Исходные данные [вариант 4; приложение Л]:

- чертеж редуктора изображен в [7, рис. 4];

- номер позиции подшипника качения (обозначение) в [7, рис. 4] - 2;

- размер подшипника dЧD - 45Ч75 мм;

- радиальная нагрузка, действующая на подшипник, - 5000 Н.

По справочникам [8, с. 121] или [9, с. 143] находим по двум размерам (d = 45 мм и D = 75 мм) ширину подшипника (В), радиус закругления колец (r) и условное обозначение подшипника.

Подшипник 32109: d = 45 мм; D = 75 мм; В = 16 мм; r = 1,5 мм; r1=1

Исходя из [7, с. 13, рис. 4, поз. 2] подшипник используется в цилиндрическом редукторе. Подшипник является одной из опор ведомого вала, на котором установлено зубчатое колесо. Согласно чертежу наружное кольцо подшипника воспринимает радиальную нагрузку, постоянную по направлению. Наружное кольцо установлено неподвижно. Значит, наружное кольцо воспринимает нагрузку ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса редуктора. Следовательно, характер нагружения кольца - местный.

Внутреннее кольцо подшипника вращается совместно с ведомым валом редуктора (внутреннее кольцо подшипника установлено неподвижно на ведомом валу), воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения подшипника и передает ее последовательно всей посадочной поверхности вала. Следовательно, характер нагружения кольца - циркуляционный [10, с. 343, табл. 4.88].

2. Для кольца, имеющего циркуляционное нагружение (внутреннее кольцо подшипника), рассчитаем интенсивность радиальной нагрузки [10, с. 344].

где PR - интенсивность радиальной нагрузки, кН;

Fr - радиальная реакция опоры на подшипник (радиальная реакция опоры на подшипник равна радиальной нагрузке, действующей на подшипник, то есть в рассматриваемом примере 5000 Н или 5 кН), кН;

b - рабочая ширина посадочного места (b = В - 2r), м;

k1 - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации k1 = 1; при перегрузке до 300 %, сильных ударах и вибрации k1 = 1,8). В нашем случае k1 = 1;

k2 - коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе (при сплошном вале k2 = 1);

k3 - коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки на опору. Для радиальных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом k3 = 1.

кН/м.

По [10, с. 348, табл. 4.90.1] выбираем поле допуска для вала ш15k6 (в таблице нет интервала диаметров d до 18 мм, принимаем интервал «Св. 18 до 80 мм» с допускаемыми значениями PR - (300-1400) кН/м).

Полное обозначение размера вала .

Выбираем класс точности подшипника - 0.

Согласно [10, с. 345, табл. 4.89.1] при циркуляционном нагружении внутреннего кольца назначаем посадку внутреннего кольца подшипника и вала > (отклонения наружного и внутреннего диаметров подшипника в [10, с. 358-359, табл. 4.92]).

Для посадочного отверстия корпуса редуктора под наружное кольцо подшипника с местным нагружением назначаем поле допуска ш75Н7 (отверстие в корпусе разъемное [10, с. 347, табл. 4.89.2]).

Согласно [10, с. 345, табл. 4.89.1] при местном нагружении наружного кольца назначаем посадку отверстия корпуса редуктора и наружного кольца подшипника > .

Схемы расположения полей допусков колец подшипников и присоединительных поверхностей вала и корпуса.

- внутреннее кольцо подшипника с валом.

- отверстие корпуса редуктора с наружным кольцом подшипника.

Эскизы посадочных мест вала и корпуса.

Эскиз посадочного места вала.

Эскиз посадочного места корпуса редуктора.

Шероховатость поверхности вала, корпуса и допуски формы и расположения поверхности берутся из справочника [2; 10, с. 384, табл. 4.95] или из другой справочной литературы по подшипникам качения.

Обозначение на сборочном чертеже посадок подшипников качения.

Определяем допуск для знака «отклонение от круглости» (допуск составляет 30% от допуска размера :

Тd45к6 = es - ei = 0,018 - 0,002 = 0,016 мм;

То = 0,3Тd45к6 = 0,3·0,016 = 0,0048 мм,

где Тd15к6 - допуск размера ;

То - допуск для знака «отклонение от круглости».

Определяем допуск для знака «отклонение профиля продольного сечения» (допуск составляет 60 % от допуска размера ):

Т= = 0,6 Тd45к6 = 0,6·0,016 = 0,0096 мм.

Допуск для знака «торцовое биение» принимаем равным допуску для знака «отклонение профиля продольного сечения»:

Т^ = Т= = 0,0096 мм.

Принимаем То = 0,003 мм, Т= = Т^ = 0,009 мм.

Определяем допуск для знака «отклонение от округлости» (допуск составляет 30% от допуска размера :

TD32H7 = ES - EI = 0,025 - 0 = 0,025 мм;

То = 0,3TD32H7 = 0,3·0,025 = 0,0075 мм,

где TD75H7 - допуск размера .

Определяем допуск для знака «радиальное биение» размера .

Отклонение от круглости, радиальное биение и полное радиальное биение составляют 30, 20 и 12 % допуска размера, поэтому принимаем допуск радиального биения равным допуску отклонения от круглости:

Т^ = То = 0,0075 мм.

Принимаем То = 0,007 мм, Т^ = 0,007 мм.

5. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПОСАДОК ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ И ЕГО КОНТРОЛЬ

Исходные данные:

- чертеж редуктора изображен;

- номер позиции шпонки (обозначение) - 16;

- номинальный размер соединения (ширина шпонки) - 8 мм;

- контролируемая деталь (контроль размеров шпоночного паза) - вал;

- метод контроля - комплексный.

По справочнику [10, с. 271, табл. 4.64] определяем основные размеры шпоночного соединения:

- ширина шпонки (b) - 8 мм;

- высота шпонки (h) - 7 мм;

- интервал размеров вала, соответствующий номинальному размеру шпонки 12х8 мм, - «Св. 22 до 30 мм» (принимаем диаметр вала d = 30 мм);

- глубина паза на валу (t1) - 4 мм;

- глубина паза во втулке (t2) - 3,3 мм;

- размер (d - t1) - 26 мм (предельное отклонение размера - (-0,2) мм [9, с. 719, табл. 3]);

- размер (d + t2) - 33,3 мм (предельное отклонение размера - (+0,2) мм [9, с. 719, табл. 3]);

- длину шпонки (l) принимаем равной размеру диаметра вала - 30 мм.

1. Устанавливаем и обосновываем тип шпоночного соединения.

Заданное шпоночное соединение применяется в коробке скоростей фрезерного станка [7, с. 16, рис. 5]. Производство фрезерных станков - серийное. По рекомендациям, приведенным в справочнике [10, с. 273, табл. 4.65], тип шпоночного соединения для серийного и массового производства соответствует нормальному соединению.

2. Назначаем поля допусков и квалитеты для деталей, входящих в соединение.

2.1. Ширина шпонки - 8 [10, с. 273, табл. 4.65].

2.2. Паз вала - 8 [10, с. 273, табл. 4.65].

2.3. Паз втулки - 8 [10, с. 273, табл. 4.65].

Примечание. Для определения верхнего и нижнего отклонений паза втулки с номинальным размером 8 мм необходимо допуск для интервала номинальных размеров «Св. 6 до 10 мм», приведенный в справочнике [2, с. 54, табл. 1.8] и обозначенный IT9, разделить пополам, то есть. ES= + IT9/2, EI= - IT9/2. подшипник качение шпоночный зубчатый

2.4. Схема полей допусков.

3. Вычерчиваем в масштабе (поперечный разрез) общий вид шпоночного соединения, вал и втулку с указанием номинального размера по ширине шпоночных пазов, основного отклонения, квалитета и предельных отклонений, а также шероховатости, допусков формы и расположения поверхностей.

4. Назначаем средства для контроля шпоночного паза вала.

4.1. Контроль шпоночных соединений в серийном и массовом производстве осуществляется специальными предельными калибрами - ширина паза вала и втулки (b) проверяется пластинами, имеющими проходную и непроходную стороны [10, с. 288].

4.2. Контроль глубины паза вала (размер t1) осуществляется кольцевыми калибрами, имеющими стержень с проходной и непроходной ступенью [10, с. 289].

4.3. Симметричность паза вала относительно осевой плоскости проверяют комплексными калибрами - накладной призмой с контрольным стержнем

4.4. Определяем допуск для знаков «отклонение от симметричности» и «отклонение от параллельности» (допуск составляют 60 % от допуска размеров и .

Допуск размера :

TD_8JS9 = ES - EI = 0,018 - (- 0,018) = 0,036 мм.

Допуск размера 8N9(-_0,036):

TD_8N9 = ES - EI = 0 - (- 0,036) = 0,036 мм.

Допуск для знаков «отклонение от симметричности» и «отклонение от параллельности»:

Т_ч = Т₌ = 0,6TD_8JS9 = 0,6·0,036 = 0,0216 мм.

Принимаем Т_ч = Т₌ = 0,025 мм (см. чертеж шпоночного соединения).

6. РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ИХ КОНТРОЛЬ

Исходные данные:

· чертеж редуктора изображен в [7, рис. 4];

· число зубьев Z1 = 16;

· номер позиции колеса (обозначение) в [7, рис. 4] - 7,

· число зубьев Z4 = 16;

· модуль m = 6 мм;

· угол наклона зубьев вд = 15є;

· температура колеса t1 = 25 єC;

· температура корпуса t2 = 25 єC;

· окружная скорость V = 8 м/с;

· Диаметр d = 50 mm.

1. Устанавливаем, к какой группе по эксплуатационному назначению относится зубчатая передача.

Согласно классификации, приведенной в методических указаниях [6, с. 13-14], и рекомендациям справочника [10, с. 425, табл. 5.12], зубчатая передача по эксплуатационному назначению относится ко второй группе - скоростные (окружная скорость V до 15 м/с для косозубых колес). Основной эксплуатационный показатель передачи - плавность работы, то есть отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса.

2. Устанавливаем степень точности зубчатых колес по нормам кинематической точности, плавности и контакта зубьев.

2.1. Согласно данным, приведенным в справочнике [10, с. 425, табл. 5.12], при окружной скорости V до 15 м/с степень точности зубчатых колес по плавности работы - 6 (высокоточные, то есть зубчатые колеса для плавной работы на высоких скоростях, требующих наиболее высокого КПД и бесшумности).

2.2. В примечании [10, с. 427, табл. 5.12, примечание обозначено знаком - **] даны рекомендации для выбора степени по нормам кинематической точности - степень по нормам кинематической точности может быть на одну степень грубее степени точности по плавности. Принимаем степень по нормам кинематической точности - 7.

2.3. Выбор показателя точности по нормам контакта зависит от величины коэффициента осевого перекрытия, который определяется по формуле:

,

где Bw - рабочая ширина венца зубчатого колеса, мм;

вд - угол наклона зубьев, град.;

m - модуль зубчатого колеса (нормальный), мм.

Рабочую ширину венца зубчатого колеса определяем следующим образом:

в [7, рис. 4] указан размер диаметра вала, обозначенный поз. 1 (в [7, с. 14, вариант 31, часть 1; приложение Л] приведен номинальный размер соединения (d или d1)), d = 50 мм;

Согласно рекомендациям, приведенным в справочнике [10, с. 411, табл. 5.6], для передачи с коэффициентом ев < 1,25 и m > 1 мм степени точности по нормам контакта - 3-12. Выбираем степень точности по нормам контакта при ев ? 1,25 на одну степень грубее норм плавности (рекомендации приведены [6, с. 14]) - 7.

2.4. Выбираем контролируемые показатели для назначенных степеней точности (плавности работы, кинематической точности и контакта зубьев) и числовые значения допусков показателей.

2.4.1. Для 6 степени точности по плавности работы из [10, с. 410, табл. 5.5] выбираем контролируемый показатель - f'ir (местная кинематическая погрешность зубчатого колеса). По [10, с. 415-417, табл. 5.9] определяем допуск на местную кинематическую погрешность колеса - f'i.

Допуск f'i зависит от размера делительного диаметра колеса.

Определяем размер делительного диаметра зубчатого колеса:

d = m•Z7 = 6•16 = 96 мм.

Допуск на местную кинематическую погрешность колеса для 6 степени точности при m ? 1 и d = 96 мм равен 18 мкм (f'i = 18 мкм, т. е. наибольшая разность между местными соседними максимальными и минимальными значениями кинематической погрешности зубчатого колеса за один оборот не должна превышать 18 мкм).

2.4.2. Для 7 степени точности по кинематической точности из [10, с. 409, табл. 5.4] выбираем контролируемый показатель - Fpr (накопленная погрешность шага по зубчатому колесу). По [10, с. 413-414, табл. 5.8] определяем допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса - Fp.

Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса для 7 степени точности при m ? 1 и d = 96 мм равен 45 мкм (Fp = 45 мкм, т. е. наибольшая алгебраическая разность значений накопленных погрешностей в пределах зубчатого колеса не должна превышать 45 мкм).

2.4.3. Для 7 степени точности по нормам контакта зубьев из [10, с. 411, табл. 5.6] выбираем контролируемый показатель - Fвr (погрешность направления зуба). По [10, с. 418-419, табл. 5.10] определяем допуск погрешности направления зуба - Fв.

Допуск погрешности направления зуба для 7 степени точности при m ? 1 и ширине зубчатого венца Bw = 50 мм равен 20 мкм (Fв =20 мкм, т.е. расстояние между двумя ближайшими друг к другу номинальными делительными линиями зуба в торцевом сечении, между которыми размещается действительная делительная линия зуба, соответствующая рабочей ширине зубчатого колеса, не должно превышать 20 мкм).

3. Рассчитываем гарантированный боковой зазор в передаче.

Боковой зазор в передаче, необходимый для компенсации температурных деформаций и размещения смазочного материала, определяется по формуле [5, с. 317]:

jn min= Vсм + aw(б1Дt1є - б2Дt2є)2sinб,

где Vсм - толщина слоя смазочного материала между зубьями, мм;

aw - межосевое расстояние, мм;

б1 - температурный коэффициент линейного расширения материала колеса, єС-1 (для стального колеса б1 = 11,5·10-6 єС-1);

б2 - температурный коэффициент линейного расширения материала корпуса редуктора, єС-1 (для чугунного корпуса б2 = 10,5·10-6 єС-1);

Дt1є - отклонение температуры колеса от 20 єС;

Дt2є - отклонение температуры корпуса редуктора от 20 єС;

б - угол профиля исходного контура, град. (б = 20є).

Толщина слоя смазочного материала в мм определяется по формуле:

Vсм = (0,01- 0,03)m,

где 0,01 - для тихоходных передач;

0,03 - для быстроходных передач.

Принимаем 0,03, так как наша передача скоростная.

Vсм = 0,03·6 = 0,18 мм.

Межосевое расстояние определяется по формуле:

мм.

Отклонение температуры колеса от 20 єС:

Дt1є = 25 - 20 = 5 єС.

Отклонение температуры корпуса редуктора от 20 єС:

Дt2є = 25 - 20 = 5.

Гарантированный боковой зазор в передаче:

jn min = 0,18 + 96·(11,5·10-6·15 - 10,5·10-6·0)·2·sin20є = 0,191 мм.

Определяем вид сопряжения по [10, с. 433-434, табл. 5.17]. Для зубчатого колеса с m ? 1 мм, aw = 96 мм и jn min = 0,191 мм (191 мкм) - вид сопряжения С.

Выбираем показатель, обеспечивающий гарантированный боковой зазор по [10, с. 433, табл. 5.16] - far (отклонение межосевого расстояния).

По виду сопряжения определяем предельные отклонения межосевого расстояния ± fa [10, с. 434, табл. 5.17]:

aw = 96 ± fa = (96 ± 0,045) мм.

4. Схемы измерения всех назначенных параметров [5, с. 327-330].

4.1. Местная кинематическая погрешность зубчатого колеса может быть проконтролирована на приборах для измерения кинематической точности, в частности путем определения ее гармонической составляющей - наибольшей разности между местными соседними максимальными и минимальными значениями кинематической погрешности зубчатого колеса за один оборот. Кинематическую погрешность зубчатых колес 1 и 6 (одно из колес образцовое, а другое проверяемое) контролируют на приборах со стеклянными лимбами 2 и 5, имеющими радиальные штрихи с ценой деления 2'. Перемещение штрихов вызывает импульсы тока в фотодиодах. Сдвиг фаз импульсов, вызванный кинематической погрешностью в зубчатой паре и несогласованностью вращения зубчатых колес, определяется фазомером 3 и записывающим самописцем 4.

4.2. Накопленную погрешность шага можно проконтролировать на приборе, схема которого приведена ниже. При непрерывном вращении зубчатого колеса 5 в электронный блок 2 поступают импульсы от кругового фотоэлектрического преобразователя 4, установленного на одной оси с измерительным колесом, выдающего командный импульс при заданном положении зуба. При появлении командного импульса самописец 3 фиксирует ординату погрешности шага колеса.

4.3. Измерение погрешности направления зуба прямозубых колес осуществляется на приборах, у которых существует каретка с точными продольными направляющими и измерительный наконечник перемещается вдоль оси измеряемого колеса.

1 - стол с продольным перемещением совместно с проверяемым колесом; 2 - поперечная каретка; 3 - шпиндель; 4 - проверяемое колесо; 5 - измерительный узел; 6 - микроскоп; 7 - линейка, которую можно точно устанавливать на заданный угол.

4.4. Измерение колебаний межосевого расстояния за один оборот в двухпрофильном зацеплении можно выполнить на приборе МЦ-400 для измерения межосевого расстояния. На оправки 4 и 5 насаживают контролируемое 6 и образцовое 3 зубчатые колеса. Оправка 5 расположена на неподвижной каретке 7, положение которой может изменяться лишь при настройке на требуемое межцентровое расстояние. Оправка 4 расположена на неподвижной каретке 2, которая поджимается пружиной так, что зубчатая пара 3-6 находится всегда в плотном соприкосновении по обеим сторонам профилей зубьев. При вращении зубчатой пары вследствие неточностей ее изготовления измерительное межосевое расстояние измеряется, что фиксируется отсчетным или регистрирующим прибором 1.

5. Выполняем рабочий чертеж зубчатого колеса [10, с. 451]. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес по ГОСТ 2.403-75 (конструкция и форма колеса должна соответствовать заданию).

Наружный диаметр зубчатого колеса определяется по формуле:

dнар = mZ7 + 2m = 6·16 + 2·6 = 108 мм.

Определение размеров шпоночного соединения приведено в задаче 5 на с. 24-27 данных методических указаний (назначение и обоснование посадок шпоночного соединения, и его контроль). Если шлицевое соединение - в задаче 6 на с. 28-31.

Радиальное биение зубчатого колеса берется 12 , 20 или 30 % от допуска на наружный диаметр зубчатого колеса (по усмотрению студента). Допуск торцевого биения зубчатого колеса берется 25, 40 или 60 % от допуска на размер ширины колеса (по усмотрению студента).

6. Определяем допуск для знака «радиальное биение» от допуска размера .

Допуск размера :

Td196h12 = es - ei = 0 - (- 0,35) = 0,35 мм.

Допуск для знака «радиального биения»

Т^ = 0,3Td196h12 = 0,3·0,35 = 0,105 мм.

7. Определяем допуск для знака «торцовое биение» от допуска размера .

Допуск размера :

Td20h14 = es - ei = 0 - (- 0,74) = 0,74 мм.

Допуск для знака «торцовое биения»:

Т^ = 0,3Td20h14 = 0,3·0,74 = 0,22 мм.

8. Определяем допуск для знака «отклонение от симметричности» от допуска размера .

Допуск размера :

TD6D10 = ES - EI = 0,078 - 0,03 = 0,048 мм.

Допуск для знака «отклонение от симметричности»:

Tч = 0,4TD6D10 = 0,4·0,048 = 0,0192 мм.

9. Принимаем (см. чертеж зубчатого колеса):

допуск для знака «радиальное биение» Т^ = 0,13 мм;

допуск для знака «торцовое биение» Т^ = 0,13 мм;

допуск для знака «отклонение от симметричности» Tч = 0,019 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ