликовый подшипник 2309;

радиальная нагрузка, действующая на подшипниковый узел: F_r = 5000 Н;

опора вала редуктора, вращается внутреннее кольцо;

геометрические параметры подшипника 2309: d = 45 мм, D = 100 мм, В = 25 мм;

осевая нагрузка F_a = ;

радиальная нагрузка F_r = 5.0 кН;

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 d_m, D_m:

d_m =; D_m = .

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 F_a = 0 тогда X=1, V=1, Y=0

Р = Р_r = X * V * F_r =1*1*5000=5000Н.

Динамическая грузоподъемность подшипника 6−46 306 С = 25 600 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 Js7/6.

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 — 45 js6, отверстие — 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 Ш73 корпуса ведущей шестерни. Корпус имеет цилиндрическую поверхность с допуском размера

Td = 16 мкм. Определяем предельно допустимую погрешность измерения по ГОСТ 4381–80: = 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

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

Для измерения вала 6-го квалитета рекомендуется принимать относительную погрешность A_{мет (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

Устанавливаем приёмочные границы, смещённые относительно предельных размеров (рис. 8, б). Так как при A_{мет (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

3. Нормирование точности размеров, форм, расположения и шероховатости поверхностей

3.1 Определение требований к точности размеров, формы, расположения и шероховатости поверхностей на рабочем чертеже

Выполняем чертёж крышки редуктора на формате А3 и назначаем требования по точности линейных размеров, расположения, формы и шероховатости поверхностей.

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 Ш34g6 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 30 893.2-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 71 мм согласно ГОСТ 24 071–80.

ширина сечения шпонки b=20 мм;

высота сечения шпонки h= 12 мм;

диаметр окружности шпонки l= 100 мм;

размер фасок шпонки 0,5×45^о.

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 Ч 112H7/n6 Ч 120H12/a11 Ч 18F9/h7.

Рассчитываем предельные размеры для соединения внутреннего диаметра D, 112H7/n6. Предельные размеры и поле допуска отверстия:

D_max = D + ES = 112 + 0,035 = 112,035 мм,

D_min = D + EI = 112 + 0 = 112 мм,

TD = D_{max -} D_min = 112,035 — 112,0 = 0,035 мм.

Предельные размеры и поле допуска вала:

dmax = 112 + 0,045 = 112,045;

dmin = 112 + 0,023 = 112,023;

Td = d_{max -} d_min =112,045−112,023= 0,022 мм.

Предельные зазоры соединения:

S_max = D_{max -} d_min = 112,035 — 112,023 = 0,012 мм,

S_min = D_{min -} d_max =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:

D_max = D + ES = 120 + 0,035 = 120,035 мм,

D_min = D + EI = 120 + 0 = 120 мм;

TD = D_{max -} D_min = 120,035 — 120,0 = 0,035 мм.

Предельные размеры и поле допуска вала:

dmax = 120 + 0,025 = 120,025;

dmin = 120 + 0,003 = 120,003;

Td = d_{max -} d_min = 120,025−120,003=0,022 мм.

Предельные зазоры соединения:

S_max = D_{max -} d_min = 120,035 — 120,003= 0,032 мм,

S_min = D_{min -} d_max =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:

D_max = D + ES = 18,0+ 0,043 = 18,043 мм,

D_min = D + EI = 18,0+0 = 18 мм,

TD = D_{max -} D_min = 0,043 мм.

Предельные размеры и поле допуска вала:

d_max = D + es = 18 + 0 = 18 мм,

d_min= D + ei = 18 — 0,018 = 17,982 мм,

Td = d_{max -} d_min =18 — 17,982 =0,018 мм.

Предельные зазоры соединения:

S_max = D_{max -} d_min = 18,043 — 17,982 = 0,061 мм,

S_min = D_{min -} d_max = 18 — 18 = 0 мм.

Допуск посадки с зазором:

TS = TD + Td = 0,061 мм.

1. Белкин И. М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости): Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей высших технических заведений. — М.: Машиностроение, 1992 — 528с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Белкин И. М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости): Учебное пособие. / И. М. Белкин. М.: Машиностроение, 1992.528 с.

8. 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.