Расчет, выбор и обоснование посадок соединений

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра: «Механика материалов и деталей машин»

Курсовая работа По дисциплине: «Метрология, стандартизация и сертификация»

«Расчет, выбор и обоснование посадок соединений»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Выполнила: Тамашевич А.А.

Группа 4от, 3 курс Руководитель: Капица М.С.

Минск 2010 г.

• Введение
• 1. Расчет посадок методом подобия
• 1.2 Расчет переходной посадки Ш36M7/h7
• 1.3 Выбор средств измерения
• 1.4 Выбор посадок для шпоночного соединения
• 1.5 Выбор посадок для шлицевых соединений
• 2. Расчет и выбор посадок подшипников качения
• 3. Расчет длин и диаметров валов
• Список использованных источников

Повышая качество машин, приборов и других изделий, их надежности, долговечности и эффективности возможно только путем тесной интеграции работ по стандартизации, взаимозаменяемости и метрологии, которые оказывают решающее влияние на повышение производительности, снижение себестоимости, формирование качества изделия на всех стадиях производства, начиная с проектирования, изготовления и заканчивая эксплуатацией, ремонтом и хранением изделия.

Приобретение технических знаний, навыков и опыта в области стандартизации и метрологии — обязательная составляющая часть профессиональной подготовки инженера-механика.

Важнейшее свойство совокупности изделий — взаимозаменяемость, в значительной мере определяет технико-экономический эффект, получаемый при эксплуатации современных технических устройств.

Такая роль взаимозаменяемости обусловлена тем, что она связывает в единое целое конструирование, технологию производства и контроль изделий в любой отрасли промышленности. В основе взаимозаменяемости лежит стандартизация, объектом которой в машиностроении является точность, взаимозаменяемость и технические измерения. Поэтому в курсовой работе подробно рассматриваются вопросы точности обработки, основные виды погрешности и причины их возникновения. Взаимозаменяемость деталей, узлов и агрегатов невозможно обеспечить без развития и применения прогрессивных методов контроля. Не должно быть допусков, проверка которых не обеспечена техническими измерениями, поэтому состояние измерительной техники характеризует уровень и культуру производства.

Основной задачей стандартизации является непрерывное повышение качества изделий, их способности удовлетворять возрастающие требования современного производства. Таким образом, стандартизация и унификация деталей и сборочных единиц способствует ускорению и удешевлению конструирования, изготовления, эксплуатации и ремонта машин.

Вот почему комплекс глубоких знаний и определенных навыков в области стандартизации норм точности, является необходимой составной частью профессиональной подготовки инженера-механика.

1. Расчет посадок методом подобия

Для гладких цилиндрических сопряжений выбрать и обосновать посадки. Для двух сопряжений построить схемы расположений полей допусков, рассчитать предельные размеры сопрягаемых деталей.

Расчет посадки с зазором Ш200H8/h7

По ГОСТ 25 346–89 определяем значения допусков размера и предельные отклонения:

:

Рассчитываем предельные размеры: отверстия по ГОСТ 25 346–89 Ш200H8 ():

мм,

мм.

вала по ГОСТ 25 346–89 Ш200h7 ():

мм, мм.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Таблица 1

Рассчитаем средние размеры:

мм, мм, Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей и рассчитываем предельные значения зазоров.

Рис. 1 Схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей Рассчитываем предельные значения табличных зазоров:

мм, мм.

мм Допуск посадки: мм.

Cтандартное отклонение посадки получим путем геометрического суммирования стандартных отклонений размеров вала и втулки:

Рассчитаем предельные значения вероятных зазоров.

Строим график рассеивания размеров и зазоров.

1.2 Расчет переходной посадки Ш36M7/h7

По ГОСТ 25 346–89 определяем значения допусков размера и предельные отклонения:

:

отверстия по ГОСТ 25 346–89 Ш36M7 ():

мм,

мм.

вала по ГОСТ 25 346–89 Ш36h7 ():

мм,

мм.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Таблица 2

Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей, и рассчитываем предельные значения табличных натягов и зазоров.

Рис. 3 Схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей мм, мм.

Рассчитаем средние размеры:

мм, мм, Допуск посадки: мм.

Принимаем нормальный закон распределения размеров и рассчитываем предельные значения вероятных зазоров (натягов). В данном сопряжении:

Поэтому будет вероятность возникновения как натягов, так и зазоров.

Рассчитываем математическое ожидание и стандартное отклонение зазоров:

мм Рассчитываем предельные значения вероятных зазоров и натягов При применении переходных посадок в сопряжениях возможны зазоры и натяги. Поэтому рассчитываем вероятность их получения. Для определения площади, заключенной между кривой Гаусса, выбранными ординатами и осью абсцисс удобно использовать табулированные значения функции.

где при x=MN=0мм, тогда

Таким образом, с учетом симметрии распределения (P" = 0,5), вероятность получения натягов в сопряжении Ш36M7/h7 составляет

Р (N) =50+0=50%

Р (N) =50-0=50%

Строим график рассеивания размеров, зазоров и натягов.

Рисунок 4 — график рассеивания размеров, зазоров и натягов

1.3 Выбор средств измерения

Для сопряжений Ш200H8/7 выбрать и обосновать средства измерения.

Для измерительного контроля заданного параметра с использованием универсальных средств измерений необходимо разработать методику выполнения измерений (МВИ) соответствующей физической величины. Разработку МВИ осуществляют в соответствии с ГОСТ 8.010−99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. Основные положения» .

Разрабатываемое в соответствии с заданием на курсовую работу краткое описание методики выполнения измерений имеет упрощенную форму. Оно должно включать:

· наименование и характеристику объекта измерения и измеряемой физической величины с указанием допустимой погрешности измерений;

· характеристику метода измерений;

· наименования и характеристики средств измерений (СИ) и вспомогательных устройств, метрологические характеристики СИ;

· указание погрешности измерений и вывод о ее соответствии требованиям.

При необходимости в описание дополнительно включают такие элементы, как

· схема измерений ФВ,

· схема контрольных точек (контрольных сечений);

· условия измерений.

Объект измерения — вал Ш200h7

Допустимую погрешность [Д] измерения диаметра примем по аналогии с допустимой погрешностью измерительного контроля линейного размера с допуском 46 мкм по ГОСТ 8.051. В этом случае [Д] = 12 мкм.

Таблица 3 Метрологические характеристики выбранных средств измерения

Т.к. предельная погрешность выбранных средств измерения меньше допускаемой, т. е. дин? д, то средства измерения выбраны верно.

Объект измерения — отверстие Ш200H8

Допустимую погрешность [Д] измерения диаметра примем по аналогии с допустимой погрешностью измерительного контроля линейного размера с допуском 72 мкм по ГОСТ 8.051. В этом случае [Д] = 18 мкм.

Таблица 4 Метрологические характеристики выбранных средств измерения

Т.к. предельная погрешность выбранных средств измерения меньше допускаемой, т. е. дин? д, то средства измерения выбраны верно.

1.4 Выбор посадок для шпоночного соединения

Для шпоночного соединения (Ш вала = 42 мм, 1шп =67 мм, нормальный вид шпоночного соединения) построим схемы расположения полей допусков, рассчитаем предельные размеры, зазоры (натяги).

Шпоночное соединение — один из видов соединений вала со втулкой, в котором использован дополнительный конструктивный элемент (шпонка), предназначенный для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединении вала с зубчатым колесом или со шкивом, неподвижных по отношению друг к другу.

Размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются по соответствующим стандартам в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями его работы.

Рис. 5 Основные размеры соединения c призматической шпонкой, где

h — высота шпонки; t₁ — глубина паза вала; t₂ — глубина паза втулки;

b — ширина шпонки и пазов втулки; d — диаметр сопряжения;

l — длина шпонки и паза вала

Определяем по ГОСТу 23 360 — 78 номинальные размеры деталей шпоночного соединения:

ширина шпонки — b = 12 мм,

высота шпонки — h =8 мм,

длина шпонки — 1ш =50 мм,

глубина паза вала — tl = 5 мм,

глубина паза втулки — t2 = 3,3 мм,

Шпонка 12×8×67 ГОСТ 23 360– — 78

Выбираем посадки по b для соединений: паз вала — шпонка — 12N9/h9; паз втулки — шпонка 12Js9/h9. Определяем по ГОСТу 2 534 747−82 предельные отклонения размеров шпоночного соединения и рассчитываем предельные размеры деталей шпоночного соединения, их допуски, предельные зазоры и натяги. Производим расчет по ширине паза вала В1=12N9:

Предельные размеры ширины паза вала:

мм,

мм.

Производим расчет по ширине шпонки b2=12h9:

мм,

мм.

Производим расчет по ширине паза втулки В1=12JS9:

мм,

мм.

Рассчитываем предельные зазоры:

Посадка шпонка-паз вала 12N9/h9 ;

N_max=es-EI=0- (-43) =43мкм, Smax=ES-ei=0- (-43) =43мкм Посадка шпонка-паз ступицы 12Js9/h9 ;

N_max=es-EI=0- (-21) =21мкм, Smax=ES-ei=21- (-43) =64мкм Строим схему расположения соединений 12N9/h9 и 12JS9/h9.

Рисунок 6 — схема расположения соединений 12N9/h9 и 12JS9/h9.

Производим расчет по высоте шпонки h=8h11:

Предельные размеры шпонки по высоте:

мм, мм.

Расчет по глубине паза вала:

глубина паза вала — tl = 5 мм,

Предельные размеры паза вала:

мм, мм.

Расчет по глубине паза втулки:

глубина паза втулки — t2 = 3,3 мм

Предельные размеры паза вала:

мм, мм.

Определяем предельные зазоры в посадке:

мм, мм.

Производим расчет по длине шпонки l=67h14:

Предельные размеры шпонки по длине:

мм, мм.

Производим расчет по длине шпоночного паза в валу L=67H15:

Предельные размеры длины шпоночного паза в валу:

мм, мм.

Определяем предельные зазоры в посадке:

мм, мм.

Строим схему расположения полей допусков шпоночного соединения по длине:

Рисунок 7 — схема расположения полей допусков шпоночного соединения по длине.

Назначаем шероховатость сопрягаемых поверхностей шпонки, вала и втулки Ra = 3.2 мкм, а несопрягаемых поверхностей — Ra=6,3 мкм. Выбираем экономические методы окончательной обработки деталей соединения: шпонка — шлифование плоское получистовое; паз вала — фрезерование чистовое концевой фрезой; паз втулки — протягивание чистовое.

Эскизы нормального шпоночного соединения, его деталей, схема расположения полей допусков на размер b приведены дальше. Для обеспечения взаимозаменяемости шпоночного соединения допуск на ширину паза следует рассматривать как комплексный, в пределах которого находятся как отклонения ширины паза, так и отклонения его расположения. Ограничение всех этих отклонений в пределах допуска на ширину паза вала достигается контролем комплексными и элементными калибрами. Контроль элементными калибрами производится до контроля комплексными калибрами.

На заводах автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения контроль деталей шпоночных соединений производит с помощью предельных калибров.

Ширину пазов вала и втулки проверяют пластинами, имеющими проходную и непроходную стороны. Размер от образующей цилиндрической поверхности втулки до дна паза (d + t2) контролируют пробкой со ступенчатым выступом. Глубину паза вала tl проверяют кольцевыми калибрами-глубиномерами; симметричность расположения паза относительно осевой плоскости проверяют у втулки пробкой со шпонкой, а у вала — накладной призмой с контрольным стержнем.

При ремонте машин можно использовать как универсальные средства измерения, так и калибры. Из большого числа размеров шпоночного соединения за счет пластических деформаций изменяется только ширина шпоночных пазов и ширина самой шпонки. Поэтому при дефектации можно использовать универсальные средства измерения, а при восстановлении желательно применять предельные калибры.

1.5 Выбор посадок для шлицевых соединений

Для шлицевого соединения b-8×42H11/ не менее d1 х46H12/a11x8F8/js7 выбрать допуски посадок, формы и расположения.

Шлицевое соединение — вид соединения валов со втулками по поверхностям сложного профиля с продольными выступами (шлицами) и впадинами.

Существуют три способа центрирования сопрягаемых прямобочных шлицевых втулки и вала: по наружному диаметру D (рис. 26 а); по внутреннему диаметру d (рис. 26 б); по боковым сторонам зубьев b (рис. 26 в).

Рис. 8 Центрирование в прямобочных шлицевых соединениях

При назначении допусков формы и расположения элементов шлицевых соединений можно руководствоваться следующими рекомендациями (рис.9).

1) для прямобочных шлицевых соединений:

· допуски параллельности плоскости симметрии зубьев вала и пазов втулки относительно оси центрирующей поверхности не должны превышать на длине 100 мм: 0,03 мм — в соединениях повышенной точности, определяемой допусками размеров b от IТ6 до IT8; 0,05 мм — в соединениях нормальной точности при допусках размеров b от IT9 до IT10. При центрировании по боковым сторонам шлиц выбирают дополнительную базу — ось одной из нецентрирующих поверхностей шлицевого вала (обычно с более жестким допуском);

· допуски радиального биения центрирующих поверхностей шлицев относительно общей оси посадочных поверхностей под подшипники следует назначать по 7-ой степени точности ГОСТ 24 643 при допусках центрирующих поверхностей 6.8 квалитетов и по 8-ой степени точности при допусках центрирующих поверхностей 9.10 квалитетов;

2) для эвольвентных шлицевых соединений предельные значения радиального биения F_r и допуска направления зуба F_в следует принимать по ГОСТ 6033.

Рис. 9 Обозначения допусков параллельности и радиального биения элементов наружной шлицевой поверхности:

а — при центрировании по внутреннему диаметру;

б — при центрировании по наружному диаметру;

в — при центрировании по боковым сторонам шлиц.

Рассмотрим прямобочное шлицевое соединение с центрированием по внутреннему диаметру b: b-8×42H11/ не менее d1 х46H12/a11x8F8/js7

шлицевого соединения с числом зубьев z = 8, внутренним диаметром d = 42 мм,

наружным диаметром D = 46 мм,

шириной зуба b = 8 мм.

По ГОСТ — 1139−80 определяем, что данное шлицевое соединение относится к средней серии.

Рассчитаем предельные размеры, зазоры (натяги) для сопряжения 8F8/js7:

мм,

мм,

мм,

мм.

Smax = ES — ei = +0.035- (-0.007) =0.042мм.

Smin = EI — es = 0,013−0,007=0.006мм.

Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Рис. 12 — схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Рассчитаем предельные размеры, зазоры (натяги) для сопряжения 42H11/не менее d1:

мм,

мм,

Smax = Dmax — dmin = +42.16−40,4=1.56мм.

Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Рис. 10 — схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Рассчитаем предельные размеры, зазоры (натяги) для сопряжения 46H12/a11:

мм, мм,

мм, мм.

Smax = ES — ei = +0.25- (-0.48) =0.73мм.

Smin = EI — es = 0- (-0.32) =0.32мм.

Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Рис. 11 — схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей

Точность и шероховатость центрирующего размера b предпочтительно:

для втулки Ra?1,6мкм

для вала Ra?0,8мкм

Контроль шлицевых соединений осуществляется комплексными и поэлементными методами. Пробковыми и кольцевыми комплексными калибрами контролируется взаимное расположение поверхностей соединения, Поэлементный контроль охватывает диаметры валов, отверстий, толщину зубьев и ширину впадины отверстия. Поля допусков, назначенные на элементы деталей шлицевого соединения и указанные в условном обозначении, контролируют в условном обозначении, контролируют независимо друг от друга специальными гладкими калибрами.

2. Расчет и выбор посадок подшипников качения

Для подшипникового узла (подшипник № 408) выбрать и обосновать посадки по наружному и внутреннему диаметрам колец подшипника. Построить схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей. Рассчитать предельные размеры сопрягаемых деталей; зазоры (натяги).

Подшипники качения — это наиболее распространенные стандартные изделия (сборочные единицы) множества конструкций и модификаций, которые изготавливаются на специализированных заводах и встраиваются в более сложные изделия (редукторы, коробки подач и скоростей, шпиндели металлорежущих станков и др.).

По ГОСТ 8338−75 класс точности подшипников 0. Определяем размеры подшипника и назначаем посадки и по ГОСТ 520−2002 определяем отклонения:

диаметр внутреннего кольца 40

диаметр наружного кольца 110

ширина кольца подшипника B=27мм

Определяем предельные размеры:

мм,

мм,

мм,

мм.

Для вала 40m6 определяем предельные размеры:

мм,

мм.

Определяем предельные натяги и зазоры в посадке 40:

мм,

мм.

Допуск посадки: T_N=TD+Td=12+16=28 мкм, Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей Рис. 13 — схема расположения полей допусков посадки внутреннего кольца подшипника на вал 40

Для отверстия 110H7 определяем предельные размеры:

мм, мм.

Определяем предельные натяги и зазоры в посадке 110:

мм,

мм.

Допуск посадки: T_N=TD+Td=35+15=50 мкм, Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей Рис. 14 — схема расположения полей допусков посадки внутреннего кольца подшипника на вал 110.

Выполняем проверку наличия радиального зазора в подшипнике после посадки его на вал или в корпус с натягом.

По /1/ таблица 42, с. 247 определяем предельные значения зазоров в подшипнике: G_{re min}=6мкм; G_{re max}=20мкм; G_{re m}=0,5* (6+20) =13мкм.

Вычисляем диаметральную деформацию дорожки качения внутреннего кольца. Для этого определяем приведённый наружный диаметр внутреннего кольца:

d₀=d+ (D-d) /4

d₀=40+ (110−40) /4=57,5 мм Действительный натяг: N_e0,85N_max N_e =0,8520=17мкм Определяем диаметральную деформацию дорожки качения внутреннего кольца:

d₁= N_ed/d₀

d₁=17*40/57,5=11,8мкм Посадочный зазор определяем по формуле:

C_r=C_rem-d₁=13−12,9=1,2мкм.

Расчет показал, что в назначенной посадке заклинивания не произойдет.

3. Расчет длин и диаметров валов

Рассчитываем крутящий момент на валу:

Т = 9550 Рв/n = 9550×1,8/48= 358Нм

где Рв — мощность на выходном валу редуктора, кВт

Определяем диаметр выходного конца вала:

d= (Т/ (0,2 [ф])) ^1/3 = ((358/2) *10³/0.2*30) ^1/3=31,01 мм;

где [ф] =30 МПа — допускаемые напряжения кручения.

Принимаем значение диаметра из стандартного ряда Ra40 предпочтительных чисел стр. 74 равным d =32мм.

Проектируемый вал имеет ступенчатую конструкцию. При конструировании перехода от одного диаметра к другому в сторону увеличения или уменьшения диаметров вала учитываем следующее di=d (i+1) ±2…10мм.

Рассчитываем диаметры вала:

d2=d1+3=32+3=35мм;

d3=d2+5=35+5=40мм-диаметр вала под подшипник;

d4=d3+2=40+2=42мм-диаметр вала под колесо;

d5=d4+3=42+3=45мм-диаметр буртика;

По схеме задания определяем, с помощью линейки диаметр выходного конца вала dвых=10,0 мм. Расчет длин вала вычисляем по масштабному коэффициенту К=dрасчетное вых. конца вала/dизмеренное=32/10,0=3.2, Принимаем К=3,2. Вычисляем длины валов:

l=K*x;

где х — длина вала на чертеже.

l1 =14*3,2=45мм;

l2 =8*3,2=25мм;

l3 =8,5*3,2=27мм;

l4 =28*3,2=90мм;

l5 =8,2*3,2=26мм;

lобщ.=l1*2+l2*2+l3*2+l4+l5=320мм.

Все значения длин и диаметров приняты в соответствии с Ra 40.

Список использованных источников

1. Кузьмин А. В. и др. Расчеты деталей машин: Справ. Пособие/А.В. Кузьмин и др. -3-е изд., перераб. и доп. — Мн.: Выш.шк., 1986. -400с.: ил.

2. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч. (Под ред.В. Д. Мягкова — 6-е изд.Л. Машиностроение, 1983, ч.1.543 с.; ч.2.477 с.

3. Сашко К. В.; Романюк Н. Н. и др. Стандартизация, метрология, взаимозаменяемость: методическое пособие по выполнению курсовой работы. Минск 2006.

4. Цитович Б. В. и др. Нормирование точности и технические измерения. Методические указания к выполнению курсовой работы (контрольной работы). Часть 1. / Б. В. Цитович, П. С. Серенков, К. И. Дадьков, Л. В. Купреева, А. В. Кусяк, Г. В. Боровец; Под общ. ред. Б. В. Цитовича и П. С. Серенкова. — Мн.: БНТУ, 2006. — 182 с.

5. ГОСТ 25 346–89 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений»

6. ГОСТ 8.010−99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. Основные положення»

7. ГОСТ 23 360–78 «Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки»

8. ГОСТ 1139–80 «Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шлицевые прямобочные. Размеры и допуски»

9. ГОСТ 3325–85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки»

10. ГОСТ 24 810–81 «Подшипники качения. Зазоры»