Анализ качества изделия машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

Кафедра «Технология металлов»

Метрология, стандартизация и сертификация

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ НА ТЕМУ:

Анализ качества изделия машиностроения

Выполнил студент Дмитриев Ф. В.

Санкт-Петербург

2006

Реферат

Курсовая работа посвящена анализу качества изделий машиностроения: вала, подшипников качения, шпоночного и резьбового соединения. Подобраны поля допусков и посадки для всех частей исследуемого изделия.

Курсовая работа изложена на 14 страницах, в работе 4 таблицы, 1 рисунок, в приложении представлены эскизы к решенным задачам.

Задача 1

Приведите пример стандарта, используемого на вашем предприятии, и определение стандартизации

Один из постоянно употребляемых стандартов на железнодорожных предприятиях - стандарт, описывающий подшипники качения и допуски и посадки для них.

ГОСТ 529-89* Подшипники качения. Технические требования.

ГОСТ 3325-85* Подшипники качения. Поля допусков и Технические требования к посадочным поверхностям валов корпусов. Посадки.

Стандартизация - это установление и добровольное многократное применение правил с целью упорядочения деятельности в сферах производства, обращения продукции и повышения конкурентноспособности продукции, работ и услуг.

Задача 2

1. Рассчитать и выбрать посадку с натягом для соединения зубчатого колеса с валом;

2. Выполнить анализ полученной посадки и построить схему расположения полей допусков;

3. Обозначить посадку соединения и поля допусков сопрягаемых деталей на эскизах.

Исходные данные к задаче 2

d=100 мм

d2=180 мм

L=140 мм

Мкр=1500 Нм

Rzd=5 мкм

RzD=6,3 мкм

Марка стали 45

ут=34·107 Па

µd=µD=0,3

Еd=ЕD=2,06·1011 Па

Значение наименьшего расчетного натяга определяется по формуле, мкм:

,

Где РЭ - удельное контактное эксплуатационное давление при действии крутящего момента, Па:

,

где f - коэффициент трения, f=0,15;

n - коэффициент запаса прочности соединения, м;

D=d - номинальный диаметр соединения, м

L - длина соединения,м

Па

СD и Сd - коэффициенты Ламэ:

где d1 - внутренний диаметр полого вала, d1=0 (вал не полый)

d2 - наружный диаметр втулки или впадин зубчатого колеса

= ·0,1·9,57 мкм

Наибольший расчетный натяг рассчитывается по формуле, мкм:

,

Где Рдоп - наибольшее допускаемое давление на поверхности вала или втулки, Па

На поверхности втулки отсутствуют пластические деформации при:

Па

На поверхности вала отсутствуют пластические деформации при:

Па

Максимальное допустимое давление Рдоп= 197,2·106Па, следовательно:

мкм

Находим поправку к расчетному натягу на смятие неровностей поверхности детали URz, остальные поправки можно принять равными нулю.

мкм

Где k - коэффициент, учитывающий высоту смятия неровностей отверстия втулки и вала. Для принятого метода (с нагревом зубчатого колеса) принимаем k=0,5

С учетом поправки величины граничных допустимых значений функциональных натягов для выбора посадки будут равны:

Nmin ф=Nmin расч+URz=9.57+11.3=20.87 мкм

Nmах ф=Nmах расч+URz=276,6+11,3=278,9 мкм

Схема расположения полей допусков посадки с натягом в системе отверстия, используемая для выбора стандартной посадки представлена на рис. 1 нижнее отклонение основного отверстия EI=0

Nmax=es-EI

Nmin=ei-ES

Исходя из условия, что натяг, обеспечиваемый стандартной посадкой (ГОСТ 25347-82), должен быть меньше функционального, определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения вала:

es< Nmax ф-EI=278,9-0=278,9 мкм

В таблице 1 приложения приведены рекомендуемые ГОСТ 25347-82 посадки в системе отверстия. При изготовлении отверстия по седьмому (Н7) или восьмому (Н8) квалитету для получения натяга используются поля допусков валов:

для Н7 - р6,r6, s6, s7, t6, u7

для Н8 - s7,u8,x8,z8

Выбираем отклонения, соответствующие этим полям допусков по табл. 2 приложения (ГОСТ 25347-82) и проверяем выполнение неравенства по величине верхнего отклонения вала для рассматриваемых полей допусков валов.

Принимаем поле допуска 100u8 (es=+178, ei=+124), т.к. в этом случае неравенство выполняется:

100u8:es=+178 мкм<(278,9 мкм = Nmax ф)

Исходя из условия (Nmin=ei-ES)>Nmin ф , определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения основного отверстия:

ES<ei- Nmin ф=124-20.87=103,13мкм

Определяем верхнее отклонение поля допуска по табл. 3 приложения (ГОСТ 25347-82). Из полученных отклонений выбираем отклонения, обеспечивающие выполнение наравенства.

100Н8: ES=+54<189,13 мкм - неравенство выполняется.

Принимаем поле допуска 100Н8 (ES=+54,EI=0) и рекомендуемую посадку 180Н8/u8.

Анализ выбранной посадки с натягом

Выполним анализ выбранной посадки 180H8/u8 (табл. 1), построим схему расположения полей допусков (рис. 1).

Таблица 1

Наименование	Отверстие	Вал
Обозначение поля допуска	100Н8	100u8
Верхнее отклонение, км Нижнее отклонение, мкм	ES=+54 EI=0	es=+178 ei=+124
Наибольший предельный размер, мм Наименьший предельный размер, мм	Dmax=100,054 Dmin=100,00	dmax=100,178 dmin=100,124
Допуск размера, мм	TD=Dmax-Dmin=0,054	Td=dmax-dmin=0,054
Наибольший натяг, мм Наименьший натяг, мм	Nmax=dmax-Dmin=100,178-100,0=0,178 Nmin=dmin-Dmax=100,124-100,054=0,070
Допуск посадки	TN=TD+Td=Nmax-Nmin=0,108

es=+178

100u8

ei=+0,124

(N_min=ei-ES=0,070)>N_{min ф}

ES=+54 (N_max=es-EI=0,178)<N_{max ф}

100Н8

EI=0

D=d=100 мм

Рис. 1 Схема расположения полей допусков посадки 180Н8/u8

Эскизы соединения и сопрягаемых деталей с обозначением посадки и полей допусков представлены на рис.1 приложений.

Задача 3

Вал вращается, корпус редуктора неподвижен. Вид нагружения наружного кольца - местный, внутреннего - циркуляционный. Осевая нагрузка на опору отсутствует.

Подобрать посадки внутреннего и наружного колец подшипника;

Выполнить анализ полученных посадок;

Построить схемы расположения полей допусков;

Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков этих деталей.

Исходные данные для расчета:

Подшипник №316 (80х170х39)

Класс точности Р5

D=80 мм

D=170 мм

В=39 мм

r=3,5 мм

dзап=89 мм

R=24 кН

Перегрузка до 150%

Интенсивность нагрузки на посадочные поверхности:

,

где В1 - рабочая ширина посадочного места, м

В1=В-2r,

где В - ширина подшипника, В=0,039м;

r - радиус скругления колец подшипника, r =0,0035 м;

kр - динамический коэффициент посадки. Зависит от характера нагрузки: при перегрузке до 150%, умеренных толчках и вибрации kр=1;

F - коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе: при сплошном вале F=1

FA - коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки на опору. Для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом FA=1

В1=0,039-2·0,0035=0,032 м

РR=24·103/0,032=750 кН/м

По найденному значению РR и заданным диаметрам внутреннего кольца (80 мм) выбираем поле допуска посадочной поверхности вала, соединяемой с циркуляционно нагруженным кольцом по справочным таблицам. Поле допуска вала - 80k6.

Поле допуска отверстия в корпусе под наружное местно нагруженное кольцо выбираем в зависимости от перегрузки, типа корпуса (разъемный или неразъемный) и типа подшипника. Поле допуска отверстия в корпусе - Н7.

Определяем числовые значения отклонений для этих полей допусков вала и отверстия в корпусе согласно справочным таблицам.

Отклонения вала 80k6es=+32 мкм

ei=+2 мкм

Отклонения отверстия в корпусе 170H7ES=+30 мкм

EI=0 мкм

Числовые значения отклонений для полей допусков подшипника L0 и l0 (класс точности Р0) определяем по справочным таблицам:

Отклонения отверстия внутреннего кольца 80L0ES=0 мкм

EI=-15 мкм

отклонения наружного кольца подшипника 170l0es=0 мкм

ei=-25 мкм

Посадка внутреннего кольца подшипника на вал - 80L0/ k6 (переходная)

Посадка наружного кольца в отверстие в корпусе - 170H7/ l0 (переходная)

Эскизы с обозначением посодок подшипника качения и полей допусков сопрягаемых деталей показаны на рис. 2 приложений.

Задача 4

Подобрать размеры шпонки для соединения шкива с валом;

Назначить посадку шкива на вал и посадки шпонки с пазом вала и пазом втулки в соответствии с вариантом задания;

Выполнить анализ полученных посадок шпонки с пазом вала и пазом втулки.

Построить схемы расположения полей допусков этих соединений;

Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков деталей соединения.

Исходные данные:

Диаметр вала d=70 мм

Длина шпонки l=125 мм

Вид шпоночного соединения - свободное

По ГОСТ 23360-78, Ст СЭВ 189 для вала, диаметром 70 мм находим сечение шпонки b x h = 20x12 и ширину ступицы шкива lc=170 мм>l, где l - длина шпонки.

Допуски на глубину пазов вала t1 и втулки t2 определяем по справочным таблицам (СТ 13-57 и СТ СЭВ 645-77):

t1=7,5+0,2 или d-t1=70-7,5=62,5-0,2

t2=4,9+0,2 или d+t2=70+4,9=74,9+0,2

Предельные отклонения размеров по ширине паза вала и паза втулки должны соответствовать полям допусков ГОСТ 25347-82 при свободном соединении: на валу Н9, во втулке D10

Предельные отклонения на ширину шпонки устанавливается по h9.

Сопряжение шпонки с пазом вала (при заданном свободном шпоночном соединении) будет осуществляться по посадке 20Н9/h9 (переходная посадка), а с пазом втулки - 20D10/h9 (посадка с зазором).

Отклонения на несопрягаемые размеры, которые рекомендует ГОСТ 23360, находим по приложению:

На высоту шпонки 12h11=12-0,110

На длину шпонки 125h14=125-1,000

На длину паза вала 125Н15=125+1,600

В соответствии с рекомендациями принимаем посадку шкива на вал 70Н9/h9.

По приложениям находим отклонения, соответствующие принятым полям допусков:

Для ширины шпонки bшп=12h9es= 0; ei=-43 мкм

Для ширины паза вала Вв=12Н9ES= +43 мкм EI=0

Для ширины паза втулки Ввт=12D10ES= +120 мкм EI=+50

Задача 5

Используя заданные по варианту размеры (задачи 2,3,4), назначить недостающие осевые и диаметральные размеры ступеней вала, исходя из особенностей конструкции.

Таблица 2

Диаметр ступени, мм	Заданные размеры сопрягаемых деталей, мм	Конструктивно назначенные размеры ступеней вала, мм
80	Ширина подшипника В=39	Ширина ступени	39
100	Ширина зубчатого колеса L=140	Ширина ступени	140
-	Буртик - упор для зубчатого колеса	Назначаем: 120, ширина	12
	Ступень для съемника перед правым подшипником	Назначаем 100, ширина	13
80	Ширина подшипника В=39	Ширина ступени	39
	Ступень под крышку с сальником и уплотенением	Назначаем 75, ширина	42
70	Ширина шкива b=170	Ступень под шкив на 5 мм короче	165
		Общая длина вала	450

Задача 6

При обработке вала с размерами, установленными в задаче 5, необходимо обеспечить отклонения размера между опорами под подшипник по двенадцатому квалитету (h12). Для этого необходимо:

1.Составить схему размерной цепи;

2. решить прямую задачу (задачу синтеза) размерной цепи с помощью метода полной взаимозаменяемости. При этом:

- проверить замкнутость размерной цепи;

- определить допуски составляющих звеньев с использованием метода равной точности;

- назначить одно из звеньев увязывающим для последующей корректировки несоответствия между расчетными оэффициентом точности и принимаемым стандартным;

Определить отклонения составляющих звеньев и произвести проверку правильности решения

Для нормальной работы редуктора необходимо при обработке вала выдержать размер между опорами под подшипники АД=165h12=165-400

Для соблюдения этого размера требуется правильно задать допуски размеров А1=450мм, А2=246мм, А3=39 мм, образующих вместе с размером АД=165 мм замкнутую размерную цепь.

Звенья А1, А2, А3 - составляющие, звено АД - замыкающее.

Проводим проверку замкнутости размерной цепи, мм

,

Где Аj - номинальные размеры составляющих звеньев;

m-1 - общее число составляющих звеньев без замыкающего;

еj - передаточные отношения составляющих звеньев: е=+1 для составляющих увеличивающих, е=-1 - для составляющих уменьшающих звеньев.

АД=+1·450-1·246-1·39=165 мм

Метод полной взаимозаменяемости обеспечит сборку узла без пригонки, сортировки, индивидуального подбора или регулировки - при любом сочетании размеров деталей, значения размера замыкающего звена не выходят за установленные пределы.

В основе расчета методом полной взаимозаменяемости лежит формула:

,

где ТАД - допуск замыкающего звена. В нашем случае ТАД=400 мкм=0,4 мм

еj - передаточные отношения составляющих звеньев;

ТАj - допуски составляющих звеньев

Принимаем для расчета допусков составляющих звеньев метод равной точности: допуски составляющих звеньев имеют одинаковую точность, то есть один коэффициент точности kср:

,

Где ij - единица допуска j-го составляющего звена.

Тогда:

,

Где D - среднее геометрическое граничных значений интервала, в который попадает размер составляющего звена, мм:

Значения единицы допуска для составляющих звеньев:

А1=450 мм; i1=

А2=246 мм; i2=

А3=39 мм; i3=

kср=

по данным ГОСТ25346-89 (СТ СЭВ 145), ближайшее меньшее значение коэффициента точности к полученному kср=47,93 будет для 9-го квалитета. Оно равно 40 (IT9=40i)

Назначаем по таблице допуски составляющих звеньев А1=450 мм и А2=246 мм по 9-му квалитету:

ТА1=0,155 мм; ТА2=0,115 мм;

Звено А3 выбираем увязывающим.

Сумма допусков составляющих звеньев без увязывающего

=0,155+0,115=0,270<ТАД=0,400 мм,

Что меньше допуска замыкающего звена. Их разница равна допуску увязывающего звена:

мм

Отклонения составляющих звеньев (ЕsАj - верхнее, ЕiАj - нижнее, ЕсАj=(ЕsАj+ЕiАj)/2 - среднее) назначаем как отклонения основного отверстия или вала в тело детали:

Для звена А1 (450h9) - в минус: ЕsА1=0; ЕiА1=-155 мкм; ЕсА1=-77,5 мкм

Для звена А2 (246Н9) - в плюс: ЕsА2=+115 мкм; ЕiА1=0; ЕсА1=+57,5 мкм

Для звена АД(165h12) задано: ЕsАД=0; ЕiАД=-400 мкм; ЕсАД=-200 мкм

Поле допуска увязывающего звена должно располагать с так, чтобы выполнялись равенства:

;

; ,

Где n - число составляющих увеличивающих звеньев. Остальные звенья - составляющие уменьшающие (m-1-n).

Рассчитаем положение середины поля допуска увязывающего звена:

;

мкм

Предельные отклонения увязывающего звена А3увяз будут равны:

Еs Аувяз=ЕсАувяз+ТАувяз/2=+65+(130/2)=+130 мкм;

Еi Аувяз=ЕсАувяз-ТАувяз/2=+65-(130/2)=0 мкм

Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Номинальный размер звена Аj, мм	Допуск размера ТАj, мкм	Верхнее отклонение ЕsАj, мкм	Нижнее отклонение ЕiАj, мкм	Середина поля допуска ЕсАj, мкм	Передаточное отношение звена еj	Произведение еj·ЕсАj, мкм
165h12	400	0	-400	-200
А1=450h9	155	0	-155	-77,5	+1	-77,5
А2=246Н9	115	+115	0	+57,5	-1	-57,5
Аувяз=39	130	+130	0	+65	-1	-65

Проверка правильности выполнения расчетов:

0-(0+0)=0

-155-(+115+130)=-400 мкм

Задача 7

Используя данные задач 2,3,4,5,6 указать на эскизе полученные поля допусков осевых и диаметральных размеров вала.

Размеры вала (исходя из конструктивных особенностей рассматриваемого узла) получены в задаче 5. при оформлении рабочего чертежа вала (простановка размеров, отклонений и т.д.) следует учитывать особенности технологии изготовления рассматриваемой детали, сборки и измерения. Осевые размеры валов подобной конструкции формируются за два установа или за две операции (закрепление за левую часть при обработке правой и наоборот). Требуемая точность отдельных диаметральных размеров обеспечивается на последующих операциях.

При выборе метода простановки, получения (технология) и измерения размеров (цепной, координатный комбинированный) следует учитывать их особенности.

Обеспечение при обработке точности размеров 39+0,13, 246Н9 и 450h9 обеспечит точность размера 165h12, определяющего качество сборки.для всех свободных размеров отклонения принимаем по среднему классу точности ГОСТ 25670-83 (СТ СЭВ 302-76), что соответствует 14-му квалитету по ГОСТ 25347-82

Задача 8

Выбрать средство измерения для контроля размера вала под посадку с натягом.

охарактеризовать выбранное измерительное средство: наименование, ГОСТ, цена деления шкалы, диапазон измерений, погрешность измерения, температурный режим, вариант использования

Для рассматриваемого размера 100u8 по таблицам приложения устанавливаем допускаемую погрешность измерения в мкм и рекомендуемые средства измерения. Для размера 100u8 допускаемая погрешность измерения равна 16 мкм, а допуск размера - 63. рекомендуемые станковые средства измерения - 7в,ж; 11а; 13а, 14а, 31, 32а,б*, 35б* Рекомендуемые накладные средства - 4 а, 5а, 6а. подшипник резьбовый посадка вал

Характеристики средств измерения приведены в таблице 4.

Таблица 4

№ по таблице	Наименование измерительного средства	Цена деления, мм	Закрепление (установочные узлы)	Предельная погрешность измерения, мкм
4 а,	Микрометр гладкий МК	0,01	В руках	15
5а	Скоба индикаторная	0,01	В руках	20
6а	Микрометр рычажный МР	0,01	В руках	12
7в	Индикаторы часового типа	0,01	На штативе	12
7ж				12
11а	Индикаторы многооборотные	0,02	На штативе	10

Выбираем индикатор часового типа ГОСТ577-68*, класс точности 0, цена деления 0,01 мм, диапазон измерения 80-120 мм, погрешность измерения 10 мкм, температурный режим - 5єС, закреплен на штативе.

Задача 9

Назначить допуски соосности и цилиндричности для поверхностей вала под подшипники, и радиального биения - для поверхностей вала под зубчатое колесо и од шкив, используя нормальный уровень относительной точности.

Основные определения и указания допусков формы и расположения, указываемые на чертежах, установлены стандартами ГОСТ 24642-81. Числовые значения допусков формы и расположения определены стандартами ГОСТ 24642-81 (СТ СЭВ 536-77)

Если на чертеже не указаны требования к отклонениям формы и расположения, то подразумевается, что это отклонение может быть в пределах поля допуска на размер.

Наиболее часто для назначения допусков формы и расположения используют нормальный уровень относительной геометрической точности А, который соответствует 60% от доступа размера;

В соответствии с условием задачи назначить отклонения формы и расположения для поверхностей вала диаметром 100u8, 70h9, 80k6.

Задан нормальный уровень относительной геометрической точности А. Для 100u8 - 7 степень точности, для 70h9 - 8 степень точности, для 80k6 - 5 степень точности.

Допуск цилиндричности: для 80k6 и 5 степени точности - 6 мкм.

Допуск радиального биения : для 100u8 и 7 степени точности - 40 мкм, для 70h9 и 8 степени точности - 60 мкм.

Допуск соосности поверхностей под подшипниками в диаметральном выражении для вала 80k6 составляет - 12 мкм. В радиусном выражении - 6мкм.

Задача 10

Назначить требования к шероховатости поверхностей вала исходя из нормального уровня относительной геометрической точности А.

Для нормального уровня точности А принимаем Rz?0,2Т в пределах от 320 до 10 мкм и от 0,1 до 0,025 мкм. Rа?0,05Т в пределах от 2,5 до 0,02 мкм. Величины допусков для рассматриваемых размеров принимаем по ГОСТ 25346-89. расчетные значения Rz и Rа округляем до ближайшего меньшего значения.

Для вала 80k6:Т=19 мкмRa?0,95 мкм, выбираем Rа=0,8 мкм

Для вала 100u8:Т=54 мкмRz?2,7мкм, выбираем Rz=2,5 мкм

Для вала 70h9:Т=74 мкмRz?14,8 мкм, выбираем Rz=12,5 мкм

Для 12Н9:Т=43 мкмRа?2,15 мкм, выбираем Rа=2,0 мкм

Для прочих поверхностей назначаем Rz=20

Задача 11

Проанализировать точность резьбового соединения в соответствии с заданием;

Привести эскизы резьбового соединения с обозначением посадки и отдельно деталей соединения с обозначением полей допусков;

Пояснить содержание условных обозначений;

Определить номинальные размеры параметров резьбы, показав их на эскизе

Установить предельные отклонения диаметров резьбы, их предельные размеры и допуски. Определить зазоры;

Построить в масштабе схему расположения полей допусков указав предельные размеры диаметра резьбы.

Исходные данные:

Резьба М22х1,5-6Н/6е-40

Условное обозначение указывает, что резьба метрическая (угол профиля б=60є), с шагом 1,5 мм, диаметром 22 мм, длиной свинчивания 40 мм.

6Н/6е - обозначение посадки резьбового соединения

6Н - поле допуска среднего и внутреннего диаметров резьбы гайки;

6е - поле допуска среднего и наружного диаметров резьбы болта;

6 - степень точности, определяющая допуски диаметров болта и гайки.

Н, е - основные отклонения соответственно диаметров резьбы гайки и болта.

D=d=22.000; D1=d1=20,376 мм;D2=d2=21,026м; Р=1,5

Н=0,8667Р=1,300;б=60є

Предельные отклонения диаметров резьбы, сопрягаемых на посадках с зазором, мкм:

Для гайки М22-6Н

ЕSD?+Н/10=0.130; ЕID=0

ЕsD2=+190; ЕID2=0

ЕsD1=+300; ЕID1=0

Для болта М22-6е

еsd=-67; еid=-303

еsd2=-67; еid2=-207

еsd1=-67; еid1?-Н/8=0.1625

Предельные размеры и допуски средних диаметров резьбы болта и гайки, мм:

D2max=21.026+0.190=21.216D1max=20.376+0.300=20.676

D2min=21.026+0=21.026D1min=20.376+0=20.376

TD2=D2max-D2min=0.190TD1=D1max-D1min=0.300

d2max=21.026-0.067=20.959d1max=20.376-0.067=20.309

d2min=21.026-0.207=20.819d1min=20.376-0.1625=20.2135

Td2=d2max-d2min=0.140Td1=d1max-d1min=0.0955

Зазоры в соединении по среднему диаметру, мм:

S2max= D2max- d2min=21.216-20.819=0.397 мм

S2min= D2min- d2max=21.026-20.959=0.067

Учитывая особенности работы резьбового соединения М22х1,5-6Н/6е-40 и его точность, контроль параметров резьбы рекомендуется осуществлять резьбовыми калибрами.Размещено на Allbest.ru

...