Нормирование точности геометрических параметров изделия «Шпиндельная группа специального станка»

 

Содержание курсовой работы

Введение. Цели и задачи 2

1. Исходные данные по курсовой  работе 3

1.1. Область применения изделия 3

1.2 Сборочный чертеж изделия. Описание  принципа его работы 3

2. Нормирование точности гладких  соединений 5

2.1 Соединение гладких валов и отверстий 5

2.2 Контроль размеров гладкими  калибрами 12

2.3. Допуски и посадки подшипников  качения на вал и корпус 16

2.4. Допуски размеров, входящих в  размерные цепи 22

3. Нормирование точности типовых  соединений сложного профиля 24

3.1 Нормирование точности метрической резьбы 24

3.2 Нормирование точности шпоночных  соединений 27

3.3 Нормирование точности шлицевых  соединений 29

3.4 Нормирование точности  цилиндрических зубчатых передач 33

4. Выбор универсальных средств  измерения 36

Заключение 39

Список использованной литературы 40

Введение. Цели и задачи.

Тема представленной курсовой работы: «Нормирование точности геометрических параметров изделия «Шпиндельная группа специального станка».

Актуальность темы.

Специальные станки в наше время нашли довольно широкое применение. Так, они окупаются только при массовом производстве для изготовления и обработки деталей одного наименования. Это говорит о том, что с увеличением числа стандартных и унифицированных изделий и деталей, растет спрос на специальные станки. Поэтому многие предприятия, занимающиеся массовым производством, имеют в своем станочном парке хотя бы один специальный станок.  Шпиндельная группа является важной частью станка, и поэтому обеспечение точности ее геометрических параметров является важной задачей. Поэтому обеспечение точности шпиндельной группы специального станка актуально для современного машиностроения и данной проблеме посвящена тема представленной курсовой работы.

Цель работы: назначить точность геометрических параметров шпиндельной группы специального станка в соответствии с государственными стандартами и тем самым обеспечить его нормальное функционирование на протяжении срока службы.

Достигнуть поставленной цели можно через решение следующих задач:

1. Назначение посадок на соединения гладких валов и отверстий.

2. Контролирование размеров гладкими калибрами

3. Назначение допусков и посадков подшипников качения на вал и корпус.

4. Назначение допусков размеров, входящих в размерные цепи.

5. Произвести нормирование точности метрической резьбы

6. Произвести нормирование точности шпоночных соединений.

7. Произвести нормирование точности шлицевых соединений.

8. Произвести нормирование точности циллиндрических зубчатых передач.

9. Выбрать универсальные средства  измерения

Объектом представленной работы является точность и взамозаменяемость изделий машиностроения, а предметом – шпиндельная группа специального станка. 

1. Исходные данные по курсовой работе
1. Область применения изделия:

Применение специализированных станков уменьшает долю занятости уникального оборудования.

В зависимости от типа деталей и условий производства, находят применение станки следующих видов:

а) станки специального назначения, способные заменить уникальное оборудование;

б) специальные станки накладного типа для обработки крупных деталей.

Специализированные станки используют для обработки деталей одного наименования, но разных размеров. Для специальных станков характерна быстрая переналадка сменных устройств и приспособлений; они применяются в серийном и крупносерийном производствах.

 

1.2. Сборочный чертеж изделия. Описание принципа его работы.

На рис.2.6 показана шпиндельная группа специального станка. Шпиндель  станка  5  установлен  на  основных  подшипниках  в  гильзе  12. Гайка  11  с  короткой  длиной  свинчивания  регулирует  зазор  в  подшипниках шпинделя. Особый механизм может перемещать гильзу 12 вместе со шпинделем вдоль оси. По  диаметру  D3  необходим  зазор,  предельные  значения  которого  предусмотрены заданием. Зубчатые колеса 2 и 8 должны быть хорошо сцентрированы на валах. На вал 13 по D2 установлено зубчатое колесо 2. Передача вращения обеспечивается призматическими шпонками. Зубчатое колесо 8 установлено на шлицевую втулку 9. Шлицевый хвостовик шпинделя 5 должен свободно перемещаться вдоль оси шлицевой втулки 9. Шлицы в отверстии втулки закаливаются. Зубчатая  передача  скоростная,  испытывает  значительные  нагрузки  и нагревается до +60 єС. Колёса выполняются из стали, а зубчатые венцы закаливаются  и  шлифуются.  Станина  станка  (корпус  1)  выполняется  из  чугуна  и нагревается не более  + 30 єС. Промежуточный корпус 4 подшипника 6 монтируется в гнездо корпуса 1 с точным  центрированием  по  диаметру  D1,  после  чего  окончательно  крепится болтами 7 с нормальной длиной свинчивания.Концы вала 13 опираются на шариковые подшипники 3 и 14. Подшипники имеют перегрузку до 150%, толчки и вибрации умеренные, режим работы нормальный. Между крышкой и подшипником 3 предусмотрен тепловой зазор, величина которого обеспечивается расчетом размерной цепи.

 

Перечислим звенья размерной цепи:

A1и A5  − высота буртиков крышек;

A2 и A4  − толщина прокладок;

A3 – корпусной размер;

A6 и A10 – ширина подшипников;

A7  − длина ступени вала;

A8  − ширина ступицы  зубчатого  колеса;

A9  − высота распорной втулки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Шпиндельная группа специального станка

 

Таблица 1

Числовые значения заданных параметров

№ варианта

Гладкие цилиндрические Соединения

Подшипники качения

Шпоночное соединение

D1

D2

D3

Smax

Smin

Отв ITD1 σтех

№ поз

Условное обозначе- ние

Радиальная нагрузка, кН

D

b

мм

мкм

мм

7

240

65

220

145

50

3.5

3

6-309

25

65

18

№ варианта

Шлицевое соединение

Резьбовое Соединение

Зубчатая передача

Z

d

D

№ поз.

Обозн. резьбы

d2 изм

DРп

Da/2пр

Da/2лев

№ поз.

А

M

Z

V, м/с

мм

Мм

Мкм

мин

Мм

7

10

72

78

7

M8

7.08

20

0

+10

8

225

3

75

15

№ варианта

Размерная цепь, размеры в мм

ADmax

ADmin

A1=A5

A2=A4

A3

A6=A10

A7

A8

A9

7

3.2

0.8

7

1.5

270

25-0.12

125

72

12

2. Нормирование точности гладких соединений.

2.1 Соединение гладких валов и отверстий

Подбор посадки методом подобия

 

Таблица 1.1

Карта исходных данных по D2

Наименования исходных данных	Значения исходных данных
Номинальный размер соединения и его значение	D2=65мм
Название деталей, входящих в соединение	Вал 13, зубчатое колесо 2
Требования, предъявляемые к работе соединения(из описания к рисунку)	На вал 13 по D2 установлено зубчатое колесо

 

Выбрать систему посадки

В соединение входит  вал 13 и зубчатое колесо 2. Так как внутренние поверхности более сложны в обработке, то выбираем систему отверстия CH.

 

Определить тип посадки

Переходные посадки обеспечивают точное центрирование, поэтому принимаем переходную напряженную посадку – H/k.

Методом подобия подбираем вид сопряжения, назначаем предпочтительную посадку H7/k6. В соединениях по переходной посадке H7/k6, вероятность получения зазоров и натягов одинакова. При L≤3d зазоры не ощущаются. Она применяется для установки зубчатых колес на валах редукторов, в станках других машинах, передача крутящего момента обеспечивается шпонкой.

 

Определение предельных отклонений сопрягаемых деталей

Для отверстия: D2=65H7; TD=0.03мм; EI=0; ES=0.03 мм.

D2=65H7(+0.03)

Для вала: d2=65k6; Td=0.019мм; ei=0.002мм; es=0.021мм

d2=

Назначена посадка

 

Определение предельных размеров отверстий и валов

Предельные размеры отверстия: =D+ES=65+0.03=65.03мм

=D+EI=65+0=65мм

= +TD/2=65.015мм

Предельные размеры вала: =d+es=65+0.021=65.021мм

=d+ei=65+0.002=65.002мм

= +Td/2=65.0095мм

 

Выполнение расчета характеристик посадки

Определение величины зазоров (натягов).

Максимальный зазор: Smax=Dmax-dmin=65.03-65.002=0.028 мм.

Максимальный натяг: Nmax=dmax-Dmin=65.021-65=0.021 мм.

Средневероятный зазор:  Sm=Dm-dm=65.015-65.0095=0.0055 мм.

Рассчитываем допуск посадки:  TSN=Smax+Nmax=0.028+0.021=0.049 мм.

 

Построим схему расположения полей допусков

Рис 1.2 Схема расположения полей допусков вала и отверстия посадки по D2

 

Назначаем шероховатость и допуск формы поверхностей

Значение шероховатости поверхностей сопрягаемых деталей определяем методом подобия. Для соответствующих квалитетов при нормальном уровне относительной геометрической точности (А) [1, табл.2.3 и табл.2.4]:

- для отверстия 7-го квалитета Æ65мм: Ra=1, 6 мкм.

- для вала 6-го квалитета Æ65 мм: Ra=0, 4 мкм.

Допуск формы поверхности – цилиндричности (круглости и допуск профиля продольного сечения) назначаем по  [1, табл.2.3];[1, табл.2.9]:

- для отверстия Æ65Н7 рекомендуется   6- я степень, при относительной геометрической точности А допуск формы имеет значение:Тф = 10  мкм;

- для вала Æ65k6 требуется   5- я степень, при относительной геометрической точности А- Тф =  6 мкм

Рис. 1.3. Эскизы: а-вала 13; б-зубчатого колеса 2

 

Таблица 1.2

Назначение посадки расчетным методом

Наименования исходных данных	Значения исходных данных
Номинальный размер соединения и его значение	D3=220мм
Название деталей, входящих в соединение	Корпус 1, гильза 12
Заданные характеристики для расченого метода назначения посадок, мкм: Smax(Nmax)	Smax=145 Smin=50

Выбираем систему посадки

 

В соединение входят корпус 1 и гильза 12, так как внутренние поверхности более сложные в обработке и измерении, выбираем систему отверстия СН.

 

Рассчитываем относительную точность посадки и определяем квалитет

 

Рассчитаем допуск посадки: TS=Smax - Smin=145-50=95 мкм.

По номинальному размеру 220 находим единицу допуска

i=2.9 мкм

Средняя точность по числу единиц допуска посадки:as=TS/i=95/2.9=33.

Исходя из того, что as= aD+ ad, принимаем  aD=ad=13, что соответствует 7-му квалитету для обеих деталей.

 

Определить предельные отклонения сопрягаемых деталей

 

Принята система отверстия, следовательно, отверстие - 220H7(+0.046)

Верхнее отклонение по модулю для вала равно минимальному зазору

|es| Smin, что соответствует основному отклонению –f.

|es|=-50, следовательно, вал имеет поле допуска - 220f7.

Нижнее отклонение вала определим по формуле:

ei=(|es|+T7)=-(0.046+0.029)=-0.075мм.

 

Посадка будет в следующем виде   220

 

Расчет характеристик посадки

 

Предельные размеры отверстия:  

 

Dmax= D+ ES= 220+0,029 =220.029 мм

Dmin = D+ EI= 220+0 =220мм

Dm= Dmin+ TD/2=220+0.03/2=220.015 мм

Предельныеразмерывала:

dmax= d+es= 220+(-0.046)  = 219.954мм

dmin = d+ei= 220+(- 0.075)  = 219.925мм

dm= dmin+ Td/2 = 219.925+0.029/2 = 219.9395мм

 

Максимальныйзазор: Smax= Dmax- dmin= 220.029 –219.925 = 0.104мм

 

Минимальный зазор: Smin= Dmin - dmax= 220-219.954= 0.046 мм

 

Средневероятный зазор:

Sm=(Smax+Smin)/2=0.075мм

Рассчитаем допуск посадки:

TS=Smax+Smin = 0.104-0.046 = 0,058.

Проверка правильности расчета посадки производится путем сравнения табличных(стандартных) значений предельных зазоров с заданными:

=104 Smax=110 =46 Smin=45

Условия правильности расчета выполнены.

Схема расположения полей допусков посадки по диаметру D3 представлена на рисунке 3.4.

Рис. 1.4. Схема расположения полей допусков вала и отверстия посадки по диаметру D3

 

Назначаем шероховатости и допуски формы поверхностей

 

Технические требования на рабочие чертежи деталей определим расчетнымметодом для нормального уровня относительной геометрической точности (А).

Коэффициенты соотношения допусков размеров к допускам шероховатости и

формы поверхностей принимаем значения [1, табл.2.11]: Kr= 0,05;Kф = 0,3 .

Для отверстия и вала допуск размера TD =Td = 29 мкм

Ra= KrTd=0,05×29 = 1,45 мкм, принимаем для отверстия и вала:1,6 мкм

по [1, табл. 2.2].

Расчет допуска формы (допуска цилиндричности):

Tф= Кф× Тd= 0,3×29 = 8.7 , округляем до Tф= 8 мкм [1, табл.2.9].

Рис.1.5. Эскизы а)гильзы 12; б) корпуса 1.

 

Подбор посадки методом подобия

Таблица 1.3

Карта исходных данных по D1

Наименования исходных данных	Значения исходных данных
Номинальный размер соединения и его значение	D1=240мм
Название деталей, входящих в соединение	Корпус 1, промежуточный корпус 4
Требования, предъявляемые к работе соединения(из описания к рисунку)	Промежуточный корпус 4 подшипника 6 монтируется в гнездо корпуса 1 с точным  центрированием  по  диаметру  D1ц

 

Выберем систему посадки

 

В соединение входит  корпус 1 и промежуточный корпус 4. Так как внутренние поверхности более сложны в обработке, то выбираем систему отверстия CH.

 

Определяем тип посадки

Посадки с зазором используются в неподвижных соединениях при невысокой точности центрирования поэтому выбираем скользящую посадку – H/h.

Методом подобия подбираем вид сопряжения, назначаем предпочтительную посадку H7/h6. Наименьший зазор равен нулю, наибольший – сумме допусков вала и отверстия. При L≤3d зазоры не ощущаются. Широко используемая посадка: сменные шестерни на валах металлообрабатывающих станков, фрезы на оправках, центрирующие корпуса (стаканы) под подшипники качения, поршни в цилиндрах пневматических сверлильных машин. Применяются в посадках с 4-го по 12-й квалитет.

 

Определение предельных отклонений сопрягаемых деталей

Для отверстия: D1=240H7; TD=0.046мм; EI=0; ES=0.046 мм.

D1=240H7(+0.046)

Для вала: d1=240h6; Td=0.029 мм; ei=0.029мм; es=0 мм

d2=240h6(

Назначена посадка

 

Определение предельных размеров сопрягаемых деталей

Предельные размеры отверстия: =D+ES=240+0.046=240.046мм

=D+EI=240+0=240мм

= +TD/2=240.023 мм

Предельные размеры вала: =d+es=240+0=240мм

=d+ei=240+(-0.029)=239.971мм

= +Td/2=239.971+0.0145=239.9855мм

 

Выполнение расчета характеристик посадки

Определение величины зазоров (натягов).

Максимальный зазор: Smax=Dmax-dmin=240.046-239.971=0.075 мм.

Максимальный натяг: Nmax=dmax-Dmin=240-240= 0 мм.

Средневероятный зазор:  Sm=(Smax-Nmax)/2=0.0375мм.

Рассчитываем допуск посадки:  TSN=Smax+Nmax=0.075+0=0.075мм.

 

Построим схему расположения полей допусков

Рис 1.6. Схема расположения полей допусков вала и отверстия посадки по D1

 

Назначаем шероховатость и допуски формы поверхностей

Технические требования на рабочие чертежи деталей определяем расчетным методом для нормального уровня относительной геометрической точности (А).

Коэффициенты соотношения допусков размеров к допускам шероховатости и формы поверхностей принимаем значения[1,табл.2.11]:Kr=0.05; Kф=0.3

Для отверстия и вала допуск размера TD=46;Td=29 мкм.

Ra=KrTd=0.05*29=1.45мкм, принимаем для  вала: 1.6 мкм по[1, табл 2.2]Ra=KrTD=0.05*46=2.3 мкм, принимаем для отверстия: 1.6 мкм.

Тф= Кф*Тd=0.3*29=8.7, округляем до Тф=8 мкм(вал) [1, табл. 2.9].

Тф= Кф*ТD=0.3*46=13.8, округляем до Тф=12 мкм(отверстие)

Рис. 1.7. Эскизы: а –промежуточного корпуса 4;б –корпуса 1

2. Контроль размеров гладкими калибрами

Таблица 1.4

Карта исходных данных для проектирования калибров

Контролируемая поверхность	Контролируемый размер	Калибр
Отверстие	220H7 .	Пробка
Вал	220 .	Скоба

 

Определить допуски и отклонения гладких калибров

По номинальному размеру вала (отверстия) и по квалитету точности выбранной посадки найти отклонения и допуски для калибра – скобы (пробки), а также на контркалибры К-И, К-ПР, К-НЕ. Допуски и отклонения гладких калибров определены по ГОСТ 24853-81.

Найденные значения указаны в таблице 1.5

 

Таблица 1.5

Допуски и отклонения гладких калибров, мкм

Наименование параметров	Пробка		Скоба
	Обозначение	Величина	Обозначение	Величина
Размер сдвига поля допуска проходных калибров внутрь поля допуска детали	Z	7	Z1	7
Размер выхода допуска на износ за границу поля допуска детали	Y	6	Y1	6
Допуск на изготовление детали	H	10	H1	10
Допуск на изготовление контркалибра	Hp	-	Hp	4.5

 

Проектирование калибра-пробки

Для калибра-пробки выбираем схему расположения полей допусков для размеров до 220 мм, квалитетов с 6-го по 8-й.

Схема представлена на рис. 1.8.

 

Расчет исполнительных размеров калибра-пробки:

Исполнительные и предельные размеры пробки, согласно схеме расположения полей допусков (рис. 1.8), подсчитываются по формулам.

ПРmax = Dmin+Z+H/2=220+0.007+0.01/2=220.012 мм

ПРmin = Dmin+Z-H/2=220+0.007-0.01/2=220.002 мм

ПРисп=(ПРmax)-H=220.012-0.01 мм

НЕmax=Dmax+H/2=220.029+0.01/2=220.034 мм

НЕmin=Dmax-H/2=220.029-0.01/2=220.024 мм

НЕисп=(НЕmax)-H=220.034-0.01 мм

Размер предельного износа пробки определяется по следующей формуле:

ПРизн=Dmin-Y=220-0.006==219.994 мм

Рис. 1.8. Схема расположения полей допусков отверстия и калибра-пробки

 

Технические требования к калибрам.

Допуск цилиндричности (для круглых пробок):

То=1/3 Н=10/3=3.3 мкм. Округляем до ближайшего числа из ряда чисел:3

Шероховатость рабочих поверхностей Ra по ГОСТ 2015-84:

Пробки и скобы – Ra=0.01 мкм, контркалибров -  Ra=0.05мкм.

Шероховатость торцов – Ra=1.6мкм, фасок–Ra=0.8 мкм.

Размер контролируемого отверстия свыше 50 , поэтому выбираем калибры-пробки:

проходную по ГОСТ 14822-69,

непроходную – ГОСТ 14823-69.

Таблица 1.6

Конструктивные размеры калибра-пробки.

 

Пробка проходная по ГОСТ 14822-69					Пробка непроходная по ГОСТ 14823-69
Обозначение пробки	Dномотв	L	l	Масса, кг	Обозначение пробки	Dномотв	L1	l1	Масса, кг
8140-0127	220	143	52	1.41	8140-0188	220	138	42	1.32

 

Рис 1.9. Эскизы пробок:

а − пробка проходная - 8140-0127 Н7, ГОСТ 14822-69;

б − пробка непроходная - 8140-0188 Н7, ГОСТ 14823-69

 

Проектирование калибра – скобы

Для калибра – скобы выбираем схему расположения полей допусков для размеров до 180 мм, квалитетов с 6-го по 8-й.

Схема представлена на рис 1.10

 

Расчет исполнительных размеров калибра – скобы

Исполнительные и действительные размеры скобы, согласно схеме расположения полей допусков (рис.3.10), подсчитываются по формулам.

ПРmax=dmax-Z1+H1/2=219.954-0.007+0.01/2=219.952 мм

ПРmin=dmax-Z1-H1/2=219.954-0.007-0.01/2=219.942 мм

ПРисп=(ПРmin)+H1=219.945+0.01 мм

НЕmax=dmin+H1/2=219.925+0.01/2=219.930 мм

НЕmin=dmin-H1/2=219.925-0.01/2=219.920 мм

НЕисп=(НЕmin)+H1=219.920+0.01 мм

Размер предельного износа скобы определяется по следующей формуле. [1, табл. 8.2; 4, с. 8]:

ПРизн=dmax+Y1=219.954+0.004=219.961мм

Рис.1.10. Схема расположения полей допусков вала, калибра-скобы и контркалибров

 

Размер контролируемого вала до 260 мм, поэтому выбираем калибр-скобу одностороннюю, двухпредельную по ГОСТ 18360-93, которая компактна, удобна в обращении. Конструктивные размеры калибра-скобы определяем по пособиюи приведены в табл. 1.7. Эскиз калибра – скобы дан на рис. 1.11.

 

Таблица 1.7

Конструктивные размеры скобы

 

Обозначение скобы	dном вала	D1 мм	H мм	h мм	B мм	S мм	l мм	l1 мм	l2 мм	r мм	r1 мм	Масса, кг
8113-0308	220	350	265	90	18	8	50	27	10	130	8	2.36

 

На каждом калибре должна быть маркировка, включающая следующие требования:

• номинальный размер контролируемого отверстия (вала);
• условное обозначение поля допуска заданного размера;
• числовые величины предельных отклонений контролируемого отверстия (вала) в мм;
• обозначение типа калибра ПР или НЕ ;
• товарный знак предприятия – изготовителя (на калибрах для собственных нужд не указывается).

Маркировка производится на лыске ручки пробки или на переднем торце вставки, а скобы – на лицевой стороне.

Рис. 1.11. Эскиз скобы 8113-0308 f7, ГОСТ 18360-93

 

Расчет контркалибров для контроля скобы

 

Для контроля размеров калибров – скоб используют контркалибры. Исполнительные  размеры контркалибров, согласно схеме расположения полей допусков, подсчитываются по формулам:

К-И=(dmax+Y1+Hp/2)-Hp=(219.954+0.006+0.0045/2)-0.0045=219.962-0.0045

К-ПР=(dmax-Z1+Hp/2)-Hp=(219.954-0.006+0.0045/2)-0.0045=219.950-0.0045