Выбор посадок и их расчет для деталей сборочной единицы - Курсовая работа

Для того чтобы деталь была годна к целевому применению, необходимо выдержать величину каждого размера между двумя предельными отклонениями, разность которых образует допуск на изготовление детали. Из условия неподвижности соединения в зависимости от характера передаваемой нагрузки определим требуемое минимальное давление на контактных поверхностях соединения Pmin, МПА. Изобразим схему полей допусков для посадки H7/t6 на рис.7: Рис.7 Определим предельные отклонения для данного соединения по ГОСТ 25347 - 82 и запишем их в таблицу 1. Это достигается за счет использования полей допусков валов под переходные посадки, что благодаря специфическому расположению поля допуска на внутреннее кольцо позволяет получить в соединении небольшой гарантированный натяг.Для данных посадок вычислены величины предельных размеров, нижних и верхних отклонений, минимальные и максимальные значения натягов и зазоров.

При изготовлении деталей нельзя обеспечить точных совпадений их действительных размеров с размерами заданными на чертеже. Отклонения от заданного размера появляются в результате неточности изготовления на станке и неточностей инструментов. Для того чтобы деталь была годна к целевому применению, необходимо выдержать величину каждого размера между двумя предельными отклонениями, разность которых образует допуск на изготовление детали. В данной работе будет представлен выбор посадок и их расчет для деталей сборочной единицы.

1. Определение номинальных размеров соединений

1.1 Соединение ступицы с валом dвала = Dступицы = 25 мм.

1.2 Соединение подшипника качения с валом и корпусом dвнутр = 20 мм;

Dвнеш = 42 мм;

В = 12 мм;

Подшипник шариковый особолегкой серии № 104.

1.3 Соединение прижимного кольца с валом

Dн = d =20 мм.

1.4 Соединение венца зубчатого колеса со ступицей dн = 120 мм.

1.5 Шпоночное соединение

По ГОСТ 23360 - 78 имеем: b = 8, h = 7, t1 = 4, t2 = 3,3.

1.6 Резьбовое соединение

Делительный диаметр - D = d = 8 мм, Шаг резьбы - 1,25 мм, Средний диаметр - D2 = d2 = 7,188 мм, Внутренний диаметр - D1 = d1 = 6,617 мм.

2. Расчет и анализ посадок для гладких цилиндрических поверхностей

2.1 Расчет и выбор посадок с натягом

Из условия неподвижности соединения в зависимости от характера передаваемой нагрузки определим требуемое минимальное давление на контактных поверхностях соединения Pmin, МПА.

При действии крутящего момента Мкр(Н?м):

где: Мкр=120 Н?м - крутящий момент;

l=26 мм - длина соединения;

d=120 мм - номинальный диаметр соединения;

f=0,07 - коэффициент трения на сопрягаемых поверхностях при механической запрессовке (см. учебное пособие стр. 29).

.

Используя закон Гука и решения задачи Ламе, можно рассчитать величину наименьшего натяга Nmin расч(мкм), при котором будет обеспечена неподвижность соединения:

В данной формуле ED и Ed - модули упругости материалов сопрягаемых деталей.

Принимаем материал ступицы Ст45, а зубчатого венца - сталь Ст40ХН, тогда, пользуясь учебным пособием «Основы взаимозаменяемости в авиастроении» (см. приложение, табл. П8), имеем: ED=2,1?105 МПА;

Ed=2,1?105 МПА.

CD и Cd - коэффициенты Ламе, определяемые по формулам: ;

.

Здесь, D0 и d0 - наружный диаметр охватывающей детали и диаметр внутренней полости охватываемой детали. В нашем случае: D0»126мм, d0=25мм.

MD и md - коэффициенты Пуассона, соответственно для охватывающей и охватываемой деталей MD=md=0.3.

Тогда, ;

;

.

На основании теории о наибольших касательных напряжениях определим максимально допустимое давление Pmax, при котором отсутствуют пластические деформации соединяемых деталей:

где: PDMAX - максимально допустимое давление для охватывающей детали;

Pdmax - максимально допустимое давление для охватываемой детали;

STD=784 МПА - предел текучести охватывающей детали;

STD=353 МПА - предел текучести охватываемой детали(см. учеб пособие).

Выбираем наименьшее из двух полученных значений PDMAX=42,28 МПА.

Определим величину наибольшего расчетного натяга:

По [1] (см. стр.31, рис.14) c=0,5

Учтем поправку на смятие неровностей контактных поверхностей отверстия и вала. Из ряда стандартных значений по [1] (стр.31) выбираем: RAD=1,0 мкм, Rad=1,0 мкм.

.

С учетом поправки определяем минимальную и максимальную величины функциональных натягов: Nmin функ= Nmin расч Dш=35,987 10,0=45,987 мкм;

Nmax функ= Nmax расч Dш=260,96 10,0=270,96 мкм.

По данным (ГОСТ 25364-88 и ГОСТ 25347-82) выбираем посадку, удовлетворяющую условиям: Nmin cm?Nmin функ , Nmax cm?Nmax функ , где: Nmin ст и Nmax ст - значения натяга, обеспечиваемые какой -либо стандартной посадкой.

Для нашего случая подходят посадки, изображенные в таблице.

Таблица

H7/t6 H7/u7 H8/u8 H8/x8

Nmax cm 126 179 198 268

Nmin cm 69 109 90 156

При этом посадка предпочтительного применения - H7/t6 (она более предпочтительна т. к. для нее имеется в наличии достаточно режущего и измерительного инструмента и при образовании этой посадки не требуется больших усилий).

Изобразим схему полей допусков для посадки H7/t6 на рис.7:

Рис.7

2.2 Соединение зубчатого колеса с валом

Данное соединение должно быть по характеру неподвижным, разъемным. Посадка для этого соединения должна обеспечивать легкость монтажа и хорошее центрирование колеса. Выбираем наиболее рекомендуемую переходную посадку в системе отверстия Н7/к6.

Определим предельные отклонения для данного соединения по ГОСТ 25347 - 82 и запишем их в таблицу 1.

Таблица 1

Отверстие 25 Н7 Вал 25 к6

EI=0 TD=JT7=21 мкм ES= 21 мкм Dmax=25,021 мкм Dmin=25,000 мкм ei= 2 мкм Td=JT6=13 мкм es= 15 мкм dmax=25,015 мкм dmin=25,002 мкм

Предельные размеры сопрягаемых деталей: Dmax=D ES=25 0,021=25,021 мм;

Dmin=D EI=25 0=25,000 мм;

dmax=d es=25 0,015=25,015 мм;

dmin=d is=25 0,002=25,002 мм.

Определим предельные значения натяга и зазора: Smax=Dmax - dmin=25,021 - 25,002=0,019 мм=19 мкм;

Nmax=dmax - Dmin=25,015 - 25=0,015 мм=15 мкм.

Определим допуск посадки: ТП=TD Td=21 13=34 мкм.

Принимая Т=6s, определим среднеквадратическое отклонение для отверстия и для вала:

Суммарное значение

Определим наиболее вероятные размеры вала и отверстия:

Т.к. Dнб.вер.>dнб.вер., то чаще всего будет зазор, величина которого определяется по формуле: X=Sнб.вер.=Dнб.вер. - dнб.вер.=25,0105-25,0085=0,002 мм=2 мкм.

Вероятность получения соединения с зазором: PS=F1 0,5;

F1=F(z);

;

F1=F(0,49)=0,1806;

PS=0,1806 0,5=0,6806.

Вероятность получения соединения с натягом: PN=1-PS =1 - 0,6806=0,3194.

Таким образом, в данной посадке при достаточно большом количестве деталей в партии можно ожидать появления 68,06 % соединений с зазором и 31,94 % с натягом. Изобразим поля допусков ПП 25Н7/к6 на рисунке 1.

Рис.1.

Рис.2. Кривая нормального распределения

2.3 Выбор посадок для соединений подшипника качения с валом и корпусом

Подшипник изготовлен по классу точности 6. Подшипник работает по схеме I, т.е. наружное кольцо неподвижное, а внутреннее кольцо вращается вместе с валом. В этом случае наружное кольцо подшипника устанавливается в корпус, а внутреннее кольцо напрессовывается на вал. Это достигается за счет использования полей допусков валов под переходные посадки, что благодаря специфическому расположению поля допуска на внутреннее кольцо позволяет получить в соединении небольшой гарантированный натяг.

В редукторе используются подшипники шариковые.

По ГОСТУ шариковый подшипник шестого класса точности, особолегкой серии № 104 с номинальными размерами: диаметр наружного кольца - D=42 мм, внутреннего - d=20 мм.

Выбираем посадку .

Занесем предельные отклонения для данной посадки в таблицу 2.

Таблица 2

Внутреннее кольцо подшипника 20 L6 Вал 20 к6

ES=0 EI=-8мкм TD=8мкм Dmax=20,000мм Dmin=19,992мм es= 15мкм ei= 2мкм Td=13мкм dmax=20,015мм dmin=20,002мм

Определим минимальный и максимальный натяги: Nmin=dmin-D max=20,002- 20,000=0,002 мм =2 мкм;

Nmax=dmax- D min =20,015 - 19,992=0,023 мм=23 мкм;

ТП=Nmax - Nmin=23 - 2=21 мкм.

Соединение наружного кольца подшипника с корпусом при рассмотренной схеме работы должно быть свободным для облегчения сборки и создания условий, обеспечивающих периодическое проскальзывание кольца в корпусе, за счет чего достигается равномерный износ беговой дорожки и обеспечивается центрирование. Требуемый характер этого соединения достигается за счет использования для отверстия следующих полей допусков: Is7, H7, G7…

Выбираем поле допуска Н7. и посадку

Занесем предельные отклонения для данной посадки в таблицу 3.

Таблица 3

Наружное кольцо подшипника 42 l6 Отверстие 42 Н7 es=0 ei=-9 мкм Td=9 мкм dmax=42,000мм dmin=41,991мм ES= 25мм EI=0 TD=25мкм Dmax=42,025мм Dmin=42,000мм

Определяем величину зазора: Smax=Dmax - d min=42,025-41,991=0,034 мм=34 мкм;

Smin=Dmin - d max=42,000 - 42,000=0;

ТП=Smax - Smin=34 - 0=34 мкм.

Изобразим схему полей допусков для соединения подшипника с валом и корпусом на рис.3.

0 0 0 0

Рис.3.

3. Расчет исполнительных размеров калибров для контроля отверстия и вала, образующих посадку

У готовых изделий необходимо определить, годна ли деталь или нет, т. е. удалось ли изготовить деталь с требуемой точностью или нет. Для этого применяются специальные приборы: калибр - пробка (для отверстий) и калибр - скоба (для валов). Рассчитаем калибры, т. е. инструменты для контроля точности вала и отверстия, сопрягающиеся по посадке

Найдем допуски на посадку .

По данным учебного пособия «Основы взаимозаменяемости в авиастроении» (см. табл. П3, П5 стр. 91, 95) имеем: TD=21км;

EI=0мкм;

ES= 21км;

Td=13км;

ei= 2мкм;

es=15км;

D=d=20.

Предельные отклонения имеют значения: EI=0мкм, ES= 21км.

Наибольший и наименьший предельные размеры отверстия: Dmax=20,021, Dmin=20мм.

По таблицам ГОСТ 24853-81 (П11), для номинального размера 20мм и квалитетов 7 - го (отверстие) и 6 - го (вал) определяем числовые значения отклонений и допусков гладких калибров: Для калибров - пробок: Н=4мкм; Z=3мкм; Y=3мкм

Для калибров - скоб: Z1=3мкм; Y1=3мкм; Н1=4 мкм.

Строим схему расположения полей допусков для калибров - пробок (справа) и калибр - скоб (слева), на рисунке 7.

Определяем исполнительные размеры калибров - пробок и калибров - скоб: Исполнительные размеры калибров - пробок: Р-ПРМАХ = Dmin Z H/2=20 0,003 0,004/2=20,005мм;

Р-ПРMIN = Dmin Z - H/2= 20 0,003-0,004/2=20,001мм;

Р-ПРИЗН=Dmin-Y=20-0,003=19,997мм

P-HEMIN=Dmax H/2=20,021 0,004/2=50,023мм;

P-HEMAX=Dmax-H/2=20,021-0,004/2=20,019мм.

Исполнительные размеры калибров - скоб: Р-ПРМАХ=dmax-Z1 H1/2=20,015-0,003 0,004/2=20,013мм;

Р-ПРMIN=dmax-Z1-H1/2=20,015-0,003-0,004/2=50,010мм;

Р-ПРИЗН=dmax Y1=20,015 0,003=20,018мм;

Р-НЕМАХ=dmin H1/2=20,002 0,004/2=20,004мм;

P-HEMIN=dmin-H1/2=20,002-0,004/2=20,000мм.

15

2

Рис.7.

4. Назначение и анализ посадок для шпоночного соединения

Посадка шпонки в паз вала и в паз ступицы выбирается в системе вала. Это обусловлено тем, что основная деталь - шпонка. Она изготовлена по ГОСТ 23360 - 78. Соединение шпонки с валом должно быть достаточно плотным (с небольшим натягом), чтобы шпонка не перемещалась относительно паза. Соединение шпонки со ступицей должно быть свободным, (желательно с небольшим зазором). Зазор необходим для того, чтобы компенсировать при сборке погрешности формы и расположения поверхностей шпонки и пазов. Руководствуясь учебным пособием, выбираем нормальный характер шпоночного соединения.

Геометрия соединения: -диаметр вала d=56мм;

-ширина шпонки b=16 мм;

-высота шпонки h=1 мм;

-глубина шпоночного паза вала t1=6 мм;

-глубина шпоночного паза ступицы t2=4,3 мм.

Обозначим: b - ширина паза шпонки;

B - ширина паза вала;

B` - ширина паза ступицы.

Определим величины предельных отклонений и запишем их в таблицу 4.

Таблица 4.

Шпоночный паз вала 16N9 Шпонка 16 h9 Шпоночный паз ступицы 16 Js9

ES=0 TB=43мкм EI=-43мкм Bmax=16мм Bmin=15,957мм es=0 Tb=43мкм ei=-43мкм bmax=16мм bmin=15,957мм ES=21,5мкм EI=-21,5мкм TB`=43мкм Bmax=16,0215мм Bmin=15,9785мм

Определим максимальные натяги и зазоры и запишем их таблицу 5.

;Smax=Bmax - bmin = 16-15,957 = 0,043 мм =43 мкм;

Nmax=bmax - Bmin= 16-15,957 = 0,043 мм =43 мкм;

ТП= Smax Nmax= 43 43 =86мкм.

;Smax=Bmax - bmin = 16,021-15,957 =0,0645 мм =64,5 мкм;

Nmax=bmax - Bmin= 16-15,9785 =0,0215 мм =21,5 мкм;

ТП= Smax Nmax= 64,5 21,5 =86 мкм.

Определим предельные отклонения размеров шпоночного соединения, (данные берем в учебном пособии табл. 4 стр. 42) и запишем их в таблицу 6.

Таблица 5.

Посадка шпонки в паз вала 8 N9/h9 Посадка шпонки в паз ступицы 8Js9/h9

Smax=43мкм Nmax=43мкм Smax=64,5мкм Nmax=21,5мкм

Таблица 6.

Высота шпонки h, мм Предельные отклонения

Высоты h, мкм Размеров Длины d-t1 d t2 шпонки паза

10 h11 -0.2 0.2 h14 Н15

Изобразим на рисунке 4 схему полей допусков.

1 - вал.

2 - втулка.

3 - шпонка.

-поле допуска на ширину шпонки.

-поле допуска на ширину паза вала.

-поле допуска на ширину паза ступицы.

Рис.4.

5. Назначение и анализ посадок для резьбового соединения

Для регулирования относительного положения вала регулировочными винтами, выбираем скользящую посадку, причем посадка резьбы корпуса 6Н, посадка резьбы вала 6g.

Исходные данные: D=d=8мм, класс точности - средний.

Определим и запишем в сводную таблицу 7 параметры резьбы, значения предельных отклонений, а также значения зазоров.

Таблица 7

Номинальные размеры резьбового соединения M8x1,25-6H/6g

D=d=8,000мм D2=d2=7,188мм D1=d1=6,617мм

Внутренняя резьба (гайка) M8x1,25 - 6H

EID, мкм ESD, мкм EID2, мкм ESD2, мкм EID1, мкм ESD1, мкм

0 не огранич. 0 160 0 265

Dmin, мм Dmax, мм D2 min, мм D2 max, мм D1 min, мм D1 max, мм

8,000 не огранич. 7,188 7,348 6,617 6,882

Наружная резьба (болт) M8x1,25 - 6g esd, мкм eid, мкм esd2, мкм eid2, мкм esd1, мкм eid1, мкм

-28 -240 -28 -146 -28 не огранич. dmax, мм dmin, мм d2 max, мм d2 min, мм d1 max, мм d1 min, мм

7,972 7,760 7,160 7,042 6,589 не огранич.

Величина предельных зазоров, мкм

SD(d) min SD(d) max SD2(d2) min SD2(d2) max SD1(d1) min SD1(d1) max

28 не огранич. 28 306 28 не огранич.

Изобразим схему полей допусков для резьбового соединения на рисунке 5.

Рис.5

6. Расчет размерной цепи

6.1 Определение параметров замыкающего звена по заданным составляющим звеньям

Определение параметров замыкающего звена рассмотрим применительно к размерной цепи, представленной на данном рисунке.

Отразим исходные данные в таблице.

Таблица

Звено Ном. размер Предельные отклонения, мм Допуск звена Taj, мм Координата середины поля допуска звена ECAJ, мм верхнее ESAJ нижнее EIAJ

А1 81 0,140 0 0,140 0,070

А2 5 -0,150 -0,198 0,048 -0,174

А3 12 0,035 -0,035 0,070 0

А4 3 -0,280 -0,340 0,060 -0,310

А5 37 0 -0,100 0,100 -0,050

А6 3 -0,280 -0,340 0,060 -0,310

A7 12 0,035 -0,035 0,070 0

A8 5 -0,150 -0,198 0,048 -0,174

Размерная цепь включает 6 увеличивающих звена (А2, А3, А4, А5, А6, А7) и одно уменьшающее (А1).

6.2 Решение размерной цепи методом максимума-минимума

Номинальное значение замыкающего размера определяется по формуле: .

Для нашего примера: AD=А2 А3 А4 А5 А6 А7-А1=5 12 3 37 3 12 5-81 = 4 мм.

Допуск замыкающего звена определяется по формуле: .

В нашем случае: TAD= ТА1 ТА2 ТАЗ ТА4 ТА5 ТА6 ТА7 ТА8= =0,030 0,160 0,030 0,052 0,130 0,120 0,070 0,052 = 0,644 мм.

Предельные отклонения замыкающего звена определяются по формулам: верхнее отклонение

.

В нашем случае: ESAD=(ESA1 ESA3 ESA4 ESA5 ESA6 ESA7 ESA8)-EIA2=

=(0,015 0 0,015 0,026 0 0-0,150 0,026) 0,160= 0,092мм.

Нижнее отклонение: .

В нашем случае: EIAD=(EIA1 EIA3 EIA4 EIA5 EIA6 EIA7 EIA8)-ESA2=

=(-0,015-0,160-0,015-0,026-0,130-0,120-0,220-0,026)-0=-0,552 мм. при этом координата середины поля допуска замыкающего размера определяется по формуле: ;

т.е. ECAD=(ECA1 ECA3 ECA4 ECA5 ECA6 ECA7 ECA8)-ECA2=

=(-0,065-0,060-0,185)-(-0,080)=-0,230 мм.

Проверка: TAD=ESAD-EIAD;

0,644= 0,092-(-0,552);

0,644=0,644.

Проверка показала, что предельные отклонения и допуск замыкающего звена определены правильно.

6.3 Решение размерной цепи теоретико-вероятностным методом

Номинальное значение замыкающего звена определяется так же, как и при расчете методом максимума-минимума, т.е. AD= 4 мм.

Допуск замыкающего звена определяется по формуле: .

Для нашего примера:

Предельные отклонения замыкающего звена определяются по формулам: верхнее отклонение: ;

нижнее отклонение

;

Тогда Результаты расчета параметров замыкающего звена методами максимума -минимума (слева) и теоретико-вероятностным (справа) представлены схемой расположения полей допусков на рисунке 9.

Рис. 6

В данной работе были рассмотрены различные по характеру соединения: подвижные и неподвижные, разъемные и не разъемные. Для них назначены посадки. Для данных посадок вычислены величины предельных размеров, нижних и верхних отклонений, минимальные и максимальные значения натягов и зазоров. посадка шпоночный отверстие вал

Лепилин В.И., Бурмистров Е.В. «Основы взаимозаменяемости в авиастроении ». СГАУ 2002г.

Лепилин В.И., Попов И.Г. и др. Учебное пособие «Основы взаимозаменяемости в авиастроении » КУАИ, 1991г.

Урывский Ф.П., Уланов Б.Н. Методические указания «Размерные цепи» КУАИ 1982г.

Размещено на .ru