Основы метрологического обеспечения изготовления детали типа «Колесо спироидное»

Министерство  образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический  университет

им. М. Т. Калашникова»

Кафедра «Технология  роботизированного производства»

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по курсу МСИС на тему:

Основы метрологического обеспечения изготовления

детали типа «Колесо спироидное»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                     

студент гр. 8-72-1                                                                      Казакова М.А.

     

Проверил:                                                                                 Береснева А.В.       

     

 

 

 

 

 

 

 

    

 

Ижевск 2013

Содержание

1. Цель работы…………………………………………………………………….3

2. Метрологическая экспертиза чертежа  детали…………………………..……4

   2.1. Анализ служебного назначения узла и детали………………………..….4

   2.2. Анализ основных и вспомогательных конструкторских баз……………5

   2.3. Анализ точностных требований к поверхностям детали………………..6

3. Выбор универсальных средств  измерения……………………………………7

4. Размерный анализ детали «Корпус»…………………………………………..8

5. Расчет калибра для контроля расположения отверстий……………………12

6. Схемы контроля отклонений расположения и формы……………………..14

7. Выводы по работе……………………………………………………………..20

 Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цель работы

Цель работы – применить знания, полученные в ходе изучения курсов «Метрология, стандартизация и сертификация» и «Основы технологии машиностроения», в области теории базирования, применения методов и выбора средств измерения, а также контроля размеров и отклонений.

 

Задачи, которые должны быть выполнены в ходе работы:

- провести метрологическую  экспертизу рабочего чертежа  двух деталей;

- подобрать универсальные  средства измерения для контроля всех линейных размеров детали (стакан);

- разработать специальное  средство контроля одного из  размеров или отклонения расположения;

- привести схемы контроля  всех отклонений расположения, указанных  на чертеже.

 

 

2. Метрологическая экспертиза чертежа детали

2.1. Анализ служебного назначения узла и детали

Спироидная передача является одной  из прогрессивных разновидностей передач  с перекрещивающимися осями. Благодаря  ряду достоинств геометрии и кинематики зацепления – повышенный коэффициент перекрытия, благоприятные условия контакта – спироидные передачи отличаются высокой нагрузочной и, в особенности, перегрузочной способностью, повышенной плавностью хода и меньшей чувствительностью к погрешностям изготовления и монтажа, высокими надежностью и долговечностью.

Одним из весьма перспективных применений спироидных передач являются приводы  трубопроводной арматуры различного назначения, особенностями работы которых являются: высокие нагрузочные и перегрузочные  моменты, действующие при открытии и закрытии арматуры; низкие скорости вращения; необходимость сохранения гарантированной работоспособности в течение длительного промежутка времени; широкий диапазон рабочих температур.

Редуктор представляет собой одну спироидную передачу. Вал червячный 4 передает вращение зубчатому колесу 22. С зубчатого колеса 22 вращение передается переходнику 23. Переходник передает вращение дальнейшей конструкции узла. Опорами вала червячного 4 служат игольчатые подшипники 43 и 44.

Техническая характеристика редуктора:

1.Вращающий  момент на выходном валу, Нм:  

• максимальный       20000;
• допустимый по пределу текучести (расч.)   30000.

2.Передаточное отношение редуктора   46.

3.КПД        0,37.

4.Допустимая частота  вращения

• входного вала, об/мин     20.

5.Тип присоединения вала и фланца:  

• входных      см.таблицу
• выходных      специальный.

6.Режим работы

• реверсивный;
•  повторно-кратковременный;

7.Ресурс, циклов (1 цикл = 0,5 об. вых. вала = "ОТКР"+"ЗАКР")       38.

8.Номинальный  угол поворота выходного вала, град.   90.

9.Необратимость передачи:        обеспечивается.

10.Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69:   УХЛ1.

11.Степень защиты оболочки, соответствующая ГОСТ 14254-96:   IP66.

12.Диапазон рабочих температур:     -60 С...+50

 

 

При монтаже передачи обеспечить:

1. Сборочный зазор между поверхностью корпуса и поверхностью колеса спироидного не менее 3 мм (Цепь А)
2. Зазор в шлицевом соединении для базирования не менее 0,1 (цепь Б)
3. Радиальное биение (Fr) в пределах 0±fr/2(±0,05/2) (цепь В).

 

2.2. Анализ основных и вспомогательных конструкторских баз

Деталь «Колесо»

Основные конструкторские базы (ОКБ):

1. база Г – (1 ↔; 2 ∩) – установочная база;
2. база В – (2 ↔) – 2-ая опорная база;
3. поверхность Ø155 – опорная база (дополнительно, для базирования переходника при исполнении колеса с сектором).

Внутри комплекта баз существует подчинение опорной базы  Ø155 установочной базе Г. Требования к поверхностям при этом задаются относительно установочной (Г) и 2-ой опорной баз (В), но при исполнении колеса с сектором опорная база (Ø155) выступает в роли 2-ой опорной.

Основные технологические базы (ОТБ):

1. левый торец колеса Ø350 – установочная база
2. цилиндрическая поверхность 37,3(Н) – 2ая опорная база
3. отверстие Ø20 – опорная база.

 

 Деталь «Червяк спироидный»

Основные конструкторские базы (ОКБ):

1. база Ж – (1 ↔; 2 ∩) – установочная база;

Основные технологические базы (ОТБ)

1. поверхность цилиндрическая Ø54,9 – установочная база (базирование подшипников упорных)
2. торец поверхности Ø70js7 – 2ая опорная база (базирование подшипников упорных)
3. поверхность Ø40js7 – установочная база (базирование подшипников игольчатых)

 

 

 

2.3. Анализ точностных требований к поверхностям детали

Деталь «Колесо»

• Допуск круглости отверстия колеса под переходник поз. 23 составляет 0,04 мм. Допуск определяется по формуле T=0,75 Т_р, где Т_р – допуск размера посадочной поверхности детали (Ø150Н7), Т=0,*0,03=0,0186≈0,02 мм.
• Допуск плоскостности поверхности корпуса, которая является установочной базой составляет 0,05 мм. Допуск определяется по формуле T=0,3 Т_р, где Т_р – допуск размера посадочной поверхности детали, Т=0,3*0,1=0,03≈0,05 мм.

 

• Допуск параллельности поверхности Ø155 относительно базы Г составляет 0,08. Назначается в зависимости от использования данной поверхности как двойной опорной базы  для базирования переходника.
• Допуск торцового биения зубчатого венца относительно баз Г, В, составляет 0,03 мм. Назначается в зависимости от квалитета [1, с. 192]. Данное требование предъявлено к поверхности, выполняющей функции установочной технологической базой.
• Допуск торцового биения зубчатого венца относительно баз Г, В, составляет 0,07 мм. Назначается в зависимости от квалитета [1, с. 192]. Данное требование обеспечивает плотное сопряжение в зубчатой передаче колесо-червяк.
• Допуск радиального биения цилиндрической поверхности (Ø350), которая выступает в качестве технологической базы, относительно баз Г, В, устанавливается с учетом того, что поверхность является технологической базой.
• Допуск радиального биения цилиндрической поверхности (Ø155Н10) и допуск радиального биения поверхности шлицев, относительно баз Г, В, составляет 0,05. Величина допуска взята из размерной цепи (В).

 

 

                                       

 

 

 

 

 

 

3. Выбор универсальных  средств измерения   [2]

Факторы, учитываемые при выборе универсальных средств измерения:

• конструктивные особенности объекта измерений и средства измерений;
• диапазон измерений СИ;
• способность выбранного СИ обеспечить необходимую точность;
• удобство снятия показаний по шкале прибора;
• наличие или возможность приобретения СИ;
• требуемая скорость получения результата;
• уровень квалификации оператора;
• условия, в которых используется СИ;
• возможные потери из-за погрешности измерений.

В нашем случае будет применен директивный  подход к выбору универсальных  средств измерений. Основным критерием выбора средства измерений принимается допустимая погрешность измерения и лишь косвенно учитываются экономические соображения. Согласно этому подходу погрешность измерения должна быть такова, чтобы её величиной можно было пренебречь и не указывать при записи результата измерений. 

 

Погрешность измерения определяется по формуле:

[Δизм]=K∙T, где

Т – допуск изготовления измеряемого параметра,

К  – коэффициент, зависящий  от квалитета.

Так как средство измерения –  не единственный источник появления  погрешности измерений, поэтому значение [Δ_СИ] должно быть уменьшено по сравнению с [Δизм] в зависимости от количества факторов и степени их влияния на суммарную величину погрешности. В нашем случае принимаем:   [Δ_СИ] = 0,75∙[Δизм]. Результат выбора средств измерения для всех линейных размеров детали «Корпус» представлен в таблице 1, а для линейных размеров детали «Колесо спироидное» − в таблице 2.

Выбор универсальных  средств измерения

Таблица 1. Выбор средств измерения  для линейных размеров детали «Колесо спироидное».

 См. приложение 1.

 

Таблица 2. Выбор средств измерения  для линейных размеров детали «Червяк».

См. приложение 2.

4. Размерный анализ детали корпус

 

Цепь А обеспечивает сборочный зазор между поверхностью корпуса и поверхностью колеса спироидного не менее 3 мм, который является замыкающим звеном и должен быть в пределах А_Σ= 2,75±0,42.

А₁ – размер корпуса 27,45_-0,052

А₂ – размер корпуса от оси червяка до основания корпуса, 78js14±0,37

А₃ – размер ступени корпуса от его основания до прокладки фторопластовой, 8h14-_0,36;

А₄ – размер фторопластовой прокладки, 2,5_-0,05

А₅ – высота колеса спироидного от торца до вершин зубьев, 37,3_-0,1

 

Цепь А состоит из векторных величин, поэтому решаем ее вероятностным методом.

Проверим номинальные  размеры звеньев:

А_å==78-27,45-8-2,5-37,3=2,75

Найдем вероятностную  погрешность  звеньев по формуле:

                                 

где t – коэффициент, зависящий от процента риска;

     T_i – допуск составляющего звена цепи, мм;

      l_i – коэффициент относительного рассеяния.

В данной цепи имеем x_i=±1. Кроме того, примем t=3 (p=0,27%); l_i=1/3 (закон Гаусса).

После подстановки всех известных значений получаем:

Подставим значение вероятностной  погрешности в формулы верхнего и нижнего отклонений замыкающего звена:

= -0,42

=0,42 мм.

Видно, что  =0,81мм не выходит за пределы допуска T_Σ =0,42мм. Поэтому зазор обеспечивается.

 

Цепь Б обеспечивает зазор в шлицевом соединении для базирования не менее 0,1. При секторном исполнении колеса поверхность переходника, сопрягаемая со шлицем, выступает дополнительной базой для определенности базирования. Для того, чтобы выполнялось сопряжение необходимо выдержать зазор 0,1^+0,3

Б1 – размер колеса, 21,4

Б2 – размер прокладки  фторопластовой, 2,5_-0,05

Б3 – размер основания 30,6±0,05

Б4 – высота подшипника 33_-0,25

Б5 – размер переходника, 21,4_-0,1

 

 

Схема цепи

 

Проверим номинальные  размеры звеньев:

Б_å=-21,4-33+2,5+30,6+21,4=0,1

 

Найдем вероятностную  погрешность звеньев по формуле:

                                 

где t – коэффициент, зависящий от процента риска;

     T_i – допуск составляющего звена цепи, мм;

      l_i – коэффициент относительного рассеяния.

В данной цепи имеем x_i=±1. Кроме того, примем t=3 (p=0,27%); l_i=1/3 (закон Гаусса).

После подстановки всех известных значений получаем:

Подставим значение вероятностной  погрешности в формулы верхнего и нижнего отклонений замыкающего  звена:

= -0,05

=0,55 мм.

Видно, что  =0,6мм не выходит за пределы допуска T_Σ =0,6мм. Поэтому зазор обеспечивается.

 

 

 

Цепь В обеспечивает межосевое расстояние между рабочими осями переходника и поверхности шлицев не более j_min/2, где j_min – минимальный боковой зазор (ГОСТ 164381) ([1],табл.5,57).

В₁ – МОР между осью переходника и осью внутренней поверхности колеса, которая базирует переходник

В₁ = 0^о ±_ØT_{соосности}/2, где Т_{соосности} – допуск соосности вала в диаметральном выражении.

В₂ – МОР между осью внутренней поверхности колеса и осью шлицев колеса; В₂ = 0^о ±T_rГ/2, где Т_r – допуск на радиальное биение колеса (ГОСТ 1643-81).

Т_r=0,050мм,

В₂ = 0±0,050/2;

В_∑ – МОР между осью переходника и осью шлицев колеса,  

Т_∑=0,075/2  - допуск параллельности плоскости и оси;

В_∑ = 0±0,075/2;

 

 

Поскольку цепь состоит  из векторных величин, расчет будем вести вероятностным методом.

Проверим номинальные  размеры звеньев:

В_Σ = 0+0 = 0

Найдем допуск звена  В1

T₁=   T_∑ - T₂

T₁= (0,087)² – (0,050)²= 0,071

По допуску звена  В₁ устанавливаем размер В₁=0±0,0355

Находим вероятностную  погрешность звеньев:

<T_Σ (0,08<0,087),

Межосевое расстояние обеспечивается методом неполной взаимозаменяемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет калибра для контроля размера по роликам

М_{А max} = 154,19, М_{А min} = 153,65 [3]

Калибр будет использоваться для контроля размера по роликам на внутреннем зубчатом венце детали «Колесо».

Н=0,006 – основное отклонение, мм;

А=0,012 – допуск на изготовление, мм;

W=0,015 – величина износа, мм;

А₀=А=0,006 – допуск на изготовление, мм;

У=0 – величина износа, мм.

Расчет предельных размеров калибра-пробки:

ПР= M_{A min} +W+H/2

НЕ = M_{A max} +H/2=

ПР_изн = M_{A min} – У = где

ПР – размер проходного калибра,

НЕ – размер непроходного калибра,

ПР_изн – размер предельно изношенного проходного калибра,

ПР =  153,65+0,015+Н/2=153,668 мм,

НЕ = 154,19+0,006/2= 154,193 мм,

ПР_изн = 153,65-0=153,65 мм.

Рисунок 1. Чертеж калибра для контроля размера по роликам.

 

6. Схемы измерения колеса

Схема 1. Схема измерения торцевого и радиального биения

 

1 - плита

2 – колесо спироидное;

8,9,10 - индикатор часового типа ИЧ10 ГОСТ 577-68;

3 - штатив ГОСТ 10197-70;

5 – ролики специальные;

4 - комплект брусков плоскопараллельных (2 шт.)

разность h , h , h не более 0,003;

Параметры измеряемых поверхностей:

− допуск: 0,02 мм, 0,03 мм, 0,07 мм.

− допустимая погрешность измерения: 0,007; 0,010; 0,020

Параметры измерительного инструмента:

− цена деления: 0,01 мм;

− диапазон измерений: 10 мм;

− основная погрешность: ±0,004 мм;

− измерение относительное, косвенное, контактное.

Анализ схемы контроля торцового, радиального биения:

Измерительные базы не совпадают с базами конструкторскими.

Источники погрешностей:

1. Погрешность базирования оправке;
2. Отклонения формы и расположения оправки, не отвечающие необходимым требованиям.
3. Шероховатость поверхности объекта.
4. Средства измерения (индикатор, стойка).

Схема 2. Измерение 

радиального биения, Т =0,05;

[  ∆_изм =1,8];

 

1 – плита измерительная;

2 – колесо спироидное;

3 – штатив рычажный;

11 - индикатор часового типа ИЧ10 ГОСТ 577-68;

5 – ролики специальные;

4 - комплект брусков плоскопараллельных (3 шт.)

разность h , h , h не более 0,003;

Параметры измеряемой поверхности:

− допуск радиального биения 0,05 мм;

− допустимая погрешность  измерения: 0,018 мм.

Параметры измерительного инструмента:

− цена деления: 0,01 мм;

− диапазон измерений: 10 мм;

− основная погрешность: ±0,004 мм;

− измерение относительное, косвенное, контактное.

Анализ схемы контроля торцового биения:

Измерительные базы не совпадают  с базами конструкторскими.

Источники погрешностей:

1. Погрешность базирования в приспособлении;
2. Шероховатость поверхности объекта.
3. Средства измерения (индикатор, стойка).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Выводы по работе

Применяя знания, полученные на лекционных, практических и лабораторных занятиях по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация», была сделана курсовая работа. Все задачи, которые были даны, выполнены, а именно:

− проведен анализ основных и вспомогательных конструкторских баз и анализ точностных требований к поверхностям двух деталей;

− проведен размерный анализ детали «Колесо»;

− проведен выбор универсальных средств измерения для двух деталей;

− проведен расчет калибра для контроля размера по роликам детали «Колесо»;

− разработаны схемы контроля отклонений расположения и формы детали «Колесо».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Список  литературы

1. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985. – Т. 1. – 665 с.
2. Методы и средства контроля линейных величин. Универсальные измерительные инструменты и приборы: Метод. указания; Сост. А.В. Береснева, П.Н. Домнин – Ижевск, 2009. – 12 с.
3. ГОСТ 16085-80 «Калибры для контроля расположения поверхностей».
4. Измерение отклонений расположения и суммарных отклонений формы и расположения тел вращения: Метод. указания к лаб. работе – 12 с.