Курсовая работа: Назначение посадок гладких цилиндрических сопряжений, подшипников качения, шпоночных соединений,
Название: Назначение посадок гладких цилиндрических сопряжений, подшипников качения, шпоночных соединений, Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Министерство Образования Российской Федерации Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С. П. Королёва. Кафедра производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроенииПояснительная записка к курсовой работе по взаимозаменяемостиВариант 2 – 2 Выполнила студентка группа Руководитель работы И.А.Докукина Оценка:__________ Подпись преподавателя_______«__»_________2007 г. САМАРА2007 Реферат Курсовая работа Пояснительная записка: 24 с., 7 рис., 1 табл., 6 источников, 1 приложение ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ, ВАЛ, ДОПУСК, КАЛИБР, КВАЛИТЕТ, ПОСАДКА, ОТВЕРСТИЕ, ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ, РАЗМЕРНАЯ ЦЕПЬ, СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ, ШЕРОХОВАТОСТЬ, ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Цель курсовой работы – назначить посадки гладких цилиндрических сопряжений, подшипников качения, шпоночных соединений, а также провести расчет размерной цепи. Объект исследования – чертеж узла, краткого описания его конструкции и работы и таблиц с исходными данными. В данной работе назначены посадки гладких цилиндрических сопряжений, подшипники качения, резьбовые, шпоночные соединения, а также проведено нормирование точности формы и расположения поверхностей, шероховатости поверхностей. Сделан выбор метода, обеспечивающего точность сборки механизма и расчетной цепи. Значимость работы – научиться назначать посадки гладких цилиндрических сопряжений, подшипников качения, шпоночных соединений, а также проводить расчет размерной цепи. Содержание Введение…………………………………………………………………………..4 1 Расчет и выбор посадок с натягом…………………………………………….5 2 Расчет и выбор посадок подшипников качения……………………………..11 3 Нормирование допусков и назначение посадок шпоночных соединений...14 4 Расчет размерных цепей………………………………………………………16 5 Выбор и назначение параметров шероховатости, отклонений формы и расположения поверхностей……………………………………………………19 6 Расчет исполнительных размеров калибров…………………………………20 Заключение……………………………………………………………………….23 Списокиспользованныхисточников……………………………….…………..24 Приложение 1……………………………………………………………………25 ВВЕДЕНИЕ Взаимозаменяемость - это свойство независимо изготовленных с заданной точностью деталей, составных частей машин, приборов и других изделий обеспечивать возможность беспригонной сборки сопрягаемых деталей в составные части, а составных частей - в изделия при соблюдении технических требований, предъявляемых к изделиям. Взаимозаменяемость обеспечивает высокое качество изделий, снижает их стоимость, способствует развитию измерительной техники. Взаимозаменяемость может быть полной и неполной. Полная взаимозаменяемость обеспечивается при выполнении геометрических, механических, электрических и других параметров деталей с точностью, позволяющей производить сборку любых сопрягаемых деталей и составных частей без дополнительной их обработки, пригонки, подбора и регулирования при обеспечении требуемого качества изделий. При неполной взаимозаменяемости допускается групповой подбор, подгонка или регулировка деталей, узлов, агрегатов. Базой для осуществления взаимозаменяемости в современном промышленном производстве является стандартизация. 1 ВЫБОР ПОСАДОК В СОЕДИНЕНИЯХ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Цель работы: изучить методику расчета допустимых значений минимального и максимального натяга в посадке, и исходя из назначения конструктивных особенностей и условий эксплуатации сборочной единицы, рассчитать и выбрать стандартную посадку с натягом. Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъемных (или разбираемых лишь в отдельных случаях при ремонте) соединений деталей, как правило, без дополнительного крепления винтами, штифтами, шпонками и т.п. Относительная неподвижность деталей при этих посадках достигается за счет напряжений, возникающих в материале сопрягаемых деталей вследствие действия деформаций их контактных поверхностей. При прочих равных условиях напряжения пропорциональны натягу. В большинстве случаев посадки с натягом вызывают упругие деформации контактных поверхностей. Но в ряде посадок с натягом, особенно при относительно больших натягах или в соединениях деталей, изготовленных из легких сплавов и пластмасс, возникают упругопластические деформации (пластические деформации в одной или обеих деталях распространяются не на всю толщину материала) или пластические деформации, распространяющиеся на всю толщину материала. Применение таких посадок во многих случаях возможно и целесообразно. В отличие от других способов обеспечения неподвижности деталей в соединении при передаче нагрузок, посадки с натягом позволяют упростить конструкцию и сборку деталей и обеспечивают высокую степень их центрирования. В сравнительно редких случаях, при передаче очень больших крутящих моментов или при наличии весьма больших сдвигающих сил, в соединениях с натягом дополнительно применяются крепежные детали. При одном и том же натяге прочность соединения зависит от материала и размеров деталей, шероховатости сопрягаемых поверхностей, способа соединения деталей, формы и размеров центрирующих фасок, смазки и скорости запрессовки, условий нагрева или охлаждения и т.д. Ввиду такого многообразия исходных факторов выбор посадки следует производить не только по аналогии с известными соединениями, но и на основе предварительных расчетов натягов и возникающих напряжений, особенно при применении посадок с относительно большими натягами. Для изделий серийного и массового производства рекомендуется провести предварительную опытную проверку выбранных посадок с натягом. Различают следующие основные способы сборки деталей при посадках с натягом: 1) сборка под прессом за счет его осевого усилия при нормальной температуре, так называемая продольная запрессовка; 2) сборка с предварительным разогревом охватывающей детали (отверстия) или охлаждением охватываемой детали (вала) до определенной температуры (способ термических деформаций, или поперечная запрессовка). В каждом конкретном случае выбора способа сборки определяется конструктивными соображениями (форма и размеры сопрягаемых деталей, значения натягов, наличие соответствующего оборудования для сборки и т.д.). Сборка под прессом – наиболее известный и несложный процесс, применяемый преимущественно при относительно небольших натягах. Однако к его недостаткам следует отнести: неравномерность деформации тонкостенных деталей, возможности повреждения сопрягаемых деталей, потребность в мощных прессах, более высокие требования к шероховатости сопрягаемых поверхностей. Сборка способом термических деформаций применяется как при относительно больших, так и при небольших натягах и дает более высокое качество соединения за счет меньших повреждений сопрягаемых деталей и уменьшения влияния шероховатости поверхности. В данной конструкции с натягом соединяются шестерня 12, выполненная из стали Ст.45 и втулка 11, выполненная из стали-Ст.40Х (термообработка). Соединение передает крутящий момент Мкр.=110Нм. Данная конструкция собирается способом 2-сборка под прессом, за счет осевого усилия (продольная запрессовка), без смазки. На рис. 1 представлен эскиз детали. Рисунок 1-Эскиз детали Физико-механические свойства охватываемой детали 1 и охватывающей 2 берем из таблицы 1.В данном случае: α - коэффициент линейного расширения α1 =16,2×106 o C -1 α2 =11,65×106 o C -1 E – Модуль упругости E1 =1,16×1011 Па E2 =2, 04 ×1011 Па μ - коэффициент Пуассона μ1 =0,35 μ2 =0,3 σт – предел текучести σт1 = 250МПа σт2 = 353МПа Метод формирования соединения продольный. Коэффициент трения сцепления при распрессовке в момент сдвига в круговом направлении fкр. =0,06 fосев. =0,08 Определим значение минимального давления Pmin из условия его неподвижности при действии крутящего момента. Pmin =2×Mкр /π ×d2 ×l×fкр Pmin =2×256/3,14 ×482 ×10-6 ×40×10-3 ×0,06=29,5МПа Определим значение максимального допустимого давления в соединении Pmax из условия отсутствия пластической деформации на контактирующих поверхностях втулки и вала. Pmax 1 =0,58× σтек1 ×(1-(d1 /d) 2 ) Pmax 1 =0,58×250×(1-(40/48)2 )=44,3МПа Pmax 2 =0,58× σт 2 ×(1-(d/d2) 2 ) Pmax 2 =0,58×353×(1-(48/ 90)2 )=146,5 МПа Для дальнейших расчетов, исходя из условий прочности деталей, выбираем меньшее значение: Pmax =44,3МПа Определим минимальный Nmin и максимальный Nmax натяги по формулам: Nmin ( max ) =Pmin ( max ) ×d×(C1 /E1 +C2 /E2 ) C1 =(1+(d1 /d) 2 )/(1-(d1 /d) 2 ) - μ1 C1 =(1+(40/48)2 )/(1-(40/48)2 ) – 0,35=1,8 C2 =(1+(d/d2 )2 )/(1-(d/d2 )2 )+μ2 C2 ==(1+(48/ 90)2 )/(1-(48/90)2 )+ 0,3 =1,97 Nmin =29×106 ×48×10-3 ×(1,8/1,16×1011 +1,97/2,04×1011 )=36 мкм Nmax =44,3×106 ×48×10-3 ×(1,8/1,16×1011 +1,97/2,04×1011 )=54 мкм Находим поправку ∆NR , учитывающую срез и смятие неровностей на контактных поверхностях деталей при сборке соединения по формуле: ∆NR =5×( Ra 1 +Ra 2 ). Мы учитываем, что Rz ≈Ra . Для деталей, собираемых продольным способом, диапазон Ra =0,4…1,6,поперечным Ra =0,8…3,2 . В нашем случае Ra 1 =0,8мкм, Ra 2 =1,6мкм. ∆NR =5×(0,8+1,6)=12 мкм Теперь определим поправку ∆NT , учитывающую различие температур при сборке и эксплуатации соединений, считая, что температуры обоих деталей равны. Получаем, что ∆ Nt =0. Находим коэффициент γуд. , учитывающий увеличение контактного давления у торцов охватывающей детали по таблице: γуд. ≈0,9. Определим минимальный расчетный натяг с учетом поправок по формуле: Np min =Nmin +∆NR +∆NT Np min =36+12+0= 48 мкм Определим максимальный расчетный натяг с учетом поправок по формуле: Np max =Nmax ×γуд. + ∆NR +∆NT Np max =54×0,9+12+0= 61 мкм Определяем средний квалитет, в котором следует назначать допуски сопрягаемых деталей и посадки: i=1,56 аср . =(Np max - Np min )/2×i аср. =(61-48)/2×1,56= 4 мкм Выбираем 9 квалитет, ближайший к повышению степени точности. Выбираем стандартную посадку в системе отверстия и строим схему расположения полей допусков. Nmax =43+16=59 Nmin =43-25=18 Рисунок 2-Расположение полей допусков Определяем максимальное усилие, необходимое при продольной сборке деталей: T= π*D*l*fn *Pmax/γ уд T=3,14*48*10-3 *40*10-3* 1,2*0,08*44,3*106 /0,9=28490м2 Па fn . =(1,2…1,3)* fосев. =1,2*0,08=0,096 2 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ Цель работы: рассчитать посадки колец подшипников с валом и корпусом; назначить на сопрягаемые детали отклонения формы посадочных поверхностей и шероховатости. Подшипники качения работают при самых разнообразных нагрузках, они обеспечивают точность и равномерность перемещения подвижных частей машин и приборов. Работоспособность подшипников качения зависит от точности их изготовления и характера соединения сопрягаемых деталей. Все подшипники делятся на пять классов точности: 0,6,5,4,2 в порядке повышения точности. В классах высокой точности требования к точности деталей подшипника резко возрастает. Дорогостоящие подшипники высокой точности применяются только в особых случаях, например в прецизионных приборах. В обычном машиностроении применяются 0 и 6 класс точности. В связи с отсутствием осевой составляющей нагрузки выбирается однорядный радиальный подшипник. Выбираем подшипник с диаметром внутреннего кольца d=60 мм № 212 (диаметр наружного кольца D=110 мм, ширина колец B=22 мм, радиус фаски r=2.5 мм). Режим работы №1, серия – легкий. Назначим предельные отклонения для нулевого класса точности. d=60-0,015 D=110-0,013 B=22-0,15 Определим вид нагружения колец подшипника в зависимости от того, вращается или не вращается данное кольцо относительно действующей на него радиальной нагрузки. В данном случае радиальная нагрузка постоянна по направлению, а вращается внутреннее кольцо. Следовательно, внутреннее кольцо испытывает циркулярное нагружение. Для выбора посадки внутреннего циркуляционно нагруженного кольца радиальная нагрузка рассчитывается по формуле: PR =(R/b)×k1 ×k2 ×k3 , где R-радиальная нагрузка, b-рабочая ширина посадочной поверхности. R=15 кН b=B-2×r b=22-2,5×2=17 мм Динамический коэффициент посадки k1 =1, коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе k2 =1, коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки k3 =1. PR =15×103 /17×10-3 ×1×1×1=882кН/м На поверхности вала и корпуса в зависимости от интенсивности нагрузки на посадочные поверхности вала, пользуясь таблицей 3,4 задания, подбираем посадку на диаметр вала (k6) и на отверстие под наружное кольцо подшипника(М6). Таким образом, имеем посадочные диаметры вала Ø60 k6, отверстия Ø110М6. Схематичное расположение полей допусков колец подшипника и сопрягаемых с ними поверхностей вала и отверстия приведено на рис. 3. hb – поле допуска диаметра наружного диаметра отверстия. KB – поле допуска диаметра отверстия внутреннего кольца отверстия. Рисунок 3-Расположение полей допусков 3 НОРМИРОВАНИЕ ДОПУСКОВ И НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Цель работы : назначить поля допусков для деталей, входящих в шпоночные соединения в зависимости от условий эксплуатации и требований к точности центрирования. Шпоночные соединения служат для передачи вращающихся элементов между валами и насаженными на них зубчатыми колесами, полумуфтами и другими деталями. Независимо от характера соединения шпонки должны обеспечивать хорошее центрирование и исключить относительное проворачивание соединенных деталей, поэтому боковые зазоры у шпонок не желательны. Получить шпоночные сечения с идеальным центрированием без боковых зазоров практически не возможно, и не всегда требуется по условиям эксплуатации. Различают соединения призматическими, клиновыми и сегментными шпонками. Крутящий момент передается с вала 3 к шестерни 6. Номинальные размеры шпоночных соединений выбираем из таблицы в зависимости от диаметра вала и получаем: диаметр вала (d)=46 мм, ширина шпонки (b)=14 мм, высота шпонки (h)= 9 мм, глубина паза на валу (t1 )=5,5 мм, глубина паза во втулке (t2 )=3,8мм, длина шпонки (l)=40 мм Из условий работы и сборки соединения выбираем вид соединения по ширине шпонки b. Условие работы – нормальное. Назначаем поля допусков на диаметры вала и втулки, соединяемых шпонкой.Обычно для соединения выбирается одна из переходных посадок,которая обеспечивает хорошую точность центрирования.В данном случае с целью обеспечения легкой сборки-разборки соединения выбираем посадку H7 Æ46 h6 Назначаем допуски на размеры шпонки согласно таблице: на ширину b=14-h9; на высоту h=9-h11; на длину l=40-h14. Изобразим схему полей допусков на ширину шпоночных пазов. Рисунок 4-Расположение полей допусков на ширину шпонки 4 РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ Цель работы: установить допуски и предельные отклонения на составляющие звенья размерной цепи. Размерная цепь - совокупность размеров, образующих замкнутый контур и непосредственно участвующий в поставленной задаче. Задачей расчета является определение допусков и предельных отклонений на составные звенья размерной цепи. Звено размерной цепи - это один из размеров, образующих размерную цепь. Имеются следующие виды звеньев: замыкающее (звено, которое получается последним в процессе изготовления и сборки), увязывающее (звено, наиболее простое в изготовлении, за счет него производится увязка размерной цепи), увеличивающее (при его увеличении замыкающее звено уменьшается). Рисунок 5 -Схема размерной цепи В данном задании цепь является конструктивной сборочной линейкой. Она состоит из основных звеньев A1 , A2 , A3 , A4 и замыкающего звена A∆ . Звенья A2 – увеличивающие, A1 ,А4 -уменьшающие, А 3 -увязывающее. Номинальные размеры составляющих звеньев указаны в таблице 1 Таблица 1.Размеры звеньев размерных цепей
Решаем прямую задачу, то есть, назначаем допуски и предельные отклонения на составляющие звенья размерной цепи. Средняя точность составляющих звеньев определяется по числу единиц допуска. a=TA∆ /∑ik, где TA∆ - допуск замыкающего звена ik – единица допуска k-го звена. Рассчитаем допуск замыкающего звена TA∆ : TA∆ =A∆ max -A∆ min TA∆ =3-2=1,2мм=1000мкм Средняя точность: a=1000/(0,73+1,86+2*2,51)=131,4мм Выбираем квалитет в сторону увеличения точности –11. Допуски и посадки не указывают на одно из составляющих звеньев, называемых увязываемым. В качестве увязывающего звена возьмем A3 . Определим номинальный размер замыкающего звена A∆ : A∆ =∑Ai ув. - ∑Ai ум. =100-(4+4+90)=2 мм Рассчитываем предельные отклонения и допуск замыкающего звена: Верхнее отклонение: ESA∆ = A⌂ max -A∆ =3-2=1 мм Нижнее отклонение: EIA∆ = A⌂ min -A∆ =0 мм Определим допуск и предельное отклонение увязывающего звена: ТА3увяз.= ТА∆-∑ТАi ув -∑ТАi ум. ТА7увяз.=1-0,22-(0,075+0,075+0,22)=-0,41мм Верхнее отклонение:ESA3 увяз. =∑EIAi ув.-(∑ESAi ум.-ESA∆) ESA3 увяз. =0 мм Нижнее отклонение: EIA3 увяз. = ∑ESAi ув.-∑EIAi ум.-ESA∆ EIA3 увяз. = 0.22+(0,075+0,075+0,22)-1 =-0,41 мм Проверка : 0-(-0,41)=0,41=ТА3увяз.= ESA3 увяз. –EIA3 увяз. Проведем расчет вероятностным методом. Средняя точность при этом способе равна a=TA∆ /∑√(ik2 ) a=1000/√0,782 *2+2,512 *2=270,5 Выбираем 13 квалитет. Допуск увязывающего звена: TA3 увяз. = √(TA∆ 2 -∑TAi ув. 2 -∑TAi ум. 2 ) TA3 увяз. = √12 -0,542 -0,182 -0,182 -0,542 =0,596 мм Em Ai = (ESAi - EIAi )/2 Em A3 увяз. =∑Em Ai ув. - ∑Em Ai ум. - Em A∆ =0,2-(-0,18-0,18-0,54)-(-0,2)= 1,3мм Верхнее отклонение увязывающего звена: ESA3 увяз. =Em A3 +TA3 увяз. /2 = 1,5+0,41/2= 1,705 мм Нижнее отклонение увязывающего звена: EIA7 увяз. =Em A7 -TA7 увяз. /2 = 1,5-0,41/2= 1,3 мм 5 ВЫБОР И НАЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ, ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ, РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ Цель работы: изучить комплексы параметров, их влияние на эксплуатационные свойства соединений и деталей и условные обозначения на чертежах.1. Для детали «вал», выбранной из конструкции заданного узла, назначаем допуск, значение параметров шероховатости, отклонений формы и расположения поверхностей, исходя из эксплуатационных требований контактной жесткости, износостойкости, прочности соединений, площади контакта и т.д. 2. Нанесем условные обозначения на чертеж (См. Приложение). 6 РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ КАЛИБРОВ Цель работы: рассчитать рабочие и контрольные калибры для посадочных поверхностей под подшипник качения Определим размеры калибра-пробки отверстия диаметром 85 с полем допуска N6. Наибольший диаметр отверстия Dmax =110-0,006=109,994 мм. Наименьший диаметр отверстия Dmin =110-0.028=109.972 мм. Для Ǿ110M6: z=3, α=0, H=4. Наибольший размер проходного нового калибра-пробки: Прmax =Dmin +z+H/2 Прmax =109,972+0.003+0.002=109.977мм Наименьший размер проходного нового калибра-пробки: Прmin =Dmin +z - H/2 Прmin =109,972+0.003-0.002=84.973мм Исполнительный размер калибра пробки Пр=109,973-0,004 мм Наибольший размер непроходного нового калибра-пробки: НЕmax =Dmax - α+H/2. НЕmax =109,994-0+0.002=109,996 мм Наименьший размер непроходного нового калибра-пробки: НЕmin =Dmax – α - H/2. НЕmin =109,994-0-0.002=109,992мм Исполнительный размер калибра пробки НЕ=109,996-0,004 мм Рисунок 6 Расположение полей допусков калибров Определим размеры калибра-скобы для вала d=65 мм с полем допуска k6. Наибольший диаметр вала dmax =65+0,021=5,021 мм Наименьший диаметр вала dmin =65+0,002=65,002 мм. Для Ǿ65k6 : z1 =4; α1 =0; H1 =5. Наименьший размер проходного нового калибра-скобы равен: Прmin =dmax - z1 - H1 /2 Прmin =65,021-0,004-0,0025=65,0145 мм Наибольший размер проходного нового калибра-скобы равен: Прmax =dmax - z1 +H1 /2 Прmax =65,021-0,004+0,0025=65,0195 мм Исполнительный размер калибра пробки Пр=65.0145+0,005 мм Наименьший размер непроходного нового калибра-скобы равен: НЕmin =dmin +α1 - H1 /2 НЕmin =65,002+0-0.0025=65,9995мм Наибольший размер непроходного нового калибра-скобы равен: НЕmax =dmin +α1 +H1 /2 НЕmax =65,002+0+0,0025=65,0045мм Исполнительный размер калибра пробки НЕ=65+0,005мм
Рисунок 7-Расположение полей допусков калибров ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной курсовой работе проведены все необходимые расчеты, которые требуются по заданию. Учтены конструктивные особенности механизма и условия его работы. Мы изучили методику расчета допустимых значений максимального и минимального натяга в посадке и рассчитали стандартную посадку с натягом, посадку колец подшипника с валом и корпусом, назначили на сопрягаемые детали отклонения формы посадочных поверхностей и шероховатости, а также назначили поля допусков для деталей, входящих в шпоночное соединение. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для втузов. М.: Машиностроение, 1987. – 352с. 2. Мягков В.Д., Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. - 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. - 4.1, - 543 с. 3. Мягков В.Д., Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. - 4.2. - 448 с. 4. Нарышкина В.Н., Коросташевского Р.В. Подшипники качения: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. – 220 с. 5. Дунаев П.Ф., Лешков О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1985. – 416 с. 6. Шалин Р.Е. Авиационные детали: Справочник. М.: ОНТИ, 1985. - 628 с. |