Нормирование точности геометрических параметров, определяющих показатели качества машин

Введение.

       Целью курсового проектирования является ознакомление с нормированием точности геометрических параметров, определяющих показатели качества машин.

       При этом основными задачами будет:

-приобретение  навыков расчетов и выбор допусков  и посадок типовых соединений деталей машин;

-определение  точности геометрических параметров  изделий, их взаимного расположения  и шероховатости поверхности  деталей;

-приобретение  навыков оценки влияния точности  на эксплуатационное качество  изделия;

-приобретение  навыков использования стандартов ЕСКД; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выбор посадок типовых  соединений сборочной  единицы.

       1. Метод прецедентов, или аналогов. Посадка выбирается по аналогии  с посадкой в надежно работающем  узле. Сложность метода заключается  в оценке и сопоставлении условий работы посадки в проектируемом узле и аналоге.

       2. Метод подобия - развитие метода  прецедентов. Посадки выбираются  на основании рекомендаций отраслевых  технических документов и литературных  источников.

       Недостатком метода является, как правило, отсутствие точных количественных оценок условий работы сопряжений.

       3. Расчетный метод - является наиболее  обоснованным методом выбора  посадок. Посадки рассчитываются  на основании полуэмпирических  зависимостей. Однако формулы не  всегда учитывают сложный характер физических явлений, происходящих в сопряжении.

       В любом случае новые опытные образцы  изделий перед запуском в серийное производство проходят целый ряд  испытаний, по результатам которых  отдельные посадки могут быть подкорректированы. Квалификация конструктора, в частности, определяется и тем, потребовалась ли корректировка посадок в разработанном им узле.

Виды  посадок.

      Типовыми  посадками с зазором являются гидродинамические подшипники скольжения. Нормальные условия работы таких соединений создаются при обязательном наличии слоя смазки между сопрягаемыми поверхностями, гарантирующими жидкостное трение. При жидкостном трении происходит замена трения между металлическими поверхностями сопряженных деталей на внутреннее трение в смазочной жидкости. Жидкостное трение достигается за счет гидравлического давления, создаваемого смазочной жидкостью при вращении вала в подшипниковой втулке.

      При повороте вала в подшипнике смазочная  жидкость, находящаяся в зазоре между  валом и втулкой, увлекается валом  в сужающуюся клиновую зону и создает гидравлическое давление жидкости на вал. Когда созданное таким образом гидравлическое давление превысит нагрузку на опору, происходит подъем и смещение вала относительно втулки, которые в последующем стабилизируются, образуя гарантированный зазор - смазочный слой h min.

      Для образования гарантированного зазора A min несущая способность неразрывного смазочного слоя в подшипнике должна превышать нагрузку на опору.

      Посадки с натягом в основном применяют для неподвижных неразборных в процессе эксплуатации сопряженных деталей без дополнительных крепежных средств.

      Прочность соединения в таких неподвижных  посадках достигается за счет упругой  деформации сопряженных деталей, возникающей при технологических процессах сборки. Наиболее распространены при этом процессы запрессовки одной детали в другую под усилием пресса или предварительного нагрева детали с охватывающей поверхностью и ее охлаждения после сборки до нормальной температуры. Соответственно таким технологическим процессам в старых стандартах посадки называли "прессовая" и "горячая".

      Примерами применения посадок с натягом  являются соединение осей и бандажей со ступицами колес железнодорожного транспорта, венцов со ступицами червячных  колес, вкладышей подшипников с  корпусными деталями.

      Основные задачи расчета посадок с натягом сводятся к определению:

      — расчетного натяга и соответственно стандартной посадки конкретного  соединения;

      — величины усилия запрессовки или температуры нагрева детали с охватывающей сопрягаемой поверхностью для выбора пресса и нагревательного оборудования;

      — расчетной прочности сопряжения из условия обеспечения неподвижности  в процессе эксплуатации;

      — напряжений, возникающих после сборки в материалах сопрягаемых деталей.

      Весьма  ответственным при расчете посадок  с натягом являете обеспечение прочности сопрягаемых деталей, напряжение в материалах деталей, появляющееся в результат запрессовки, не должно превышать допускаемых напряжений, касается максимальных напряжений, действующих на внутренне поверхности втулки и внутренней поверхности (в центре).

      Расчет  переходных посадок выполняют реже, по сравнению с расчетом посадок с зазорами и натягами, и в основном как поверочный. Такие расчеты состоят из расчета вероятности зазоров и натягов в сопряжении, расчета наибольшего зазора по предельно допустимому эксцентриситету, расчета прочности только для тонкостенных деталей, а также усилия сборки при наибольшем натяге посадки. Основными расчетами в переходных посадках являются расчеты вероятности получения натягов и зазоров. В таких расчетах исходят из нормального закона распределения размеров деталей, а вероятности получения натягов и зазоров определяют с помощью нормированной функции Лапласа.

      Выбор системы посадок.

      1.В первую очередь следует выбирать посадки для наиболее ответственных и точных сопряжений, определяющих качество работы узла.

      2. При назначении посадок необходимо  применять соответствующие стандарты  и нормативно-технические документы, устанавливающие виды посадок, предельные отклонения и порядок их выбора.

      Например, выбор посадок подшипников качения, посадок типовых соединений (шпоночных, шлицевых, резьбовых и т.д.), назначение предельных отклонений для деталей уплотнительных элементов, сопрягаемых со стандартной манжетой и т.п.

      3. Перед выбором посадки необходимо  определить:

      - характер сопряжения (подвижное или неподвижное);

      - основные конструктивные требования, предъявляемые к сопряжению

      (скорость  относительного перемещения деталей,  компенсация погрешностей монтажа, необходимость центрирования сопрягаемых деталей или величина и характер нагрузок, передаваемых сопряжением).

      4. После выбора вида посадки  необходимо решить вопрос о  точности выполнения сопряжения. При этом не следует забывать, что излишне высокая точность выполнения деталей ведет к значительным и неоправданным затратам при их изготовлении.

      Выбор квалитета зависит:

      - от точностных требований непосредственно к сопряжению;

      - от типа выбранной посадки, например, при применении переходных посадок изменение квалитета незначительно;

      - от точности, обусловленной эксплуатационным назначением механизма или машины в целом, особенно это относится к ответственным сопряжениям, например, точность сопряжения деталей в коробке скоростей прецизионного станка может значительно отличаться от точности посадок аналогичных деталей в коробке скоростей трактора.

      В общих чертах можно указать на следующее применение квалитетов.

      Квалитеты 4-й и 5-й применяются сравнительно редко, в особо точных соединениях, требующих высокой однородности зазора или натяга (приборные подшипники в корпусах и на валах, высокоточные зубчатые колеса на валах и оправках в измерительных приборах).

      Квалитеты 6-й и 7-й применяются для ответственных соединений в механизмах, где к посадкам предъявляются высокие требования в отношении определенности зазоров и натягов для обеспечения точности перемещений, плавного хода, герметичности соединения, механической прочности сопрягаемых деталей, а также для обеспечения точной сборки деталей (подшипники качения нормальной точности в корпусах и на валах, зубчатые колеса высокой и средней точности на валах, подшипники скольжения и т.п.).

      Квалитеты 8-й и 9-й применяются для посадок при относительно меньших требованиях к однородности зазоров или натягов и для посадок, обеспечивающих среднюю точность сборки (посадки с зазором для компенсации погрешностей формы и расположения сопрягаемых поверхностей, опоры скольжения средней точности, посадки с большими натягами).

      Квалитет 10-й применяется в посадках с зазором и в тех же случаях, что и 9-й, если условия эксплуатации допускают некоторое увеличение колебания зазоров в соединениях.

      Квалитеты 11-й и 12-й применяются в соединениях, где необходимы большие зазоры и допустимы их значительные колебания (грубая сборка). Эти квалитеты распространены в неответственных соединениях машин (крышки, фланцы, дистанционные кольца и т.п.).

      Посадка в системе вал.

      Посадка в системе отверстие.

      Система отверстия — это совокупность посадок, в которых при одном классе точности и одном номинальном размере предельные размеры отверстия остаются постоянными, а различные посадки достигаются путем изменения предельных отклонений валов. Во всех стандартных посадках системы отверстия нижнее отклонение отверстия равно нулю. Такое отверстие называется основным.

      Система вала — это совокупность посадок, в которых предельные отклонения вала одинаковы (при одном номинальном размере и одном классе точности), а различные посадки достигаются путем изменения предельных отношений отверстия. Во всех стандартных посадках системы вала верхнее отклонение вала равно нулю. Такой вал называется основным.

      В машиностроении применяется в основном система отверстия, так как при  этом необходимо меньше режущих инструментов с различными размерами, например, для  всех посадок одного и того же класса точности при определенном номинальном размере потребуются развертки одного диаметра. При системе вала для обработки различных отверстий требуются развертки или протяжки разных диаметров в соответствии с разными размерами отверстий для различных посадок. Обработка валов обычно производится инструментами (резцами, шлифовальными кругами и т. д.), размеры которых не связаны с характером посадок.

      Развертки, протяжки и другие калибрующие инструменты (размеры которых по диаметру определяют размеры обработанных ими поверхностей) относительно дороги. Таким образом, предпочитают систему отверстия из экономических соображений.

      Однако  в некоторых случаях оказывается  более целесообразным применять  систему вала. Это главным образом  относится к тем случаям, когда  на одном валу должно быть помещено несколько деталей с разными посадками. В этом случае при системе отверстия вал нужно было бы делать ступенчатым, а это не всегда позволит осуществить сборку.

      Расчет  и выбор посадки  с натягом.

Исходные  данные:

Номинальный диаметр-d_n=35мм

Диаметр внутренний-d₁=35мм

Диаметр наружный-d₂=72мм

Длина соединения-l=60мм

Крутящий  момент-M_кр=80Нм

Осевая  сила-F_ос=110Н

Материал  вала- бронза, материал корпуса Ст45(сталь).

      Посадка подшипников качения на вал производится с натягом, так как только в  этом случае гарантированно неподвижное соединение, а следовательно возможность работы узла при эксплуатации. При запрессовке деталей происходит упругая деформация корпуса и вала. Возникает напряжение в местах сопряжения. Поэтому вероятность получения натяга является основным критерием выбора посадки в данном случае. 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Вероятность получения зазора или натяга зависит  от вероятностной (случайной) характеристики. Для того что бы не произошло смещения деталей в соединении необходимо выполнить условие: 
 

      где R_э- эксплуатационная нагрузка

      Формулу можно упростить: 
 

      Гладкое цилиндрическое соединение определяется крутящим моментом и осевой силой. Следовательно, что                              при выборе подшипника качения назначается, предварительно 7 квалитет и выбирают параметры шероховатости по уровню точности для вала                                 

или для  втулки                                        тогда   

      Рассчитаем  величину поправки на снятие неровностей  контактных поверхностей: 

      Принимаем натяг                  отсюда фактический натяг будет ровняться 

      Вычислим  запас прочности- разницу между  расчетным и фактическим натягом.                            При этом запас неподвижности будет

      Построим  схему используя результаты расчета: 
 
 
 
 
 
 
 

      Схемы посадок цилиндрических соединений:

      Схема А: 
 
 

      Схема B: наружный обод подшипника 
 
 
 

      Схема C: корпус или посадочное место подшипника 
 
 

      Расчет  и выбор посадок  подшипников качения  на вал и в корпус.

      Исходные  данные:

      -номер  подшипника-207

      -радиальная  нагрузка-F=1500Н

      Особенности конструкции вала или корпуса:

      -вал  - сплошной

      -корпус - неразъёмный

      1. определим основные размеры подшипника  по ГОСТу:

      -диаметр  внутреннего кольца =12 мм

      -диаметр  наружного кольца = 37 мм

      -ширина  колец=12 мм

      -радиус  фаски =1,5 мм

      -класс  точности подшипника-5

      2. выбираем посадку наружного кольца по условиям интенсивности радиальной нагрузки по формуле: 

      где P_f-интенсивность радиальной нагрузки, измеряется в Н/мм

      К₁-динамический коэффициент

      К₂-посадочный коэффициент

      К₃- коэффициент неравномерности

      По  условиям нашего задания К₁=1, так как перегрузка составляет 150%; К₂=1, так как вал сплошной, неразъемный; К₃=1, это определяется тем, что мы используем шариковый однородный подшипник. Подставив данные в формулу, получаем 160 Н/мм. 
 
 

      Построение  схемы расположения полей допусков посадки внутреннего кольца вала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Вычисление  предельных размеров. 
 
 
 

      Определим наибольший, наименьший и средний натяги. 
 
 
 
 

      Так как N_max>N_min посадка в натяг подшипника качения и вала обеспеченна.

Назначение  точности размеров

       Сопряженные и цепные размеры берут из сборочного чертежа и проставляют их на рабочих чертежах деталей; свободные размеры проставляют с учетом последовательности их получения при формообразовании деталей и удобства контроля.

       Каждый  размер следует приводить на чертеже один раз. Цепь размеров на чертеже детали не должна быть замкнута: замыкающий размер при формообразовании получается автоматически, в нем накапливаются погрешности изготовления детали по составляющим размерам. Проставлять размеры надо так, чтобы наиболее точный размер имел наименьшую накопленную ошибку при изготовлении детали, а в качестве замыкающего выбирался наименее ответственный размер детали.

       Для всех размеров, указанных на чертежах, указываются предельные отклонения. Предельные отклонения сопряженных размеров должны соответствовать посадкам, указанным на сборочных чертежах. Их наносят на чертежи условными обозначениями полей допусков с указаниями в скобках числовых значений предельных отклонений [9]: Æ40К7 – один из трех способов, установленных ГОСТ 25346-82.

       Предельные  отклонения размеров, входящих в размерные  цепи, указываются в соответствии с результатами расчета размерных цепей.

       Предельные  отклонения свободных размеров назначают, как правило, по квалитетам от 12-го и  грубее и ограничивают общей записью в технических требованиях, например: H14; h14; .

       Отклонения  свободных размеров, получаемых обработкой резанием, предпочтительно назначить по 14-му квалитету.

       Предельные  отклонения размеров различных элементов, оговариваемые в общей записи, должны быть одной точности по ГОСТ 25670-83. Предельные отклонения радиусов закругления, фасок и углов не оговариваются отдельно, при необходимости их числовые значения определяются по таблицам ГОСТ 25670-83 в зависимости от квалитета или класса, указанного в общей записи.

  Назначение допусков  формы и расположения.

     Выбор допусков зависит от конструктивных и технологических требований к элементам деталей.

     На  чертежах деталей должны указываться  лишь те допуски формы и расположения, которые по конструктивным причинам должны быть меньше, чем неуказанные.

     Допуски формы и расположения поверхностей указываются на чертежах в соответствии с ГОСТ 2.308-79 условными обозначениями или в технических требованиях текстом.

     Применение условного обозначения предпочтительнее. При условном обозначении предельные отклонения формы и расположения поверхностей указывают в прямоугольной рамке.

Шероховатость поверхности

      В процессе формообразования деталей  на их поверхности появляется шероховатость – ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров. Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может возникать в следствие вибраций, возникающих при резании, а также в результате действия других факторов. Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:

-шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей за счет смятия или интенсивного износа выступов профиля;

-в стыковых соединениях из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;

- шероховатость поверхности валов разрушает контактирующие с ними различного рода уплотнения;

-неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;

-шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;

- шероховатость влияет на точность измерения деталей;

-коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях и т.п.

  Технические требования на чертежах деталей машин

     Текстовую часть технических требований располагают  на поле чертежа над основной надписью в следующем порядке:

1. Требования к материалу, заготовке, термической обработке.
2. Размеры (формовочные и штамповочные радиусы, уклоны и пр.).
3. Предельные отклонения размеров, формы и расположения поверхностей.
4. Требования к качеству поверхностей (шероховатость, отделка, покрытия).

Заключение.

       По  завершению курсового проекта, мы приобрели  навыки расчетов и выбора допусков и посадок типовых соединений деталей машин. Научились определять точность геометрических параметров изделий  и шероховатость поверхностей.

Так же научились использовать в работе стандарты ЕСКД. 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников:

1. ГОСТ 2789-73
2. ГОСТ 4.479-87
3. ГОСТ 25346-82
4. ГОСТ 2.308-79
5. Анухин В.И. Допуски и посадки. Выбор и расчет, указание на чертежах: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2007. — 219с.
6. Марков н.н., Осипов В.В., Сабалина М.Б. Нормирование точности в машиностроении. М. Высшая школа, 2001, 335 с
7. Романов А.Б., Федоров В.Н., Кузнецов А.И. Таблицы и альбом по допускам и посадкам/Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения (ВСТИ) СПб.: Политехника, 2005. — 88 с.
8. В.И.Колчков. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник. –М.: Владос, 2008. -400с.

9.Нормирование точности геометрических параметров машин. Метод. указ. к курс. проекту для студ. всех форм обучения фак-та экономики и управления в машиностроении спец. 340100 / Сост. Г.Н. Зайцев, Т.А. Макарова; СПбГИЭУ. – СПб., 2002. – 56с.

10. www.standartizac.ru

11. www.kataltim.ru

12. www.bergab.ru