Общие положения. Методические указания по выполнение курсового проекта

Методические указания по выполнение курсового проекта

1. Надежность технических систем: Справочник /Под ред. Ушакова И.А. - М.: Радио и связь, 1985. - 608 с.

2. Диллон Б. Инженерные методы обеспечения надежности систем [Текст] / Б. Диллон, Ч. Сингх. – М.: Мир, 1984. - 318с. - 9500 экз.

3. Половко А. М. Основы теории надежности [Текст] / А. М. Половко. – М.: Наука, 1964. – 447 с. – 12000 экз.

4. Левин В.И. Логическая теория надежности сложных систем [Текст]/В. И. Левин. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 608с.- Библиогр.: с.602-605. – 15000 экз.

5. Острейковский В. А. Теория надежности [Текст]: учеб. для вузов / В. А. Острейковский. – М.: Высш. Шк., 2003. – 463 с.: ил. – 5000 экз. - ISBN 5-06-004053-4.

6. Сотсков Б.С. Основы теории расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники [Текст]/ Б.С. Сотсков. – М.: Высшая школа, 1970.- 270 с.- Библиогр.: с. 266-268.- 2000 экз.

7. Маринин С.Ю. Надежность технических систем и техногенный риск. Методические указания по выполнению курсовой работы [Текст]/ С.Ю. Маринин; М-во образования Рос. Федерации, ГОУ ВПО КубГТУ.- Краснодар, 2004. - 37с.

для студентов очной и заочной форм обучения специальностей

Метрология, стандартизация и сертификация..

Методические указания по выполнению курсового проекта. /Санкт-Петербургский горный институт (технический университет). Сост.: В.А. Голицын. СПб., 2009.,38с.

Рассмотрены вопросы взаимозаменяемости и стандартизации деталей и сборочных единиц машин и механизмов: выбор и расчет посадок различных соединений деталей машин, принципы проектирования и расчет размерных цепей. Изложены основные этапы выполнения курсового проекта по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов очной и заочной форм обучения специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств (в металлургии)» и 150103 «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».

1. Общие положения…………………………………………………………………...4

2.Постановка задачи…………………………………………………………………10

3. Расчет и выбор посадок подшипников качения ………………………………11

4. Расчет и выбор посадок с натягом …………………….......................................12

4.1. Общие сведения ………………………………………………………………….12

4.2. Основные расчетные формулы………………………………………...............13

5. Расчет и выбор переходных посадок ……………………………………………19.

6. Размерный анализ …………………………………………………………………20

7. Оценка точности размеров калибров-скоб и калибров – пробок……………24

Приложения……………………………………………………………………………29

Приложение 1. Исходные данные. ………………………………………………….30

Приложение 2. …………………………………………………………………………32

Посадки шарикоподшибников 0-6-го классов точности в корпус……………..32

Посадки шарикоподшибников 0-6-го классов точности на вал………………..33

Приложение 3. Система отверстия. Посадки с натягом………………………….34

Приложение 4. Титульный лист. …………………………………………………...35

Приложение 5. Чертеж червячного редуктора…………………………………….36

Приложение 6. Чертёж вала червячного колеса…………………………………..37

Конструкторы стремятся создать детали машин. Приборов и механизмов взаимозаменяемыми. Т.е. такими. Которые могут быть легко заменены при сборке или ремонте машины другими. Того же номера и наименования.

Взаимозаменяемость в машиностроении относится к одному из качественных показателей технологичности конструкций изделий и её определение предусмотрено стандартами. «Взаимозаменяемость — свойство конструкции составной части изделия. обеспечивающее возможность её применения вместо другой без дополнительной обработки. С сохранением заданного качества изделия. в состав которого оно входит2. взаимозаменяемые детали в разное время и в разных местах. Что экономически выгодно.

Взаимозаменяемые детали должны быть одинаковыми по размерам. Форме. Твердости. Прочности, химическим, электрическим свойствам и др. Если все эти функциональные параметры качества деталей установлены в пределах допусков, которые обеспечивают высокие показатели работы машины (мощность, надежность, скорость и др.) и оптимальную стоимость её, то это называется функциональной взаимозаменяемостью.

Взаимозаменяемость может быть полной и неполной. Полная взаимозаменяемость — это такой способ конструирования и изготовления деталей, при которой любая деталь из партии может быть поставлена на соответствующее место в машине без подготовки или подбора. В машиностроении имеет место и неполная (ограниченная взаимозаменяемость), при которой изготовленные детали сначала сортируются по размерам на ряд групп, а затем при сборке машин используются не любые детали данного типа. А только лишь определенной группы: либо при сборке одна из деталей подбирается без дополнительной обработки в пару с другой с таким размером, который лучше всего подходит по требуемому характеру сопряжения, либо дополнительно обрабатывается.

Предпосылкой взаимозаменяемости является выполнение основных норм взаимозаменяемости.

В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхности. Один из размеров этих поверхностей носит название охватывающего размера, а другой — охватываемого. Для гладких цилиндрических соединений охватывающая поверхность носит общее название «отверстие», охватываемая — «вал», соответствующие им размеры — 2диаметр отверстия» и «диаметр вала». Для плоских деталей типичным примером охватывающей и охватываемой поверхности являются паз и шпонка. Для группы деталей, входящих в размерную цепь, также различают охватывающий размер и сумму охватываемых размеров (увеличивающие и уменьшающие размеры).

Разность между охватывающим и охватываемым размерами определяет характер соединения, или посадку, т.е. большую или меньшую свободу их относительного перемещения или прочность их неподвижного соединения. Когда охватывающий размер больше охватываемого, разность между ними, характеризующего свободу относительного перемещения соединяемых деталей, называется зазором.

Когда охватываемый размер до сборки больше охватывающего, разность между ними, разность между ними, характеризующая прочность неподвижного соединения, называется натягом.

Общий для охватывающей и охватываемой поверхности основной расчётный размер называется номинальным размером соединения.

Номинальный размер — это окончательно принятый в процессе проектирования и проставляемый на чертеже размер детали или соединения. Он является общим для отверстия и вала, составляющих соединение.

Номинальный размер получают из расчётов по функциональным свойствам (метрическое, механическое, кинематическое, динамическое, энергетическое) или выбирают из конструктивных, технологических, эстетических и других соображений.

Требуемый размер не может быть выдержан в производстве абсолютно точно и достигается с погрешностью, образующей действительный размер. Погрешность — это разность между действительным и номинальным размерами.

Размеры, между которыми может колебаться действительный размер, называются предельными. Больший из них называют наибольшим предельным размером, меньший— наименьшим предельным размером. Обозначают их D

и D

для отверстия и d

и d

— для вала. Сравнение действительного размера с предельным дает возможность судить о годности детали.

Стандарт устанавливает понятия проходного и непроходного пределов размера. Проходной преде л — термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует максимальному количеству материала, а именно верхнему пределу для вала и нижнему пределу для отверстия. Непроходной предел — термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который соответствует минимальному количеству материала. А именно нижнему пределу для вала и верхнему пределу для отверстия

Для упрощения чертежей введены предельные отклонения от номинального размера: верхнее предельное отклонение ES, es — алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами; нижнее предельное отклонение ei, ei — алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Для отверстия ES = D — D; EI = D — D для вала, es = d — D; ei = d — D. Действительным отклонением называют алгебраическую разность между действительным и номинальным размерами.

На машиностроительных чертежах номинальные и предельные линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без указания единицы. Например, 42

,42

, 50

, 42

, угловые размеры и их предельные отклонения — в градусах, минутах или секундах с указанием единицы, например, 0

30^'40". Предельные отклонения в таблицах допусков указывают в микрометрах. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют, а наносят только одно отклонение — положительное на месте верхнего или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения, например, 200

; 200

Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями называют допуском. Допуск кроме информационной имеет физическую основу как часть материала детали и является только скалярной величиной. Он определяет допустимое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т.е. заданную точность изготовления.

Поле допуска — поле ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется значением допуска и его положением относительно номинального размера.

При графическом изображении поле допуска заключено между линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, положительные отклонения откладывают вверх от неё, а отрицательные — вниз.

Две или несколько подвижно и неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности. по которым происходит соединение деталей, называют сопрягаемыми. Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными).в соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых поверхностей.

В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадка может быть: с зазором, с натягом и переходной, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. Разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (TN) TN = N —N или наибольшими и наименьшими зазорами (TS) TS= S — S называется допуском посадки. В переходных посадках допуск посадки — сумма наибольшего натяга и наименьшего зазора. Взятых по абсолютному значению. Для всех типов посадок допуск посадки численно равен сумме допусков отверстия и вала, т.е.

Пример обозначения посадки: 40 H7/g6 (или 40 Р7 — g6 или 40 , где 40 — номинальный размер, мм, общий для отверстия и вала).

Единая система допусков и посадок. Системой допусков и посадок называют совокупность рядов допусков и посадок. Закономерно построенных на основе опыта и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандартов. Она предназначена для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок типовых соединений изделий машиностроения.

В основу стандартизации допусков наиболее употребительных размеров и наиболее употребительных уровней точности положена зависимость:

Где: i — единица допуска, воспроизводящая зависимость погрешности обработки в определенных условиях, а следовательно и допуска размера обрабатываемой поверхности детали. Экспериментально установлено, что для размера до 500 мм

где D — обрабатываемый размер в мм .; a — число единиц допуска воспроизводящее зависимость допуска от функциональной значимости размера.

Диапазон размеров от 0 до 10000 мм разбит на интервалы:

где: D = ·, D и D — наибольший и наименьший размеры интервала.

Для размеров до 500 мм в системе ИСО по величине допуска установлено 19 квалитетов точности: 0,1; 0; 1; 2;

; 17, для размеров 500 — 3150 мм установлено 18 квалитетов. Под квалитетом понимается совокупность допусков, изменяющихся в зависимости от номинального размера и соответствующих одинаковой градации точности, определяемой коэффициентом a. Число единиц допуска в квалитетах 5 — 14 представлено в таблице 3.

Для каждого квалитета точности на основе единицы допуска и числа единиц допуска a, дана градация точности в виде закономерно построенных рядов полей допусков, в каждом из которых разные по величине размеры однотипных поверхностей деталей имеют одну и ту же относительную точность, определяемую примерно одним и тем же значением коэффициента a. Количество квалитетов определялось потребностью различных отраслей промышленности, перспективами повышения точности изделий, границами достижимой точности, а также функциональными и технологическими факторами и принятым значением знаменателя геометрической прогрессии f, по которой изменяется допуск при переходе от одного квалитета к другому. Допуски системы ИСО обозначаются: IT01; IT0; ; IT17. Буквы IT обозначают «допуск ИСО».

Квалитет
Число a=

Для образования посадок с различными зазорами и натягами предусмотрено по 28 вариантов основных отклонений валов и отверстий. Основное отклонение — это одно из двух отклонений (верхнее и нижнее). используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. В системе ИСО таким отклонением является отклонение, ближайшее к нулевой линии. Основное отклонение отверстий обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов — строчными буквами. Основное отверстие обозначаетcя буквой H, а основной вал — буквой h. Отклонения A — H(a—h) предназначены для образования полей допусков в посадках с зазорами: отклонения J — N(j — n) — в переходных посадках; отклонения P — ZC(p — zc) — в посадках с натягом.

Каждой буквой обозначается ряд основных отклонений, величина которых изменяется только в зависимости от номинальных размеров.

Для каждого основного отклонения вала (верхнее es для валов a – h или нижнего ei для валов j – zc) величина и знак не зависит от квалитета.

Основные отклонения отверстий построены так, чтобы обеспечить посадки в системе отверстия. Они равны по абсолютному значению и противоположны по знаку основным отклонениям валов, обозначаемых той же буквой.

Общее правило определения основных отклонений отверстий:

EI = — es при основных отклонениях отA до H;

ES = — ei при основных отклонениях от J до ZC.

Это правило формулируется следующим образом; основное отклонение отверстия должно быть симметрично нулевой линии основному отклонению вала, обозначенному той же (построчной) буквой.

У валов с отклонениями j и отверстий с отклонениями J (не имеющих основного отклонения) оба предельных отклонения определяют, исходя только из допуска IT соответствующего квалитета. Для j и J поле допуска симметрично относительно нулевой линии.

Поле допуска образуется сочетанием одного из основных отклонений с допуском по одному из квалитетов. В соответствии с этим правилом поле допуска обозначают буквой (иногда двумя) основного отклонения и номером квалитета, например для вала h6, d11, ef9; для отверстия H6, D11, CD10.

Образование различных посадок связано с понятиями: посадка в системе отверстия и посадки. В системе вала. Посадки в системе отверстия — это посадки, в которых различные зазоры или натяги получают соединением различных валов (например, g, m, p и др.) с основным отверстием H.

Посадки в системе вала — это посадки, в которых различные зазоры и натяги получают соединением различных отверстий (например, F, R, N и др.) с основным валом h.

В системе отверстия предельные отклонения отверстия (верхнее и нижнее, равно нулю) для всех посадок одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений валов.

В системе вала, наоборот, предельные отклонения вала (верхнее, равное нулю, и нижнее) для всех посадок одинаковы, различные посадки достигаются изменением предельных отклонений отверстий.

В обозначение посадки входит номинальный размер, общий для соединения, за которым следует дробь, в числителе дроби указывается поле допуска отверстия, а в знаменателе — поле допуска вала. Например, ǿ60 — посадка в системе отверстии; ǿ60 посадка в системе вала.

Наиболее распространена система отверстия, так как при работе по этой системе на производстве образуется меньше различных по размерам отверстий, следовательно, производство потребует меньше различных режущих инструментов для обработки отверстий, непосредственно формирующих размер (сверл, зенкеров, протяжек), калибров-пробок и оправок для приспособлений. Обработка валов с разными размерами проще: например, на токарном или шлифовальном станке можно получить разные значения размеров у вала.

Допуски и посадки подшипников качения. По точности изготовления подшипников качения подразделяются на пять классов: 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности указывается впереди номера подшипника: например, 6-205 или по ИСО Р6-205. Здесь цифры: 6 — класс подшипника, 205 — номер подшипника.

Диаметры наружного D и внутреннего d колец подшипника принимаются соответственно за основной вал, обозначаемый hB, и основное отверстие — KB (буква B означает «подшипник» от английского слова Bearing). Следовательно, посадка наружного кольца с корпусом осуществляется в системе вала, а внутреннего с валом — в системе отверстия. Однако поле допуска на диаметр отверстия внутреннего кольца расположено в «минус» от номинально размера, а не в «плюс», как у обычного основного отверстия, т.е. не «в тело» кольца, а в низ от нулевой линии. При таком перевёрнутом расположении поля допуска отверстия внутреннего кольца для получения соединений колец с валами с небольшим натягом не нужно прибегать к специальным посадкам, их можно получать, используя для валов поля допусков n6, m6, k6, j 6. Специальных полей допусков с подшипником нет, а используются поля допусков по ЕСДП (табл. 4).

В посадках подшипников классов 0 и 6 применяют поля допусков квалитета 7 для отверстий корпусов и квалитет 6 для валов.

К валам и отверстиям (в корпусе), обрабатываемым под посадки для соединения с подшипником, предъявляются определенные требования по шероховатости поверхности и геометрической форме цилиндра. Так, конусообразность и овальность для классов 0 и 6 может составлять не более 0,5 допуска на размер, а для посадок с подшипником классов 4 и 5 — не более 0,25.

На сопрягаемые диаметры самих подшипников качения предусмотрены специальные допуски (по величине и знаку отклонения), а допуски на диаметры валов и отверстий в корпусах берутся из общей системы допусков на гладкие изделия.

При выборе посадок по присоединительным поверхностям подшипника учитывают величину и направление действующих на подшипник нагрузок, частоту вращения, тип подшипника, температуру его, условия монтажа и вид нагружения, зависящий от того, вращается или не вращается кольцо относительно радиальной нагрузки. Нагружение может быть местным, циркуляционным и колебательным.

Кольцо испытывает местное нагружение, если оно относительно радиальной нагрузки не вращается, тоесть нагрузки воспринимает лишь определенный участок дорожки качения этого кольца. В этом случае посадка назначается с зазором.

Таблица 2

Поля допусков для различных видов нагружения колец подшипников

Вид нагружения ольца	Поля допусков
внутреннего кольца на вал	наружного кольца в корпус
Местное	h6, j 6, g6, f6	H6; H7; H8; J 6;; J 7;G7
Циркуляционное	n6, m6, k6.	K7;M7;N7; P7; K6; M6; N6
Колебательное	j 6	J 6;; J 7

При циркуляционном нагружении кольца радиальная нагрузка относительно кольца (или кольца относительно нагрузки) вращается. Тела качения в процессе вращения передают воспринимаемую ими радиальную нагрузку дорожке качения последовательно по всей окружности. Посадка назначается с натягом. Наличие зазора между циркуляционно нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к истиранию металла сопряженной детали, что недопустимо. При циркуляционном нагружении колец подшипников посадки выбирают по интенсивности радиальной нагрузки p на посадочную поверхность. Допускаемые значения в таблице 3.

При колебательном нагружении на кольцо одновременно действуют постоянная по направлению сила и вращающая сила. Характер нагрузки, приложенной к кольцу, в каждый момент времени определяется равнодействующей этих сил, а посадка выбирается из числа плотно подвижных. Значения p , подсчитанные по средним значениям посадочных натягов, приведены в таб. 4 и 5.

Таблица 3

Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочные поверхности вала

Диаметр d отверстия внутреннего кольца подшипника, мм	Допускаемые значения p , kH/м, при поле допуска вала
свыше.	до	j 5; j 6	k5; k6	m5; m6	n5; n6
		До 300 До 600 До 70 До 900	300-1400 600-2000 600-3000 900-3500	1400-1600 2000-2500 3000-3500 3500-4500	1600-3000 2500-4000 3500-6000 4500-8000

Интенсивность нагрузки подсчитыват по формуле

p = F k k k /b,

где F — радиальная нагрузка на опору; k ;k ;k — коэффициенты;

b — рабочая ширина посадочного места; b = B — 2r (B — ширина подшипника; r — координаты монтажной фаски внутреннего или наружного кольца подшипника).

Таблица 4

Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочные поверхности корпуса

Диаметр d отверстия внутреннего кольца подшипника, мм	Допускаемые значения p , кH/м, при поле допуска отверстия
свыше.	до	K 6; K7	M6; M7	N6; N7	P7
		До 300 До 600 До 70 До 900	300-1400 600-2000 600-3000 900-3500	1400-1600 2000-2500 3000-3500 3500-4500	1600-3000 2500-4000 3500-6000 4500-8000

Динамический коэффициент посадки k зависит от характера нагрузки: при перегрузке до 150%, умеренных толчках и вибрации k =1; при перегрузке до 300%, сильных ударах и вибрации k =1,8. Коэффициент k учитывает степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе: (при сплошном вале k = 1). Коэффициент k учитывает неравномерность распределения радиальной нагрузки. Для радиальных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом k = 1.

При вращающемся вале соединение внутреннего кольца подшипника должно быть неподвижным (с натягом), а по наружному диаметру подшипника возможен и небольшой зазор.

2. Постановка задачи

Совершенство конструкции машин и механизмов во многом зависит от обоснованности решений по вопросам характера соединений (посадки) и точность геометрических параметров деталей непосредственно влияют на надежность, мощность, производительность и другие эксплуатационные показатели машин и механизмов в целом.

Вместе с тем требования по точности размеров деталей влияют на производительность и экономичность процессов их обработки при изготовлении.

Поэтому решения по указанным вопросам должны быть обоснованными и учитывать как требования по качеству изделий, так и технические требования.

В теории взаимозаменяемости разработаны расчетные методы обоснования таких решений, применяемые в курсовом проекте.

Задание

1. Рассчитать и выбрать посадки для следующих соединений заданного на чертеже механизма:

соединения подшипника качения по внутреннему кольцу с валом червяка и наружного кольца с отверстием в корпусе;

соединение зубчатого венца червячного колеса со ступицей;

соединение червячного колеса с валом;

Выбранные посадки задать на сборочном чертеже (на выданном экземпляре-копии).

2. Рассчитать допуски заданной ниже размерной цепи, участвующей в обеспечении допуска на смещение средней плоскости червячного колеса; выявить производные размерные цепи.

Допуск на смещение средней плоскости червячного зацепления задать в технических требованиях на сборочном чертеже.

3. На чертеже вала червячного колеса задать допуски::

на размеры (условными обозначениями);

на отклонения расположения поверхностей (отклонение от соосности опорных поверхностей вала относительно посадочной поверхности вала под червячное колесо);

на отклонения формы поверхностей (отклонение от круглости опорных и посадочных и посадочных поверхностей вала);

4.Выполнить расчёт исполнительных размеров калибра-скобы для червячного вала по диаметру под посадку подшипника и калибра-пробки для контроля отверстия червячного колеса под посадку приводного вала.

5. В представляемом к защите проекте отразить следующее:

§ используемые расчетные зависимости и результаты расчетов;

§ выбор и обоснование стандартных посадок, квалитетов точности в размерных цепях;

§ схемы расположения полей допусков в посадках, контурные схемы размерных цепей;

§ задание на чертежах допусков и посадок;

Исходные данные для курсовой работы приведены в приложении. В общем случае допускается представлять в курсовой работе решение указанных задач применительно к конкретным механизмам реального производства.