Расчет и выбор посадок для гладких цилиндрических соединений

Цель задания

Научиться обоснованно назначать посадки для подвижных и неподвижных соединений и назначать завершающий технологи­ческий процесс обработки деталей.

Исходные данные

1.Номинальный размер.

2.Значения расчетных зазоров или натягов.

3.Система полей допусков.

Содержание задания

1. Определить среднее значение числа единиц допуска —

а_ср...

2.Установить предварительно квалитет, по которому и-готовляются детали соединения.

3.Определить значения предельных технологических за­зоров, натягов.

4.Выбрать поля допусков деталей соединения.

5.Назначить завершающий технологический процесс об­работки деталей соединения.

6.Выбрать измерительные средства для измерения деталей соединения.

7.Вычертить эскизы соединения в сборе и его деталей с про-становкой размеров и полей допусков.

8.Вычертить схему полей допусков соединения.

Методические указания по выполнению

Расчет и выбор посадок для гладких цилиндрических сое-динений довольно часто встречается при решении инженерных задач. При этом используется три метода выбора: прецендентов, подобия и расчетный. По методу прецендентоввыбираются то­ждественные составные части проектируемого механизма в од-нотипных, ранее сконструированных и работаю-

щих машинах и назначаются такие же поля допусков на со-прягаемые детали. По методу подобияустанавливается ана-логия конструктивных признаков и эксплуатации проектируе-мого узла с признаками узлов машин, находящихся в экс-плуатации (по справочникам) и назначают рекомендуемые поля допусков и посадки.

Ввиду сложности установления общих признаков узлов эти два метода являются неточными.

Расчетный метод позволяет наиболее обоснованно подходить в каждом конкретном случае к выбору допусков и посадок и по-тому рекомендуется к применению.

При выборе подвижных посадок часто расчетные зазоры оп-­ределяют используя гидродинамическую теорию смазки.

При выборе неподвижных посадок расчетные натяги оп-ределяют используя выводы известной задачи ЛЯМЭ при расче-те напряжений в толстостенных полых цилиндрах /1/.

Для некоторого упрощения в задании курсовой работы дают-ся готовые значения расчетных зазоров и натягов.

1. Для выбора стандартной посадки необходимо знать точ­-
ность изготовления деталей сопряжения. Предварительно ее
можно определить по числу единиц допуска (коэффициенту
точности) a_ср:

, (1)

где TS — допуск зазора (допуск посадки); TN — допуск натя­га; i — единица допуска для заданного размера (опреде­ляется по приложению X).

2.Квалитет определяется по приложению XI.

3.Долговечность работы узла зависит от правильности вы­бора зазора (натяга). В результате приработки зазоры увеличи­ваются, а натяги уменьшаются за счет смятия шероховатости сопрягаемых деталей. Поэтому выбор посадки необходимо вести не по зазору (натягу), который получился в результате расчета Sp(N_P), а по так называемому технологическому зазору (натягу). Как показали исследования, в процессе приработки высота ше­роховатости уменьшается на 0,7 от первоначальной, поэтому технологические зазоры (натяги) можно определить по следую­щим формулам:

S_T(max) = Sp(max) —l,4 (R_ZD+ Rzd), (2)

S_T(min) = Sp(min) —1,4 (R_ZD+Rzd),

 

 

N_T(max) = Np(max) +l,4 (R_ZD+ Rzd), (3)

N_T(min) = Np(min) +1,4 (R_ZD+Rzd),

где Sp(max), Sp(min) – расчётные предельные зазоры;

Np(max), Np(min) – расчётные предельные натяги;

R_ZD – величина шероховатости отверстия;

Rzd – величина шероховатости вала.

Учитывая, что значение R_Z должно составлять лишь не­которую часть допуска (TD, Td) соответствующего размера, рекомендуется принимать следующую зависимость: для 5- 10-го квалитетов:

, , (4)

для квалитетов грубее 10-го:

, . (5)

4. По заданной системе полей допусков (система отвер-­
стия или система вала), по определенному квалитету и тех-­
нологическим зазорам (натягам) в таблице зазоров (натя­-
гов) /5/ или приложениям I…IIIвыбираются поля допусков вала и отверстия по условию:

S_C(min)≥S_T(min), (6)

S_C(max)≤S_T(max),

N_C(min)≥N_T(min), (7)

N_C(max)≤N_T(max),

Выбор полей допусков деталей соединения лучше делать используя таблицы допусков и основных отклонений, по­скольку таблицы зазоров (натягов) составлены, в основном, из посадок предпочтительного ряда применения. Порядок выбора полей допусков по таблицам допусков и основных отклонений может быть принят следующий:

для посадок с зазором а) выбирается, с учетом заданно­го номинального размера, в системе отверстия (сН) основ­ное отклонение вала es по приложению III, в системе вала (сН) — EI (приложение II) по условиям:

 

cH | es |≥ S_T(min), (8)

 

ch EI ≥ S_T(min), (9)

 

 

б) определяется возможная сумма допусков отверстия и вала:

система отверстия

TD+Td = S_T(max)- | es | (10)

система вала

TD+Td = S_T(max)- EI (11)

в) по приложению IV «Значения допусков» для заданного номинального размера определяем квалитет отверстия и ва­ла из условия, что сумма их допусков должна приближать­ся к величине, определенной по уравнению (10) или (11). Ориентиром при этом служит ранее выбранный квалитет. Квалитеты отверстия и вала, как правило, не должны отли­чаться более чем на два. Для точных квалитетов, вплоть до 9-го, рекомендуется для отверстия выбирать квалитет боль­ше, чем для вала, так как высокую точность отверстия полу­чить технологически сложнее, чем для вала;

для посадок с натягом: а) по приложению IV «Значение допусков» для заданного номинального размера и ранее оп­ределенному предварительному квалитету выбирают значе­ния допусков вала и отверстия из условия, что сумма таб­личных допусков должна быть меньше или равной допуску натяга;

б) по таблицам приложений II, IIIвыбирается основное отклонение по условиям:

в системе отверстия (сН):

ei≥ N_T(min)+ TD (12)

в системе вала (ch):

| ES |≥N_T(min)+ Td (13)

5. Назначение технологического процесса изготовления де­талей соединения зависит от требуемой точности размеров деталей, величины шероховатости, отклонения формы и рас­положения поверхностей. Если предельные отклонения фор­мы и расположения поверхностей особо не оговариваются (на чертежах не проставлены), то это означает, что они ог­раничиваются полем допуска на размер или регламентиру­ются в нормативных материалах на допуски, не проставляе­мые у размеров.

 

Предельные отклонения формы и расположения поверх­ностей (допуски цилиндричности, округлости, плоскостности, параллельности и др.) назначаются в тех случаях, когда они должны быть меньше допуска размера, т. е. при наличии особых требований к точности деталей и узлов, вытекающих из условий их работы или изготовления.

В курсовой работе принимается условие, что допуски фор­мы и расположения поверхностей ограничиваются полем до­пуска на размер.

При любом технологическом процессе изготовления дета­лей на ее поверхности образуется шероховатость, которая по ГОСТ 2789—73 нормируется шестью параметрами: высотны­ми (R_a, R_z, R_max ), шаговыми (S_m, S) и параметром относи­тельной опорной длины профиля (t_p).

Наиболее часто употребляемыми параметрами шерохова­тости являются параметры R_a и R_z.

Уточнив расчет параметров R_zD и R_zd по формулам (4) или (5) с учетом окончательно принятых квалитетов отвер­стия и вала, выбирают числовые значения параметра по

 

 

Т а б л и ц а 1.1

Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z

по ГОСТ 2789-73, мкм

—			10,0	1,00	0,100
—			8,0		0,080
—				0,63	0,063
—			5,0	0,50
—			4,0		0,04
—				0,32	0,032
—			2,5	0,25
—			2,0
				0,160
			1,25	0,125

П р и м е ч а н и е. – предпочтительные значения

 

таблице 1.1 ГОСТ 2789—73, причем в первую очередь следу­ет применять предпочтительные значения. Эти значения по­лучили наибольшее применение в международной практике. Табличное значение параметра шероховатости проставляет­ся на чертеже.

По таблице 1.2 назначают методы обработки деталей с учетом требуемой точности и шероховатости поверхности.

6. Выбор измерительных средств производится с учетом метрологических, конструктивных и экономических факторов. С учетом этих факторов в ГОСТ 8.051—81 приведены значе­ния допустимой погрешности измерения — δ размеров в за­висимости от величины допуска изделия — IT. Допустимая погрешность измерения показывает, на сколько можно оши­биться при измерении размера заданной точности в меньшую и в большую сторону, т. е. имеет знаки ±δ.

Все измерительные средства имеют погрешность. Погреш­ность — основной параметр, по которому выбирается изме­рительное средство в зависимости от точности измеряемого размера.

Предельная погрешность Δ lim измерительного средства — наибольшая величина, на которую измерительное средство может исказить истинный размер. Предельная погрешность обязательно указывается в паспорте и аттестате измеритель­ного средства.

Зная это, при выборе средств измерения необходимо, что­бы их предельная погрешность равнялась или была бы мень­ше допустимой погрешности измерения, то есть метрологиче­ская характеристика средств измерения должна удовлетво­рять условию:

±Δ lim≤ ±δ

Выбор средств измерения производится следующим обра­зом. Когда известны номинальный диаметр и допуск измеря­емого размера, по табл. приложения VI /1/ находят величи­ну ±δ на пересечении строки соответствующего интервала номинальных размеров с графой значений δ при допуске из­меряемого размера — IT.

Зная допустимую погрешность δ, по табл. приложения VII /1/ выбирают соответствующие средства измерения для ва­ла и отверстия с учетом условия (14).

Данные по выбору измерительных средств занести в фор­му 1.

 

Таблица 1.2

Форма 1

 

Наименование детали, ее но­минальный размер, поле допуска	Величина допуска изделия IT, мм	Допустимая по­грешность изме­рения ±8, мкм	Предельн. погреши, измерит, средства Mim, мкм	Наименов. измерит, средств	Концевые меры для настройки
разряд	класс
Отверстие 050 Н8 Вал 050/7	0,039 0,025		10 6	Нутромер инди­каторный с точ­ностью отсчета 0,01 мм на нормируемом участке шкалы в 0,1 мм Микрокатор типа ИГП с ценой деления 0,005 (±0,15 мм)

7.Вычертить схему полей допусков соединения, которые выбрали в результате решения задания, в таком же объеме, как и в контрольной работе.

8.Вычертить в масштабе эскизы соединения и его деталей, проставьте рядом с номинальным размером обозначение посадки буквенным выражением на сборочном и поля допусков цифровым выражением на эскизах деталировки.

Пример. Провести расчет и выбор посадки для гладкого цилиндрического соединения 050 мм для обеспечения пре­дельных расчетных зазоров S_max~105 мм и S_mi_n = 32 мм. Посадка в системе отверстия. Назначить технологические процессы изготовления деталей соединения.

L Определяем: допуск зазора

TS =105—32 = 73 мкм, число единиц допуска по (1)

2. Определяем квалитет по приложению XI: IT7 — квалитет седьмой.

Размерная точность и шероховатость изготовления деталей из стали при различных методах обработки

 

Вид поверхности	Метод обработки	Квалитет	Шерохова­тость Rz,mkm
Вал	Наружное точение: (токарное) получистовое чистовое тонкое (алмазное) Круглое шлифование: чистовое (в центрах) тонкое	12—14 7—12 6—7 8—11	80—160 6,3 - 80 1,6—3,2 0,8—10 0,16—0,8
Отверстие	Сверление Зенкерование Растачивание на токарных станках: получистовое чистовое тонкое (алмазное) Развертывание Шлифование Хонингование	11—14 11—12 12—14 7—12 6— 7 6—7 5 - 8	80—160 10—80 80—160 6,3—80 3,2—6,3 1,6—3,2 1,6—3,2 0,2—1,6

3. Определяем: шероховатость деталей соединения по фор
муле(4)

R_zD=R_zd = 0,125x25 = 3,1 мкм; предельные технологические зазоры (2)

S_T(max)= 105 - 1,4(3,1 +3,1) =96,3,

5_T(min) = 32-1,4(3,1+3,1)=23,3.

4. Назначаем стандартную посадку:

а) по приложению III находим:

основное отклонение вала — es (8) (оно должно быть отрицательным, поскольку посадка с зазором в системе от­верстия) es= —25 (основное отклонение «f»).

 

 

б) По формуле (10) TD+Td = 96,3—25 = 71,3.

в) Определяем квалитеты отверстия и вала по табл. при­-
ложения IV:

отверстие — восьмой квалитет, вал — седьмой (сумма до­пусков 39+25).

Записываем выбранную посадку:

ø

Проверяем соблюдение условия (6):

S_с(max) = D_max - d_min = 50,039 - 49,950 = 0,089; 0,089 < 0,096,

S_c(min) = D_min - d_max = 50 - 49,975 = 0,025; 0,025 > 0,023.

Условие соблюдается — посадка выбрана верно.

5. Уточняем шероховатость поверхности вала и отверстия
(4):

R_zd = 0,125 × 25 ~ 3,2 мкм,

R_zD = 0,125 × 39 ~ 4,9 мкм.

Выбираем стандартные значения R_zd и R_zD по таблице 1.1:

R_zd = 3,2 мкм,

R_zd = 4,0 мкм.

По табл. 1.2 назначаем завершающий технологический процесс, обеспечивающий требуемую точность и шерохова­тость:

вал — наружное тонкое точение (алмазное)

отверстие — тонкое растачивание на токарном станке (алмазное).

6. Выбираем средства измерения для отверстия:
δ = 10 (приложение VI /1/).

Соблюдая условие (14), по приложению VII /1/ — инди­каторный нутромер ±Δ lim =l0,

для вала δ = 7 — микрокатор типа ИГП ±Δ lim = 7, результаты выбора заносим в форму 1.

7. Строим схему полей допусков соединения

Рис.3

 

8. Чертим эскизы соединения и его деталей

Рис. 4

Пример: провести расчет и выбор посадки для гладкого цилиндрического соединения ø80 мм для обеспечения пре­дельных расчетных натягов N _р(max)= 72 мкм; N _p(min)=20 мкм. Посадка в системе вала. Назначить технологические процес­сы изготовления деталей соединения.

1. TN _p=72-20=52 мкм,

(i=1,9 по табл. приложения Χ).

2.Квалитет по табл. приложения XI — 6-й

3.По (4) R_zD=R_zd = 0,125· 19 = 2,4 мкм;

По (3) N _T(max) =72+1,4 (2,4+2,4) =78,72

N _T(min)=20+1,4(2,4+2,4)=26,7.

4. Поля допусков выбираем по таблицам приложений

ΙΙ…ΙV.

а) По табл. приложения IV определяем табличные зна­-
чения допусков:

TD = 30, квалитет 7, Td = 19, квалитет 6.

б) По табл. приложения II, соблюдая условие (13), вы­-
бираем основное отклонение отверстия:

|ES|≥20+ 19=39.

Поскольку в задании — система вала, отклонения отвер­стия должны быть отрицательными:

ES = S = -48 мкм,

EI=ES-TD= -48-30 = 78 мкм,

посадка ø

Проверяем соблюдения условия выбора (7) N_c(max) =78;

N _c(min)=29 29>26,7

78<78,72

Условие соблюдается — посадка выбрана верно.

5. Уточняем шероховатость поверхности вала и отверстия

(4):

R _zd = 0,125·19=2,4 мкм,

R _zD = 0,125·30=3,75 мкм.

По табл. 1.1 выбираем стандартные значения R_zD и R_zd:

R _zD = 3,2 мкм,

R _zd = 2, 0 мкм.

 

По табл. 1.2 назначаем завершающий технологический

процесс обработки поверхности деталей соединения:

для отверстия – шлифование,

для вала – тонкое шлифование.

6. Выбираем средства измерения для отверстия:

δ = 9 мкм, (приложение VI /1/).

Соблюдая условие (14), по приложению VII /1/ - индикаторный нутромер с головкой точностью 0,001 мм, настроенный по концевым мерам ±Δ_lim =6,5 мкм;

для вала δ = 5 мкм – рычажная скоба с ценой деления 0,002 мм (±0,14 мкм)в стойке, ±Δ_lim =5 мкм. Результаты выбора заносим в форму 1.

7. Строим схему расположения полей допусков.

8. Чертим эскизы соединения и его деталей.

 

 

З А Д А Н И Е 2