Точность и взаимозаменяемость в технических системах: Рабочая программа, задания на курсовую работу, методические указания к выполнению курсовой работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Северо - Западный государственный заочный технический университет Кафедра метрологии

ТОЧНОСТЬ И ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ЗАДАНИЯ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Факультет радиоэлектроники Специальность 190800 – метрология и метрологическое обеспечение Направление 552200 – метрология, стандартизация и cертификация

Санкт – Петербург 2002

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.81 + 182.8 (07) Точность и взаимозаменяемость в технических системах: Рабочая программа. Задания на курсовую работу. Методические указания к выполнению курсовой работы- СПб.: СЗТУ, 2002 – 32 с. Дисциплина охватывает фундаментальные сведения о точности и взаимозаменяемости как показателях качества технических систем. Рабочая программа соответствует требованиям Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования 1994 года по специальности подготовки дипломированных специалистов 190800 метрология и метрологическое обеспечение и направлению 552200 – метрология, стандартизация и сертификация. Методический сборник содержит рабочую программу, тематический план лекций, перечень основной и дополнительной литературы, задания на курсовую работу и методические указания по её выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры метрологии 19.02.1999 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 13.04.1999г. Рецензенты: кафедра метрологии СЗТУ (зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. И.Ф.Шишкин;), кафедра метрологии, стандартизации и инженерной графики СПб ГУВК (зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. Е.Н.Климов) Составитель: В.М.Станякин, канд. техн. наук, доц.

© Северо– Западный государственный заочный технический университет, 2002.

3

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В период перехода к рыночной экономике качество продукции и услуг является одним из главных условий конкурентоспособности предприятий. К числу важных комплексных показателей качества продукции относится взаимозаменяемость, которая, в свою очередь, базируется на точности. Цель изучения дисциплины - подготовка будущего инженера-метролога к решению задач проектирования, производства и эксплуатации технических систем с применением методов и средств обеспечения требуемой точности и взаимозаменяемости деталей и их соединений. Задачей дисциплины является получение студентами теоретических знаний и практических навыков по основным вопросам нормирования и выбора точности. В результате изучения дисциплины студент должен - иметь представление о проблемах обеспечения точности и взаимозаменяемости в технических системах и перспективах развития теории точности технических систем; - знать и уметь использовать научные методы анализа точности и взаимозаменяемости, принципы построения и области применения системы допусков и посадок типовых соединений, размерного анализа сборочных, кинематических и электрических цепей и динамических систем; - иметь опыт (навыки): выбора и назначения допусков геометрических размеров механических деталей, параметров элементов кинематических и электрических цепей; выбора и назначения допусков соединений механических (типовые посадки), кинематических и электрических; расчета размерных сборочных, кинематических и электрических цепей; расчета точности динамических систем. Дисциплина «Точность и взаимозаменяемость в технических системах» относится к группе общепрофессиональных дисциплин (ОПД 04) и обеспечивает дальнейшую фундаментальную подготовку инженераметролога. Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных в результате изучения высшей математики, физики, физических основ измерений, философии, информатики, теоретической механики, теории информации, электротехники и электроники, основ автоматического управления, основ радиотехники, теоретической метрологии, системного анализа, основ стандартизации, основ квалиметрии и сертификации и, в свою очередь, является базой для изучения последующих дисциплин и при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ. Итогом изучения дисциплины является защита курсовой работы и сдача экзамена.

4

2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Точность динамических систем

Точность электрических и радиоэлектронных цепей

Точность кинематических цепей

Точность линейных размерных цепей

Нормирование и выбор точности гладких соединений

Качество и точность технических систем

Точность и взаимозаменяемость в технических системах

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Рабочая программа(объём 88 часов) Введение (2 часа) [4] , с 11 - 19 , 60 – 89. Предмет, цели и задачи дисциплины. Основные этапы возникновения и развития проблем точности и взаимозаменяемости в серийном промышленном производстве. Вклад отечественных ученых и руководителей в разработку и организацию взаимозаменяемого производства продукции. Взаимозаменяемость как показатель технического уровня производства. Структура курса, его значение для фундаментальной общепрофессиональной подготовки инженера-метролога, связь с другими дисциплинами. Порядок изучения предмета.

5

3.1. Качество и точность технических систем (16 часов) [1], c. 6…14, 17…27. Классификация технических систем. Закономерности возникновения и развития потребностей. Взаимосвязь между потребностями и показателями качества технических систем. Функционирование технических систем в условиях помех. Точность - универсальный показатель качества любой технической системы. Взаимозаменяемость - комплексный показатель качества. Соответствие действительной точности заданной как важнейшее условие взаимозаменяемости. Виды и степени взаимозаменяемости. Система комплексной взаимозаменяемости на всех стадиях жизненного цикла изделий. Принцип единства баз (конструкторских, технологических, метрологических). Диалектический переход количества в качество как методологическая основа взаимозаменяемости. Точность размера и параметра. Номинальный, действительный и предельный геометрические размеры. Нормальный, линейный (геометрические) размеры. Нормальные значения параметров электрических цепей. Рассеивание и поля рассеивания (законы распределения вероятностей) действительных линейных размеров и параметров электрических цепей. Разности геометрических размеров и параметров электрических цепей допуски и отклонения. Допуск - разность предельных линейных размеров и параметров электрических цепей. Отклонения - разности предельных и номинальных линейных размеров и параметров электрических цепей. Отклонение как координаты допуска относительно номинального размера и параметра. Графическое представление (схема расположения) линейных размеров и параметров электрических цепей, допусков и отклонений. Точность соединения линейных размеров. Соединение двух деталей. Вал и отверстие. Посадки - размерные модели соединений. Типы посадок: с зазором, с натягом, переходные. Зазоры и натяги - характеристики посадки. Предельные и средние зазоры и натяги. Допуск посадки как мера точности соединений. Точность соединения элементов электрических цепей (последовательное, параллельное, смешанное). Допуск соединения как мера точности соединения. Единые принципы построения систем допусков и посадок типовых соединений (гладких - цилиндрических и плоских, конических, шпоночных; шлицевых, резьбовых) и зубчатых передач. Общая структура этих систем. Основные нормы взаимозаменяемости. Функциональная взаимозаменяемость и ее обеспечение при проектировании, изготовлении и эксплуатации изделий. Принципы выбора допусков и посадок. Запас точности функциональных параметров.

6

3.2. Нормирование и выбор точности гладких цилиндрических и плоских соединений (12 часов) [1], с. 15, 16, 204...212, 218...222, 228,229. Назначение гладких цилиндрических соединений и эксплуатационные требования к ним. Единая система допусков и посадок для гладких элементов деталей и их соединений. Области и условия применения. Структура ЕСДП: диапазоны и интервалы размеров, единицы допуска, уровни точности (квалитеты), ряды допусков, основные отклонения и их ряды, поля допусков, предпочтительные поля допусков, посадки в системах отверстия и вала, рекомендуемые и предпочтительные посадки. Роль ЕСДП в системах допусков и посадок типовых соединений и передач. Указания размеров и посадок на чертежах. Выбор посадок: назначение, расчет и применение посадок с зазором, переходных и с натягом. 3.3. Точность линейных размерных цепей (12 часов) [1], с. 249...269. Классификация и характеристики размерных цепей. Понятия размерной цепи. Замкнутость размеров - главное условие функционирования размерной цепи. Критерии классификации размерных цепей. Точность геометрических (сборочных) цепей. Классификация геометрических (сборочных) размерных цепей. Звенья: замыкающее (исходное), составляющие (увеличивающие, уменьшающие). Синтез (проектная задача). Анализ (обратная проверочная задача). Методы решения задач синтеза и анализа точности: метод максимума-минимума, вероятностный, групповой взаимозаменяемости, регулирования, пригонки. Решение проектной задачи способами равных допусков и допусков одного квалитета. 3.4. Точность кинематических цепей (16 часов) [2], с.223...303. Точность кинематических цепей. Понятие кинематической цепи. Критерии классификации: типы звеньев, способы соединения, условие замкнутости. Элементы и звенья (ведущие, ведомые) кинематической цепи. Функции преобразования элементов и всей цепи. Точность работы кинематической цепи. Режимы работы кинематической цепи: плавный (в одном направлении), возвратный (при перемене движения). Зависимость точности работы от режима.

7

3.5. Точность электрических и радиоэлектронных цепей (16 часов) [3], с. 3...88. Точность электрической цепи. Критерии классификации электрической размерной цепи: типы звеньев, способы соединения, условия замкнутости. Точность (чувствительность) параметров радиоэлектронных цепей. Расчет допусков параметров радиоэлектронных цепей и радиоэлементов. Методы расчета. Оптимизация методов расчета. Границы изменения параметров радиоэлементов. 3.6. Точность динамических систем (12 часов) [5], с. 5...16, 101...177. Общие вопросы точности динамических систем. Анализ точности динамических систем. Методы расчета точности. Интегральная оценка точности. Оценка влияния точности на качество функционирования динамических систем. Методы обеспечения точности динамических систем. Заключение ( 2 часа ) Краткое подведение итогов изучения курса. Тенденции и перспективы развития теории точности и взаимозаменяемости в технических системах. Направления дальнейшего расширения и углубления полученных знаний и навыков по проблемам точности и взаимозаменяемости в рамках специальных дисциплин. 3.7. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (12 часов) Темы лекций 1. Введение. Качество и точность технических систем

Объём,ч 2

2. Нормирование и выбор точности. ЕСДП 3. Точность линейных размерных цепей 4. Точность кинематических размерных цепей 5. Точность электрических и радиоэлектронных цепей 6. Точность динамических систем. Заключение

2 2 2 2 2

8

3.8. Темы лабораторных работ (12 часов) Темы лабораторных занятий

Объём, ч

1. Измерение линейных размеров

2

2. Контроль размеров и измерение отклонений размеров

2

3. Измерение отклонений формы и расположения поверхностей

2

4. Измерение шероховатости

2

5. Измерение точности электрических и радиоэлектронных цепей

2

6. Измерение точности динамических систем.

2

Описание деятельности студентов Студенты получают практические навыки анализа размеров и выбора средств измерений Студенты осваивают методику контроля размеров с помощью калибров и проверки годности калибров Студенты получают опыт измерения отклонений формы Студенты приобретают опыт измерения шероховатости с помощью микроскопа и интерферометра Студенты получают практические навыки измерения точности функционирования электрических и радиоэлектронных цепей Студенты практически оценивают точность функционирования измерительных систем

4. ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНОЙ И УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. 6-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 352 с. 2. Расчет точности машин и приборов. В.П.Булатов, И.Г. Фридлендер, А.П.Баталов и др./ Под общей ред. В.П.Булатова и И.Г.Фридлендера, СПб.: Политехника, 1993. 495 с. 3. Кривошейкин А.В. Точность параметров и настройка аналоговых радиоэлектронных цепей. М.: Радио и связь, 1983. 136 с. Дополнительная 4. Хубка В. Теория технических систем: Пер. с нем. М.: Мир, 1987. 208 с. 5. Савин С.К. Точность радиоэлектронных систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988. 192 с. 6. Допуски и посадки: Справочник: В 2-х т./В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1982.

9

5. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ 1. Охарактеризуйте основные этапы развития точности и взаимозаменяемости. 2. Перечислите важнейшие отечественные и международные организации в области точности и взаимозаменяемости, охарактеризуйте задачи и направления деятельности этих организаций. 3. В чём заключается различие между внешней и внутренней (полной и неполной) взаимозаменяемостью? 4. Перечислите причины рассеяния размеров при изготовлении деталей. 5. С какой целью в технике применяются ряды предпочтительных чисел? Укажите принципы их построения и правила обозначения: охарактеризуйте ряды R (ряды E). 6. С какой целью применяются и как построены ряды нормальных линейных размеров? 7. Как соотносятся друг с другом номинальный, предельные и действительный размеры годной (бракованной) детали? Что такое брак исправимый и окончательный? Приведите соответствующие примеры. 8. Что называется допуском размера (полем допуска)? С какой целью задают допуск размера? Изобразите схемы полей допусков. 9. В чём заключается различие между функциональным, эксплуатационным и конструктивным допусками? Для чего необходим запас точности и как его обеспечить? 10. Перечислите и охарактеризуйте принципы построения единой системы допусков и посадок (ЕСДП) 11. Как образуются посадки в системе отверстия (вала)? Почему система отверстия получила преимущественное распространение? В каких случаях применяют систему вала? 12. С какой целью применяют посадки с зазором ( с натягом, переходные)7 Какими параметрами они характеризуются? Изобразите схемы полей допусков отверстия и вала в соответствующей посадке, выполненной в системе отверстия (вала). 13. Укажите область распространения ЕСДП. Перечислите и охарактеризуйте основные структурные элементы этой системы. 14. С какой целью и по каким правилам диапазлн номинальных размеров, охватываемый ЕСДП , разбивают на интервалы? 15. На примере формулы допусков в квалитетах от 5 до 17 поясните, каким образом при вычислении допусков учитывается их зависимость от номиального размера (требуемой точности получения размера, погрешности измерения). 16. Какое отклонение называется основным? Как обозначают основные отклонения валов и отверстий в ЕСДП и какая связь существует между их числовыми значениями? Какие из основных отклонений предназеначены для образования посадок с зазором (переходных, с натягом)?

10

17. С какой целью и каким образом в ЕСДП унифицированы поля допусков и посадки? Как обозначают на чертежах предельные отклонения размеров деталей и посадки? 18. Охарактеризуйте области применения рекомендуемых посадок. 19. Что называется неуказанными предельными отклонениями размеров (НПОП)? По каким правилам их назначают? Как выполняют записи о НПОР в техънических требованиях чертежа? 20. Перечислите и охарактеризуйте особенности посадок подшипников качения. 21. Что называется размерной цепью? Из каких элементов она состоит? Приведите классификацию размерных цепей по их месту в изделии и области применения, а также по взаимному расположению звеньев. Сформулируйте прямую и обратную задачи размерного анализа и укажите, когда необходимо решать каждую из них. 22. Охарактеризуйте достоинства и недостатки метода максимума-минимума. В какой последовательности выполняют пректный (проверочный) расчёт размерной цепи этим методом? Приведите основные расчётные форм улы. 23. Проведите сравнительный анализ двух методов расчёта размерных цепей – метода максимума-минимума и теоретико-вероятностного. Перечислите и охарактеризуйте основные положения, на которых базируется теоретиковероятностный метод. Приведите основные формулы, используемые при расчёте размерных цепей этим методом. 24. Перечислите и охарактеризуйте отклонения формы плоских (цилиндрических) поверхностей. Как ограничивают эти отклонения? 25. Охарактеризуйте отклонения от параллельности (перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения, отклонения наклона и позиционное). Как ограничивают эти отклонения? 26. Что такое допуск формы (расположения)? Как построены ряды допусков формы (расположения)? 27. Что называется зависимым допуском и чем он отличается от независимого? В каких случаях целесообразно назначать зависимые допуски расположения? Как обозначают их на чертежах? 28. Как обозначают на чертежах допуски формы и расположения? 29. Перечислите и охарактеризуйте параметры шероховатости поверхностей. На чём основан выбор их числовых значений? Как обозначают парамсетры шероховатости на чертежах? 30. Каким образом обеспечивается взаимозаменяемость призматических и конических соединений? Ответ проиллюстрируйте схемами полей допусков. 31. Приведите классификацию резьб по профилю, числу заходов, назначению и другим основным признакам. Охарактеризуйте общие принципы обеспечения взаимозаменяемости резьбовых соединений. 32. Как построена система допусков и посадок резьбовых соединений? Как обозначаются поля допусков болта и гайки и посадки на чертежах? 33. Укажите области применения шпоночных (шлицевых) соединений. Как обеспечивается взаимозаменяемость этих соединений?

11

34. Что называется кинематической размерой цепью? Из каких элементов она состоит. Приведите критерии классификации кинематических размерных цепей. 35. Охарактеризуйте функции преобразования элементов и всей кинематической размерной цепи и их влияние на точность работы механизма. 36. Перечислите и охарактеризуйте режимы работы кинематической цепи и их влияние на точность работы механизма. 37. Что называется электрической размерной цепью. Из каких элементов она состоит, по каким критериям происходит их классификация. 38. Охарактеризуйте точность (чувствительность) параметров радиоэлектронных цепей и радиоэлементов и методы их расчёта. Как происходит их оптимизация? 39. Охарактеризуйте общие вопросы точности динамических систем. Как оценивается влияние точности на качество функционирования динамических систем. 6. ЗАДАНИЯ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Цель курсовой работы—овладение инженерными методами расчета и назначения точностных показателей качества деталей и обозначением их в технической документации. При выполнении работы изучаются и используются основные нормативнотехнические документы (ГОСТ, ЕСКД) и методики по расчету и назначению допусков типовых соединений. В расчетах используется система единиц СИ. 6.1. Содержание курсовой работы Для конкретных соединений деталей, указанных в задании, необходимо выполнить следующие виды работ: 1. По заданным значениям функциональных натягов подобрать посадку с натягом, обеспечивающую оптимальные значения запаса прочности при сборке Nзс и эксплуатации Nзэ. 2. Рассчитать и подобрать переходную посадку из числа предпочтительных, обеспечивающую оптимальный запас точности. Оценить вероятностные характеристики посадки. 3. По заданным значениям функциональных зазоров подобрать посадку с зазором, обеспечивающую оптимальный коэффициент запаса точности. 4. Выполнить расчет заданной размерной цепи методом максимума — минимума.

12

6.2. Оформление курсовой работы Курсовая работа выполняется каждым студентом по заданию, номер которого устанавливается по последней цифре шифра следующим образом: Последняя цифра шифра 1,2 3,4 5,6 7,8 9,0 Номер задания 1 2 3 4 5 Вариант устанавливается по предпоследней цифре шифра. Например, если шифр студента 83—457, то ему следует выполнять работу по заданию 4, пятый вариант. Расчетная часть оформляется на бумаге формата 210Х297 (формат 11) на одной стороне листа с оставлением полей: слева 25 мм, справа 15 мм. В конце работы приводится перечень использованной литературы с указанием автора, названия, издательства и года издания. Графическая часть работы выполняется на листах формата 11 (210х297) и содержит схемы полей допусков назначенных посадок для заданных соединений. Титульный лист курсовой работы оформляется по форме, приведенной в приложении. Работа выполняется аккуратно, листы нумеруются и сшиваются. Помимо данных, приведенных в задании, следует пользоваться действующей нормативно-технической документацией. Проверенная курсовая работа защищается студентом. Если работа содержит принципиальные ошибки, она должна быть исправлена и сдана для повторной проверки. Ошибки исправляются на оборотной стороне предыдущего листа рядом с исправляемым местом. 6.3. Варианты заданий Числовые значения исходных данных в соответствии с номером задания и номером варианта приведены ниже в таблицах. Параметры размерной цепи даны в мм. Задание 1 Исходные данные (рис.1): вращение от блока шестерен 5 через шпонку передается валу 6 и кулачковой полумуфте 7. При включении кулачковой полумуфты 9 с кулачковой полумуфтой 7 вращение от блока шестерен 5 передается валу 10, который свободно вращается во втулках 11, запрессованных в шестерню 12. При включении кулачковой полумуфты 9 с кулачками шестерни 12 вращение валу 10 передается от шестерни 12. 1.1. Посадка с натягом, сопряжение деталей 6-7 Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 N , мкм 8 16 20 18 25 12 10 12 7 9 min F , мкм 85 122 150 190 180 N 83 117 75 150 98 max F d , мм 25 35 45 55 60 30 45 25 45 35

13

Переходная посадка, сопряжение деталей 6 - 5 Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 F , мкм 45 27 56 44 36 50 r kT 2 3 2 4 2 2 d , мм 24 34 44 54 58 28

7

8

9

0

66

70

48

40

3 44

3 24

2 44

4 34

8

9

0

40

18

112

120

70

220

0,5

0,25

0,8

0,4

0,25

1,25

35

30

40

1.2.

Посадка с зазором, сопряжение деталей 10 - 11. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 7 S , мкм 55 40 30 70 112 23 40 min F , мкм 174 105 120 186 230 65 S 97 max F R D , мкм 0,63 0,4 0,25 1,25 1,25 0,32 0,25 a R d , мкм 0,5 0,5 0,16 1,00 0,8 0,2 0,125 a d , мм 25 30 40 40 50 40 20

14

1.3.

Параметры размерной цепи А А А Варианты 3 1 2 1 16 11 17 2 18 13 15 3 16 14 10 4 18 16 12 5 15 12 10 6 15 13 12 7 18 11 15 8 17 12 17 9 16 18 10 0 17 12 12

А 4 9 8 7 8 6 7 6 9 9 5

А ∆ 3 2 1 2 1 3 2 3 3 2

E A S ∆ +0,1 +0,15 +0,15 +0,2 +0,17 +0,14 +0,18 +0,16 +0,1 +0,24

E A i ∆ -0,2 -0,2 -0,15 -0,15 -0,13 -0,18 -0,12 -0,18 -0,25 -0,1

Задание 2 Исходные данные ( рис.2): вал 3 вращается в подшипнике скольжения втулке 1. запрессованной в неподвижном корпусе 2. Вращение от вала 3 передаётся шлицевому валу 4, зубчатым колёсам 9 и 10, а также корпусу 1.

15

2.1. Посадка с натягом, сопряжение деталей 1-2. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 N , мкм 30 30 50 25 30 15 min F , мкм N 90 100 136 130 80 114 max F d , мм 40 45 55 60 35 30 2.2. Переходная посадка, сопряжение деталей 3 - 4. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 F , мкм 120 85 120 60 80 120 r kT 3 2 4 2 2 3 d , мм 45 55 60 70 50 55 2.3. Посадка с зазором, сопряжение деталей 1 - 3. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 S , мкм 23 40 63 75 60 114 min F , мкм S 70 112 175 185 156 220 max F R D , мкм 0,1 0,1 0,1 1,25 1,0 1,0 a R d , мкм 0,63 0,1 0,32 0,63 0,8 1,0 a d , мм 30 35 40 45 25 35 2.4. Параметры размерной цепи А А Варианты 2 1 1 15 12 2 17 15 3 18 17 4 20 15 5 17 15 6 18 12 7 14 17 8 20 11 9 22 12 0 14 15

А 3 29 33 37 36 34 31 33 33 35 31

А ∆ 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2

7

8

9

0

40

17

20

30

105

144

90

120

45

60

40

55

7

8

9

0

56

86

118

54

2 60

3 65

4 70

2 75

7

8

9

0

40

112

115

67

120

255

240

142

0,63

2,5

2,5

1,0

0,32

0,8

2,0

0,63

35

50

30

45

E A S ∆ +0,1 +0,16 +0,13 +0,12 +0,1 +0,2 +0,14 +0,16 +0,15 +0,1

E A i ∆ -0,2 -0,12 -0,13 -0,14 -0,1 -0,1 -0,14 -0,16 -0,1 -0,15

16

Задание 3 Исходные данные ( рис.3 ): шестерня 8 свободно вращается на валу 2 при отключенной полумуфте 7. При включении кулачковой полумуфты 7 вращение от шестерни 8 передаётся шлицевому валу 2, вращающемуся в подшипниках 5 и 11, и шестерне 6.

3.1. Посадка с натягом, сопряжение деталей 8-9. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 N , мкм 30 44 10 13 42 22 min F , мкм 100 110 117 N 82 136 144 max F d , мм 40 45 50 35 55 60

7

8

9

0

42

10

22

36

105

80

160

70

45

35

65

30

17

3.2. Переходная посадка, сопряжение деталей 12 - 13. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 7 F , мкм 90 72 96 86 100 66 180 r kT 3 2 3 3 2 2 3 d , мм 82 90 100 72 110 120 90 3.3. Посадка с зазором, сопряжение деталей 2 - 9. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 S , мкм 30 40 112 60 65 112 min F , мкм 108 112 250 155 150 280 S max F R D , мкм 0,63 0,4 1,25 0,63 0,8 0,8 a R d , мкм 0,25 0,5 0,8 0,4 0,5 0,63 a d , мм 30 35 40 25 45 50

8

9

0

120

120

60

2 80

4 130

2 70

7

8

9

0

115

55

130

30

224

155

250

96

2,0

0,4

1,25 0,25

0,8

0,2

1,25

0,2

35

25

55

20

Варианты

3.4. Параметры размерной цепи

А 1

А 2

А 3

А 4

А 5

А 6

А 7

А 8

А 9

А 10

А ∆

E A S ∆

E A i ∆

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

15 17 19 15 19 15 15 17 21 19

32 40 38 10 25 35 32 25 34 30

30 40 40 10 25 35 30 25 40 30

95 80 85 50 112 80 90 50 70 60

15 17 19 15 19 15 15 17 21 19

6 6 6 6 6 5 5 5 5 5

6 6 6 6 6 5 5 5 5 5

185 195 200 100 200 180 182 134 186 160

6 6 6 6 6 5 5 5 5 5

3 5 4 5 5 3 4 3 4 5

1 2 1 1 1 2 1 2 1 2

+0,4 +0,5 +0,45 +0,3 +0,6 +0,35 +0,5 +0,45 +0,38 +0,3

-0,5 -0,4 -0,45 -0,6 -0,3 -0,5 -0,38 -0,45 -0,5 -0,55

Задание 4 Исходные данные ( рис.4 ): вал 3 вращается от шкива 9 в подшипнике 6 и передает вращение через штифт 1, находящийся в пазу вала 3, кулачковой полумуфте 2, которая находится в зацеплении с кулачками на торце шестерни 4. При выключении полумуфты 2 вал 3 свободно вращается в неподвижной шестерне 4.

18

4.1. Посадка с натягом. сопряжение деталей 4-5. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 N , мкм 30 18 33 26 37 42 min F , мкм N 77 90 103 117 130 142 max F d , мм 35 40 45 50 55 60 4.2. Переходная посадка, сопряжение деталей 3 - 9. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 F , мкм 44 75 30 78 80 125 r kT 2 3 3 2 2 3 d , мм 24 28 34 38 44 48

7

8

9

0

30

25

25

26

93

100

105

105

40

55

45

50

7

8

9

0

53

118

38

68

2 28

3 44

4 34

3 24

19

4.3. Посадка с зазором, сопряжение деталей 3 - 5. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 S , мкм 60 30 118 70 128 70 min F , мкм 150 102 240 177 230 160 S max F R D , мкм 1,0 0,1 2,5 0,63 1,25 1,0 a R d , мкм 0,8 0,1 2,0 0,25 1,0 0,25 a d , мм 25 30 35 40 45 50 4.4. Параметры размерной цепи А А А Варианты 3 1 2 1 53 30 85 2 40 34 75 3 45 35 82 4 44 35 80 5 48 30 80 6 48 36 85 7 50 38 90 8 56 38 95 9 50 40 92 0 40 30 71

А ∆ 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

7

8

9

0

105

123

49

56

234

236

128

173

1,6

1,6

1,25

0,16

1,25

1,6

0,4

0,16

30

45

35

25

E A S ∆ +0,2 +0,15 +0,17 +0,1 +0,12 +0,25 +0,15 +0,16 +0,1 +0,14

E A i ∆ -0,2 -0,18 -0,13 -0,3 -0,25 -0,12 -0,15 -0,24 -0,28 -0,13

Задание 5 Исходные данные ( рис.5 ): от вала 5, вращающегося в подшипнике качения 3, который закреплён в стакане 4, через полумуфты 6 и 7 вращение передаётся валу 8, вращающемуся в подшипниках скольжения 9, и далее неподвижно закреплённому на валу блоку шестерен 12 и 13. Корпуса 2 и 11 неподвижны.

5.1. Посадка с натягом. сопряжение деталей 9-11. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 N , мкм 16 10 18 17 23 27 min F , мкм N 96 134 144 183 193 216 max F d , мм 35 47 50 60 65 70

7

8

9

0

23

43

22

32

90

110

97

138

30

40

35

50

20

5.2. Переходная посадка, сопряжение деталей 7 - 8. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 F , мкм 60 42 20 118 80 82 r kT 3 2 2 3 2 2 d , мм 20 25 35 40 40 50 5.3. Посадка с зазором, сопряжение деталей 8 - 9. Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 S , мкм 57 117 110 60 112 137 min F , мкм 147 240 270 166 250 256 S max F R D , мкм 0,4 2,0 1,0 0,5 0,8 2,5 a R d , мкм 0,25 2,5 0,4 0,8 1,25 1,0 a d , мм 25 35 40 45 50 55

7

8

9

0

40

66

44

40

2 18

3 25

2 20

4 35

7

8

9

0

36

33

56

71

95

90

160

173

0,4

0,25

0,5

0,4

0,25

0,25

0,1

0,5

20

30

25

40

21

5.4. Параметры размерной цепи А А А Варианты А1 3 2 4 1 60 15 2 15 2 75 11 3 18 3 80 12 4 20 4 90 17 5 22 5 105 18 6 30 6 115 20 7 32 7 70 15 2 16 8 85 8 5 22 9 110 12 5 20 0 58 18 3 18

А 5

А 6

А 7

45 48 50 55 60 65 50 48 60 42

10 12 13 18 20 22 13 12 30 9

2 3 4 5 6 7 3 4 5 3

А ∆ 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1

E A S ∆ +0,15 +0,20 +0,12 +0,17 +0,16 +0,30 +0,18 +0,22 +0,25 +0,14

E A i ∆ -0,10 -0,18 -0,35 -0,13 -0,20 -0,10 -0,14 -0,24 -0,20 -0,12

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 7.1. Посадки с натягом Для сохранения требуемого уровня эксплуатационных показателей неподвижного соединения в процессе его длительной эксплуатации необходимо на этапе расчета и выбора посадки создать гарантированный запас его работоспособности. Следовательно, часть функционального допуска определяемого, исходя из допускаемых отклонений посадки T N F эксплуатационных показателей, по формуле (1) T N=N −N F max min F

должна быть предназначена для создания запаса точности (эксплуатационного допуска посадки T N ≈ 30%T ). E FN Эксплуатационный допуск посадки с гарантированным натягом должен обеспечивать как запас прочности деталей при сборке соединения N зс ( технологический запас прочности), так и запас прочности соединения при эксплуатации N . Запас прочности при сборке, определяемый формулой зэ −N , (2) N =N зс max F max как правило, должен быть меньше запаса прочности при эксплуатации, определяемого формулой N

так как N

зэ

=N

min

−N

min F

,

(3)

обусловлен лишь возможным понижением прочности материала зс деталей и повышением усилий запрессовки, возникающими вследствие

22

перекоса деталей, колебания коэффициента трения и температуры. Это приводит для выбираемой посадки к условиям годности: N

max

N

min

≤N

>N

(4)

→ max

(5)

min F

и оптимальности N

;

max F

зэ

Наименьший функциональный натяг определяется из условия обеспечения прочности соединения ( [1], с. 222...228) с учетом поправок и в зависимости от вида нагружения рассчитывается по формулам: при нагружении крутящим моментом ( M ) кр 2M  C кр  D Cd  = + (6) +u+u +u , N min F t z E  πlfd  E d  D при нагружении осевой силой (Р) C C   D + d +u+u +u , E min F t z E  d  D при одновременном нагружении крутящим моментом и осевой силой N

=

P πlf

2  2M  кр   2  d  + p C C    D N + d = E min F πlf E d  D где индексы D и d отверстия и вала.

 +u+u +u ,  t z 

(7)

(8)

относятся соответственно к элементам деталей типа 2  d   1+  d   2 +µ , С = D D 2  d   1−  d   2

(9)

23

2 d  1+  1  d    −µ , С = D d 2 d  1−  1  d   

(10)

µ - коэффициент Пуассона; E - модуль упругости; l - длина соединения; d,d - наружный и внутренний диаметры детали типа вала ( для сплошного вала 1 d = 0 ); d - наружный диаметр детали типа отверстия; f - коэффициент 1 2 трения, зависящий от направления смещения деталей, их материала, шероховатости, принятой технологии сборки и т. д.; u - поправка, учитывающая смятие неровностей посадочных поверхностей деталей при сборке

(

u =2k R +k R 1 zD 2 zd

)

при расчете следует учесть соотношение между R и R ([6],табл. 2.69, с. 535); z a k и k - коэффициенты, учитывающие смятие неровностей; u - поправка, t 1 2 учитывающая изменение натяга вследствие различия температур сборки и работы, а также различия коэффициентов линейного расширения деталей

   

   

u = α t −t −α t −t t D pD d pd

d 

t

,t - рабочая температура деталей; t - температура при сборке pD pd соединения; α ,α - коэффициенты линейного расширения материала деталей; D d d - номинальный диаметр соединения; u - поправка, учитывающая z уменьшение натяга вследствие деформации деталей от действия центробежных сил (имеет значение только для крупных деталей с диаметрами порядка 500 мм, большими массами и скоростями). Наибольший функциональный натяг определяется из условия обеспечения прочности сопрягаемых деталей по формуле C C   D N d (11) =p + d , max F доп  E E  d  D где

- меньшее из допускаемых давлений на посадочных поверхностях доп деталей, при котором отсутствует пластическая деформация; p

24

2     d   р ≤ 0 ,58σ 1 − - для детали типа отверстия; d   доп Т   2    (12)   d 2  ≤ 0 ,58σ 1 −  1   - для детали типа вала; p доп Т  d       σ - предел текучести материала деталей при растяжении. T При выполнении курсовой работы предлагается осуществить выбор посадки с гарантированным натягом по заданным значениям предельных функциональных натягов, приведенным в соответствующей таблице в зависимости от варианта. При выборе посадки следует: 1) установить предполагаемый уровень точности изготовления посадки; 2) подобрать посадку из числа рекомендованных ([6], с.153, табл.1.49), удовлетворяющую условиям годности (4) и оптимальности (5). Примечание. Если рекомендованные посадки не обеспечивают выполнение указанных условий, то посадка составляется из стандартных полей допусков ([6], с. 67, табл.1.18; с.79, табл.1.27; с.92, табл.1.30) по рекомендациям, изложенным в . [6], с. 78. Уровень точности изготовления посадки устанавливается, в первом приближении, исходя из предположения, что отверстие и вал изготовлены по одному квалитету (т. е. ТД = Тd), по значению допуска отверстия TD = Td = 1/ 2T N , (13) k где TD = Td = 1/ 2T N — конструктивный допуск посадки. k Конструктивный допуск посадки определяется по значениям функционального T N и эксплуатационного T N допусков посадки F E T N =T N −T N (14) k F E или, с учетом (1)

(

)

(

)

(

)

T N = NmaxF −NminF − 0,3 NmaxF −NminF = 0,7 NmaxF −NminF . k

(15)

При подборе посадки допуск отверстия может быть несколько изменен, так как в рекомендованных посадках отверстие и вал могут изготавливаться по

25

разным квалитетам. Однако, в любом случае допуск посадки не должен значительно отличаться от рассчитанного. Необходимо показать, что из всех посадок, удовлетворяющих условию (4), для выбранной посадки величина Nзэ имеет максимальное значение. 7.2. Переходные посадки Выбор переходных посадок определяется точностью центрирования и легкостью сборки и разборки соединения. Для создания запаса точности, компенсации погрешностей формы и расположения поверхностей сопрягаемых деталей, смятия деталей, а также износа деталей при повторных сборках, наибольший допустимый зазор определяется по формуле S =F / k (16) r T max расч

где F - допустимое радиальное биение детали типа отверстия; k r T коэффициент запаса точности. При подборе переходной посадки для обеспечения ее годности и оптимальности следует соблюдать условия: 1) посадка должна быть предпочтительной и иметь S ≤S max max расч 2) из всех посадок, отвечающих условию (1), выбирается посадка, у которой имеет наименьшее значение ([6], табл.1.18 с. 69, табл.1.48, с. 151). N max В выбранной посадке нужно оценить вероятность получения зазоров и натягов по следующей методике: 1. Предположить, что рассеяние размеров отверстия и вала подчиняется закону нормального распределения и допуск деталей равен значению поля рассеяния при Р= 0,973, т. е. T = 6σ . 2. Рассчитать σ , σ и σ по формулам: D d σ

= T /6, σ = T /6 , d d D D

σ = σ2 + σ2 , D d

(17)

где σ ,σ и σ —среднее квадратическое отклонение размеров деталей типа D d отверстия, вала и посадки соответственно. 3. Определить значение среднего натяга N (или среднего зазора S ) при m m средних значениях отклонений размеров деталей. 4. Определить значение Z соответствующее найденному N (или S ) m m z = N /σ m

( или z = S /σ ) m

(18)

26

5. По таблицам значений функций Лапласа определить Ф( z ) ([6], с.12, табл. 1.1). 6. Определить вероятность получения натягов и зазоров (в процентах): P = [0,5 + Ф(z)]100 N(S) P = [1 − (0 ,5 + Ф(z )]100 , S(N)

(19)

Индекс N или S в этих формулах определяется наличием N или S в посадке. m m 7. Расчет следует проиллюстрировать схемой полей допусков посадки и кривой распределения отклонений размеров отверстия и вала ([1], с. 220) с указанием вероятностных зазоров и натягов. 7.3. Посадки с зазором Посадки с зазором, применяемые для подвижных соединений, рассчитываются исходя из точностных требований к данному узлу (направляющие вращательного и поступательного движений) или из условий создания жидкостного трения (подшипники скольжения). Для подшипников скольжения функциональные зазоры рассчитываются на основе гидродинамической теории трения. Основными эксплуатационными характеристиками подшипников скольжения являются: а) максимальная надежность по толщине масляного слоя; б) точность центрирования; в) долговечность работы. Жидкостное трение создается в определенном диапазоне зазоров, ограниченном наименьшим S и наибольшим S функциональными min F max F зазорами, которым соответствует величина масляного слоя h . При min эксплуатации подшипника с первоначальным зазором вследствие увеличения зазора из-за износа сопрягаемых деталей, толщина масляного слоя будет вначале возрастать, а затем снижаться, вплоть до его разрыва при S и max F прекращения режима жидкостного трения. Чтобы масляный слой не имел разрывов, вызванных шероховатостью сопрягаемых поверхностей, его минимальная толщина h должна быть не менее суммы величин min микронеровностей сопрягаемых поверхностей

(

)

R h ≥k + R 4 + ∆  ,  min ЖТ  aD ad Д

(20)

где k

—коэффициент запаса надежности по толщине масляного слоя; R и aD ЖТ —среднее арифметическое отклонение профиля поверхностей втулки и

R ad вала, мкм; ∆ —добавка, учитывающая отклонение реальных параметров от Д

27

≈ 2 мкм). Д Безразмерная величина A зависящая от относительного эксцентриситета х h и отношения l/d, рассчитывается по формуле: 2h min , (21) A = h µπn d 30 p

расчетных ( ∆

где µ —динамическая вязкость масла, Па с; n - число оборотов вала, об/мин; R p = -среднее удельное давление, Па; R - радиальная нагрузка, Н; l, d ld соответственно длина подшипника и его номинальный диаметр, м. Поскольку величина A зависит в свою очередь от относительного h эксцентриситета и отношения l/d, то по табл. 1.98 ([6, с. 287, 288) при заданном l/d, применяя линейную интерполяцию, можно определить значения минимального χ и максимального χ относительных эксцентриситетов, min max при которых толщина масляного слоя равна h . Относительный min эксцентриситет χ должен быть не меньше 0,3 , так как при значениях min χ < 0,3 создается неустойчивый режим работы подшипника и могут min возникнуть автоколебания вала. По найденным значениям χ иχ рассчитываются наименьший и max min наибольший допускаемые функциональные зазоры: 2h 2h max min (22) S = ; S = min F 1 − χ max F 1 − χ max max Если величина χ

получается меньше 0,3, то по табл. 1.98 min определяется значение A при заданном l/d и χ =0,3, а величина x S рассчитывается по формуле: min F A

S

χ = 2 ,857 h min F min A h

(23)

Для обеспечения жидкостного трения необходимо соблюдение условия h≥h min

(24)

При выборе посадки по заданным предельным функциональным зазорам

28

следует: 1) установить предполагаемый уровень точности изготовления посадки; 2) подобрать посадку из числа рекомендованных ([6],с.145), удовлетворяющую условиям годности S ≥S min min F S ≤S −2 R +R 4 (25) max max F aD ad

[(

)]

3) если посадок, удовлетворяющих условиям годности окажется несколько, то за оптимальную, с точки зрения точностных и экономических характеристик, можно принять посадку, которая обеспечивает коэффициент запаса точности в пределах от 1,5 до 2,0. Уровень точности изготовления посадки с зазором может быть установлен исходя из условия создания запаса точности −S T S S F max min F , F = (26) k = T T kS TD + Td где T S —функциональный допуск посадки; T S —конструктивный допуск k F посадки. Полагая в первом приближении, что отверстие и вал изготовлены по одному квалитету (т. е. TD=Td), имеем

1 TD = Td = T S . 2 k

(27)

7.4. Расчет размерных цепей При проектном расчете размерной цепи ставится задача определения допусков и предельных отклонений составляющих звеньев цепи по заданным номинальным размерам всех звеньев и предельным отклонениям замыкающего звена A . Выполняя проектный расчет размерной цепи, необходимо: ∆ а) выявить увеличивающие и уменьшающие звенья и составить схему размерной цепи; б) определить по исходным данным допуск замыкающего звена и допуски размеров составляющих звеньев TA , заданные специальными стандартами ст (если такие размеры есть в цепи); в) определить не заданные допуски размеров составляющих звеньев TA . j формулу 11,14[1] При наличии в размерной цепи k размеров с допусками TA ст можно представить таким образом:

29

a

ср

=

k TA − ∑ TA ∆ ст m − k −1 ∑i j

,

(30)

где m—число всех звеньев в цепи; i —единица допуска размера j-го j составляющего звена ([I], с. 256 или [6], табл. 3.3). Рассчитав значение a , cp найти ближайшее к нему табличное значение а ([I], с. 15 или [6], табл. 1.8), принять соответствующий ему квалитет в качестве среднего и назначить для размеров составляющих звеньев допуски этого квалитета по табл. 1.8 [6]. При этом следует выполнить условие m −1 TA ≥ ∑ TA (31) ∆ j,с, j =1 Если условие (31) не выполняется, следует выбрать одно из составляющих звеньев в качестве зависимого и назначить допуск его размера по ближайшему более точному квалитету, при котором обеспечивается соблюдение условия (31). В качестве зависимого выбирается наиболее простое для изготовления и измерения звено (стандартное звено не может быть зависимым). г) назначить стандартные предельные отклонения размеров составляющих звеньев A с учетом их допусков по пункту б) и соблюдая следующее правило: j для охватывающих размеров—как для основного отверстия, для охватываемых—как для основного вала, для размеров, не относящихся ни к тем, ни к другим—симметрично. Классификация размеров по этим трем группам показана на рис. 1.18[6]. После этого проверяется выполнение условия p n E A = ∑E A , (32) − ∑E A c ∆ c jyb c jym

(

)

E = 0,5 E + E —координаты середин полей допусков (средние c S i отклонения) соответствующих звеньев (замыкающего, увеличивающих, уменьшающих), n и р—число увеличивающих и уменьшающих звеньев. Если это условие не выполняется, то по уравнению (32) определяется необходимое для его выполнения значение E A зависимого звена и c 3 рассчитываются его нестандартные предельные отклонения: 1 1 E A = E A + TA ; E A = E A − TA S 3 c 3 2 3 i 3 c 3 2 3

где

Далее проверяется возможность подбора такого стандартного поля допуска (табл. 1.27... 1.30, 1.35:.. 1.38, 1.43 [6] ) зависимого звена, при котором

30

стандартные отклонения близки, но не выходят за рассчитанные выше. Если это не удается, то ограничиваются расчетными значениями отклонений зависимого звена. Проверка правильности решения производится на компьютере. Программа реализует вычисление значений E A и E A по уравнениям S ∆ _ расч i ∆ _ расч 11.10 и 11.11[1], проверку условий ≤E A E A S ∆ _ расч S ∆ E A ≥E A i ∆ _ расч i ∆ и вывод результата проверки на печатающее устройство. Исходными данными, которые надо ввести в память ЭВМ, являются: — число составляющих звеньев N = m — k — 1= n + p; — значения верхних и нижних отклонений составляющих звеньев, полученные при решении задачи или заданные (для стандартных звеньев) по условию; — заданные по условию значения предельных отклонений замыкающего звена. В программе приняты обозначения: El, E2 — массивы верхних и нижних отклонений составляющих звеньев; К— массив признака уменьшающих (—1) и увеличивающих (+1) звеньев; S1 = E A S2 = E A E3 = E A E4 = E A . S ∆ _ расч i ∆ _ расч S ∆ i ∆ Положительные результаты проверки следует вклеить в контрольную работу. В заключение на схеме размерной цепи необходимо проставить значения всех размеров с буквенными обозначениями их полей допусков и числовыми значениями отклонений.

31

Содержание Стр.

1. Цели и задачи изучения дисциплины …………………………………………..3 2. Структура дисциплины ………………………………………………………... 4 3. Содержание дисциплины …………………………………………………….... 4 3.1 Качество и точность технических систем……………………………………. 5 3.2. Нормирование и выбор точности гладких цилиндрических и плоских соединений ………...………………………………………………………………6 3.3. Точность линейных размерных цепей…………………………………………6 3.4. Точность кинематических цепей………………………………………………6 3.5. Точность электрических и радиоэлектронных цепей………………………...7 3.6. Точность динамических систем……………………………………………….7 4. Перечень учебной и учебно – методической литературы ……………………8 5. Тестовые задания ………………………………………………………………..9 6 Задания на курсовую работу…………………………………………………..11 6.1 Содержание курсовой работы………………………………………………...11 6.2. Оформление курсовой работы………………………………………………..12 6.3. Варианты заданий……………………………………………………………..12 7 Методические указания к выполнению курсовой работы…………………...21 7.1. Посадки с натягом……………………………………………………………. 21 7.2. Переходные посадки…………………………………………………………..25 7.3. Посадки с зазором…………………………………………………………….26 7.4. Расчет размерных цепей………………………………………………………28

32

Виктор Матвеевич Станякин

Редактор: И. Н. Кочугина Сводный тем план 2002 г. Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97 Подписано в печать Формат 60х84 Б.кн.-журн.п.л. Тираж 100

П.л. 2,0

Б.л. 1,0

1/16

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5