Расчет, выбор и обоснование посадок соединений
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«Белорусский государственный аграрный технический университет»
Кафедра стандартизации
и метрологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: “ Метрология, стандартизация и сертификация”
«Расчет, выбор и обоснование посадок соединений»
03.16.046.00.000ПЗ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Вариант: 6
Выполнил: студент 3-го курса
Шварц В.Н
Группа: 6-ЗМО
Шифр:___________________
Руководитель:____________
Минск
2011
ВЕДОМОСТЬ ПРОЕКТА
№ строки |
Формат |
Обозначение |
Наименование |
Кол-во листов |
Приме-чание | |||||||||
1 |
А4 |
Задание на проектирование |
1 |
|||||||||||
2 |
А4 |
03.16.046.00.000ПЗ |
Пояснительная записка |
25 |
||||||||||
ИТОГО: |
26 |
|||||||||||||
4 |
А3 |
03.16.046.00.000СБ |
Чертеж узла |
1 |
||||||||||
5 |
А3 |
03.16.046.00.001 |
Чертеж вала |
1 |
||||||||||
ИТОГО: |
2 |
|||||||||||||
|
|
||||||||||||||
03.16.046.00.000 | ||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата | ||||||||||
Разраб. |
Шварц |
Ведомость объема проекта |
Лит. |
Лист |
Листов | |||||||||
Пров. |
2 |
28 | ||||||||||||
Гр.6ЗМО | ||||||||||||||
РЕФЕРАТ
Курсовая работа по метрологии и стандартизации студента 3-го курса
группы 6ЗМО
Состоит из 25 страниц пояснительной записки, в том числе 3 рисунка, 9 библиографов и графической части, включающей фрагмент общего вида редуктора и рабочего чертежа вала, выполненных на ватмане формата А3.
Перечень ключевых слов:
Стандартизация, метрология, взаимозаменяемость, допуск, размер, посадка, квалитет, зазор, натяг, контроль, измерение, подшипник качения, размерная цепь, составляющие звенья.
В задании 1 методом подобия (аналогии) произведен выбор посадок для гладких цилиндрических соединений, выбор посадок для шпоночных соединений, вместо шпоночного соединения зубчатое колесо – вал назначено шлицевое соединение.
В задании 2 вместо шпоночного соединения зубчатое колесо – вал рассчитана и выбрана посадка с натягом.
В задании 3 произведен расчет и выбраны посадки подшипников качения.
В задании 4 рассчитана размерная цепь методом максимума – минимума и вероятностным методом.
CОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе производится точностной расчет тихоходного узла редуктора, а также расчет линейной механизма привода дискового ножа .
Для оценки годности и исследования показателей качества изделия проводят контроль его размеров, а также шероховатости и допусков формы и расположения поверхностей. По результатам контроля делают общий вывод о годности изделия.
В данной работе производится выбор посадок деталей на тихоходный вал редуктора методом подобия, расчетным методом, а также производится выбор посадок подшипников качения.
Для привода дискового ножа производят размерный анализ при помощи расчета размерной цепи методами полной взаимозаменяемости и вероятностным методом.
1 ВЫБОР ПОСАДОК МЕТОДОМ ПОДОБИЯ
- Выбор посадок для гладких цилиндрических соединений
- Определение конструктивных, геометрических и силовых факторов
Частота вращения тихоходного вала и необходимая мощность на этом валу:
,
.
Крутящий момент на тихоходном валу
,
Определяем усилия в зацеплении.
Окружная сила
.
Радиальная сила
.
Нагрузка от муфты
При проектном расчете определяется диаметр выходного конца вала или диаметр под шестерней для промежуточных валов. Расчет ведется на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям:
[1]
где Т – крутящий момент на валу, Н∙мм;
- допускаемое напряжение на кручение.
Для определения диаметра выходных концов валов принимаем ,
Диаметр выходного конца тихоходного вала:
.
Принимаем .
Диаметры вала под подшипники:
Опорные реакции:
Реакции опор в вертикальной плоскости
В горизонтальной плоскости
Суммарные реакции опор
1.1.2. Обоснование выбора посадок.
Т.к. подшипники установлены в редукторе, где требования к точности невысокие, то применяем класс точности подшипников нормальный.
Посадка подшипников на вал: Ø50L0/k6, т.к. нагружение наружного кольца циркуляционное, а внутреннего – местное.
Колесо на вал посажено с натягом, выбираем посадку Ø52H7/p6.
1.1.3. Расчет соединений элементов привода с тихоходным валом.
1.1.3.1 Сопряжение вала с подшипником Ø50L0/k6.
Определяем предельные отклонения диаметра отверстия внутреннего кольца подшипника:
Верхнее отклонение ES = 0,
Нижнее отклонение EI = -12 мкм;
Наибольший предельный диаметр отверстия L0max = L0 + ES = 50+0 = =50,000 мм,
Наименьший предельный диаметр отверстия L0min = L0 + EI = 50+ +(-0,012) = 49,988 мм.
Определяем предельные отклонения и размеры вала Ø50k6:
Допуск на вал IT = 16 мкм,
Нижнее отклонение ei = +2 мкм,
Верхнее отклонение es = IT + ei = 16+2 = 18 мкм;
Наибольший предельный диаметр вала dmax = d + es = 50+0,018 = 50,018 мм,
Наименьший предельный диаметр вала dmin = d + ei = 50+0,002 = 50,002 мм.
Определяем предельные натяги в посадке:
Nmax = dmax – L0min = 50,018-49,988 = 0,030 мм,
Nmin = dmin – L0max = 50,002-50,000 = 0,002 мм,
Nср. = (Nmax – Nmin)/2 = (0,030+0,002)/2 = 0,016 мм.
Шероховатость вала в месте посадки Ra1,25 мкм, допуски круглости и профиля продольного сечения 0,004 мм, допуск торцового биения бурта 0,025 мм.
1.1.3.2. Сопряжение вала с колесом Ø52H7/p6.
Для отверстия Ø52H7 определяем предельные отклонения и размеры:
Общий допуск IT = 25 мкм
Верхнее отклонение ES = 25 мкм
Нижнее отклонение EI = 0;
Максимальный диаметр отверстия Dmax = D + ES = 52+0,025 = 52.025 мм
Минимальный диаметр отверстия Dmin = D + EI = 52+0 = 52.000 мм
Для вала Ø52p6 определяем предельные отклонения и размеры:
Общий допуск IT = 16 мкм
Нижнее отклонение ei= 26 мкм
Верхнее отклонение es = IT + ei = 26+16=42 мкм
Максимальный диаметр вала dmax = d + es = 52+0,042 = 52,042 мм
Минимальный диаметр вала dmin = d + ei = 52,026 = 52,026 мм
Определяем предельные натяги:
Nmax = dmax – Dmin = 52.042-52.000 = 0,042 мм
Nmin = dmin – Dmax = 52.026-52.025 = 0,001 мм
Определяем средний натяг:
Определяем допуск посадки:
TN = ITD+ITd = 25+16 = 41 мкм.
Шероховатость вала в месте посадки Ra1.25 мкм, допуск торцового биения бурта 0,03 мм, допуск радиального биения 0,02 мм.
Выбор средств измерения.
Для Ø52p6 выбираем средства измерения:
5/19
4б, 5г, 6б
[Δ] = 5 мкм – допускаемая погрешность
IT = 19 мкм – допуск IT
4б - микрометры гладкие с
Предельная погрешность Δси=5 мкм.
Т.к. Δси=5 мкм= Δ=5 мкм, то данное средство измерения подходит.
5г – Скобы индикаторные (СИ) с ценой деления 0.01мм
Предельная погрешность измерения Δси = 5 мкм [2]
Т.к. Δси=5 мкм= Δ=5 мкм, то данное средство измерения подходит.
6б - Микрометры рычажные (МР и МРИ) с ценой деленя 0,002 мм и 0,01 мм при установке на нуль по установочной мере и скобы рычажные (СР) с ценой деления 0,002 мм при настройке на нуль по концевым мерам длины при использовании на всем пределе измерения.
Предельная погрешность измерения Δси = 5 мкм [2]
∆си≤∆
5=5 - подходит
- Выбор посадок для шпоночных соединений
1.2.1. Обоснование выбора типа и вида шпоночного соединения, назначение.
Наиболее распространенный тип шпоночного соединения призматическими шпонками. Данный тип шпонок наиболее технологичный в изготовлении и сборки, способен передавать большие крутящие моменты.
Шпонка предназначена передавать крутящий момент от вала зубчатому колесу.
Характер шпоночного соединения – нормальный.
1.2.2. Определение основных размеров
В зависимости от диаметра вала определяем основные параметры шпоночного соединения:
Рисунок 1 – Схема шпоночного соединения
Ширина шпонки b =16 мм
Высота шпонки h = 10 мм
Глубина впадины вала t1 = 6 мм
EI = 0, ES = +0,2 мм
Глубина впадины детали t2 = 4,3 мм
EI = 0, ES = +0,2 мм
Диаметр вала d = 52 мм
1.2.3. Расчет посадок шпоночного соединения.
Исходя из выбранных параметров, рассчитываем шпонку:
Шпонка 16×10×50 ГОСТ 23360-78
Расчёт шпоночного соединения по ширине шпонки:
Ширина шпонки b = 16h9
IT = 43 мкм, es = 0, ei = -43 мкм
bmax = b + es = 16+0 = 16,000 мм
bmin = b + ei = 16+(-0,043) = 15,957 мм
Ширина паза вала B1 = 16N9
ES = 0, EI = -43 мкм, IT = 43 мкм
B1 max = B1 + ES = 16+0 = 16 мм
B1 min = B1 + EI = 16+(-0,043) = 15.957 мм
Ширина паза втулки B2 = 16Js9
ES = +21 мкм, EI = -21 мкм, IT = 43 мкм [1]
B2 max = B2 + EI = 16+0,021 = 16.021 мм
B2 min = B2 + ES = 16 + (-0,021) = 15.979 мм
Определяем предельные зазоры и натяги в посадке 16 N9/h9:
S1 max = B1 max – bmin = 16 -15.957 = 0,043 мм
N1 max = bmax – B1 min = 16.000-15.957 = 0,043 мм
S2 max = B2max – bmin =16.021-15.957= 0,064 мм
N2 max = bmax – B2min=16.000 – 15.979= 0,021 мм
Расчёт шпоночного соединения по высоте шпонки:
Высота шпонки h = 10h11
es = 0, ei = -90 мкм, IT = 90 мкм
hmax = h + es = 10,000+0 = 10,000 мм
hmin = h + ei = 10+(-0,090) = 9.910 мм
Глубина паза вала t1 = 6,0 мм
EI = 0, ES = +0,2 мм
t1 max = t1 + ES = 6,0+0,2 = 6,2 мм
t1 min = t1 + EI = 6,0+0 = 6,0 мм
Глубина паза втулки t2 = 4,3 мм
EI = 0, ES = +0.2 мм
t2 max = t2 + ES = 4,3+0,2 = 4,5 мм
t2 min = t2 + EI = 4,3+0 = 4,3 мм
Определяем предельные зазоры в соединении:
Smax = (t1 max + t2 max) – hmin = (6,2 +4,5)-9,91 = 0.79 мм
Smin = (t1 min + t2 min) – hmax = (6,0+4,3)-10 = 0.3 мм
Расчёт шпоночного соединения по длине шпонки
Длина шпонки l = 50h14
es = 0, IT = 0,62 мм
ei = es – IT = 0-0,62= -0,62 мм
lmax = l + es = 50+0 = 50 мм
lmin = l + ei = 50+(-0,62) = 49,38 мм
5.2.3.2. Длина паза вала L = 50H15
EI = 0, IT = 1,0 мм
ES = EI + IT = 0+1,0 = +1,0 мм
L max = L + ES =50+1,0= 51,0 мм
L min = L + EI = 50+0 = 50 мм
Определяем предельные зазоры в посадке:
Smax = L max – lmin = 51,0-49,38 = 1,62 мм
Smin = L min – lmax = 50 - 50 = 0 мм
Определяем допуск посадки:
Ts = ITD+ITd = 1000+620 = 1620 мкм.
1.2.4. Выбор средства контроля шпоночного соединения.
Глубину шпоночного паза измеряем глубиномером микрометрическим, ширину нутромером индикаторным, длину паза – штангенциркулем. Для контроля допусков параллельности и симметричности используем калибр шпоночный.
- Выбор посадок для шлицевых соединений
Вместо шпоночного соединения назначаем прямобочное шлицевое соединение.
1.3.1. Обоснование выбора основных
параметров шлицевого
Т.к. шлицевое соединение передает небольшой крутящий момент, то выбираем шлицевое соединение средней серии.
Исходя из диаметра вала, выбираем соединение средней серии [3],
где d – центрирование по наружному диаметру.
8 – число зубьев.
52 – внутренний диаметр
- посадка по внутреннему
58 – наружный диаметр
- посадка по наружному диаметру
8 – ширина зуба
- посадка по ширине зуба.
1.3.2. Определение предельных отклонений допусков сопряжений.
1.3.2.1. Рассчитываем предельные
Общий допуск IT = 30 мкм
Верхнее отклонение ES = 30 мкм [1]
Нижнее отклонение EI = 0;
Максимальный диаметр отверстия Dmax = D + ES = 52+0,03 = 52.03 мм
Минимальный диаметр отверстия Dmin = D + EI = 52+0 = 52 мм
Общий допуск IT = 43 мкм
Верхнее отклонение es= -21.5 мкм
Нижнее отклонение ei = es - IT = 21.5 мкм
Максимальный диаметр вала dmax = d + es = 52+0.0215 = 52,0215 мм
Минимальный диаметр вала dmin = d + ei = 52+(-0.0215) = 51,9785 мм
Smax=Dmax – dmin = 52,030 – 51,9785 = 0.0515 мм
1.3.2.2. Рассчитываем предельные размеры для сопряжения Ø .
Общий допуск IT = 46 мкм [1]
Верхнее отклонение ES = 30+46=76 мкм [1]
Нижнее отклонение EI = 30 мкм;
Максимальный диаметр отверстия Dmax = D + ES = 58+0,076 = 58,076 мм
Минимальный диаметр отверстия Dmin = D + EI = 58+0,030= 58.030 мм
Общий допуск IT = 30 мкм
Верхнее отклонение es= 15 мкм
Нижнее отклонение ei = -15 мкм
Максимальный диаметр вала dmax = d + es = 58+0,015 = 58.015 мм
Минимальный диаметр вала dmin = d + ei = 58+(-0.015) = 57,985 мм
Smax=Dmax – dmin = 58,076 – 57,985 = 0,091 мм
Smin=Dmin – dmax = 58.030 – 58,015 = 0,015 мм
1.3.2.3. Рассчитываем предельные размеры для сопряжения .
Общий допуск IT = 58 мкм
Верхнее отклонение ES = 58 мкм
Нижнее отклонение EI = 0; [1]
Bmax = B + ES = 8+0,058 = 8.058 мм
Bmin = B + EI = 8+0= 8.000 мм
Общий допуск IT = 90 мкм
Верхнее отклонение es= -280 мкм
Нижнее отклонение ei = es - IT = -280–90= -370 мкм
bmax = b + es = 8+(-0,280) = 7.72 мм
bmin = b + ei = 8+(-0.370) = 7.63 мм
Smax=Bmax – bmin = 8,058 – 7,63 = 0.428 мм
Smin=Bmin – bmax = 8.000 – 7.72 = 0.280 мм
1.3.3. Обоснование выбора средств измерения.
Для контроля шлицевого соединения используем специальные калибр-пробку и калибр-скобу, которые представляют собой эталонные образцы сопрягаемых вала и ступицы колеса.
Для контроля допусков симметричности
и параллельности используют головку
индикаторную.
2. ВЫБОР ПОСАДОК РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ
2.1 Расчет и выбор посадок с натягом
Для расчета необходимого натяга в соединении воспользуемся формулой Лямэ:
где ,
Е=200000 МПа.
Необходимое условие работы соединения
где d=52 мм,
l=90 мм,
f=0.08,
Т=450,76 Нм,
k=2.
Из формул выражаем натяг
Nmin pacч = Pmin*d [(Cd/Ed) + (Cd /Ed)] =7.8*106*0,052*(0,2+0.15)/2 *1011 =0.007 мм.
NminF = Nmin расч + 5*(RaD + Rad )= 7+5*(1.25+0.8)=17,25 мкм
Nmax F = Nmax доп +u=42+17,25=59,25 мкм
Выбираем ближайшую посадку с натягом Ø52H7/р6.
3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
3.1. Выбор и обоснование типа подшипников.
В соответствии с расчетом диаметра вала под подшипником выбираем подшипник 210 ГОСТ 8338-81, подшипник шариковый радиальный однорядный с размерами:
d = 50 мм;
D = 90 мм;
B = 20 мм;
класс точности нормальный.
3.2. Вид нагружения колец
Выбираем посадки внутреннего кольца подшипника на вал и наружного кольца в корпус.
Вращающимся элементом в узле является вал, поэтому внутреннее кольцо подшипника нагружено местно, и во избежание проскальзывания кольца относительно вала необходимо выбрать посадку с натягом.
Наружное кольцо подшипника установлено в корпус неподвижно, испытывает циркуляционное нагружение, и поэтому необходимо выбрать посадку с зазором.
3.3. Выбор посадок подшипниковых колец.
По ГОСТ 3325-85 табл.1,2:
Выбираем посадку внутреннего кольца Ø50 L0/k6.
Выбираем посадку наружного кольца Ø90 H7/l0.
3.4. Расчет предельных размеров деталей, предельные и средние натяги и зазоры в соединениях.
Определяем предельные отклонения среднего диаметра отверстия и среднего диаметра наружной цилиндрической поверхности:
d:
Верхнее отклонение ES = 0,
Нижнее отклонение EI = -12 мкм;
Наибольший предельный диаметр отверстия L0max = L0 + ES = 50+0 = =50,000 мм,
Наименьший предельный диаметр отверстия L0min = L0 + EI = 50+ + (-0,012) = 49,988 мм.
D:
Верхнее отклонение es = 0,
Нижнее отклонение ei = -15 мкм;
Наибольший предельный диаметр вала l0max = l0 + es = 90+0 = 90,000 мм,
Наименьший предельный диаметр вала l0min = l0 + ei = 90+(-0,015) =
=89,985 мм.
Определяем предельные отклонения и размеры вала Ø50k6:
Допуск на вал IT = 16 мкм,
Нижнее отклонение ei = 2 мкм,
Верхнее отклонение es = IT + ei = 16+2 =18 мкм;
Наибольший предельный диаметр вала dmax = d + es = 50+0,018 = 50,018 мм,
Наименьший предельный диаметр вала dmin = d + ei = 50+0,002 = 50,002 мм.
Определяем предельные натяги в посадке:
Nmax = dmax – L0min = 50,018-49,988 = 0,030 мм,
Nmin = dmin – L0max = 50,002-50,000 = 0,002 мм,
Nср. = (Nmax – Nmin)/2 = (0,030+0,002)/2 = 0,016 мм.
Определяем предельные отклонения отверстия Ø90H7:
IT = 35 мкм,
Нижнее отклонение EI = 0,
Верхнее отклонение ES = IT + EI = 35+0 = 35 мкм;
Наибольший предельный диаметр отверстия Dmax = D + ES = 90+0,035 = =90,035 мм,
Наименьший предельный диаметр отверстия Dmin = D + EI = 90+0 =
= 90,000 мм.
Опредедяем предельные зазоры в посадке:
Smax = Dmax – l0min = 90,035-89,985= 0,050 мм,
Smin = Dmin – l0max = 90,000-90,000 = 0,
Sср. = (Smax + Smin)/2 = (0,050+0)/2 = 0,025 мм.
3.5. Проверка наличия радиального зазора в подшипнике
Для проверки в подшипнике качения радиального зазора рассчитаем увеличение зазора в посадке. Для этого проводят расчёт эффективного натяга для кольца, которое испытывает циркуляционное нагружение:
Nэф. =0,85·Nср. =0,85·0,016 = 0,0136 мм
Затем определяем диаметральную деформацию беговой дорожки кольца
∆d1 = Nэф.(d/d0) =0,0136 (50/60) = 0,011 мм
Приведенный внутренний диаметр кольца d0 =d+(D-d)/4 = 50+(90-50)/4 =60 мм
Тогда зазор в подшипнике Grпос после посадки с натягом
Gпос = Gr ср. - ∆d1 = 18 – 11 = 7 мкм
Среднее значение предельного зазора Gr ср. = (Gr min+ Gr max)/2 = (6+26)/2 =16 мкм.
Минимальное значение предельного зазора Gr min =8 мкм [3]
Максимальное значение предельного зазора Gr max =28 мкм [3]
Заклинивание не произойдёт, так как Grпос не превышает Gr max
3.6. Шероховатость посадочных мест под подшипники
Шероховатость поверхности [3]:
- посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Ra=1,25 мкм;
- торцовой поверхности корпуса заплечника Ra=2,5 мкм и заплечника вала Ra=1,25 мкм;
- посадочной поверхности
3.7. Допуски формы и расположения посадочных поверхностей
Допуск круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника – 4,0 мкм;
Допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника – 4,0 мкм;
Допуск круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника – 9 мкм;
Допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника – 9 мкм.
Допуск торцевого биения заплечиков вала – 25 мкм;
Допуск торцевого биения заплечиков корпуса – 64 мкм. [3]
4 РЕШЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРНЫХ
ЦЕПЕЙ
4.1 Решение линейных размерных
цепей методом полной
Для катка опорного строится линейная размерная цепь относительно замыкающего звена мм. Диаметр подшипника 90 мм.
Из чертежа узла определяем номинальные размеры звеньев.
Определяем среднее число единиц допуска размерной цепи:
В соответствии с полученным значением определяем средний квалитет точности размерной цепи – 16 квалитет. Назначаем допуски на размер по 16-му квалитету:
Определяем допуск на размер :
.
Назначаем предельные размеры составляющих звеньев:
Определяем координаты середины полей допусков.
Из уравнения находим
Определяем предельные отклонения звена .
В итоге
4.2 Решение линейных размерных цепей вероятностным методом
Определяем среднее количество единиц допуска в размерной цепи
Этому значению соответствует 17 квалитет точности. Назначаем допуски на размеры по 17-му квалитету:
Определяем допуск на размер :
.
Назначаем предельные размеры составляющих звеньев:
Определяем координаты середины полей допусков.
Из уравнения находим
Определяем предельные отклонения звена .
В итоге
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения курсовой работы был произведен выбор и расчет посадок методом аналогии и расчетным методом, выбор и расчет посадок подшипников качения. Для механизма привода дискового ножа был произведен расчет размерной цепи методами полной взаимозаменяемости и вероятностным методом.
ЛИТЕРАТУРА
1. ЕСДиП25346-89
2. РД 50-98-86
3. ГОСТ 24810-81
4. ГОСТ 23360-78
5. ГОСТ 18360-73
6. ГОСТ 8338 – 71
7. ГОСТ 24705-81
8. Стандартизация, метрология, взаимозаменяемость: метод. пос. / К.В.Сашко [и др.]. – Минск : БГАТУ, 2006. – 148 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
