Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный технический университет

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету “Взаимозаменяемость, стандартизация

и технические измерения”

Студент:             

Преподаватель:  

г. Екатеринбург

2001 год

Часть 1.  ЧЕТЫРЕ ПОСАДКИ

Вариант

Посадки

15

20H7/g6

45H6/m5

60H6/p5

80D9/h9

1) Определить наибольшие, наименьшие предельные размеры и допуски размеров деталей, входящих в соединение;

1.1 Для посадки 20H7/g6

 

20H7:  ES = +21 мкм EI = 0 мкм

20g6:  es = -7 мкм ei = -20 мкм

Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 20 + 0,021 = 20,021 мм

D_min = D + EI = 20 + 0 = 20,000 мм

Допуск на размер отверстия:

T_D = D_max - D_min = 20,021 – 20,000 = 0,021 мм

Предельные размеры вала:

d_max = d + es = 20 + (-0,007) = 19,993 мм

d_min = d + ei = 20 + (-0,020) = 19,980 мм

Допуск на размер вала:

T_d = d_max - d_min = 19,993 – 19,080 = 0,013 мм

1.2 Для посадки 45H6/m5

 

45H6:  ES = +16 мкм EI = 0 мкм

45m5:  es = +20 мкм ei = +9 мкм

Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 45 + 0,016 = 45,016 мм

D_min = D + EI = 45 + 0 = 45,000 мм

Допуск на размер отверстия:

T_D = D_max - D_min = 45,016 – 45,000 = 0,016 мм

Предельные размеры вала:

d_max = d + es = 45 + 0,020 = 45,020 мм

d_min = d + ei = 45 + 0,009 = 45,009 мм

Допуск на размер вала:

T_d = d_max - d_min = 45,020 – 45,009 = 0,011 мм

 

1.3 Для посадки 60H6/p5

 

60H6:  ES = 19 мкм EI = 0 мкм

60p5:  es = +45 мкм ei = +32 мкм

Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 60 + 0,019 = 60,019 мм

D_min = D + EI = 60 + 0 = 60,000 мм

Допуск на размер отверстия:

T_D = D_max - D_min = 60,019 – 60,000 = 0,019 мм

Предельные размеры вала:

d_max = d + es = 60 + 0,045 = 60,045 мм

d_min = d + ei = 60 + 0,032 = 60,032 мм

Допуск на размер вала:

T_d = d_max - d_min = 60,045 – 60,032 = 0,013 мм

1.4 Для посадки 80D9/h9

 

80D9:  ES = +174 мкм EI = +100 мкм

80h9:  es = 0 мкм ei = -74 мкм

Предельные размеры отверстия:

D_max = D + ES = 80 + 0,174 = 80,174 мм

D_min = D + EI = 80 + 100 = 80,100 мм

Допуск на размер отверстия:

T_D = D_max - D_min = 80,174 – 80,100 = 0,074 мм

Предельные размеры вала:

d_max = d + es = 80 + 0 = 80,000 мм

d_min = d + ei = 80 + (-0,074) = 79,926 мм

Допуск на размер вала:

T_d = d_max - d_min = 80,000 – 79,926 = ï-0,074ï = 0,074 мм

 

2) Определить наибольшие, наименьшие, средние зазоры и натяги и допуски посадок;

2.1 Для посадки 20H7/g6

 

Зазоры:

S_max = D_max - d_min = 20,021 - 19,980 = 0,041 мм

S_min = D_min - d_max = 20,000 - 19,993 = 0,007 мм

S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,041+0,007)/2 = 0,024 мм

Допуск посадки:

TS = S_max - S_min = 0,041 - 0,007 = 0,034 мм

 

2.2 Для посадки 45H6/m5

Максимальный зазор:

S_max = D_max - d_min = 45,016 – 45,009 = 0,007 мм

Максимальный натяг:

N_max = d_max - D_min = 45,020 – 45,000 = 0,020 мм

Допуск посадки:

TS(TN) = T_D + T_d = 0,016 - 0,011 = 0,027 мм

2.3 Для посадки 60H6/p5

 

Натяги:

N_max = d_max - D_min = 60,045 – 60,000 = 0,045 мм

N_min = d_min - D_max = 60,032 – 60,019 = 0,013 мм

N_m = (N_max - N_min)/2 = (0.045 – 0.013)/2 = 0,016 мм

Допуск посадки:

TN = N_max - N_min = 0.045 – 0.013 = 0,032 мм

2.4 Для посадки 80D9/h9

 

Зазоры:

S_max = D_max - d_min = 80,174 - 79,926 = 0,248 мм

S_min = D_min - d_max = 80,100 - 80,000 = 0,100 мм

S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,248+0,100)/2 = 0,174 мм

Допуск посадки:

TS = S_max - S_min = 0,248 - 0,100 = 0,148 мм

полученные данные занести в таблицу (мм);

3) Построить схемы расположения полей допусков деталей, входящих в соединения;

4) Назначить средства для контроля (измерения) размеров деталей, входящих в соединения (тип производства назначает и обосновывает студент);

         Назначаем тип производства – серийное

Тогда:

• для контроля размера вала Æ20H7^+0.021 будем использовать калибр - пробку с проходными и непроходными губками.

 

• для контроля размера отверстия Æ20g6^-0.007 будем использовать пневматический ротаметр.                    ^-0.020

5) выполнить эскиз одного из 4 соединений (по выбору студента)  с обозначением посадки в соединении и эскизы деталей, входящих в это соединение, с указанием на них обозначения точности размеров (номинальный размер,  обозначение поля допуска и квалитета,  предельные отклонения).

Часть 2. ФОРМА И РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

 

1) Изобразить эскиз детали с указанием на заданных поверхностях обозначений отклонений формы и расположения поверхностей;

 

2) Охарактеризовать заданные поверхности;

а) – плоская, полуоткрытая поверхность

b) – цилиндрическая, внутренняя, открытая поверхность

3) Расшифровать обозначения отклонений формы и расположения заданных поверхностей , в том числе указать размерность числовых отклонений;

Допуск перпендикулярности – обозначает наибольшее допускаемое значение отклонения от перпендикулярности (мм).

         Допуск параллельности – обозначает наибольшее допускаемое значение отклонения от параллельности.

                  Размерность допусков формы и расположения поверхностей задается в миллиметрах.

4) По допуску формы или расположения установить степень точности;

Определяем по справочнику табл. 2.11 [3, стр. 381]

При h = 240 степень точности – 9

При L = 380 степень точности – 10

5) Изобразить схемы измерения отклонений;

         Для контроля допуска перпендикулярности:

         Для контроля допуска параллельности:

Часть 3. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

1. Изобразить эскиз детали с указанием заданных обозначений шероховатости поверхностей;

2. Охарактеризовать заданную поверхность;

         Наружная полуоткрытая поверхность заданного профиля

3. Расшифровать обозначение шероховатости поверхностей и в том числе указать размерность числового значения шероховатости;

         Такое обозначение шероховатости предъявляет следующее требование к поверхности: поверхность должна быть образована удалением слоя материала, при этом шероховатость поверхности по Ra не должна превышать соответственно 12,5 и 3,2 (мкм).

         Размерность задается в микрометрах.

4. Указать - предпочтительные или нет числовые значения шероховатости поверхностей;

         Соответственно ГОСТ 2789-73 параметры шероховатости 12,5 и 3,2 являются предпочтительными.

5. Указать метод обработки для получения шероховатости.

         Для получения параметра шероховатости 12,5 выбираем фрезерование, а для параметра 3,2 выбираем – зубодолбление.

Часть 4. РАСЧЕТ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

 

Исходные данные:

 

Обозначение подшипника

– 6

Размеры d x D

– 90 x 160 мм

Радиальная нагрузка

–  6000 Н

 

 

1) Установить вид нагружения каждого кольца подшипника;

         По чертежу наружное кольцо воспринимает радиальную нагрузку, постоянную по направлению и ограниченную участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса, следовательно характер нагружения – местный.

         Внутреннее кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее последовательно всей посадочной поверхности вала, следовательно характер нагружения – циркуляционный.

2) Для кольца, имеющего циркуляционное нагружение, рассчитать интенсивность радиальной нагрузки по учебнику [1, с.237-239] или по справочнику [3, с.283];

По табл.4.92 [3, с.287] или по табл. 9.3 и 9.4 [1, с.238] установить поле допуска для вала или корпуса;

Интенсивность нагрузки подсчитывают по формуле

где F_f — радиальная нагрузка на опору; k₁, k₂, k₃ — коэффициенты;   b — рабочая ширина посадочного места; b = В — 2 r (В — ширина подшипника; r — координата монтажной фаски внутреннего или наружного кольца подшипника).

Динамический коэффициент посадки k1 зависит от характера нагрузки: при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации  K₁ = 1; при перегрузке до 300 %, сильных ударах и вибрации k₁ = 1,8.

 Коэффициент k₂  учитывает степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе: при сплошном вале k₂ = 1.

 Коэффициент k₃  учитывает неравномерность распределения радиальной нагрузки F_f  между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки F_f   на опору.

В нашем случае k₁ = k₂ = k₃ = 1

По ГОСТ 8338-75 определяем для нашего подшипника 90 х 160:

В = 30мм; r = 1.5мм

Рассчитываем  интенсивность нагрузки:

По табл. 9.3 из справочника [1, с.238] устанавливаем поле допуска для вала: Æ90js6(±0.011)

3) Для кольца, имеющего местное нагружение, поле допуска присоединительной поверхности (вал или корпус) выбрать по табл. 4.89 справочника [3, с.28б] или табл. 9.6 [1, c.239];

По табл. 9.6 из справочника [1, c.239] устанавливаем поле допуска для корпуса: Æ160H7(^+0.025)

4) В случае колебательного нагружения кольца подшипника поле допуска присоединительной поверхности (вал или корпус) устанавливается также по табл. 4.95 справочника [3, с.289-290];

–

5) Построить схему расположения полей допусков колец подшипника и присоединительных поверхностей вала и корпуса. Числовые значения предельных отклонений посадочных размеров колец подшипников берутся из таблиц справочника [3, c.273-281] или из других справочников по подшипникам качения;

Предельные отклонения:

для внутреннего кольца

– 90(_-0,020)

для наружного кольца

– 160(_-0,025)

6) Выполнить эскизы посадочных мест вала и корпуса. Шероховатость поверхности вала и корпуса и допуски формы и расположения поверхности берутся из справочника [3, с.288-296] или из другой справочкой литературы по подшипникам качения.

        Эскизы посадочных мест

Часть 5. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПОСАДОК

ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ И ЕГО КОНТРОЛЬ

Исходные данные:

 

Шпоночное соединение

– 16

Номин. размер соединения

– 8 мм

1) Установить и обосновать тип шпоночного соединения (свободное, нормальное или плотное);

         Устанавливаем тип соединения – нормальное т.к. производство – серийное.

2) Назначить поля допусков и квалитеты для деталей, входящих в соединение: шпонка, паз вала, паз втулки. Для этого воспользоваться рекомендациями в [1, с.334] или [3, с.237,238];

         По табл. 4.64 справочника [3, с.235] выбираем сечение шпонки для диаметра вала Æ8 – b´h = 2´2 мм.

         По табл. 4.65 справочника [3, с.237] выбираем предельные отклонения:

- для ширины шпонки

- h9

es = 0, ei = -25 мкм

- для ширины паза на валу

- N9

ES = 0, EI = -25 мкм

- для ширины паза во втулке

- Js9

ES = +13, EI = -13 мкм

        Вычисляем предельные зазоры и натяги.

В соединении шпонки с пазом вала (N9/h9)

S_max= ES – ei = 0 – (-25) = 25 мкм

N_max= es – EI = 0 – (-25) = 25 мкм

В соединении шпонки с пазом втулки (Js9/h9)

S_max= ES – ei = 13 – (-25) = 38 мкм

N_max= es – EI = 0 – (-13) = 13 мкм

3) Вычертить в масштабе (поперечный разрез) вал и втулку с указанием номинального размера по ширине шпоночных пазов, квалитета, поля допуска и предельных отклонений, а также шероховатости, допусков формы и расположения поверхностей;

4) Назначить средства для контроля деталей шпоночного соединения. Калибры для шпоночных соединений установлены в ГОСТ 24109-80, 24121-80, рекомендации по контролю даны в [3, с.248,249].

Контроль шпоночных соединений в серийном и массовом производстве осуществляют специальными предельными калибрами: ширина пазов вала и втулки Ь проверяется пластинами, имеющими проходную и непроходную сторону (рис. а); размер (d + t₂ у отверстия) — пробками со ступенчатой шпонкой (рис. б); глубина паза вала (размер t1) — кольцевыми калибрами, имеющими стержень с проходной и непроходной ступенью (рис. в). Допуски этих типов калибров принимаются равными допускам гладких калибров, имея и виду зависимые допуски расположения.

Симметричность пазов относительно осевой плоскости проверяют комплексными калибрами: у отверстия — пробкой со шпонкой       (рис. г), а у вала — накладной призмой с контрольным стержнем    (рис. д).

Проектирование комплексных калибров для шпоночных соединений необходимо производить с учетом максимальных размеров сопрягаемых деталей.

После сборки контроль шпоночного соединения производят путем установления биения охватывающей детали, покачиванием охватывающей детали на валу и перемещением охватывающей детали вдоль вала (в случае подвижного соединения).

Часть 5. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

И ИХ КОНТРОЛЬ

Исходные данные:

 

Шлицевое соединение

– 9

Размер 2´d´D

– 10´42´52 мм

1) Назначить метод центрирования соединения;

         Назначаем неподвижное центрирование по наружному диаметру.

2) Назначить посадки по центрирующим и не центрирующим элементам соединения. Посадку выбирают из табл. 4.72, 4.73, 4.74, 4.75 справочника [3,c.252-253] в зависимости от принятого метода центрирования и характера соединения (подвижное или неподвижное), в первую очередь назначить предпочтительные посадки;

         Для центрирующего диаметра D=52 выбираем посадку

         По боковым сторонам зубьев b=6 выбираем посадку

        Для не центрирующего диаметра втулки d=42 выбираем посадку H11, а диаметр вала d₁=36,9.

         Предельные отклонения сводим в таблицу:

Предельные отклонения и допуски шлицевых соединений, мкм

Втулка

Вал

D=52H7

B=5F8

d=42h11

D=52g6

b=6js7

d₁ £ d

Верхнее отклонение

ES=+30

ES=+28

ES=+160

es=-10

es=+6

d₁=36.9

Нижнее отклонение

EI=0

EI=+10

EI=0

ei=-29

ei=-6

Допуск

TD=30

TB=18

Td=160

Td=19

Tb=12

3) Построить схемы расположения полей допусков шлицевых деталей по соединяемым элементам;

         Вычисляем зазоры по центрирующим и нецентрирующим поверхностям:

По D:

S_max = ES - ei = 30 – (-29) = 59 мкм

S_min = EI - es = 0 – (-10) = 10 мкм

По d:

S_max = d_maxвт – d₁ = 42 + 0.160 – 36.9 = 5.26 мм

По b:

S_max = ES - ei = 28 – (-6) = 32 мкм

S_min = EI - es = 10 – 6 = 4 мкм

       

4) Выполнить чертеж шлицевого соединения (поперечный или продольный разрез) и нанести на нем условное обозначение соединения по ГОСТ 1139-80. Чертеж выполняется на листах формата А4;

5) Выбрать средства для контроля заданных шлицевых деталей.

         Для контроля шлицевого вала выбираем комплексный проходной колибр.

Часть 5. РАСЧЕТ СБОРОЧНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

Предельные отклонения А_D

А_D = 0, ES = +1.1, EI = +0.3

Размер d

= 40

Подшипники качения

ES = 0, EI = -120 мкм

Толщина прокладок

= 2_-0.1 мм

Толщина стопорных колец

= 3_–0.1 мм

                  1. Определяем масштаб рисунка:

М = d / x = 40 / 12 = 3,3

                  2. Определяем увеличивающие (А₂, А₃, А₄) и уменьшающие (А₁, А₅, А₆, А₇, А₈, А₉, А₁₀, А₁₁, А₁₂, А₁₃, А₁₄) звенья, обозначив их начиная с А_D по часовой стрелке от А₁ до А_n (у нас А₁₄)

Общее число звеньев размерной цепи равно 15. Замыкающее звено А_D = 0, ES = +1,1, EI = +0,3. Составляющие звенья размерной цепи определяем согласно масштаба: А₁=26, А₂=2_-0,1, А₃=500, А₄=2_-0,1, А₅=26, А₆=36_-0,12, А₇=15, А₈=53, А₉=32, А₁₀=50, А₁₁=50, А₁₂=71, А₁₃=100, А₁₄=10.

         Согласно схемам размерных цепей:

,

где  – номинальный размер замыкающего звена,

 и – номинальные размеры увеличивающих и уменьшающих размерных звеньев цепи.

Но у нас А_D= 0

         Для выполнения равенства корректируем звено А₃:

3. Определим число единиц допуска

При решении задачи способом допусков одного квалитета предполагаем, что все составляющие цепь размеры выполняются по одному и тому же квалитету точности. А каждому квалитету точности соответствует вполне определенное число единиц допуска а. То есть а одинаково для всех звеньев размерной цепи.

Величина допуска каждого составляющего размера

где:

a_j - число единиц допуска соответствующего звена размерной цепи;

i_j - единица допуска. Величина i зависит от интервала размеров, в котором располагается соответствующий размер, и может быть определена по таблицам.

Так как по условии задачи принято одинаковое число единиц допуска для каждого звена, то среднее число единиц допуска для каждого звена можно обозначить a_m.

Для определения a_m используем формулу:

4. Определяем квалитет точности.

Принимаем a_m =16, тогда квалитет точности – 7.

5. Назначаем допуски.

Назначаем допуски согласно 7-го квалитета точности по табли-цам допусков и вносим их в графу [5] табл.1.

В графу [6] записываем размер звена с отклонениями, в графу [7] – середину поля допуска, [8] и [9] соответственно – верхнее и нижнее отклонения.

Табл.1

Исходные данные

Категория звена: увеличив. уменьш.

Единица допуска

Категория звена: вал, отверстие, уступ.

Допуск звена (по ГОСТ 25347-82), мм

Размер звена с отклоне-ниями, мм

Середина поля допуска, мм

Верхнее откло-нение, мм

Нижнее откло-нение, мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

А₁=26

Умен.

1,31

Уступ

0,021

26±0,0105

0

+0,0105

-0,0105

А₂=2 _–0,1

Увел.

–

Вал

0,1

2 _-0,1

-0,05

0

-0,1

А₃=489

Увел.

3,89

Вал

0,063

489 _-0,063

-0,0315

0

-0,063

А₄=2 _–0,1

Увел.

–

Вал

0,1

2 _-0,1

-0,05

0

-0,1

А₅=26

Умен.

1,31

Уступ

0,021

26±0,0105

0

+0,0105

-0,0105

А₆=36_-0,12

Умен.

–

Вал

0,12

36 _-0,12

-0,06

0

-0,12

А₇=15

Умен.

1,08

Вал

0,018

15 _-0,018

-0,009

0

-0,018

А₈=53

Умен.

1,86

Вал

0,030

53 _-0,030

-0,015

0

-0,030

А₉=32

Умен.

1,56

Вал

0,025

32 _-0,025

-0,0125

0

-0,025

А₁₀=50

Умен.

1,56

Вал

0,025

50 _-0,025

-0,0125

0

-0,025

А₁₁=50

Умен.

1,56

Вал

0,025

50 _-0,025

-0,0125

0

-0,025

А₁₂=71

Умен.

1,86

Вал

0,030

71 _-0,030

-0,015

0

-0,030

А₁₃=100

Умен.

2,17

Вал

0,035

100 _-0,035

-0,0175

0

-0,035

А₁₄=34_-0,12

Умен.

–

Вал

0,12

34 _-0,12

-0,06

0

-0,12

А_D=

Умен.

–

–

0,8

+0,7

+1,1

+0,3

А_РЕГ=50

Умен.

1,56

Вал

0,092

-0,63

-0,584

-0,676

                   6. Предварительная проверка решения.

         Проверим зависимость замыкающего звена от составляющих:

7. Назначение регулирующего звена.

         По предварительной проверке  хотя при методе максимума-минимума,  обеспечивающем полную взаимозаменяемость, должна была получиться максимальная величина допуска . Причиной разницы заданной и расчетной величин    ТАд является отличие среднего расчетного числа единиц допуска    (a_m =19,72) и стандартного числа единиц допуска для выбранного квалитета (a_m =16).

Для компенсации разницы в расчетном и табличном числе единиц допуска при расчете размерных цепей вводится регулирующее звено. В качестве регулирующего звена целесообразно использовать наиболее легко выполнимое звено, мы выбираем звено А₃.

8. Определение допусков и предельных отклонений регулирующего эвена.

Допуск регулирующего звена можно определить из зависимости (2), если представить ее в виде:

Отсюда:

Для определения положения поля допуска регулирующего звена определим координату середины поля допуска этого звена  по зависимости:

где  - координата середины поля допуска замыкающего звена;   и  координаты середины поля допуска увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи;

n - число увеличивающих звеньев размерной цепи;

Р - число уменьшающих звеньев размерной цепи.

Из зависимости (2) для регулирующего звена, назначенного из числа уменьшающих звеньев:

9. Определяем верхнее и нижнее предельные отклонения

 регулирующего звена:

10. Решение проверочной (обратной) задачи

Решение обратной задачи начинается с проверки правильности назначения допусков по зависимости:

Равенство выдерживается. Допуски назначены правильно. Для расчета предельных отклонений используем зависимости:

Для верхнего предельного отклонения замыкающего эвена:

где:

  - верхнее отклонение замыкающего эвена;

 - верхние отклонения увеличивающих звеньев размерной цепи;

 - нижние отклонения уменьшающих звеньев размерной цепи.

Равенство соблюдается.

Для нижнего предельного отклонения замыкающего ввена:

Равенство соблюдается.

Расчет размерной цепи полностью завершен.