Расчет и выбор посадок и допусков
Курсовая работа содержит пояснительную записку на 34 листах. включающую 36 рисунков, 3 литературных источника.
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ, ПОСАДКА, СХЕМА ПОЛЕЙ ДОПУСКОВ (СПД), ЗАЗОР, НАТЯГ, КАЛИБР-ПРОБКА, КАЛИБР-СКОБА, ПОДШИПНИК, ШЛИЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ШПОНКА.
Цель работы - создать теоретическую базу расчета и проектирования основных конструктивных элементов машиностроения.
В процессе работы проводились расчеты
на определение посадок для
Данная теоретическая база должна помочь в дальнейших курсовых проектах по деталям машин и другим предметам, а также в дипломе и в жизни в целом.
Введение
- Номинальные размеры, допуски, предельные и действительные размеры 6
- Единая система допусков и посадок для типовых соединений деталей 9
- Гладкие цилиндрические соединения. Посадки с зазором 13
- Гладкие цилиндрические соединения. Посадки с гарантированным натягом 16
- Гладкие цилиндрические соединения Посадки переходные 20
- Подипники качения 25
- Шлицевые прямобочные соединения 29
- Геометрическая точность деталей 33
Заключение
Список
литературы
Введение
Курсовая работа включает в себя решение задач по темам:
- Номинальные размеры;
- Допуски и посадки;
- Гладкие цилиндрические соединения;
- Подшипники качения;
- Шлицевые прямобочные соединения;
- Геометрическая точность.
Целью
решения задач является более
глубокое усвоение основных теоретических
положений и приобретение навыков
по выбору посадок для различного
соединения деталей в зависимости
от их технического назначения (резьбовые,
шпоночные и другие соединения),
по составлению и решению
- Номинальные размеры, допуски, предельные и действительные размеры.
Требуется построить схемы полей допусков (СПД) вала и отверстия для всех трех соединений и определить предельные размеры вала и отверстия, до- пуски размеров, наибольший и наименьший зазоры в соединениях, допуски по- садок.
Эскиз втулки.
Даны семь сопряжений типа вал-втулка (отверстие) :
По заданию поле допуска лежит между 11-м и 12-м квалитетом принимаем 11 квалитет. Размер не по стандарту
=115 J(s)11.
=F8
= H6
=P8
=130s8
=125 h6
=e8
- Единая система допусков и посадок для типовых соединен
ий деталей.
Посадки, т. е. сочетания полей допусков валов и отверстий, назнача- ются в системе отверстия и в системе вала. Обозначение посадок состоит из указания полей допусков в числителе и знаменателе простой дроби. При этом, поле допуска отверстия (охватывающей поверхности) всегда про- ставляется в числителе, а поле допуска вала (охватываемой поверхности) – в знаменателе, например: или , или . В посадках могут сочетаться поля допусков отверстия и вала одина- ковых или разных квалитетов. При назначении посадок рекомендуется отдавать предпочтение сис- теме отверстия.
- Прямая задача. Дано 3 варианта задачи :
Выполненная посадка назначена в системе отверстия H. Основной вал вал – d отверстие по 8-му квалитету, а вал по 9-му квалитету .
Допуск отверстия TD по 8-му квалитету и допуск Td вала по 9-му квалитету D(d)=315:
IT8=81; IT9=130; TS=TN=TD+Td=IT8+IT9=81+130=211 мкм
Определяем предельные отклонения по таблицам из методического пособия:
Отверстие:
ES=EI+IT8=0+81=81мкм=0,081мм
EI=0
Вал:
es=-190
ei=es-IT9=-190-(130)=-320мкм=
Находим предельные размеры отверстия и вала:
Dmax=D+ES=315+0,081=315,081мм
Dmin=D+EI=315+0,000=315мм
dmax=d+es=315+(-0,19)=314,81мм
dmin=d+ei=315+(-0,32)=314,68мм
Выполненная посадка назначена в системе отверстия H. Основной вал вал – d отверстие по 7-му квалитету, а вал по 6-му квалитету .
Допуск отверстия TD по 7-му квалитету и допуск Td вала по 6-му квалитету D(d)=355:
IT7=57; IT6=36; TS=TN=TD+Td=IT7+IT6=57+36=93 мкм
Определяем предельные отклонения по таблицам из методического пособия:
Отверстие:
ES=EI+IT7=0+57=57мкм=0,057мм
EI=0
Вал:
es=ei+it6=0+36=36мкм=0,036мм
ei=0мм
Находим предельные размеры отверстия и вала:
Dmax=D+ES=355+0,057=315,057мм
Dmin=D+EI=355+0,000=315,000мм
dmax=d+es=355+0,036=314,036мм
dmin=d+ei=355+0,000=355,000мм
Выполненная посадка назначена в системе отверстия H. Основной вал вал – d отверстие по 7-му квалитету, а вал по 6-му квалитету .
Допуск отверстия TD по 7-му квалитету и допуск Td вала по 6-му квалитету D(d)=400:
IT7=57; IT6=36; TS=TN=TD+Td=IT7+IT6=57+36=93 мкм
Определяем предельные отклонения по таблицам из методического пособия:
Отверстие:
ES=EI+IT7=0+57=57мкм=0,057мм
EI=0
Вал:
es=ei+it6=208+36=244мкм=0,
ei=208мкм=0,208мм
Находим предельные размеры отверстия и вала:
Dmax=D+ES=400+0,057=400,057мм
Dmin=D+EI=400+0,000=400,000мм
dmax=d+es=400+0,208=400,208мм
dmin=d+ei=400+0,244=400,244мм
- Обратная задача
Строим СПД деталей и
Определяем допуски вала и отверстия:
TD=ES-EI=44-(+15)=29мкм
Td=es=20мкм
Оределяем размер квалитетов:
Отверстие :IT6=29мкм ; Вал : IT5=20мкм
Допуск посадки TS=Smax-Smin=79-15=64мкм
Определяем буквенное
Для отверстия – G6 ; Для вала – g5 и будет обозначаться
Предельные размеры отверстия и вала определены по формулам приведенным в пункте 1.5 и проставлены на СПД.
- Гладкие цилиндрические соединения. Посадки с зазором.
Посадки с зазором предназначены для подвижных и неподвижных соединений деталей. В неподвижных соединениях посадки с зазором применяются для обеспечения свободной сборки деталей. Их относительная неподвижность обеспечивается креплением ступицы к валу винтами, болтами, штифтами, кольцами и др. Выбор посадки в этом случае производится таким образом, чтобы наименьший зазор обеспечивал компенсацию отклонений формы и расположения сопрягаемых поверхностей, а также свободное вхождение одной детали (вала) в другую (отверстие в ступице). В подвижных соединениях зазор служит для обеспечения свободы перемещения, компенсации отклонения формы и расположения поверхностей, погрешности сборки и температурных деформаций, а также для размещения слоя смазки в подшипниках скольжения. ЕСДП рекомендуется 40 посадок в системе отверстия и 39 посадок в системе вала. Величина зазора в этих посадках изменяется в очень широких пределах.
Дано шесть вариантов задачи :
Допуск TD по 11 квалитету ,а Td по 10. IT11=220; IT10=130
EI=0; ES=EI+IT=0+220=220мкм=0,22мм
es=0; ei=es-it10=0-140=-140мм=-0,
Dmax=110,22; Dmin=110,000
dmax=110,000; dmin=109,86
Smax=360; Smin=0; Sср=160
Плотная посадка ,обеспечивается минимальным зазором Smin=0,скользящая,исользуется для легкоразъемных неподвижных соединений при частой разброке, для относительно грубо центрированных неподвижный соединений ,для неподвижных шарниров.
Допуск TD по 6 квалитету ,а Td по 6. IT6=19; IT6=19
EI=0; ES=EI+IT=0+19=19мкм=0,019мм
es=-10; ei=es-it6=-10-19=-29мм=-0,
Dmax=55,19; Dmin=55,000
dmax=54,99; dmin=54,971
Smax=48; Smin=10; Sср=29
Небольшой зазор. Обеспечивает взаимное осевое перемещение сопряженных деталей при сохраноости высокой точности центрирования.
Допуск TD по 9 квалитету ,а Td по 8. IT9=62; IT8=39
EI=0; ES=EI+IT=0+62=62мкм=0,062мм
es=0; ei=es-it=0-39=-39мм=-0,039мм
Dmax=41,062; Dmin=41,000
dmax=41,000; dmin=40,961
Smax=101; Smin=0; Sср=50,5
Применяется для неподвижно закрепленных деталей при неысоких требования к точности механизмов, небольших нагрузках и не необходимыми обеспечить легкую сборку. Невысокие требования к точности центрирования.
Допуск TD по 7 квалитету ,а Td по 7. IT7=25; IT7=25
EI=0; ES=EI+IT=0+25=25мкм=0,025мм
es=-25; ei=es-it=50-25=-75мм=-0,075мм
Dmax=39,025; Dmin=39,000
dmax=38,950; dmin=38,925
Smax=100; Smin=50; Sср=75
Посадка высокой точности, предназначена
главным образом для
Допуск TD по10 квалитету ,а Td по 10. IT10=84; IT10=84
EI=65; ES=EI+IT=65+84=149мкм=0,149мм
es=0; ei=es-it=0-84=-84мм=-0,084мм
Dmax=39,065; Dmin=39,149
dmax=29,000; dmin=28,916
Smax=233; Smin=65; Sср=149
Посадка с зазором. Для соединения при невысоких требованиях к точности центрирования.
Допуск TD по11 квалитету ,а Td по 11. IT11=130; IT11=130
EI=0; ES=EI+IT=0+130=130мкм=0,130мм
es=-110; ei=es-it=-110-130=-240мм=-0,
Dmax=22,130; Dmin=22,000
dmax=21,890; dmin=21,760
Smax=370; Smin=110; Sср=240
Применяется в основном в грубых квалитетах. Очень большой зазор. Невысокая точность центрирования.
- Гладкие цилиндрические соединения. Посадки с гарантированным натя
гом.
Исходные данные:
Крутящий момент, Мкр |
350 Н∙м |
Осевая сила, Rос |
0,8 кН |
Номинальный диаметр, d |
50 мм |
Длина контакта, l |
65 мм |
Диаметр внутреннего отверстия, d1 |
5,5 мм |
Диаметр втулки, d2 |
105 мм |
Материал вала |
Сталь50ХН |
Материал ступицы |
Сталь45 |
Способ сборки |
Охлаждение |
Определяем недостающие сведения к исходным данным задачи:
- модуль упругости материала: стали 45 Ес=2∙1011 Па и стали50ХН Ебр=2∙1011 Па;
- коэффициент Пуассона μ: для стали μбр=0,3
- коэффициент трения f: для охлаждения вала f=0,15;
- α - коэффициент линейного расширения: материала втулки (сталь) αбр=12∙10-6 град-1, материала вала (сталь) αс=12∙10-6 град-1;
- предел текучести σт бр=8,83∙108 Па; σт с=3,53∙108 Па;
- величину шероховатости по параметру Rz: для вала (сталь) Rzс=6,3 мкм; для втулки (сталь) Rz бр=6,3 мкм. Для dн=50 мм и при обработке отверстия по 8 квалитету, а вала – по 7 квалитету.
Определяем максимальное допустимое удельное давление в паскалях на поверхности сопрягаемых деталей [pmax]:
[pmax]отв≤0,58∙ σт
бр∙[1-(dн/d2)2]=0,58∙3,59∙108[
[pmin]вала≤0,58∙ σт с∙[1-(d1/dн)2]=5,07∙108;
Принимаем [pmax]=1.56∙108Па
Рассчитываем наибольший допустимый натяг в соединении, предварительно определив коэффициенты Ляме С1 и С2:
Определяем наибольший допустимый натяг в соединении с учетом поправок на увеличение удельного давления у торцов охватывающей детали νуд и на срез и смятие микронеровностей на поверхности сопряжения при запрессовке νш:
[Nmax]=[ ]∙ νуд+ νш,
где νуд=0,09 при и
νш=2K∙(Rz1+Rz2)=2∙0,6∙(6,3+6,
Принимаем νш=15мкм
[Nmax]=101∙0,9+15≈106 мкм.
Определяем
минимальное допустимое удельное давление
на поверхности сопрягаемых
Определяем предварительно наименьший допустимый натяг (без учета поправок):
Определяем наименьший допустимый натяг в соединении с учетом поправок:
[Nmin]= ∙νш+ νn,
где νш=15 мкм; νn=10 мкм
[Nmin]=0+15+10=25 мкм.
Выбираем квалитет, по которому должны быть изготовлены отверстие и вал, допуская, что допуски на их изготовления равны:
Полученное значение допуска находится в 8 квалитете, т.к. IT9=62 мкм.
Принимаем: IT9=62 мкм.
Выбираем стандартную посадку с натягом в системе отверстия ЕСПД, соблюдая условия Nmax прин≤[Nmax]; Nmin прин>[Nmin]
Данному условию соответствует посадка Ø50 H7/u7.
Вычерчиваем схему полей допусков (СПД):
Эскизы вала, отверстия и соединения
- Гладкие цилиндрические соединения Посадки переходные.
ЕСДП предусматривает для
Дано два варианта задачи:
- Ø150
D = 150 мм
ES = 40 мкм
EI = 0 мкм
es = 12,5 мкм
ei = -125 мкм
СПД переходной
посадки Ø150
Допуски вала и отверстия:
TD= 40 мкм
Td = 25 мкм
Рассчитываем Nmax, Nmin, Nc:
NMAX =es-EI = 12,5-0 = 12,5 мкм
NMIN = ei – ES = -40 – 12,5 = -52,5 мкм
Nc=(Nmax+Nmin)/2=-20
Определяем среднее квадратичное отклонение натяга:
Определяем предел интегрирования:
Определяем функцию Ф(z) для z=-2,54:
Ф(z)=0,4945
Рассчитываем вероятность натягов и зазоров при z>0:
P'N=0,5+ Ф(z)=0,5+0,4945=0,9945
P'S=0,5- Ф(z)=0,5-0,4945=0,0055
Определяем процент натягов и зазоров:
PN= P'N∙100=0,9945∙100=99,45%
PS= 100-99,45=0,55%
Изобразим кривую Гаусса для рассчитанного в примере диапозона натягов и зазоров:
Эскизы вала, отверстия и соединения
- Ø360
D = 360 мм
ES = 36 мкм
EI = 0 мкм
es = 139 мкм
ei = 114 мкм
СПД переходной
посадки Ø360
Допуски вала и отверстия:
TD= 36 мкм
Td = 25 мкм
Рассчитываем Nmax, Nmin, Nc:
NMAX =es-EI = 139-0= 139 мкм
NMIN = ei – ES =114-36 =78 мкм
Nc=(Nmax+Nmin)/2=-108,5
Определяем среднее квадратичное отклонение натяга:
Определяем функцию Ф(z) для z:
Ф(z)=0,5
Рассчитываем вероятность натягов и зазоров при z>0:
P'N=0,5+ Ф(z)=0,5+0,5=1
P'S=0,5- Ф(z)=0,5-0,5=0
Определяем процент натягов и зазоров:
PN= P'N∙100=1∙100=100%
PS=0%
Изобразим кривую Гаусса для рассчитанного в примере диапозона натягов и зазоров:
Эскизы вала, отверстия и соединения
- Подипники качения. Расчет, выбор и назначение допусков и посадок на детали сопряжения в подшипниковых узлах.
Основными размерами подшипников качения являются (ГОСТ 520-89): D – наружный диаметр наружного кольца; d – диаметр отверстия внутреннего кольца; B – ширина подшипника. Подшипники качения подразделяются на 6 классов точности (ГОСТ 520-89): 0, 6, 5, 4, 2, Т (указаны в порядке повышения точности). В общем машиностроении применяют подшипники классов точности 0 и 6. При повышенных требованиях к точности вращения вала (шпиндели точных станков и приборов) назначают 6-й и 5-й классы точности, для высокоскоростных станков – повышенной, высокой и особо высокой точности (шлифовальные станки и др.) назначают 5-й, 4-й и 2-й классы точности подшипников и класс точности Т. В зависимости от формы тел качения различают подшипники шари-ковые и роликовые. По способности воспринимать нагрузку подшипники подразделяются на радиальные, радиально-упорные и упорные. По числу рядов тел качения подшипники делятся на одно-, двух- и четырехрядные. В зависимости от соотношений основных размеров подшипники делятся на серии: особо легкую, легкую, среднюю, тяжелую.
Исходные данные:
Характер нагружения |
вращающийся вал |
Класс точности |
2 |
Радиальная реакция в опорах, Fr |
46 кН |
Перегрузка |
100% |
Диаметр внутреннего кольца, d |
95 мм |
Диаметр внешнего кольца, D |
170 мм |
Ширина подшипника, B |
32 мм |
Эскиз подшипника
Выбор посадок зависит от вида нагружения колец подшипника: так как вращается вал, то наружное кольцо испытывает местное нагружение, а внутреннее - циркуляционное. Для соединения наружного кольца с корпусом при местном виде нагружения, перегрузке 100% и неразъёмном корпусе с отверстием под подшипник Ø170 по таблице выбираем посадку Ø170P7
Для соединения внутреннего кольца с валом при циркуляционном нагружении выбор посадки производится в зависимости от величины нагрузки, определяемой по таблице на основе расчёта по формуле:
Pr=(Fr/b)∙K1∙K2∙K3;
где K1 – динамический коэффициент посадки;
K2 – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга;
K3 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами тел качения.
B-2∙r=32-2*3=26 мм;
Pr=(46∙103/26)∙1∙1∙1,8=3,312∙
Для соединения внутреннего кольца подшипника с валом из таблицы выбираем поле допуска – Ø95n5.
Определяем максимальный натяг:
Nmax=38-(-5)=43 мм
Определяем минимальный натяг:
Nmin=23-0=23 мм
Определяем средний натяг:
Nср=( Nmax+ Nmin)/2=(43+23)/2=33 мм
Выбираем посадку корпуса F5, т.к. Scр≥Nср (55,5>33).
Предельные отклонения для обработки отверстия в корпусе Ø170F5 и вала Ø95n5:
отверстие Ø170F5
вал Ø95n5
Отклонения для колец подшипника:
наружное кольцо: Ø170-0,007
внутреннее кольцо: Ø95-0,005
Соединения отверстия с наружным кольцом подшипника и соединение вала с внутренним кольцом подшипника:
Ø170F5
Ø95n5
Проверим, чтобы максимальный натяг посадки не превышал значения, допускаемого прочность кольца ([σ] = 400 МПа – допускаемое натяжение на растяжение)
Проверим, чтобы минимальный натяг посадки не превышал значения, допускаемого прочность кольца ([σ] = 400 МПа – допускаемое натяжение
на растяжение)
СПД подшипника, вала и отверстия
Эскиз соединения
Эскизы элементов соединения
- Шлицевые прямобочные соединения.
Шлицевые соединения применяют при передаче больших крутящих моментов и высоких требованиях к соосности соединяемых деталей. По форме боковых поверхностей зубьев различают три основных типа шли-цевых соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные. Наибольшее распространение в машиностроении получили прямо-бочные шлицевые соединения (80 %). Соединения с прямобочным профилем стандартизованы ГОСТ 1139-80, СТ СЭВ 6844-89. Номинальными размерами шлицевого прямобочного соединения являются.
Исходные данные:
Число шлицев, z |
6 |
Внешний диаметр, D |
20 |
Табличные данные,
необходимые для решения
Внутренний диаметр, d |
16 мм |
Ширина зуба, b |
4 мм |
Эскиз шлицевого соединения
Центрируем по наружному диаметру, т.к в данное соединение применяют для передачи больших крутящих моментов, для точного центрирования и точного направления ступицы при ее осевом перемещении по валу.
По таблице ГОСТ 25347 (Ст СЭВ 144-75) находим предельные отклонения на параметры:
для втулки:
для вала:
Эскиз шлицевого вала
СПД на размер d
Эскиз шлицевой втулки
СПД на размер D
Эскиз шлицевого соединения
СПД на размер b
- Геометрическая точность деталей. Допуски формы и расположения поверхностей. Шероховатость поверхностей.
Отверстие: Ø170F5 Вал: Ø95n5
Типы подшипников которые будут установлены на концы вала и в корпусе, известны; это шариковые радиальные 5-10 класса точности с размерами колец подшипника:
Для левой: d=95; D=170
Для правой: d=95; D=170
Вал вращающийся
в подшипниках качения
Для d=95 сопряженным подшипником 5го класса точности равным 2,5 мкм. Принимаем допуск круглости Tкргул=2,5мкм и допуск профиля продольного сечения Tпроф=2,5мкм=0,0025 мм.
Допуск торцевого биения заплечика вала при d=95 равен 10мкм=0,010мм; допуск торцевого биения заплечика в отверстии корпуса для D=170 5-го класса точности равен 12мкм=0,012мм.
Шероховатость поверхностей под подшипники качения с выше упомянутыми параметрами принимается равной:
Для валов: Ra=1,25
Для отверстий корпусов: Ra=0,63
Для торцов заплечиков: Ra=1,25
Заключение
В результате выполнения данной курсовой работы были рассчитаны и определены:
- посадки для различных соединений;
- вероятность натягов и зазоров;
- исполнительные размеры гладких калибров;
- посадки подшипников в зависимости от условий эксплуатации;
- посадки
и методы центрирования
- степень
точности зубчатых пар и
- размерная
цепь для обеспечения размера
заданного замыкающего звена
методом полной
- основные
размеры и предельные
- вид шпоночного соединения и его параметры.
Список литературы:
- Допуски и посадки: справочник
. В 2-х томах/ под ред. В.Д.Мягк ова. – 6-е издание. – СПб.: Машиностроение, 1983.-448 с. - Расчет и выбор допусков и посадок для типовых соединений деталей в узлах машин: учеб. Пособие/Н. А. Кутний. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2010. – 266с.
- Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие.-Изд. 2-е, перераб. И доп. – Калининград: Янтар. сказ, 2004.-454с.