МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ИНЖЕНЕРНО – ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Отделение № 2
Курсовой проект по курсу:
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ
и ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Вариант 7
Новоуральск
–1995–
ВВЕДЕНИЕ........................................................................
.......................................................
1. ПОСАДКА С НАТЯГОМ.........................................................................
..........................
1.1. Содержание задания и исходные данные..................................................
1.2. Определение угловой скорости и крутящего момента на валу...
1.3 Расчет посадок с натягом.........................................................................
..........
1.4. Схема расположения полей допусков отверстия и вала................
2. ПЕРЕХОДНАЯ ПОСАДКА.........................................................................
.......................
2.1. Содержание задания и исходные данные..................................................
2.2. Расчет переходной посадки.........................................................................
......
2.3. Схема расположения допусков отверстия и вала...............................
3. РАСЧЕТ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ................................
3.1. Задание и исходные данные..........................................................................
..
3.2. Расчет посадок.........................................................................
...............................
3.3. Эскизы посадочных мест и схема расположения допусков отверстия и вала............................................................................
......................................................................
4. РАСЧЕТ КАЛИБРОВ........................................................................
...............................
4.1. Задание и исходные данные..........................................................................
..
4.1. Расчет калибров........................................................................
...............................
4.2. Схемы расположения полей допусков рабочих и контркалибров.
5. РАСЧЕТ ЗУБЧАТОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ......................................................................
..
5.1. Задание и исходные данные к расчету......................................................
5.2. Расчет начальных параметров......................................................................
..
5.3. Расчет параметров зубчатого зацепления...............................................
6. РАСЧЕТ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ............................................................................
............
6.1. Задание и исходные данные..........................................................................
..
6.2. Расчет..........................................................................
...................................................
6.2.1. Метод полной взаимозаменяемости.......................................................
6.2.2. Вероятностный метод...........................................................................
............
ЛИТЕРАТУРА......................................................................
..................................................
ВВЕДЕНИЕ
Выполнение данной курсовой работы преследует собой следующие цели:
– научить студента самостоятельно применять полученное знание по курсу ВСТИ на практике;
– изучение методов и процесса работы со справочной литературой и информацией ГОСТ;
– приобретение необходимых навыков по оформлению курсовых и аналогичных работ.
Преимуществами курсовой работы по сравнению с другими видами обучения можно назвать практически полную самостоятельноcть студента во время ее выполнения, необходимость использования знаний не только по данному предмету, но и по многим смежным областям.
1. ПОСАДКА С НАТЯГОМ
1.1. Содержание задания и исходные данные.
По заданному вращающему моменту рассчитать и выбрать посадку с натягом, обеспечивающую как неподвижность соединения, так и прочность сопрягаемых деталей. Изобразить схему расположения полей допусков отверстия и вала.
Таблица 1
| Число зубьев | Материал | Модуль переда чи m, мм | Угловая скорость V, м/с | Переда ваемая мощность Р, КВт | ||
| колеса z2 | шестер ни z1 | колесо | шкив | |||
| ст 45 | чугун | 3 | 2.5 | 8 | ||
| 50 | 23 | E=1*1011 МПа | E=9*1010 МПа | |||
1.2. Определение угловой скорости и крутящего момента на валу.
Расчет производим по алгоритму, приведенному в [1].
,
где
– угловая скорость, c–1;
m, z1, V взяты из таблицы 1.
=72 с-1.
,
где Р – передаваемая мощность, КВт.
ТКР=8000/72=110 Нм.
1.3 Расчет посадок с натягом.
Расчет и выбор посадки производится по пособию [1], т1, стр. 360–365.
где: dН– номинальный диаметр сопряжения вала и шестерни;
dШ– диаметр шестерни;
l – длина сопряжения.
dН=50 мм;
dШ=69 мм;
l=56 мм.
Определение минимального значения нормального напряжения
, Па на поверхности сопряжения, обеспечивающего передачу заданной мощности.
,
где ТКР – крутящий момент, Нм;
f – коэффициент трения при установившемся процессе распрессовки или проворачивания – принимаем f= 0.08, т.к. это прессовая посадка;
l – длина контакта сопрягаемых поверхностей, м.
=6.252×106 Па.
Определение наименьшего расчетного натяга NMIN, мкм, обеспечивающего [Pmin], мкм:
,
где Е – модуль нормальной упругости материала, Па;
С1 и С2 – коэффициенты Ляме, определяемые по формулам:
,
,
где m1 и m2 — коэффициенты Пуассона соответственно для охватываемой и охватывающей деталей; принимаем
m1=m2=0.3;
d0 — внутренний диаметр вала – в нашем случае равен нулю.
,
.
мкм.
Определяем с учетом поправок величину минимального натяга [NMIN], мкм.
,
где gШ — поправка, учитывающая смятие неровностей кон- тактных поверхностей деталей при образовании соединения, мкм.
,
где RaD — среднее арифметическое отклонение профиля отверстия, мкм;
Rad — среднее арифметическое отклонение профиля вала, мкм.
Для поверхности деталей в посадках с натягом собираемых под прессом, квалитет 6—7 и dH от 50 до 120 мкм:
RaD=1.6 мкм;
Rad=1.6 мкм.
gШ =5(1.6+1.6)=16 мкм.
[Nmin]=7+16=23 мкм.
Определение максимально допустимого удельного давления [pmax], МПа, при котором отсутствует пластическая деформация на контактных поверхностях деталей.
В качестве [pmax] берем наименьшее из двух значений, рассчитываемых по формулам:
,
,
где p1 и p2 – предельное значение удельного давления соответственно для вала и шестерни;
sm1 и sm2 — предел текучести материалов охватываемой и охватывающей деталей, МПа.
Для Ст 45 sm=350 МПа.
МПа;
МПа.
Так как p2 < p1, то [pmax]=99 МПа.
Определим необходимое значение наибольшего расчетного натяга N^max.
,
мкм.
Определим с учетом поправок к N^max величину максимального допустимого натяга.
,
где gуд — коэффициент увеличения давления у торцов охватывающей детали.
По рис. 1.68 [1], исходя из
=1.07,
принимаем gуд=0.89.
[Nmax]=101
0.89+16=105 мкм.
Выбираем посадку.
dH=50 мм; Nmin>22 мкм; Nmax£105 мкм.
Æ50
.
1.4. Схема расположения полей допусков отверстия и вала.
Схема расположения полей допусков отверстия и вала изображена на рис. 2.
Рис. 2.
2. ПЕРЕХОДНАЯ ПОСАДКА
2.1. Содержание задания и исходные данные.
Для неподвижного разъемного соединения назначить переходную посадку; обосновать ее назначение. Определить вероятность получения соединений с зазором и с натягом. Изобразить схему расположения полей допусков отверстия и вала.
2.2. Расчет переходной посадки
Руководствуясь пособием [1], назначаем как наиболее удобную исходя из условий сборки скользящую посадку Æ40
.
Данная посадка не обеспечивает достаточной прочности и как следствие конструктивно предусмотрена шпонка. Параметры посадки:
EI=0 мкм – нижнее отклонение отверстия;
ES=25 мкм – верхнее отклонение отверстия;
es=8 мкм – верхнее отклонение вала;
ei=–8 мкм – нижнее отклонение вала.
Максимальный натяг:
NMAX=es–EI,
NMAX= 8–0=8 мкм.
Минимальный натяг:
NMIN=ei–ES,
NMIN=–8–25=–33 мкм.
Далее, вычислим средний натяг:
Nc=(NMAX + NMIN )/2,
NC= –12.5 мкм.
Знак минус говорит о посадке с зазором.
Допуск отверстия:
TD=ES–EI,
TD=25 мкм.
Допуск вала:
Тd=es–ei,
Td=16 мкм.
Определим среднеквадратичное отклонение натяга (зазора).
,
.
Вычислим предел интегрирования:
,
Z=–12.5/4.946=2.51.
Пользуясь таблицей 1.1. [1], получим:
Ф(Z)=0.493.
Рассчитаем вероятность натягов и зазоров:
PN=0.5–Ф(Z),
PN=0.5–0.493=0.7 % – т. к. Z<0;
PS=0.5+Ф(Z),
PS=0.5+0.493= 99,3 % – т.к. Z<0.
Следовательно, при сборке большинство изделий будет с зазором.
2.3. Схема расположения допусков отверстия и вала
3. РАСЧЕТ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
3.1. Задание и исходные данные.
Рассчитать (назначить) посадки по внутреннему и наружному кольцам подшипника качения. Построить схемы расположения полей допусков колец подшипников качения и соединяемых с ним деталей вала и корпуса. Выполнить эскизы посадочных мест под подшипник вала и корпуса и обозначить на эскизе номинальные размеры, поля допусков, требования к шероховатости, форме и расположения поверхностей.
Согласно заданию, имеем радиальный сферический двухрядный роликоподшипник номер 3609 ГОСТ 5721–75. Нагружаемость С0=75 КН. Ширина колец b=36, диаметр внутреннего кольца d1=45 мм и внешнего d2=100 мм. Фаска согласно [2] r=2.5 мм. Нагружающие силы FR:
,
от шестерни и от шкива примерно одинаковые по модулю и противоположны по направлению.
2.7 кН.
3.2. Расчет посадок.
Внутреннее кольцо нагружено циркуляционной нагрузкой интенсивностью РR , кН/м.
,
где k1 – динамический коэффициент посадки, зависящий от характера посадки – при перегрузке до 150 % умеренных толчках и вибрациях k1=1;
k2 – учитывает степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе – k2=1;
k3 – коэффициент неравномерости распределения радиальной нагрузки между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки k3=1.
=174 кН.
По табл. 4.90.1. [1] выбираем поля допуска js6 для внутреннего кольца и К6 для внешнего.
Обратимся к табл. 4.91., которая рекомендует принять следующие посадки:
внутреннее циркуляционно нагруженное с нормальным режимом работы 0.07С0 внешнее, закрепленное в корпусе, местнонагруженное кольцо с режимом работы 0.07C0 где NMAX=17 мкм; SMIN=-30 мкм. Проверку внутреннего кольца на прочность можно произвести по формуле: где К – коэффициент, равен 2.8 в нашем случае; [sP] – допускаемое напряжение на сжатие, МПа; d – диаметр внутреннего кольца, мм. Выбираем 6–й класс точности подшипника. Допуски соосности посадочных поверхностей вала ÆТВРС и
корпуса ÆТКРС и допуск торцевого биения заплечиков в корпусной детали ТКТБ и валов ТВТБ примем
по табл. 4.94. [1]: ÆТВРС=21 мкм; ÆТКРС=42
мкм; ТКТБ= 16 мкм; ТВТБ=30 мкм. Шероховатость посадочных поверхностей: вала: Ra=0.63 мкм; отверстий корпуса: Ra=0.63 мкм; опорных торцов заплечиков вала и корпуса: Ra=1.25 мкм. 3.3.
Эскизы посадочных мест и схема расположения допусков отверстия и вала Эскизы посадочных мест и схема расположения допусков отверстия и вала изображены на рис. 5 . 4. РАСЧЕТ КАЛИБРОВ 4.1. Задание и исходные данные. Спроектировать гладкие калибры для контроля отверстия и вала одного из сопряжений и контрольные калибры для
рабочей скобы. Выполнить эскизы стандартных калибров, указав на них исполнительные размеры рабочих поверхностей. Выберем вал d=Æ50 js6 с параметрами: ei=– 8 мкм; es= 8 мкм. Отверстие D=Æ50 H7 с параметрами: ES=25 мкм; EI=0 мкм. 4.2. Расчет калибров. Определяем наибольший и наименьший предельные размеры вала: dMAX=50.008 мкм; dMIN=49.992 мкм. В табл. 4 гл. 1 [3] для квалитета 6 и интервала размера свыше 35 до 50 мм находим данные для определения размеров
необходимых калибров для вала, мм: Z1=0.0035; Y1=0.003; HP=0.0015; H1=0.004; где Z1 – отклонение середины поля допуска на изготовление
проходного калибра для вала относительно наибольшего предельного размера изделия; Y1 – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия; Н1 – допуск на изготовление калибров для вала; НР – допуск на изготовление контрольного калибра для скобы. Определение размеров калибров и контркалибров производится по формулам из таблиц 2 и 3 [3]. Наименьший размер проходного нового калибра–скобы ПР: ПР=dMAX–Z1–H1/2, ПР=50.008–0.0035–0.002=50.0025 мм. Наименьший размер непроходного калибры–скобы НE: НЕ=dMIN–H1/2, НЕ=49.992–0.002=49.99 мм. Предельное отклонение +0.004 мм. Предельный размер изношенного калибра–скобы ПР: ПР=dMAX+Y1, ПР=50.008+0.003=50.011 мм. Наибольший размер контркалибра К–ПР равен: К–ПР=dMAX–Y1+HP/2, К–ПР=50.008–0.003+0.00075=50.005 мм. Наибольший размер контркалибра К–НЕ равен: К–НЕ =dMIN+HP/2, К–НЕ=49.992+0.00075=49.993 мм. Наибольший размер контркалибра К–И равен: К–И =dMAX+Y1+HP/2, К–И=50.008+0.003+0.00075=50.0115 мм. Предельное отклонение –0.0015 мм. В табл. 4 гл. 1 [3] для квалитета 7 и интервала размера свыше 35 до 50 мм находим данные для определения размеров
необходимых калибров для отверстия, мм: H=0.004; Z=0.0035; Y=0.003, где Н – допуск на изготовление калибров для отверстия; Z – отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра
для отверстия относительно наибольшего предельного размера изделия; Y – допустимый выход изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска. ES=0.0025 мм; EI=0; DMAX=50.025 мм; DMIN=50 мм. Наибольший размер проходного нового калибра–пробки ПР=DMIN+Z+H/2, ПР=50+0.0035+0.004/2=50.0055 мм. Наибольший размер непроходного калибра–пробки: НЕ=DMAX+H/2, НЕ=50.025+0.002=50.027 мм. Предельное отклонение: –0.004 мм. Предельный размер изношенного калибра–пробки: ПР=DMIN–Y, ПР=50–0.003=99.997 мм. 4.3. Схемы расположения полей допусков рабочих и контркалибров. Схемы расположения полей допусков рабочих и контркалибров изображены на рис. 6. 5. РАСЧЕТ ЗУБЧАТОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ 5.1. Задание и исходные данные к расчету Для заданной пары зубчатых колес установить степени точности по нормам кинематической точности, плавности и
контакта; назначить комплекс контролируемых показателей и установить по стандарту числовые значения допусков и предельных отклонений по каждому из
контролируемых показателей. Рассчитать гарантированный боковой зазор в передаче и подобрать по стандарту вид сопряжения и его числовое
значение. Выполнить рабочий чертеж одного зубчатого колеса в соответствии с требованиями стандартов. Параметры зубчатого зацепления указаны в табл. 1. 5.2. Расчет начальных параметров Межосевое расстояние aW рассчитывается по формуле: аW=(d1+d2)/2, где d1 и d2 – диаметры соответственно шестерни и колеса. d1 =m×z1 , d1=69 мм. d2=m×z2 , d2=150 мм. aW=(69+150)/2=110 мм. 5.3. Расчет параметров зубчатого зацепления. Согласно [1], табл. 5.12 и 5.13 назначаем 8–ю степень точности передачи, так как окружные скорости невысоки,
как и передаваемые мощности. Данная степень точности отмечена как наиболее используемая. Назначим комплекс показателей точности, пользуясь материалом табл. 5.6., 5.7., 5.9., 5.10., назначаем: допуск на радиальное биение зубчатого венца Fr: Fr=45 мкм; допуск на местную кинематическую погрешность f"i : f"i=36 мкм; допуск на предельные отклонения шага fpt: fpt=±20 мкм; допуск на погрешность профиля ff: ff=14 мкм. Пусть суммарное пятно контакта обладает следующими параметрами: ширина зубчатого венца bW составляет по высоте зуба не менее 50 %
и по длине зуба не менее 70 % – тогда справедливо: допуск на непараллельность fХ: fХ=12 мкм; допуск на перекос осей fY: fY=6.3 мкм; допуск на направление зуба Fb: Fb=10 мкм; шероховатость зубьев RZ: RZ=20 мкм. Минимальный боковой зазор рассчитывается по алгоритму примера главы 5.3. [1] : jn min=jn1+jn2, где jn1 и jn2 – соответственно слагаемые 1 и 2. где а – межосевое рассстояние, мм; aР1 , aР2 – коэффициенты
теплового расширения соответственно для зубчатых колес и корпуса, 1/° С; t1 , t2 – предельные температуры, для которых рассчитывается боковой
зазор соответственно зубчатых колес и корпуса, ° С; принимаем согласно заданию t1=50, t2=35. jn2=(10¸30) jn2=45 мкм. jn min=59 мкм. Cледовательно, пользуясь табл. 5.17., принимаем вид
сопряжения С и IV класс отклонения межосевого расстояния. Тогда предельное отклонение межосевого расстояния : fa=±45 мкм. Максимальный возможный боковой зазор определяется по формуле : jn max=jn min+0.684 где TH1 , TH2– допуск на смещение исходного контура; fa – предельное отклонение межосевого. TH1=120 мкм; TH2=180 мкм; jn max=325 мкм. Назначим контрольный комплекс для взаимного расположения разноименных профилей зубьев. Для этого из табл 5.30.
возьмем длину общей нормали W при m=3 и zn=2 – число одновременно контролируемых зубьев. W=m*Wm, Wm=10.7024 мм; W=m*Wm =23.1072 мм. Верхнее отклонение EW ms, мкм: EW ms= EW ms1 + EW ms2 , где EW ms1 , EW ms2 – наименьшее дополнительное смещение исходного контура, соответственно слагаемое
1 и 2 : EW ms1=60; EW ms2=11; EW ms=71 мкм. Допуск на среднюю длину общей нормали: Twm=60 мкм. Данный результат отображается на чертеже. 6. РАСЧЕТ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ 6.1. Задание и исходные данные 6.1.1. По заданным предельным размерам замыкающего звена сборочной размерной цепи рассчитать допуски
составляющих звеньев методом полной взаимозаменяемости и вероятностным методом (использовать метод единого квалитета); рассчитать предельные отклонения
составляющих звеньев размерной цепи. Сделать сравнение и дать заключение об экономической целесообразности применения того или иного метода. 6.1.2. Схема размерной цепи приведена на рис. 7. Рис 7. Номинальные размеры звеньев, мм: В1=157, В2=56, В3=12, В4=36, В5=13, В6=25,
В7=5 мм. В1 – увеличивающее звено, остальные – уменьщаюшие. 6.2. Расчет. Замыкающее звено рассчитывается по формуле: Вå=B1–( B2+
B3+ B4+ B5+ B6+ B7), Bå=157–(56+12+36+13+25+5)=10 мм. Максимальный размер замыкающего звена [Bå MAX ]: [Bå MAX ]=0.4 мм. Минимальный размер замыкающего звена [Bå MIN ]: [Bå MIN ]=–0.4 мм. Предельный зазор: [Så]=0.4 мм. Предельный натяг: [Nå]=–0.4 мм. Среднее отклонение: [ 6.2.1. Метод полной взаимозаменяемости Предполагаем, что подшипник, являющийся стандартным изделием, уже имеет определенный квалитет и размер Т4=36–0.3. Согласно [1], табл. 3.3., получаем количество единиц допуска для каждого из размеров, мкм: i1=2.52; i2=1.86; i3=1.08; i5=1.08; i6=1.31; i7=0.73. Рассчитаем количество единиц допуска для квалитета звеньев, составляющих данную размерную цепь: где m+n – количество всех звеньев в цепи. Ближайший подходящий квалитет IT10 – по табл. 1.8. Соответствующие допуски для каждого звена, мкм: ТВ1=185; ТВ2=120; ТВ3=70; ТВ4=300; ТВ5=70; ТВ6=84; ТВ7=48. Тå=TB1+ TB2+
TB3+ TB4+ TB5+ TB6+ TB7, Тå=185+120+70+300+70+84+48=877 мкм. Проверка показывает: Тå=877>[Тå] – надо назначить для звеньев В1 и В7 более
низкий IT9. Допуски, мкм: ТВ1=115, ТВ7=30. Тå=115+120+70+70+84+48=789 мкм. Проверка: Тå=789 £ [Тå] – верно. Назначим предельные отклонения на остальные звенья цепи, исходя из уравнения, мм: где В1=157e8= В2=56js9= В3=12js9= В4=36 –0.3 ; В5=13 js9= В6=25js9= В7=5u8= [ Учитываем, что поле допуска js имеет Проверку производим по формуле: Вывод: принимаем выбранные квалитеты и допуски. 6.2.2. Вероятностный метод. Повторяем начальные расчеты пункта 6.2.1. Согласно [1], где t – коэффициент, зависит от принятого процента риска Р и принимается по табл. 3.8. [1]; l – коэффициент относительного рассеяния; принимаем l=1/3, предполагая, что
отклонения распределены по нормальному закону. Допуски, мм: ТВ1=0.4, ТВ2=0.3, ТВ3=0.18, ТВ4=0.3, ТВ5=0.18, ТВ6=0.21, ТВ7=0.12. Проверка: Допуски, мм: ТВ2=0.46, ТВ6=0.33. Назначаем допуски на звенья, мм: В1=157c12= В2=56js13= В3=12d12= В4= В5=13js12= В6=25js13= В7=5c12= Учитывая, что поле допуска js имеет Вычислим t. t=3.946 – по табл. 3.8. процент риска Р=0.01 %. Среднее отклонение считается аналогично пункту 6.2.1. Вывод : вероятностный метод позволяет получить более грубые и более дешевые квалитеты при малой вероятности брака по сравнению с методом
полной взаимозаменяемости. Следует предпочитать проведение расчетов вероятностным методом как более эффективным и экономически выгодным. ЛИТЕРАТУРА 1. Палей М. А. Допуски и посадки: Справочник: В 2–х ч. – Л.: Политехника, 1991. 2. Перель Л. Я., Филатов А. А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и
обслуживание опор: Справочник – М.:Машиностроение,1992. 3. Медовой М. А. Исполнительные размеры калибров: Справочник. В 2–х ч.–
М.:Машиностроение,1980.
,
=155 мкм – условие прочности выполнено.
,
=14 мкм.
m,
(TH1+TH2+2fa) ,
.
,
,
,
=0.
,
53 ед.
,
–суммарное среднее отклонение поля допуска;
С УМ – среднее
отклонение поля допуска уменьшающих звеньев;
С УВ –
среднее отклонение поля допуска увеличивающих звеньев;
;
;
;
;
;
.
=–0.1165 мм;
=0.032 мм.
=0,
,
мм – приемлемо.![]()
,
195 – соответствует IT12.
,
мм – требуется понизить точность некоторых звеньев. Изготовим В2 и В6
по IT13.
.
;
;
;
;
;
;
.
=0,
рассчитаем среднее отклонение поля допуска
:
,
– приемлемо. Проверка согласно формуле:![]()
,
.










(zip - application/zip)









