Назначение требований к точности изготовления клиноременного вариатора

 

 

Оглавление

 

Введение……………………………………………………………….…….......	5
1Посадка гладкого соединения………………………………………….…...	6
2Гладкие калибры………………………………………………….…………..	9
3Посадки подшипника качения………………………………………..……...	11
4Шлицевые калибры…………………………………………………..………..	13
5Размерная цепь ………………………………………………………………..	14
6Назначение посадок……………….………………………..………………..	29
7 Точность зубчатого колеса…………………………………………………...	20
Библиографический список…………………………………………………….	23

 

 

Введение

 

Вариатор применяется в устройствах, требующих бесступенчато изменять передаточное отношение. Применяется в автомобилях, мотороллерах, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, металлорежущих станках и др.

Передача крутящего момента осуществляется с помощью зубчатой пары 9 и 11. Передача крутящего момента с зубчатого колеса 9 на вал 4 происходит при помощи шпонки на валу 4.

Вал 4 с зубчатым колесом 9 монтируется в корпусе 12 при помощи подшипников качения 3,13. Подшипники качения 3,13 запрессовываются в корпус 2. Сверху корпус 2 закрывается крышкой 1 при помощи гаек 5 и 10.

Упорный подшипник 6 предназначен для исключения трения диска 7.

Крышка подшипника–качения 8 применяется для крепления подшипника–качения 13 на валу 4.

Технические характеристики редуктора:

частота вращения 200 об/мин;

радиальное усилие 6500 Н.

крутящий момент Мкр=500 Нм.

В курсовой работе требуется назначить требования по нормированию и контролю точности редуктора, а также обеспечить зазор А∆ между зубчатым колесом 9 и втулкой подшипника качения 13 от 0,2 до 0,5 мм.

 

1 Посадка гладкого соединения

 

Исходные данные:

номинальный диаметр сопряжения d = 45 мм;

диаметр отверстия на валу d1 = 28 мм;

наружный диаметр детали с отверстием d2 = 66 мм;

длина сопряжения l = 85 мм;

осевая сила Рос = 0;

крутящий момент Мкр = 500 Н.м;

способ запрессовки – механическая;

коэффициент трения f = 0,13.

Параметры деталей соединения сведём в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Параметры деталей соединения

Наименование параметра	Вал	Отверстие
Материал	Сталь 20	Сталь 45
Предел текучести, МПа	σТ1 = 245	σТ2=353
Модуль упругости вала, 105МПа	Е1= 1,981	Е2 = 2,1
Коэффициент Пуассона	μ1 = 0,28	μ2 = 0,28
Коэффициент линейного расширения α, ×10-6 град-1	α1 = 11,1	α2 = 11,65
Рабочая температура, град	t1 = 21	t2 = 21
Квалитеты точности	6	7
Шероховатость Ra, мкм	Ra1 = 0,4	Ra2 = 0,8

 

Проведём расчёт посадки с натягом [1].

Коэффициенты Ламе:

 

 

Наименьший расчётный натяг:

 

 

Поправка, учитывающая смятие неровностей контактных поверхностей

 

Поправка, учитывающая влияние температуры деталей:

 

 

Поправка, учитывающая ослабление натяга при действии центробежных сил

γц = 2 мкм.

Добавка, компенсирующая уменьшение натяга при повторных запрессовках

γп = 0 мкм.

Минимально допустимый натяг

 

Максимально допустимое удельное давление:

 

 

[Pmax] = 87,084 МПа.

Наибольший расчётный натяг

 

Соотношение размеров соединения:

 

Коэффициент увеличения давления у торцов втулки γуд = 0,92.

Максимально допустимый натяг

 

Выбор посадки:

выбранная посадка Ø45H7/t6;

наибольший натяг посадки Nmax = 70 мкм;

наименьший натяг посадки Nmin = 29 мкм.

Запас прочности соединения при эксплуатации

 

Запас прочности деталей при сборке

 

Предельные отклонения отверстия и вала:

верхнее предельное отклонение отверстия ES = 25 мкм = 0,025 мм;

нижнее предельное отклонение отверстия EI = 0;

верхнее предельное отклонение вала es = 70 мкм = 0,070 мм;

нижнее предельное отклонение вала ei = 54 мкм = 0,054 мм.

Давление в посадке при максимальном натяге

 

Необходимое усилие при запрессовке деталей

 

Степени точности формы сопрягаемых поверхностей:

отверстие – 5;

вал – 4.

Допуски цилиндричности сопрягаемых поверхностей:

отверстие Тц = 16 мкм = 0,016 мм;

вал Тц = 10 мкм = 0,01 мм.

Построение схемы расположения полей допусков (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Схема расположения полей допусков посадки с натягом

 

 

2 Гладкие калибры

 

Исходные данные:

гладкое соединение Ø45H7/t6;

номинальный диаметр соединения d = 45 мм;

верхнее предельное отклонение отверстия ES = 25 мкм = 0,025 мм;

нижнее предельное отклонение отверстия EI = 0;

верхнее предельное отклонение вала es = 70 мкм = 0,070 мм;

нижнее предельное отклонение вала ei = 54 мкм = 0,054 мм.

Проведём расчёт гладких калибров[1].

Допуски и отклонения калибров для отверстия:

отклонение середины поля допуска проходного калибра-пробки Z = 3,5 мкм =

= 0,0035 мм;

допустимый выход износа за границу поля допуска при износе проходного калибра-пробки Y = 3мкм = 0,003 мм;

величина компенсации погрешности контроля калибрами-пробками α = 0;

допуск на изготовление калибров-пробок Н = 4 мкм = 0,004 мм.

Допуски и отклонения калибров для вала:

отклонение середины поля допуска проходного калибра-скобы Z1 = 3,5 мкм =

= 0,0035 мм;

допустимый выход износа за границу поля допуска при износе проходного калибра-скобы Y1 = 3 мкм = 0,003 мм;

величина компенсации погрешности контроля калибрами-скобами α1 = 0;

допуск на изготовление калибров-скоб Н1 = 4 мкм = 0,004 мм;

допуск на изготовление контрольного калибра для скоб НР = 1,5 мкм = 0,0015 мм.

Исполнительные размеры калибров-пробок:

наибольший предельный размер проходного калибра-пробки ПР

 

предельный размер изношенного проходного калибра-пробки ПР

 

наибольший предельный размер непроходного калибра-пробки НЕ

 

Исполнительные размеры калибров-скоб:

наименьший предельный размер проходного калибра-скобы ПР

 

 

 

предельный размер изношенного проходного калибра-скобы ПР

 

наименьший предельный размер непроходного калибра-скобы НЕ

 

Исполнительные размеры контрольных калибров для рабочих калибров-пробок:

наибольший предельный размер контрольного проходного калибра-пробки К-ПР для проходного калибра-скобы

 

наибольший предельный размер контрольного калибра-пробки К-И для контроля износа проходного калибра-скобы

 

наибольший предельный размер контрольного калибра-пробки К-НЕ для  непроходного калибра-скобы

 

Квалитеты допусков на форму рабочих калибров:

пробок – IT2;

скоб – IT2.

Допуски формы рабочих калибров:

допуск цилиндричности рабочих калибров-пробок Тц = 2,5 мкм = 0,0025 мм;

допуск плоскостности рабочих калибров-скоб Тц = 2,5 мкм = 0,0025 мм.

 

3 Посадки подшипника качения

 

3.1 Исходные  данные:

диаметр внутреннего кольца d = 30 мм;

диаметр наружного кольца D = 62 мм;

радиальная нагрузка R = 6500 Н.

Проведём расчёт посадки подшипника качения[3].

Класс точности подшипника – 6.

Размеры и основные характеристики подшипника:

тип подшипника – шариковый радиальный однорядный;

исполнение подшипника – 0000;

обозначение подшипника –206ГОСТ 8338-75;

ширина подшипника В = 16 мм;

величина фаски r = 1,5 мм;

серия подшипника – лёгкая;

динамическая грузоподъёмность С = 19500 Н.

Шероховатость посадочных поверхностей:

отверстия корпуса под наружное кольцо Ra = 0,63мкм;

вала под внутреннее кольцо Ra = 0,63мкм;

опорного торца заплечика корпуса Ra= 1,25мкм;

опорного торца заплечика вала Ra = 1,25мкм.

Допуски круглости и профиля продольного сечения посадочных поверхностей:

отверстия корпуса под наружное кольцо Тф = 7,5 мкм  = 0,0075 мм;

вала под внутреннее Тф = 3,5 мкм = 0,0035 мм.

Допуски торцового биения:

заплечика корпуса Тр = 30 мкм = 0,030 мм;

заплечика вала Тр = 13 мкм = 0,013 мм.

Виды нагружения колец подшипника:

внутреннее кольцо подшипника – циркуляционное;

наружное кольцо подшипника – местное.

 

3.2 Выбор  посадки наружного кольца с  местным нагружением

 

Отношение радиальной нагрузки и динамической грузоподъёмности подшипника

 

Режим работы – тяжёлый.

Посадка наружного кольца в корпус Ø62J7/l6.

Предельные отклонения отверстия в корпусе:

поле допуска Ø62J7;

верхнее отклонение отверстия в корпусе ES = +18 мкм = +0,018 мм;

нижнее отклонение отверстия в корпусе EI = -12 мкм=-0,012 мм.

Предельные отклонения наружного кольца подшипника:

поле допуска Ø62l6;

верхнее отклонение наружного кольца ∆DВ = 0;

нижнее отклонение наружного кольца ∆DН = –11 мкм = – 0,011 мм.

 

3.3 Выбор  посадки внутреннего кольца с  циркуляционным нагружением

 

Коэффициент серии подшипника k = 2.

Рабочая ширина кольца подшипника

 

Интенсивность радиальной нагрузки

 

Наименьший расчётный натяг

 

Наибольший расчётный натяг

 

Выбор посадки:

выбранная посадка Ø30L6/n6;

наибольший натяг посадки Nmax = 36 мкм;

наименьший натяг посадки Nmin = 15 мкм.

Предельные отклонения вала:

поле допуска Ø30n6;

верхнее отклонение вала es = 28 мкм = 0,028 мм;

нижнее отклонение вала ei = 15 мкм = 0,015 мм.

Предельные отклонения внутреннего кольца подшипника:

поле допуска Ø30L6;

верхнее отклонение внутреннего кольца ∆dВ = 0;

нижнее отклонение внутреннего кольца ∆dН = – 8 мкм = – 0,008 мм.

 

4 Шлицевое соединение

 

Параметры прямобочного шлицевого соединения

Исходное шлицевое соединение 8×36×40

Число шлицов z = 6;

Номинальный внутренний диаметр d = 36 мм;

Номинальный наружный диаметр D = 40 мм;

Номинальная ширина зубьев вала и пазов втулки b = 7 мм;

Серия соединения – лёгкая.

Наименьший внутренний диаметр вала (исполнение А), d1= 34,5 мм;

Наименьшая ширина площадки внутреннего диаметра шлицевого вала α = 3,46 мм;

Фаска с = 0,4 мм;

Наибольший радиус закругления для исполнения r= 0,3 мм.

Способ центрирования–по внутреннему диаметру d.

Характеристика соединения – неподвижное.

Поля допусков размеров шлицевого соединения:

внутреннего диаметра втулки H7;

Внутреннего диаметра вала g6

Наружного диаметра втулки H12

Наружного диаметра вала а11

Ширину шлицев втулки D9

Ширину зубьев вала k7

 

Предельные отклонения размеров шлицевой втулки:

верхнее отклонение внутреннего диаметра ESd = 25 мкм = 0,025 мм;

нижнее отклонение внутреннего диаметра EId = 0;

верхнее отклонение наружного диаметра ESD = 250 мкм = 0,250 мм;

нижнее отклонение наружного диаметра EID = 0;

верхнее отклонение ширины шлицев ESb =+76 мкм = 0,076 мм

нижнее отклонение ширины шлицов EIb = +40 мкм = 0,040 мм.

Предельные отклонения размеров шлицевого вала:

верхнее отклонение внутреннего диаметра esd = –9 мкм = – 0,009 мм;

нижнее отклонение внутреннего диаметра eid = –25 мкм = – 0,025 мм;

верхнее отклонение наружного диаметра esD = –310 мкм = – 0,310 мм;

нижнее отклонение наружного диаметра eiD = –470 мкм = – 0,470 мм;

верхнее отклонение ширины зуба esb = +16 мкм = + 0,016 мм;

нижнее отклонение ширины зуба eib = +1 мкм = +0,001 мм.

 

5 Размерная цепь

 

Исходные данные для расчёта размерной цепи А (рисунок 2) приведены в таблице 2.

Рисунок 2 – Схема размерной цепи

 

Таблица 2 – Исходные данные для расчёта размерной цепи

Замыкающее звено, мм			Составляющие звенья, мм
А∆	∆В А∆	∆Н А∆	А1	А2	А3	А4
2	0,2	0,5	4	70	4	60

 

Проведём расчёт размерной цепи [2].

Постановка и формирование задачи.

Исходя из обеспечения нормальной работы редуктора, зазор А∆ между буртиком крышки и наружным кольцом конического подшипника может изменяться в пределах 0, 2–0,5 мм. Этот размер получается последним в результате сборки и при расчёте будет являться исходным.

Число всех звеньев m = 7.

Звено А2 – увеличивающее. Число увеличивающих звеньев n = 1.

Звенья А1, А3, А4 ,А5 ,А6– уменьшающие. Число уменьшающих звеньев р = 5.

Основное уравнение размерной цепи

 

Номинальный размер исходного звена

 

Предельные размеры исходного звена:

 

 

Координата середины поля допуска исходного звена

 

Допуск исходного звена

 

Установим составляющие звенья с регламентированными отклонениями.

Регламентированных звеньев в цепи r = 2 (А4 , А6).

Сумма допусков звеньев с регламентированными предельными отклонениями

 

Единицы допуска составляющих нерегламентированных звеньев:

 

Сумма единиц допуска составляющих нерегламентированных звеньев

 

Среднее число единиц допуска

 

Квалитет точности составляющих звеньев – IT5.

Допуски составляющих нерегламентированных звеньев:

 

 

Сумма допусков всех составляющих звеньев

 

Проверка условия равенства допусков:

 

 

Условие не выполняется.

Выбор увязочного звена.

Так как ТА∆>∑ТАi, то увязочным принимается нерегламентированное звено с наименьшим допуском – А3.

Допуск увязочного звена

 

Назначение предельных отклонений нерегламентированных звеньев:

 

Предельные отклонения увязочного звена:

 

 

Отсюда

 

 

Отсюда

 

Результаты сведём в таблицу 3.

 

Таблица 3 – Размеры звеньев размерной цепи

А1	А2	А3	А4	А5	А6

 

Проверка.

Координаты середины полей допусков составляющих звеньев:

 

 

 

 

 

 

Координата середины поля допуска замыкающего звена:

 

 

Предельные размеры составляющих звеньев:

 

 

 

 

 

 

Предельные размеры замыкающего звена:

 

 

 

 

 

Допуск замыкающего звена

 

Предельные отклонения замыкающего звена:

 

 

Задача решена верно.

 

6 Назначение  посадок

 

Соединение 1-2 крышкой подшипником с корпуса. Назначаем посадку с зазором H11/d11.

Соединение 2-12 корпуса с крышкой . Назначаем посадку с зазором H11/d11 .

Соединение 2-13 корпуса с наружным кольцом подшипника качения. Нагружение местное. Назначаем переходную посадку J7/l6.

Соединение 4-8 вала с крышкой подшипника качения. Назначаем комбинированную посадку с зазором J7/f9.

Соединение 4-11 вала с втулкой подшипника скольжения. Назначаем посадку с зазором H7/k6.

Соединение 4-13 вала с внутренним кольцом  подшипника качения. Нагружение циркуляционное. Назначаем переходную посадку L6/k6.

Соединение 4-10 вала с гайкой М20x1,5

тип длины свинчивания–S

класс точности резьбы–средний

Назначаем посадку 5H/5h6h

Соединение 5-7 гайки с диском М 56x1,5. Тип длины свинчивания – N. Класс точности резьбы–средний. Назначаем посадку 6H/6g.

 

 

7 Точность  зубчатого колеса

 

Исходные данные.

Размеры зубчатого колеса:

диаметр вершин зубьев dА = 180 мм;

ширина зубчатого венца b = 50 мм;

длина ступицы lС = 56 мм;

наружный диаметр ступицы dС =67мм;

диаметр отверстия под вал d0 = 45 мм;

скорость вращения n = 200 об/мин.

Параметры зубьев колеса:

модуль m = 3мм;

угол зацепления α = 20°;

нормальный исходный контур – ГОСТ 13755-81;

коэффициент смещения исходного контура x = 0.

Проведём расчёт зубчатого колеса

Число зубьев колеса

 

Принимаем z =58.

Делительный диаметр

 

Шаг зацепления

 

Окружная скорость

 

Степень точности зубчатого колеса – 8.

Вид сопряжения – В.

Допуск на радиальное биение зубчатого венца FR = 63 мкм.

Предельные отклонения средней длины общей нормали:

слагаемое 1

 

 

слагаемое 2

 

верхнее отклонение

 

допуск на среднюю длину общей нормали

 

нижнее отклонение

 

Длина общей нормали для m = 3

 

Длина общей нормали

 

а с учётом отклонений 

Допуск на направление зуба Fβ = 25 мкм = 0,025 мм.

Сведём полученные данные в таблицу 4.

 

Таблица 4 – Параметры зубчатого венца

Модуль	m	3
Число зубьев	z	58
Нормальный исходный контур	–	ГОСТ 13755-81
Коэффициент смещения	x	0
Степень точности по ГОСТ 1673-81	–	8-В
Длина общей нормали	W
Допуск на направление зуба	Fβ	0,025
Делительный диаметр	d	174
Шаг зацепления	Pα	8,856

 

Допуск радиального биения наружного диаметра зубчатого колеса относительно посадочного отверстия

 

Принимаем FDA = 25 мкм = 0,025 мм.

Отношение длины ступицы к диаметру отверстия под вал

 

Допуск торцового биения

 

Принимаем TСА = 25 мкм = 0,025 мм.

Шероховатость поверхностей зубьев Ra = 6,3 мкм.

 

Библиографический список

 

1. Палей, М.А. Допуски и посадки: справочник: в 2 ч. / М.А.Палей, А.Б.Романов, В.А. Брагинский. – 8-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2001. – Ч.1. – 576 с.
2. Палей, М.А. Допуски и посадки: справочник: в 2 ч. / М.А.Палей, А.Б.Романов, В.А. Брагинский. – 8-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2001. – Ч.2. – 608 с.
3. Анухин, В.И. Допуски и посадки: учебное пособие / В.И. Анухин. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Питер, 2008. – 207 с.