Нормирование точности шпоночных и шлицевых соединений

Предельные отклонения размеров d, D и b следует определять по таблицам ГОСТ 25347 или таблицам 1.1, 1.2, 1.3 данного пособия, а шероховатости поверхностей вала и втулки - назначать по таблицам 3.3.

Условное обозначение шлицевого соединения включает букву, обозначающую поверхность центрирования, число зубьев, номинальные размеры d, D, b, обозначение посадок (указываются после соответствующих размеров).

Пример условного обозначения шлицевого соединения легкой серии c числом зубьев z = 8, внутренним диаметром d = 36 мм, наружным диаметром D = 40 мм, шириной зуба b = 7 мм, с центрированием по наружному диаметру, с посадкой по диаметру центрирования и по размеру b - :

D-8Ч36Ч40Ч7.

Втулка (отверстие) этого соединения имеет вид: D-8Ч36H11Ч40H7Ч7F8, а вал D-8Ч36b12Ч40f7Ч7f7.

Допускается не указывать в обозначениях поля допусков и посадки нецентрирующих диаметров.

Пример условного обозначения неподвижного шлицевого соединения средней серии с центрированием по внутреннему диаметру с числом шлиц 6:

d-6Ч28Ч34Ч7.

Пример условного обозначения подвижного шлицевого соединения тяжелой серии с центрированием по боковой поверхности шлиц с числом шлиц 10, работающего в условиях реверса:

b-10Ч28Ч35Ч4.

Примеры оформления поперечных сечений деталей шлицевого прямобочного соединения

Оформление поперечных сечений деталей шлицевого прямобочного соединения на чертежах производится в соответствии с требованиями ЕСКД по ГОСТ 2.409 (см. рисунок 4.10). Рассмотрен пример неподвижного шлицевого соединения при центрировании по наружному диаметру с незакаленным отверстием во втулке.

5. Нормирование точности размеров и посадок подшипников качения

5.1 Назначение, технические требования, категории и классы точности подшипников

Подшипники качения являются стандартными изделиями с полной внешней взаимозаменяемостью, но ограниченной внутренней между телами и дорожками качения наружного и внутреннего колец. Применяются подшипники качения в машинах и механизмах, где требуется высокая скорость и точность вращения при КПД = 0,99.

По ГОСТ 3395 обозначаются типы и конструктивные исполнения подшипников (таблица 5.1).

Технические требования на шариковые и роликовые подшипники качения должны соответствовать ГОСТ 520-2002. Стандарт распространяется на подшипники с отверстиями во внутренних кольцах от 0,6 до 2000 мм и устанавливает следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности: 8; 7; 0; нормальный; 6; 6Х; 5; 4; Т; 2.

Классы точности подшипников характеризуются значениями предельных отклонений размеров, формы и расположения поверхностей подшипников.

Классы точности 8 и 7 используются для изготовления подшипников по заказу потребителей и применяются в неответственных узлах. Класс 6Х применяется только для роликовых конических подшипников. Для всех подшипников, кроме конических, для обозначения нормального класса точности применяют знак «0». Для конических подшипников нулевого класса используют знак «0», а для нормального класса - «N», класс точности 6Х обозначают знаком - «X». Знак «0» маркируют только в том случае, если слева от него имеются знаки маркировки.

Наиболее часто в машиностроении используются подшипники классов 0; 6, в категории С. Подшипники 4-го и 5-го классов применяются при значительных скоростях вращения (шпиндели шлифовальных и прецизионных станков и в других высокооборотных механизмах). Подшипники 2-го и Т классов применяются для гироскопических и других прецизионных приборов.

В зависимости от наличия требований (по уровню вибрации или уровню других дополнительных технических требований) установлены три категории подшипников - А; В; С в порядке ослабления требований.

- к категории А относятся подшипники классов точности - 5; 4; Т; 2;

- к категории В - подшипники классов точности - 0; 6Х; 6; 5;

- к категории С - подшипники классов точности - 8; 7; 0; нормального; 6.

По заказу потребителя допускается изготовление подшипников определенного класса точности без отнесения к категориям.

Упрощенные изображения подшипников на сборочных чертежах допускается выполнять по ГОСТ 2.420-69.

5.2 Условные обозначения подшипников

По ГОСТ 3189 устанавливается построение условных обозначений (маркировка) подшипников.

Система условных обозначений необходима для указаний подшипников на чертежах и в спецификациях, для применения в технической литературе и для маркировки подшипников при изготовлении.

Полное условное обозначение подшипника состоит из основного условного обозначения и дополнительных, расположенных справа (начинается с прописной буквы) и слева, отделенных от основного знаком тире (рисунок 5.2).

Основное условное обозначение состоит из семи знаков, расположенных в определенном порядке. Расшифровка знаков основного условного обозначения приводится на рисунок 5.3.

Диаметры отверстий, кратные пяти, обозначают частным от деления значения номинального диаметра d на 5. Диаметры отверстий от 10 до 17 мм обозначают по таблице 5.2.

Диаметры отверстия, равные 22; 28; 32; 500 мм и более, обозначают через дробь после серии диаметров.

Например, 602/32 означает радиальный шариковый однорядный подшипник с защитной шайбой (конструктивное исполнение - 6, тип - 0, серия диаметров - 2, диаметр отверстия - 32 мм).

Диаметры отверстия, выраженные дробным числом или не кратным пяти, обозначают знаками, равными приближенному целому числу, полученному от деления значения номинального диаметра на 5. Серия диаметров таких подшипников - 9 указывается на третьем месте.

Размерная серия подшипника - сочетание серий по диаметру и ширине (высоте) - определяет габаритные размеры подшипника по наружному диаметру и ширине при постоянном внутреннем диаметре.

В ГОСТ 3478 установлено девять серий диаметров, обозначаемых цифрами: 0; 8; 9;1; 7; 2; 3; 4; 5 в порядке увеличения наружного диаметра и 10 серий по ширине, обозначаемых цифрами: 7; 8; 9; 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6 в порядке увеличения ширины кольца В. Серия по ширине - 0 в условном обозначении не указывается. Конструктивное исполнение (наличие защитных шайб, уплотнений, буртиков и т.д.) обозначается цифрами от 00 до 99 (см. таблицу 5.1) по ГОСТ 3395.

При наличии нулей в знаках основное условное обозначение будет состоять из трёх цифр, то есть последней значащей цифрой в условном обозначении подшипника может быть цифра, стоящая на третьем месте. Например, 205 обозначает радиальный шарикоподшипник с внутренним диаметром d = 25 мм, серия по диаметру - 2, тип подшипника - 0, конструктивное исполнение - 00, серия по ширине - 0. Слева от основного условного обозначения проставляют знаки, определяющие класс точности (см. п. 4.1) и категорию подшипника. Класс точности 0 (ноль) и категория С в обозначении не указываются.

Справа от основного условного обозначения записываются дополнительные требования, утвержденные в технологической документации завода изготовителя подшипников (материал деталей подшипника, смазка, конструктивные изменения, требования по уровню вибрации, грузоподъемность и другие специальные требования). Эти требования указываются в зависимости от назначения подшипников, когда их нормирование необходимо учитывать по условиям эксплуатации. Если требования не оговариваются, то знаки справа опускаются. Частным случаем полного обозначения подшипника является основное условное обозначение. Маркирование подшипников производят любым способом, не вызывающим коррозии металла.

Габаритные размеры подшипников, используемых в заданиях по курсовой работе, даны в таблицах 5.3, ..., 5.8, а отклонения по ширине подшипников даны для классов точности 0 и 6 по ГОСТ 520.

Таблица 5.4 - Подшипники шариковые радиальные однорядные с уплотнениями по ГОСТ 8882, размеры, мм (см. рисунок 5.5)

Обозначение	d	D	B	r	r1
Серия диаметров - 5
160504, 180504	20	47	18-0,12	1,5	1,5
160505, 180505	25	52	18-0,12	1,5	1,5
160506, 180506	30	62	20-0,12	1,5	1,5
160507, 180507	35	72	23-0,12	2,0	2,0
160508, 180508	40	80	23-0,12	2,0	2,0
160509, 180509	45	85	23-0,12	2,0	2,0
160510, 180510	50	90	23-0,12	2,0	2,0
160511, 180511	55	100	25-0,15	2,5	2,5
160512, 180512	60	110	28-0,15	2,5	2,5
160513, 180513	65	120	31-0,15	2,5	2,5
160514, 180514	70	125	31-0,15	2,5	2,5
Серия диаметров - 6
160606, 180606	30	72	27-0,12	2,0	2,0
160607, 180607	35	80	31-0,12	2,5	2,5
160608, 180608	40	90	33-0,12	2,5	2,5
160609, 180609	45	100	36-0,12	2,5	2,5
160610, 180610	50	110	40-0,12	3,0	3,0
160611, 180611	55	120	43-0,15	3,0	3,0
160612, 180612	60	130	46-0,15	3,5	3,5
160613, 180613	65	140	48-0,15	3,5	3,5
160614, 180614	70	150	51-0,15	3,5	3,5

5.3 Предельные отклонения диаметров колец подшипников

Кольца подшипников имеют малую жесткость, при сборке происходит их деформация. Размеры колец до сборки и после нее отличаются. Поэтому допуски присоединительных диаметров имеют отличие по сравнению с системой допусков и посадок общего назначения.

Предельные отклонения (?dтр и ?Dmp) для внутреннего и наружного колец определяются по ГОСТ 520 для средних диаметров - dmp и Dmp соответственно, как разность между средним диаметром и номинальным его значением:

?dmp = dmp - d ?Dmp = Dmp - D.

Средний диаметр (dmp; Dmp) равен полусумме наибольшего (dsmax; Dsmax) и наименьшего (dsmin; Dsmin) действительных значений диаметров определенных двухточечным контактом (измерением) в одной радиальной плоскости (перпендикулярной оси):

dmp = (dsmax + dsmin)/2;

Dmp = (Dsmax + Dsmin)/2.

Для всех типов и классов точности подшипников верхнее отклонение для наружного и внутреннего колец равно нулю.

Нижние предельные отклонения задаются со знаком минус для обоих колец (см. таблицу 5.9.), что позволяет для присоединительных деталей (вал и корпус) использовать стандартные поля допусков по ГОСТ 25346.

Поля допусков подшипников имеют специальные обозначения: l - для диаметра наружного кольца; L - для диаметра внутреннего кольца с указанием класса точности. Например, L6; l6 - допуски внутреннего и наружного колец 6-го класса точности соответственно.

Значения допусков на посадочные размеры подшипника класса точности 0 соответствуют примерно 5 или 6 квалитетам, а для подшипников 2 класса - 2 или 3 квалитетам.

Допуск цилиндричности для колец подшипника допускается в пределах 0,5 от допуска на диаметр посадочной поверхности 0 и 6 классов точности, или 0,25 от допуска на диаметр посадочной поверхности для классов 5; 4; 2; Т.

Особое значение на работоспособность подшипников оказывает шероховатость посадочных поверхностей (Ra = 0,2...0,4), а также дорожек и тел качения (Ra = 0,1...0,025).

Надежность работы подшипниковых узлов зависит от правильного выбора посадок колец подшипников на вал и в корпус.

5.4 Выбор посадок для колец подшипника

Соединение колец подшипников качения с валами (осями) и отверстиями корпусов производятся в соответствии с ГОСТ 3325. Основные отклонения и поля допусков валов и отверстий корпусов для посадочных мест, предназначенных для монтажа подшипников качения, представлены на рисунке 5.10. Посадка наружного кольца в отверстие корпуса осуществляется по системе вала, причем отклонение наружного кольца подшипника обозначено буквой l, а поле допуска отверстия в корпусе выбирается из рисунка 5.10, а. Внутреннего кольца подшипника имеет отклонение отрицательное, что позволяет использовать для вала стандартные поля допусков (см. рисунок 5.10, б).

Выбор полей допусков для посадок зависит от типа, размера, класса точности подшипника, от величины, направления и действия нагрузки (радиальная или осевая) и других условий эксплуатации: интенсивности радиальной нагрузки, режима работы (допустимая перегрузка), жесткости вала и корпуса, вида нагружения.

Различают три вида нагружения колец подшипника: циркуляционное, местное и колебательное. Вид нагружения кольца подшипника зависит от того, вращается кольцо или неподвижно, а также как воспринимается радиальная нагрузка.

Вращающееся кольцо испытывает циркуляционный вид нагружения (нагрузку воспринимает кольцо всей окружностью дорожки качения и передает ее посадочной поверхности вала или корпуса), что требует обеспечения неподвижного соединения с сопрягаемой деталью.

Местнонагруженное кольцо воспринимает результирующую радиальной нагрузки ограниченным участком окружности дорожки качения кольца и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (это наблюдается на не вращающемся кольце). Посадка его обычно производится с гарантированным зазором, чтобы исключить интенсивный местный износ дорожки качения кольца подшипника и заклинивание тел качения.

Колебательный вид нагружения встречается реже. В этом случае оба кольца устанавливаются по переходным посадкам (js; Js), обеспечивающим проворачивание колец. При колебательном нагружении на подшипник действуют две радиальные нагрузки: постоянная по величине и вращающаяся вокруг оси. Их равнодействующая не совершает полного оборота, а колеблется на ограниченном участке окружности дорожки качения кольца, например, подшипники дробильных машин, насосов, транспортеров и т.д.

Величина минимального натяга для циркуляционно-нагруженного кольца зависит от интенсивности радиальной нагрузки, определяемой по формуле:

P = R/(B - (r - r1))K1K2K3,

где Р - интенсивность радиальной нагрузки, H/мм; кН/м;

R - радиальная реакция опоры в подшипнике, Н; (кН);

В - (r и r1) -- ширина подшипника, мм;

r и r1 - радиусы закругления на торцах кольца подшипника, мм;

K1 - динамический коэффициент посадки, зависящий от допустимой перегрузки (принимать K1 = 1 при перегрузке до 150 %, когда толчки и вибрации умеренные; K1 = 1,8 при перегрузке до 300 %, когда удары и вибрация сильные);

K2 - коэффициент, учитывающий ослабление посадочного натяга при пониженной жесткости вала или корпуса (полый вал или тонкостенный корпус); для жесткой конструкции K2 = 1 (таблица 5.10);

K3 - коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами тел качения в двухрядных роликоподшипниках и сдвоенных шарикоподшипниках при наличии осевой нагрузки на опору определяется (таблица 5.11). Для однорядных подшипников K3 = 1.

Выбор посадки кольца при циркуляционном виде нагружения производить по таблице 5.12, а для местнонагруженного кольца - по таблице 5.13.

5.5 Нормирование точности посадочных поверхностей вала и корпуса, сопрягаемых с подшипником

От точности сопрягаемых с подшипником поверхностей вала и отверстия корпуса зависит работоспособность и долговечность подшипника, поэтому к ним предъявляются высокие технические требования.

Торцовые поверхности обеспечивают надежную опору колец подшипников при действии на них осевых нагрузок. Торцовые поверхности заплечиков должны быть перпендикулярны к осям заплечиков (рисунок 5.11). Радиусы галтелей заплечиков должны быть меньше радиусов (монтажных фасок) подшипников. Вместо галтелей при достаточном запасе прочности вала или корпуса можно применять проточки (канавки для выхода шлифовального круга или резца (рисунок 5.11).

В ряде случаев (по конструктивным или технологическим соображениям) кольца подшипников могут упираться в торцовые поверхности смежных деталей (ступиц, зубчатых колес, втулок, дисков, стопорных колец и т.д.), допуски торцового биения и шероховатости этих поверхностей должны соответствовать требованиям к заплечникам корпуса или вала (таблица 5.14).

Если высота заплечника вала или корпуса недостаточна (менее 1,8...2 r), или их вообще нет, то применяются упорные кольца, размеры которых зависят от серии подшипника по диаметру. Диаметр упорного кольца должен быть больше диаметра вала на 6... 15 мм (чем тяжелее условия работы, тем больше перепад диаметров). Ширина упорного кольца - 4... 12 мм.

Таблица 5.14 - Размеры галтелей и канавок для установки подшипников, мм

Радиус подшипника, r(r1)	Радиус галтели вала и корпуса, R	Высота заплечника (d1 - d)/2 или (D - D1)/2	Размеры канавки
			глубина (d - d2)/2 или (D2 - D)/2	ширина на валу, b	ширина в корпусе, a
0,4	0,2	1,0	-	-	-
0,5	0,3	1,0	-	-	-
0,8	0,5	2,0	-	-	-
1,0	0,6	2,0	-	-	-
1,2	0,8	3,0	-	-	-
1,5	1,0	3,0	0,2	2,0	2,5
2	1,0	3,5	0,3	2,4	3,0
2,5	1,5	4,5	0,4	3,2	4,0
3	2,0	5,0	0,5	4,0	4,5
3,5	2,0	6,0	0,5	4,0	5,0
4	2,5	7,0	0,5	4,7	6,0
5	3,0	9,0	0,5	5,9	8,0
6	4,0	11,0	0,6	7,4	10
8	6,0	12,0	0,8	8,5	11

Фаски на конце вала и в отверстии корпуса нормированы по ГОСТ 10948. Размеры их приведены в таблице 5.15.

Допуски формы и расположения посадочных поверхностей валов и корпусов определены в ГОСТ 3325 и приводятся в таблице 5.15. Требования к шероховатости посадочных поверхностей указаны в таблице 2.2 (см. гл. 2).

Допуски на ширину (высоту) подшипников, указанные в таблицах 5.3, … , 5.8 соответствуют всем классам точности и зависят только от диаметра внутреннего кольца, т.е. от размерной серии.

5.6 Примеры выполнения сборочной единицы с подшипником качения

На рисунке 5.12 приводится сборочный чертеж узла с подшипниками качения.

Посадки сопрягаемых с подшипником деталей (крышек, втулок, стаканов и др.) следует выбирать по рекомендациям методического указания [2].

Рабочие чертежи вала и промежуточного корпуса (стакана) с требованиями по точности, шероховатости и отклонениями формы поверхностей приведены на рисунках 5.13 и 5.14.

6. Нормирование точности метрической резьбы

6.1 Основные параметры резьбы

Резьбовые соединения широко применяются в машиностроении и приборостроении (около 60 % всех деталей имеют резьбу). Резьбы делятся по назначению на крепежные и специальные. Крепежные резьбы используют для соединения деталей, подлежащих периодическому разъему. Специальные резьбы могут быть кинематическими (для передачи движения и усилий), упорными (для восприятия односторонних больших нагрузок), трубными (для герметичных соединений) и др. Общими требованиями для всех резьбовых соединений является обеспечение взаимозаменяемости и свинчиваемости, т.е. соединение гайки и болта без ощутимого люфта (зазора).

Метрическая резьба является универсальной, и получила наиболее широкое распространение. Профиль метрической резьбы и основные параметры установлены по ГОСТ 9150 (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Профиль метрической резьбы:

Метрическая резьба может выполняться с крупным и мелким шагом. Мелкий шаг назначается для тонкостенных деталей, при короткой длине свинчивания, равной высоте гайки, при работе в условиях вибрационных нагрузок. Зависимость шага от диаметра резьбы и ряды предпочтительного применения установлены в ГОСТ 8724 (таблица 6.1).

Основные размеры метрической резьбы выполняются но ГОСТ 24705. Расчетные значения диаметров резьбы (d1, d2, d3) могут быть определены по формулам таблицы 6.2.

Основные параметры - общие для наружной (болта) и внутренней (гайки) резьбы: номинальный наружный диаметр d (D) (указывается в условном обозначении резьбы), номинальный внутренний диаметр d1 (D1), номинальный средний диаметр d2 (D2), шаг резьбы Р, угол профиля б = 60°, высота исходного треугольника витка H; рабочая высота витка Н1.

Форма впадины у наружной резьбы может быть плоскосрезанной (по диаметру d1) или радиусной (по диаметру d3). Во втором случае резьба более прочная.

Свинчиваемость болта и гайки производится по среднему диаметру.

Средний диаметр (ГОСТ 11708) - это диаметр воображаемого, соосного с резьбой цилиндра, который делит профиль резьбы так, что толщина витка равна ширине впадины и равна половине шага (P/2).

6.2 Допуски и посадки метрической резьбы с зазором

Система допусков на резьбу должна обеспечивать как свинчиваемость, так и прочность резьбового соединения. Наиболее широко применяются соединения с зазорами, однако могут быть соединения с натягами и с переходными посадками.

Система допусков для посадок с зазором установлена ГОСТ 16093. Все отклонения и допуски отсчитываются от номинального профиля в направлении, перпендикулярном оси резьбы (рисунок 6.2).

По ГОСТ 16093 установлены степени точности на средний диаметр резьбы с 3-й по 10-ю в порядке убывания точности. В качестве основного принят допуск 6-й степени точности. Резьбы 6-й степени могут быть получены фрезерованием, нарезанием резцом, гребенкой, метчиком, плашкой, при накатывании роликом. Более точные степени требуют после операций нарезания применять шлифование профиля резьбы. Степени 3,4,5 используются для коротких резьб с мелким шагом. Для резьб с крупным шагом, при увеличенной длине свинчивания, рекомендуется применять 7-ю или 8-ю степень точности.

В таблице 6.3 даны допуски среднего диаметра болта - Td2, a в таблице 6.4 допуски среднего диаметра гайки - TD2. Кроме этого, для болта установлены допуски по наружному диаметру - Td (4, 6, 8 степени точности), а для гайки допуски по внутреннему диаметру - TD1 (4, 5, 6, 7, 8 степени точности) (таблица 6.5). По ГОСТ 16093 допуски на шаг резьбы и угол профиля не установлены, возможные отклонения по ним допускаются за счет изменения среднего диаметра резьбы и введения диаметральных компенсаций. Геометрически средний диаметр, шаг и угол профиля взаимозависимы. Поэтому стандартный (табличный) допуск на средний диаметр является суммарным и определяется по формуле:

Td2(TD2) = T' d2 (T'D2) + fp + fб,

где T'd2 (T'D2) - часть суммарного допуска, которая определяет допустимое отклонение собственно среднего диаметра болта (гайки);

fp - диаметральная компенсация погрешностей по шагу;

fp = ?Pn·ctg б/2, при б = 60° fp = 1,732?Pn;

?Рп - погрешность шага, в мкм, на всей длине свинчивания;

fб - диаметральная компенсация погрешностей половины угла профиля:

fб = ?б/2 , при б = 60° fб = 0,36Р?б/2;

?б/2 = (угловые минуты).

Погрешность половины угла наклона боковой стороны профиля - ?б/2 - определяется как среднее арифметическое абсолютных величин отклонений правой и левой половин угла профиля резьбы. Диаметральная компенсация равна разности средних диаметров гайки и болта, что обеспечит их свинчиваемость. Для обеспечения свинчиваемости средний диаметр болта необходимо уменьшить, а средний диаметр гайки увеличить в процессе обработки.

Таблица 6.2 - Размеры диаметров метрической резьбы по ГОСТ 24705

Шаг резьбы, мм	Диаметр резьбы	Внутренний диаметр болта по дну впадин d3
	Средний диаметр d2(D2)	Внутренний диаметр d1(D1)
0,5	d - 1+0,675	d - 1+0,459	d - 1+0,386
0,75	d - 1+0,513	d - 1+0,188	d - 1+0,080
0,8	d - 1+0,480	d - 1+0,134	d - 1+0,018
1	d - 1+0,350	d - 2+0,917	d - 2+0,773
1,25	d - 1+0,188	d - 2+0,647	d - 2+0,466
1,5	d - 1+0,026	d - 2+0,376	d - 2+0,160
1,75	d - 2+0,863	d - 2+0,106	d - 3+0,853
2	d - 2+0,701	d - 3+0,835	d - 3+0,546
2,5	d - 2+0,376	d - 4+0,294	d - 4+0,933
3	d - 2+0,051	d - 4+0,752	d - 4+0,319
3,5	d - 3+0,727	d - 4+0,211	d - 5+0,706
4	d - 3+0,402	d - 5+0,670	d - 5+0,093
4,5	d - 3+0,077	d - 5+0,129	d - 6+0,479
5	d - 4+0,752	d - 5+0,587	d - 7+0,866
5,5	d - 4+0,428	d - 6+0,046	d - 7+0,252
6	d - 4+0,103	d - 7+0,505	d - 8+0,639

Вводится понятие - приведенный средний диаметр - диаметр условной идеальной резьбы. Это значение измеренного среднего диаметра d2изм (D2изм), увеличенное для наружной резьбы (или уменьшенное для внутренней) на суммарную диаметральную компенсацию погрешностей по шагу и погрешностей половины угла профиля: d2пр = d2изм + (fp + fб); D2пр = D2изм + (fp + fб).

Оценка годности резьбы производится набором калибров: гладкие калибры для наружного диаметра болта и внутреннего - у гайки, резьбовые калибры (резьбовые пробки и кольца с проходной и непроходной сторонами).

Проходной резьбовой калибр имеет полный профиль и проверяет приведенный средний диаметр d2np(D2пр) (см. рисунок 6.3), т.е. верхний предел допуска у болта или нижний - у гайки. Он выполняет комплексный контроль всех элементов резьбы (d2(D2), Р, б). Непроходной резьбовой калибр имеет укороченную длину профиля, срезанный виток и направляющий поясок, контролирует наименьший средний диаметр у болта или наибольший у гайки.

Условия годности резьбы по среднему диаметру:

условие прочности условие свинчиваемости

для болта d2изм ? d2min, d2пр ? d2max

для гайки D2изм ? D2max D2пр ? D2min

Положение полей допусков определяется значением основных отклонений. Для наружной резьбы предусмотрено пять верхних отклонений - еs - («в тело»), обозначаемых в порядке возрастания зазора буквами - h; g; f; е; d. Для внутренней резьбы предусмотрено четыре нижних отклонения E1 - («в тело»), обозначаемых - H; G; F; Е (см. таблицу 6.6 и см. рисунок 6.4).

Поле допуска метрической резьбы состоит из обозначения поля допуска среднего диаметра (d2 или D2), указанного на первом месте, и обозначения поля допуска наружного диаметра для болта d и поля допуска внутреннего диаметра для гайки D1 например: 7g6g; 5Н6Н.



Рисунок 6.4 - Основные отклонения метрической резьбы с зазором:

Если обозначение поля допуска диаметра выступов совпадает с обозначением поля допуска среднего диаметра, то оно в обозначении поля допуска резьбы не повторяется: 6g; 6Н.

Точность резьбы зависит от длины свинчивания, (длины участка взаимного перекрытия наружной и внутренней резьбы в осевом направлении), так как чем длиннее резьба, тем больше накопленная погрешность шага. Три группы длин свинчивания устанавливает ГОСТ 16093: S - короткие; N - нормальные; L - длинные (см. таблицу 6.7). Для нормальной (N) длины высота гайки равна 0,8d.

Нормальная длина свинчивания в обозначении резьбы не указывается, в остальных случаях необходимо указывать длину свинчивания, например:

- М18Ч1,5-4H5H-LH - гайка, шаг р = 1,5; D = 18; TD2 по 4Н, TD1 по 5H, резьба левая; (завинчивают против часовой стрелки);

- М18-6H - гайка с крупным шагом р = 2,5, 6-й степени точности, с основным отклонением Н для среднего и внутреннего диаметров;

- M18-6g-40 - болт с крупным шагом р = 2,5, 6-й степени точности с основным отклонением g для среднего и наружного диаметров, длина свинчивания - 40 мм.

В соответствии со сложившейся ранее практикой поля допусков условно сгруппированы в три класса точности и рекомендованы к применению в зависимости от длины свинчивания (таблица 6.8).

Точный класс применяется для резьбы с мелким шагом, для точной кинематической резьбы приборов и для резьбообразующего инструмента.

Средний класс получил наибольшее применение. В машиностроении наиболее часто для резьбы с мелким шагом используют поля допусков: для болтов - 5g6g, а для гайки - 5Н.

Грубый класс применяется для резьбы в длинных глухих отверстиях, при пониженных требованиях к точности.

6.3 Допуски и посадки метрической резьбы с натягами и переходными посадками

Посадки с натягом для метрической резьбы назначаются по ГОСТ 4608, а переходные посадки - по ГОСТ 24834. Применяют эти виды посадок для резьбовых шпилек, которые ввинчиваются в корпус. Номинальные диаметры шпилек, ряды предпочтительности и шаги даны в таблица 6.9. Переходные посадки обеспечивают полную взаимозаменяемость и облегчают процесс сборки. Однако они требуют дополнительного элемента заклинивания (контакт по коническому сбегу резьбы; упор в плоский бурт шпильки; упор цилиндрической цапфы шпильки в дно гнезда) (таблица 6.10). Соединения с натягом не обеспечивают полной взаимозаменяемости. Требуется 100%-ный контроль среднего диаметра и рассортировка на группы. Число сортировочных групп (2 или 3) указывается после обозначения степени точности в скобках. Натяги образуются только по среднему диаметру, по наружному и внутреннему диаметрам предусмотрены зазоры.

Длина свинчивания зависит от материала корпуса: для стали от 1d до 1,25d; для чугуна от 1,25d до 1,5d; для алюминиевых и магниевых сплавов от 1,5d до 2d.

Выбор полей допусков и посадок производят по таблице 6.11 в зависимости от материала корпуса, диаметра и шага резьбы. Допуски среднего диаметра резьб с натягом (сортируемых на группы) не включают диаметральных компенсаций погрешностей шага и угла профиля. Погрешности шага и угла профиля ограничиваются своими допусками (Тр и Tб). Допуски среднего диаметра резьбы с переходными посадками являются суммарными, как для резьб с зазором. Значения допусков и основных отклонений определять по стандартам и справочникам. Схемы расположения полей допусков для резьб с натягом даны на рисунке 6.5, а для резьбовых соединений по переходным посадкам - на рисунке 6.6.

7. Нормирование точности цилиндрических зубчатых передач и колес

7.1 Расчет геометрических параметров

Зубчатые передачи находят широкое применение в различных видах машин и механизмов, исполняя роль передаточного механизма. Они определяют качество, надежность, работоспособность и долговечность машин, станков, приборов и других изделий. Расчет геометрических параметров зубчатых передач необходим с конструкторской точки зрения, так как определяет основные размеры и габариты передачи, а также с технологических позиций, так как влияет на выбор оборудования и методов обработки.

Наиболее широко применяются эвольвентные цилиндрические зубчатые передачи внешнего и внутреннего зацепления с исходным контуром, профилирующим режущий инструмент по ГОСТ 13755. Исходный контур выполняется в виде прямозубой рейки с углом б = 20°. Прямозубые колеса имеют направление зуба вдоль оси колеса. У косозубых колес зуб направлен под утлом в к оси колеса.

Основным геометрическим параметром, определяющим все элементы передачи, является модуль - т, который выбирается в зависимости от передаваемой нагрузки из нормального ряда модулей по ГОСТ 9563 .

Модуль - это число, показывающее, сколько миллиметров диаметра делительной окружности приходится на один зуб зубчатого колеса.

Зубчатые колеса с модулем от 0,05 мм до 1 мм принято называть мелкомодульными; от 1 до 10 мм - среднемодульными и свыше 10 мм - крупномодульными.

Основное применение находит первый ряд модулей: 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16. Второй ряд применяется ограниченно: 0,55; 0,7; 0,9; 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5; 7; 9; 11; 14; 18.

Мелкомодульные передачи (m < 1) используются при малых нагрузках (в приборостроении, при ручном приводе). Чем больше передаваемая нагрузка, тем больше должен быть модуль и ширина зубчатого венца - В. Рекомендуется принимать В = (3... 15) т.

Число зубьев колес принято обозначать буквой Z , а в передаче для ведущего (шестерни) и ведомого колес - Z1 и Z2 соответственно.

В зубчатой передаче число оборотов зависит от числа зубьев колеса.

Передаточное число i = = , где n1 и n2 - число оборотов в минуту ведущего и ведомого колеса.

Межосевое расстояние (делительное) в передаче а = m(Z1 + Z2)/2.

К основным параметрам зубчатого колеса относятся:

- диаметр делительной окружности - d = mZ;

- диаметр окружности выступов - da = d + 2т = m(Z + 2);

- диаметр окружности впадин - df= d - 2,5т = m(Z - 2,5);

- окружной шаг (шаг по делительной окружности) pt = 360/z = р m;

- диаметр основной окружности - db = dcosб = m z cosб;

- шаг зацепления или основной шаг (шаг по основной окружности):

рб = рb = рt cos б = р m cos б;

- высота головки зуба ha = m;

- высота ножки hf = 1,25 т;

- толщина зуба по делительной окружности S = рt/2 = р т/2 на высоте головки зуба hб;

- толщина зуба по постоянной хорде Sc = 1,387 m, измеренная на высоте hc = 0,7476 m от вершины зуба. Этот показатель не зависит от числа зубьев колеса, а зависит только от модуля;

- размер по роликам - М (для определения значения окружной толщины зуба или величины смещения исходного контура для мелкомодульных колес);

- длина общей нормали W или средняя длина общей нормали Wm.

Длина общей нормали - это расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум разноименным, активным боковым поверхностям зубьев колеса. Номинальное значение длины общей нормали определяется по формуле: цилиндрический зубчатый колесо калибр

W = pt (Zw - 1) + S,

где Zw = 0,111 z + 0,5 или Zw = z/9 + 1 - число охватываемых при измерении зубьев, которое необходимо округлять до ближайшего целого числа (таблица 7.1). Для колес с углом зацепления б = 20° формула принимает вид:

W = m [1,476 (2Zw - 1) + 0,014 Z].

Длина общей нормали прямо пропорциональна модулю, поэтому в таблицах справочников указывается значение длины общей нормали для т = 1 (см. таблицу 7.1). При изменении модуля табличное значение необходимо умножить на величину модуля.

Средняя длина общей нормали определяется по результатам измерения всех длин у колеса от зуба к зубу, как среднее арифметическое значение:

Wm = .

Ввиду погрешностей обработки, у одного зубчатого колеса длина общей нормали изменяется от зуба к зубу.

Для размещения смазки и исключения заклинивания требуется увеличивать или уменьшать толщину зуба. Теоретическое зацепление считается двухпрофильным, когда контакт идет по обеим сторонам зуба.

Реальная передача имеет однопрофильное зацепление, т.е. по рабочим профилям - контакт, а по нерабочим - зазор.

Величина бокового зазора зависит от условий эксплуатации: температуры, смазки, нагрузки, условий загрязнения и других требований (см. п. 7.3).

У зубчатого колеса различают окружной шаг по делительной окружности:

pt = 360/Z = р m,

и шаг зацепления или основной шаг (шаг по основной окружности):

Pb = Pt cos б = р т cos б.

Контроль окружного шага может быть выполнен накладным шагомером или универсальным зубоизмерительным прибором. Базирующие наконечники опираются на наружный (или внутренний) диаметр (рисунок 7.1, а). Широко используется метод измерения от «первого шага», принятого за номинальное значение с определением отклонений от него. Измерив по всей окружности Z раз, можно построить график и определить накопленную погрешность окружного шага.

Шаг зацепления (основной шаг) контролируется в плоскости, касательной к основному цилиндру (рисунок 7.1, б). Настройка прибора производиться на ноль по блоку кольцевых мер длины, равному номинальному значению шага зацепления. Метод измерения относительный, так как прибор показывает погрешность шага зацепления:

?pb = pbr - pb ном

7.2 Эксплуатационные требования и система допусков на зубчатые передачи

По условиям работы зубчатые передачи делятся на следующие эксплуатационные группы:

- отсчетные (кинематические);

- скоростные (окружная скорость до 120 м/с);

- силовые;

- передачи общего назначения.

Основное требование к отсчетным передачам - высокая кинематическая точность (согласованность в углах поворота). Применяются они в точных кинематических цепях (измерительные приборы, делительные механизмы станков), имеют малый модуль и небольшую длину зуба и работают при малых окружных скоростях до 6 м/с.

Для скоростных передач основное требование - плавность работы, т.е. бесшумность и отсутствие вибраций. Для них важна также полнота контакта по рабочим профилям зуба. Это зубчатые передачи средних размеров, они входят в состав редукторов турбин, двигателей, коробок перемены передачи автомобилей, коробок скоростей станков и других быстроходных механизмов.

Силовые передачи требуют полноты контакта (рисунок 7.2), особенно по длине зуба. Это колеса с крупным модулем, большой длиной зуба (В > 10m). Такие передачи работают в грузоподъемных, землеройных, строительных и дорожных машинах, в конвейерах, эскалаторах, механических вальцах и т.д.

Величину пятна контакта оценивают относительными размерами в процентах:

- по длине зуба:

 100 %,

где а - общая длина контакта; с - сумма длин пробелов в пятне (если c > т);

В - ширина зубчатого венца;

- по высоте зуба:

100 %,

де hm - средняя высота пятна контакта; hp - рабочая высота зуба, равная 2т.

Пятно контакта оценивается в собранной передаче, после работы под нагрузкой. Мгновенное пятно контакта составляет около 75 % от суммарного пятна контакта и оценивается "по краске" после одного оборота.

Передачи общего назначения наиболее распространены в машиностроении. Они работают при окружных скоростях до 10 м/с и незначительных нагрузках. Для них не устанавливаются повышенные требования ни по одному из трех рассмотренных требований.

Система допусков на зубчатые передачи

Для регламентации точности созданы системы допусков на отдельные виды зубчатых передач (цилиндрические, конические, червячные), так как точность работы механизма зависит не только от точности отдельных элементов (зубчатых колес), но и от точности расположения осей в корпусах.

Для цилиндрических зубчатых передач с т ? 1 система допусков определена в ГОСТ 1643, а для мелкомодульных - в ГОСТ 9178.

Для конических зубчатых передач с т ? 1 система допусков определена в ГОСТ 1758, а для мелкомодульных - в ГОСТ 9368.

Для червячных передач при т ? 1 система допусков определена в ГОСТ 3675, а для мелкомодульных - в ГОСТ 9774.

Системы допусков для различных видов зубчатых передач имеют много общего. Далее рассмотрена система допусков на цилиндрические зубчатые передачи с модулем т ? 1 (ГОСТ 1643).

Для всех видов зубчатых передач установлено 12 степеней точности (с 1 по 12) в порядке увеличения допусков, в разных стандартах особо точные и грубые степени не оговорены допусками, т.е. оставлены как резервные. Для цилиндрических передач первая, вторая и 12 степени точности резервные.

Степень точности - заданный уровень допустимого несоответствия значений их действительных параметров расчетным (номинальным) значениям.

В каждой степени выделены три нормы точности согласно эксплуатационным группам: кинематическая точность, плавность работы и контакт зубьев. В каждой норме определены независимые, равноправные показатели точности и допуски на них (рисунок 7.3).

Кинематическая точность оценивается нормами кинематической погрешности зубчатой передачи и кинематической погрешностью колеса. Кинематическая погрешность передачи есть разность между действительным и номинальным углами поворота ведомого зубчатого колеса, выраженная в линейных величинах длиной дуги делительной окружности. Все показатели кинематической точности оцениваются за один оборот колеса.

Кинематическая погрешность зубчатого колеса определяется погрешностью кинематической цепи деления зубообрабатывающего станка.

Плавность работы передачи характеризуется циклическими погрешностями при повороте колеса на один зуб. Наличие циклически повторяющихся погрешностей (шага, профиля зуба и др.) вызывает в процессе работы передачи шум и вибрацию. Чистовая обработка боковой поверхности зубьев (шлифованием, шевингованием и др. методами) позволяет повысить плавность работы передачи, так как улучшается профиль зуба. Отклонение шага зацепления, зависящее от погрешности зуборезного инструмента, также влияет на плавность передачи.

Контакт зубьев характеризуется размерами пятна контакта на боковых поверхностях зубьев при работе передачи и определяет величину передаваемой нагрузки. Пятно контакта зависит от погрешностей самих колес и от погрешностей их монтажа в корпус.

Независимо от степени точности выбирается вид сопряжения, который характеризуется нормой бокового зазора между нерабочими профилями зубьев колес, находящихся в зацеплении.

В стандартах на все виды зубчатых передач при образовании символов нормируемых отклонений и допусков используются следующие обозначения:

- F - показатели, определяющие кинематическую точность;

- f - показатели плавности работы передачи;

- показатель, относящийся к передачи, обозначается индексом - 0;

- действительное значение измеренного параметра имеет в конце общего символа - r;

- один штрих означает, что показатель определяется в однопрофильном зацеплении;

- два штриха требуют выполнять контроль параметра в двухпрофильном зацеплении;

- показатели без штрихов проверяются у зубчатого колеса без зацепления с другим и характеризуют геометрическую точность.

Расшифровка условных обозначений

Показатели нормы кинематической точности:

Fi0' - допуск на кинематическую погрешность зубчатой передачи; определяется как сумма допусков кинематических погрешностей двух сопрягаемых колес

Fi0' = Fi1' + Fi2'

Fi' - допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса:

Fi' = Fp + ff;

Fp - допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса;

Fpk - допуск на накопленную погрешность «к» шагов (k ? 2) назначается для длины делительной окружности, соответствующей 1/6 части числа зубьев колеса.

Fr - допуск на радиальное биение зубчатого венца;

Fi'' - допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса (Fi'' = 1,4 Fr);

Fvw - допуск на колебание длины общей нормали: Fvw = Wmах r - Wmin r;

Fc - допуск на погрешность обката зависит от кинематической погрешности зубообрабатывающего станка (Fc = Fvw).

Показатели нормы плавности работы передачи:

fi0' - допуск на местную кинематическую погрешность передачи;

fzz0 - допуск на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче;

fzk0 - допуск на циклическую погрешность передачи;

fi' - допуск на местную кинематическую погрешность зубчатого колеса;

± fpb - предельные отклонения шага зацепления fpb = Pbr - Ph;

± fPt - предельные отклонения окружного шага fPt = Ptr - Рt;

ff - допуск на погрешность профиля зуба;

ff'' - колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе;

fzk = fzko - допуск на циклическую погрешность зубчатого колеса равен циклической погрешности передачи с частотой «к» за оборот;

fzzo - допуск на циклическую погрешность зубцовой частоты в передачи;

fzz = 0,6fzzo - допуск на циклическую погрешность зубцовой частоты зубчатого колеса.

Показатели нормы контакта зубьев:

- для передачи:

%% - суммарное пятно контакта по высоте и ширине зуба реальной передачи при вращении под нагрузкой;

fx - допуск параллельности осей, fx = Fв;

fy - допуск на перекос осей, fу = 0,5 Fв;

- для зубчатого колеса:

Fв - допуск на погрешность направления зуба;

Fk - допуск на суммарную погрешность контактной линии.

Показатели норм бокового зазора:

-для передачи:

± fa - предельные отклонения межосевого расстояния (МОР) для передач с нерегулируемым расположением осей, ± fa = ±0,5jn min;

jnmin - минимальный гарантированный боковой зазор;

Тjn - допуск на боковой зазор;

- для зубчатого колеса при внешнем зацеплении:

+ Ea"s - верхнее предельное отклонение измерительного МОР,

Еа"s = +fi"; Еa"s = aнб" - aном;

- Еa"i - нижнее предельное отклонение измерительного МОР,

Еa"i = - ТН; Еa"j = a"нм - аном;

- EHs - наименьшее дополнительное смешение исходного контура зубчатого колеса;

ТH - допуск на смещение исходного контура, ТH > Fr;

- EWms - наименьшее отклонение средней длины общей нормали;

TWm - допуск на среднюю длину общей нормали; TWm = (ТH - 0,7Fr)2sinб;

TW - допуск на длину общей нормали всей партии колес, изготавливаемых по данному чертежу;

ECs - наименьшее отклонение толщины зуба; ECs = EHs 2 sinб;

TC - допуск на толщину зуба, TC = 2ТH tgб;

EMs - наименьшее отклонение размера М по роликам при m ? 1;

TM - допуск на размер по роликам.

- для зубчатого колеса при внутреннем зацеплении:

- Ea"s - верхнее предельное отклонение измерительного MOP;

Ea"s = -TH

+ Ea"i - нижнее предельное отклонение измерительного МОР;

Ea"i = +fi";

+EHi - наименьшее дополнительное смешение исходного контура зубчатого колеса;

TH - допуск на смешение исходного контура, TH > Fr;

+ EWmi - наименьшее отклонение средней длины общей нормали;

TWm - допуск на среднюю длину общей нормали TWm = (ТH - 0,7Fr)2 sinб;

Для передач с m ? 1 мм установлено шесть видов сопряжений:

А, В, С, D, Е и Н, которые характеризуются величиной гарантированного наименьшего бокового зазора jnmin между нерабочими профилями. Вид сопряжения А имеет наибольшее значение jn min, далее идет уменьшение значения бокового зазора, в итоге вид сопряжения Н дает jn min = 0.

На каждый вид сопряжения установлен допуск бокового зазора Тjn, который для соответствующего вида сопряжения обозначается а, b, с, d, h (последний соответствует сопряжениям Е и H); для передач с m ? 1 при необходимости можно использовать увеличенные допуски х, у, z.

...