Министерство Образования  Российской Федерации

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С. П. Королёва.

Кафедра производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении

Пояснительная записка к курсовой работе по взаимозаменяемости

Вариант 2 – 2
                                                              Выполнила студентка       

                                                              

                                                              группа 

                                                              Руководитель работы

                                                              И.А.Докукина

                                                              Оценка:__________

                   Подпись преподавателя_______    

                   «__»_________2007 г.

                                           

САМАРА 2007

                                             
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

Список использованных источников……………………………….…………..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=16,2×10^{6  o}C ^-1

α₂=11,65×10^{6  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

σ_т – предел текучести

σ_т1= 250МПа

σ_т2= 353МПа

Метод формирования соединения продольный. Коэффициент трения сцепления при   распрессовке в момент сдвига в круговом направлении

           f_кр.=0,06

           f_осев.=0,08

Определим значение минимального давления P_min из условия его неподвижности при действии крутящего момента.

P_min=2×M_кр/π×d²×l×f_кр

P_min=2×256/3,14×48²×10^-6×40×10^-3×0,06=29,5МПа

Определим значение максимального допустимого давления в соединении P_max из условия отсутствия пластической  деформации  на контактирующих поверхностях втулки и вала.

P_max1=0,58× σ_тек1×(1-(d₁/d₎²)

P_max1=0,58×250×(1-(40/48)²)=44,3МПа

P_max2=0,58× σ_{т 2}×(1-(d/d₂₎²)

P_max2=0,58×353×(1-(48/ 90)²)=146,5 МПа

Для дальнейших расчетов, исходя из условий прочности деталей, выбираем меньшее значение: P_max=44,3МПа

Определим минимальный N_min и максимальный N_max натяги по формулам:     N_min(max)=P_min(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

N_min=29×10⁶×48×10^-3×(1,8/1,16×10¹¹+1,97/2,04×10¹¹)=36 мкм

N_max=44,3×10⁶×48×10^-3×(1,8/1,16×10¹¹+1,97/2,04×10¹¹)=54 мкм

Находим поправку ∆N_R, учитывающую срез и смятие неровностей на контактных поверхностях деталей при сборке соединения по формуле: ∆N_R=5×( R_a1+R_a2). Мы учитываем, что R_z≈R_a.

Для деталей, собираемых продольным способом, диапазон R_a=0,4…1,6,поперечным R_a=0,8…3,2 . В нашем случае R_a1=0,8мкм, R_a2=1,6мкм.

∆N_R=5×(0,8+1,6)=12 мкм

Теперь определим поправку ∆N_T, учитывающую различие температур при сборке и эксплуатации соединений, считая, что температуры обоих деталей равны. Получаем, что ∆ N_t=0.

Находим коэффициент γ_уд., учитывающий увеличение контактного давления у торцов охватывающей детали по таблице: γ_уд.≈0,9.

Определим минимальный расчетный натяг с учетом поправок по формуле:       

N^p_min=N_min+∆N_R+∆N_T

N^p_min=36+12+0= 48 мкм

Определим максимальный расчетный натяг с учетом поправок по формуле:      

N^p_max=N_max×γ_уд.+ ∆N_R+∆N_T

N^p_max=54×0,9+12+0= 61 мкм

Определяем средний квалитет, в котором следует назначать допуски сопрягаемых деталей и посадки:

i=1,56

а_ср.=(N^p_max - N^p_min)/2×i

а_ср.=(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.
N_max =43+16=59
N_min=43-25=18

                                                       Рисунок 2-Расположение полей допусков
      Определяем  максимальное усилие, необходимое  при  продольной  сборке  деталей:

T= π*D*l*fn *P max/γ уд

T=3,14*48*10^-3*40*10^-3*1,2*0,08*44,3*10⁶ /0,9= 28490   м² Па

f_n.=(1,2…1,3)* f_осев. =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:

P_R=(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.

P_R=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

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 D_max=110-0,006=109,994 мм.

Наименьший диаметр отверстия D_min=110-0.028=109.972 мм.

Для Ǿ110 M6: z=3, α=0, H=4.

Наибольший размер проходного нового калибра-пробки:

Пр_max=D_min+z+H/2

Пр_max=109,972+0.003+0.002=109.977 мм

Наименьший размер проходного нового калибра-пробки:

Пр_min=D_min+z - H/2

Пр_min=109,972+0.003-0.002=84.973 мм

Исполнительный размер калибра пробки

Пр=109,973_{-0,004 мм}

Наибольший размер непроходного нового калибра-пробки:

НЕ_max=D_max - α+H/2.

НЕ_max=109,994-0+0.002=109,996 мм

Наименьший размер непроходного нового калибра-пробки:

НЕ_min=D_max – α - H/2.

НЕ_min=109,994-0-0.002=109,992 мм

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 d_max=65+0,021=5,021 мм

Наименьший диаметр вала d_min=65+0,002=65,002 мм.

Для Ǿ65 k6 : z₁=4; α₁=0; H₁=5.

Наименьший размер проходного нового калибра-скобы равен:

Пр_min=d_max - z₁ - H₁/2

Пр_min=65,021-0,004-0,0025=65,0145 мм

Наибольший размер проходного нового калибра-скобы равен:

Пр_max=d_max- z₁ +H₁/2

Пр_max=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:

НЕ_min=d_min+α₁ - H₁/2

НЕ_min=65,002+0-0.0025=65,9995 мм

Наибольший размер непроходного нового калибра-скобы равен:

НЕ_max=d_min+α₁+H₁/2

НЕ_max=65,002+0+0,0025=65,0045 мм

Исполнительный размер калибра пробки

НЕ=65^{+0,005 мм}




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.